¿Qué es una Válvula Solenoide y Cómo Funcionan?

Una válvula solenoide es una válvula controlada eléctricamente utilizada para permitir o evitar el flujo de medios a través de ella. Una válvula solenoide funciona al hacer que un émbolo se mueva hacia arriba y hacia abajo basado en el campo magnético generado por el solenoide eléctrico. El émbolo abre o cierra el orificio por el que fluyen los medios. Existen diferentes diseños, materiales de construcción y funciones de circuito que permiten que las válvulas solenoides se utilicen en una amplia variedad de aplicaciones. Dado que son controladas eléctricamente, pueden ser controladas de forma remota y automática. Son comunes en el tratamiento de agua, automoción, procesamiento de alimentos y muchas otras aplicaciones industriales. Este artículo es una guía completa sobre las válvulas solenoides.

Datos rápidos sobre las válvulas solenoides

• Solo líquidos/gases limpios: Las válvulas solenoides están diseñadas para ser utilizadas con líquidos y gases limpios.
• Control preciso del flujo: Regulación precisa de fluidos/gases, ideal para procesos sensibles en dispositivos médicos y fabricación.
• Tiempo de respuesta rápido: Acciones de apertura/cierre rápidas, vitales para aplicaciones de seguridad y reacción rápida a peligros.
• Larga vida útil: Rendimiento duradero y confiable que reduce las necesidades de mantenimiento y soporta un uso exigente.
• Amplia gama de aplicaciones: Versátiles para diversas industrias, incluyendo tratamiento de agua, automoción y procesamiento de alimentos.

Tabla de contenidos

• ¿Cómo funciona una válvula solenoide?
• Tipos de válvulas solenoides
• Funciones de circuito de las válvulas solenoides
• Válvulas solenoides de acción directa, indirecta y semi-directa
• Aprobaciones de válvulas solenoides
• Características especiales de las válvulas solenoides
• Criterios de selección
• Válvulas solenoides para neumática e hidráulica
• Otras aplicaciones de las válvulas solenoides
• Preguntas frecuentes

¿Cómo funciona una válvula solenoide?

Una válvula solenoide consta de dos componentes principales: un solenoide y un cuerpo de válvula (G). Un solenoide tiene una bobina inductiva electromagnéticamente (A) alrededor de un núcleo de hierro en el centro llamado émbolo (E). Las bobinas de CA tienen un anillo de sombra (C), que evita la vibración y el zumbido.

En reposo, la válvula puede estar normalmente abierta o normalmente cerrada. En el estado desenergizado, una válvula normalmente cerrada está cerrada. Cuando circula corriente a través del solenoide, la bobina se energiza y crea un campo magnético. Esto crea una atracción magnética con el émbolo, moviéndolo y superando la fuerza del resorte (D). El émbolo se levanta para que el sello (F) abra el orificio y permita el flujo de los medios a través de la válvula. Una válvula solenoide normalmente abierta funciona de manera opuesta.

Las válvulas solenoides se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, con altas o bajas presiones y tasas de flujo pequeñas o grandes. Estas válvulas solenoides utilizan diferentes principios de funcionamiento que son óptimos para la aplicación. Los tres más importantes se explican en este artículo: operación de acción directa, de acción indirecta y semi-directa.

Tipos de válvulas solenoides

Válvula solenoide normalmente cerrada

Para una válvula solenoide normalmente cerrada (NC), la válvula está cerrada cuando está desenergizada, lo que evita que los medios fluyan a través de ella. Cuando se envía corriente a la bobina, crea un campo electromagnético que fuerza el émbolo hacia arriba superando la fuerza del resorte. Esto despega el sello y abre el orificio permitiendo que los medios fluyan a través de la válvula. La Figura 3 muestra el principio de funcionamiento de una válvula solenoide normalmente cerrada en los estados desenergizado y energizado. Una válvula solenoide normalmente cerrada es ideal para aplicaciones que requieren que la válvula esté cerrada durante largos períodos de tiempo, ya que es más eficiente energéticamente. También se pueden utilizar por razones de seguridad, si la aplicación requiere que la válvula esté cerrada sin energía por razones de seguridad (por ejemplo, en electrodomésticos de gas).

