Electro válvula - Cómo funcionan

Una electroválvula es una válvula controlada eléctricamente. La válvula cuenta con un solenoide, que es una bobina eléctrica con un núcleo ferromagnético móvil (émbolo) en su centro. En la posición de reposo, el émbolo cierra un pequeño orificio. Una corriente eléctrica a