Válvula solenoide normalmente abierta

Para una válvula solenoide normalmente abierta (NO), la válvula está abierta cuando está desenergizada, lo que permite que los medios fluyan a través de ella. Cuando se envía corriente a la bobina, crea un campo electromagnético que fuerza el émbolo hacia abajo superando la fuerza del resorte. El sello se coloca en el orificio y lo cierra, lo que evita que los medios fluyan a través de la válvula. La Figura 4 muestra el principio de funcionamiento de una válvula solenoide normalmente abierta en los estados desenergizado y energizado. Una válvula solenoide normalmente abierta es ideal para aplicaciones que requieren que la válvula esté abierta durante largos períodos de tiempo, ya que es más eficiente energéticamente. También se pueden utilizar por razones de seguridad, si la aplicación requiere que la válvula esté abierta sin energía por razones de seguridad (por ejemplo, para prevenir sobrepresiones).

Válvula solenoide biestable

Una válvula solenoide biestable o válvula solenoide de traba puede ser conmutada por una fuente de alimentación momentánea. Cuando está desenergizada, la válvula permanece en la posición a la que se cambió. Por lo tanto, no es normalmente abierta ni normalmente cerrada, ya que permanece en la posición actual cuando no se aplica energía. Logran esto utilizando imanes permanentes, en lugar de un resorte. Esto proporciona el beneficio de consumo reducido de energía.

Funciones de circuito de las válvulas solenoides

Las válvulas solenoides se utilizan para cerrar, abrir, dosificar, distribuir o mezclar el flujo de gas o líquido en una tubería. El propósito específico de una válvula solenoide se expresa mediante su función de circuito. Para comprender a fondo los símbolos y comprender los diagramas de funciones de circuito, consulte nuestra página de símbolos de válvulas.

Válvula solenoide de 2 vías

Las válvulas solenoides de 2 vías tienen dos puertos, una entrada y una salida, y se utilizan para permitir o bloquear el flujo. La dirección del flujo a través de la válvula es crítica para garantizar un funcionamiento adecuado. Normalmente hay una flecha en el cuerpo de la válvula que indica la dirección del flujo.

Válvula solenoide de 3 vías

Una válvula solenoide de 3 vías generalmente cuenta con tres puertos, cada uno sirviendo un propósito distinto: uno para la entrada, uno para la salida y uno dependiendo de la configuración de la válvula y la aplicación (escape, retorno, otra entrada u otra salida). Aquí están las designaciones comunes para estos puertos:

• Puerto P (presión) o puerto de entrada: Aquí es donde el fluido o gas presurizado entra en la válvula.
• Puerto A (actuador) o puerto de salida: Este es el puerto de trabajo conectado al dispositivo o actuador que la válvula está destinada a controlar, como un cilindro neumático de simple efecto o una línea de proceso.
• Puerto E (escape) o puerto R (retorno): Este puerto se utiliza para ventilar el fluido o gas del actuador o dispositivo de vuelta a la atmósfera o un depósito cuando la válvula se cambia a la posición de escape. En algunos sistemas, este puerto también podría servir como una entrada o salida alternativa, dependiendo de la configuración y aplicación de la válvula.

La función específica de los puertos depende del estado de la válvula solenoide (energizada o desenergizada) y del diseño (normalmente cerrado o normalmente abierto).

• Normalmente cerrado (NC): Cuando la válvula está desenergizada, el puerto P está cerrado y no se permite el flujo desde la entrada hasta la salida. El puerto A generalmente está conectado al puerto E o R, permitiendo que el actuador se ventile. Cuando se energiza, la válvula abre el flujo desde el puerto P hasta el puerto A y cierra el puerto E o R.
• Normalmente abierto (NO): Cuando la válvula está desenergizada, el puerto P está abierto al puerto A, permitiendo el flujo desde la entrada hasta la salida. El puerto E o R está cerrado. Cuando se energiza, la válvula cambia para cerrar el flujo de P a A y abre la conexión entre A y E o R, permitiendo que el actuador se ventile.

Válvulas solenoides de acción directa, indirecta y semi-directa

Acción directa

Una válvula solenoide de acción directa utiliza el solenoide para abrir o cerrar, sin necesidad de presión diferencial. Estas válvulas se utilizan frecuentemente para controlar el flujo de gas o líquido en un sistema. Las válvulas solenoides de acción directa tienen la operación más rápida, son fiables y tienen un diseño compacto.

Acción indirecta

Las válvulas solenoides de acción indirecta, también conocidas como servo-operadas o pilotadas, utilizan diferencias de presión para operar. Requieren una presión diferencial mínima de aproximadamente 0.5 bar. Estas válvulas incluyen un diafragma con un pequeño orificio que permite el flujo desde la entrada hasta la salida cuando el solenoide está energizado y la presión disminuye. Este sistema amplifica la presión, permitiendo que un pequeño solenoide controle un caudal grande. Las válvulas solenoides indirectas se utilizan en aplicaciones con suficiente presión diferencial y altas tasas de flujo deseadas, y solo permiten el flujo de medios en una dirección.

Acción semi-directa

Las válvulas solenoides de acción semi-directa combinan las características de las válvulas directas e indirectas, permitiendo la operación desde cero bar mientras gestionan altas tasas de flujo. Estas válvulas se asemejan a las válvulas indirectas con un diafragma móvil, un orificio pequeño y cámaras de presión en ambos lados, pero el émbolo del solenoide está conectado directamente al diafragma. Cuando el émbolo se levanta, abre directamente la válvula y un segundo orificio, lo que provoca que la presión disminuya y el diafragma se eleve. Esto resulta en una válvula que puede operar desde cero bar y gestionar grandes tasas de flujo. Estas válvulas de operación semi-directa, también conocidas como válvulas solenoides de elevación asistida, suelen tener bobinas más potentes que las válvulas de operación indirecta.

Materiales

Los materiales utilizados para construir las válvulas solenoides garantizan que funcionen correctamente en la aplicación sin causar contaminación. El medio que fluye a través de la válvula entra en contacto tanto con el material de la carcasa como con el material de sellado. Si se utiliza un medio agresivo o contaminado, una válvula solenoide separada del medio puede ser una buena solución.

Material de la carcasa

El material de la carcasa y del cuerpo de la válvula solenoide debe ser compatible con el medio. Las opciones comunes son latón, acero inoxidable, PVC, aluminio y hierro fundido. Consulte nuestra guía rápida a continuación, pero consulte nuestra guía de materiales de carcasa y tabla de compatibilidad de medios para obtener más información.

• Latón: El latón tiene buena resistencia a la corrosión con medios neutros, como el agua.
• Acero inoxidable: El acero inoxidable tiene buena resistencia química, a la temperatura y a la presión.
• PVC: El PVC y el poliamida se utilizan comúnmente ya que son rentables. También se utilizan en aplicaciones de alta gama con productos químicos agresivos.
• Aluminio: La ligereza, resistencia y propiedades térmicas del aluminio lo convierten en una elección rentable y fiable para las carcasas de las válvulas solenoides.
• Hierro fundido: El hierro fundido proporciona una carcasa resistente al desgaste y rentable para las válvulas solenoides, con amortiguación adicional de vibraciones adecuada para aplicaciones industriales exigentes.

Material de sellado

El material de sellado de la válvula solenoide también debe ser compatible con el medio. NBR, EPDM, FKM (Viton) y PTFE (Teflón) son opciones comunes. Consulte nuestra guía rápida a continuación, pero consulte nuestra guía de material de sellado y tabla de compatibilidad de medios para obtener más información.

• NBR: Las juntas NBR tienen una excelente resistencia al aceite y al combustible, lo que las hace ideales para aplicaciones a base de petróleo.
• EPDM: Las juntas EPDM tienen una gran resistencia a la intemperie, al ozono y al vapor, lo que las hace adecuadas para aplicaciones exteriores y de agua caliente.
• FKM (Viton): Las juntas FKM tienen una alta resistencia química y térmica, lo que las hace perfectas para entornos químicos agresivos y de alta temperatura.
• PTFE (Teflón): Las juntas de PTFE tienen una inercia química excepcional y un amplio rango de temperatura, lo que las hace versátiles para medios agresivos y condiciones extremas.

Aprobaciones de válvulas solenoides

Dependiendo de la aplicación, es posible que se necesiten ciertas aprobaciones para la válvula. Contar con una válvula con una aprobación específica garantiza que cumple con las exigencias de la aplicación. Las aprobaciones comunes son:

• UL/UR: Underwriters Laboratories inspecciona y certifica productos con respecto a su seguridad
• Agua potable: Asegura que sea adecuada para fines de agua potable. Para obtener más información, consulte nuestra página de aplicación de agua potable o vea nuestro artículo sobre válvulas solenoides de agua. Las aprobaciones comunes para agua potable son:
  • Kiwa: Aprobación de agua potable para el mercado holandés.
  • NSF: Aprobación de agua potable para América del Norte.
  • WRAS: Cumplimiento con las Regulaciones de Suministro de Agua en el Reino Unido o Byelaws escocesas para seguridad de materiales y pruebas mecánicas.
  • KTW: Aprobación para plásticos y materiales no metálicos para uso con agua potable en Alemania.
  • ACS (Attestation De Conformite Sanitaire): Aprobación de agua potable para Francia.
  • Watermark: Certificación para productos de fontanería y drenaje para la venta en Australia y Nueva Zelanda.
• FDA: Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU.
• Versión ATEX: La certificación ATEX se proporciona para protección contra explosiones. Para obtener más información, consulte las Directivas ATEX para válvulas y accesorios.
• Certificación CE: La certificación CE significa conformidad con altos requisitos de seguridad, salud y protección ambiental para todos los productos en el Espacio Económico Europeo. Para obtener más información, consulte nuestra página de certificación CE.
• Versión de gas: Las válvulas para aplicaciones de gas tienen aprobación DVGW para su uso en aparatos de gas como válvulas de cierre automático. Para obtener más información, consulte nuestra página de Regulación de Aprobación de Gas.
• Índice IP: El índice IP de una válvula explica su protección contra polvo y agua. Para obtener más información, consulte nuestra página de índice IP.

Características especiales de la válvula solenoide

• Reducción de energía eléctrica: Se suministra el voltaje nominal a la válvula durante un corto período de tiempo para accionarla, luego se reduce a un voltaje de retención lo suficientemente fuerte como para mantener la válvula en esa posición mientras se reduce el consumo de energía.
• Traba: La versión de traba o bobina de pulso proporciona una solución para aplicaciones con conmutación de baja frecuencia. La válvula se energiza con un breve pulso eléctrico para mover el émbolo. Luego, se utiliza un imán permanente para mantener el émbolo en esa posición sin necesidad de un resorte adicional o campo magnético. Esto reduce el consumo de energía y el desarrollo de calor en la válvula.
• Alta presión: Las versiones de alta presión están diseñadas para requisitos de presión de hasta 250 bar.
• Reposición manual: La función de reposición manual opcional proporciona una mayor seguridad y comodidad durante la puesta en marcha, pruebas, mantenimiento, y en caso de fallo de energía. En algunas versiones, la válvula no puede activarse eléctricamente cuando el control manual está bloqueado.
• Separación de medios: El diseño de separación de medios permite aislar el medio de las partes de trabajo de la válvula, lo que la convierte en una buena solución para medios agresivos o ligeramente contaminados.
• Vacío: Las válvulas que no requieren una diferencia de presión mínima son adecuadas para vacíos ásperos. Las válvulas solenoides universales de acción directa o semi-directa son muy adecuadas para estas aplicaciones. Para requisitos de tasa de fuga más estrictos, están disponibles versiones especiales para vacío.
• Tiempo de respuesta ajustable: El tiempo que tarda la válvula en abrirse o cerrarse se puede ajustar, generalmente girando tornillos en el cuerpo de la válvula. Esta característica puede ayudar a prevenir el golpe de ariete.
• Feedback de posición: El estado de conmutación de una válvula solenoide se puede indicar con un feedback de posición eléctrico u óptico como una señal binaria o NAMUR. NAMUR es una salida de sensor que indica el estado de encendido o apagado de la válvula.
• Bajo ruido: Las válvulas tienen un diseño amortiguado para reducir el ruido durante el cierre de la válvula.

Criterios de selección

Es esencial comprender su aplicación antes de seleccionar una válvula solenoide. Algunos criterios de selección importantes son los siguientes:

• Material de la carcasa: Determine el material de la carcasa de la válvula en función de las propiedades químicas y la temperatura del medio, pero también del entorno en el que se encuentra la válvula. Las opciones comunes son latón, acero inoxidable, PVC, aluminio y hierro fundido. Consulte Seleccionar el material de carcasa adecuado para su válvula solenoide para obtener más información.
• Tamaño de conexión: Asegúrese de que los tamaños de puerto de la válvula solenoide sean iguales a los de lo que se conectará la válvula.
• Conector: Un conector solenoide es un dispositivo que se enchufa en una válvula solenoide para suministrarle electricidad, y ayuda a proteger las conexiones del polvo y el agua.
• Voltaje: Determine qué voltaje tiene la fuente de alimentación y seleccione una válvula solenoide con un solenoide correspondiente.
• Material de sellado: El material de sellado debe seleccionarse en función de las propiedades químicas y la temperatura del medio. NBR, EPDM, FKM (Viton) y PTFE (Teflón) son opciones comunes. Consulte seleccione el material de sellado adecuado para su válvula solenoide para obtener una referencia rápida sobre la resistencia química de los materiales de sellado.
• Estado desenergizado: Determine si la aplicación necesita una función de válvula normalmente abierta, normalmente cerrada o biestable.
• Función del circuito: Determine si la aplicación requiere una válvula solenoide de 2 o 3 vías.
• Presión: La válvula debe poder soportar la presión máxima requerida para la aplicación. Es igualmente importante tener en cuenta la presión mínima, ya que una diferencia de presión alta puede hacer que la válvula falle.
• Temperatura: Asegúrese de que los materiales de la válvula puedan soportar los requisitos de temperatura mínima y máxima de la aplicación. La consideración de la temperatura también es esencial para determinar la capacidad de la válvula, ya que afecta la viscosidad y el flujo del fluido.
• Tiempo de respuesta: El tiempo de respuesta de una válvula es el tiempo necesario para que una válvula vaya de la posición abierta a la cerrada o viceversa. Las válvulas solenoides pequeñas de acción directa reaccionan mucho más rápido que las válvulas de acción semi-directa o indirecta.
• Aprobaciones: Asegúrese de que la válvula esté certificada adecuadamente según la aplicación.
• Grado de protección: Asegúrese de que la válvula tenga la clasificación IP adecuada para protección contra polvo, líquidos, humedad y contacto.

Válvulas solenoides para neumática e hidráulica

Las válvulas solenoides también se pueden utilizar para aplicaciones neumáticas e hidráulicas, pero tienen un principio de funcionamiento diferente. Para neumática, son comúnmente válvulas de 3/2 vías, 5/2 vías o 5/3 vías. Para hidráulica, son comúnmente válvulas de 4/2 vías o 4/3 vías.

• Una válvula solenoide neumática de 3 vías tiene tres puertos: uno de entrada, uno de salida y uno de escape. Se utilizan comúnmente para controlar un cilindro neumático de simple efecto, accionar actuadores neumáticos y aplicaciones de vacío. La válvula se utiliza para llenar el cilindro y luego purgarlo después para que pueda ocurrir una nueva carrera de trabajo. Por lo tanto, se requiere ventilación. Obtenga más información sobre válvulas solenoides neumáticas de 3/2 vías.
• Una válvula solenoide neumática o hidráulica de 4 vías tiene cuatro puertos: dos de entrada y dos de salida. Esto permite que la válvula controle la dirección del flujo en un sistema neumático o hidráulico, lo que la hace ideal para accionar cilindros de doble efecto o actuadores neumáticos. Cuando el solenoide se energiza o desenergiza, cambia la posición de la válvula, cambiando el camino del aire o el fluido para extender o retraer un cilindro, por ejemplo. Debido a su capacidad para controlar el movimiento en dos direcciones, las válvulas solenoides de 4 vías se utilizan comúnmente en diversas aplicaciones industriales, incluida la automatización de la fabricación, donde se requiere un control preciso de la posición del actuador. Obtenga más información sobre válvulas solenoides hidráulicas de 4 vías y válvulas solenoides neumáticas de 4 vías.
• Una válvula solenoide neumática de 5 vías tiene cinco puertos: dos de entrada, dos de salida y un puerto de escape. La adición del puerto de escape permite que la válvula no solo controle la dirección del flujo, sino también purgar el aire del sistema. Esto es particularmente útil en aplicaciones neumáticas donde se requiere un movimiento rápido de los cilindros, ya que el puerto de escape puede liberar rápidamente el aire para permitir una actuación más rápida. Las válvulas solenoides de 5 vías se utilizan a menudo en sistemas de control más complejos donde el control preciso del movimiento y la velocidad son esenciales, como en robótica, maquinaria de envasado y sistemas de manipulación de materiales. La capacidad de purgar el aire directamente en la válvula puede llevar a una mayor capacidad de respuesta y eficiencia del sistema. Obtenga más información sobre válvulas solenoides neumáticas de 5 vías.

Otras aplicaciones de las válvulas solenoides

Las aplicaciones comunes de las válvulas solenoides domésticas e industriales incluyen:

• Los sistemas de refrigeración utilizan válvulas solenoides para invertir el flujo de refrigerantes. Esto ayuda en la refrigeración durante el verano y el calentamiento durante el invierno.
• Los sistemas de riego utilizan válvulas solenoides con control automático.
• Lavavajillas y lavadoras utilizan válvulas solenoides para controlar el flujo de agua.
• Los sistemas de aire acondicionado utilizan válvulas solenoides para controlar la presión del aire.
• Las válvulas solenoides se utilizan en sistemas de bloqueo automático para cerraduras de puertas.
• Equipos médicos y dentales utilizan válvulas solenoides para controlar el flujo, dirección y presión del fluido.
• Los tanques de agua utilizan válvulas solenoides para controlar la entrada o salida de agua, a menudo en combinación con un interruptor de flotador.
• Los lavados de autos para controlar el flujo de agua y jabón.
• Equipos de limpieza industrial.

Preguntas frecuentes

¿Para qué se utiliza una válvula solenoide?

Una válvula solenoide se utiliza para abrir, cerrar, mezclar o desviar medios en una aplicación. Se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, desde lavavajillas, automóviles e irrigación.

¿Cómo puedo saber si mi solenoide está defectuoso?

Si la válvula solenoide no se abre o cierra, está parcialmente abierta, emite un zumbido o tiene una bobina quemada, es necesario solucionar problemas con los solenoides de la válvula. Para obtener más información, consulte la guía de solución de problemas.

¿Cómo elijo una válvula solenoide?

Dependiendo del medio y los requisitos de flujo, elija el material, tamaño del orificio, temperatura, presión, voltaje, tiempo de respuesta y certificación requerida para su aplicación.

¿Qué es un solenoide?

Un solenoide es una bobina eléctrica que está enrollada alrededor de una sustancia ferromagnética (como hierro) que actúa como un electroimán cuando pasa la corriente a través de ella.

¿Cómo funciona un solenoide?

Cuando la corriente eléctrica pasa a través de la bobina, se crea un campo electromagnético. Este campo electromagnético hace que el émbolo se mueva hacia arriba o hacia abajo. Este mecanismo es utilizado por las válvulas solenoides para abrir o cerrar la válvula.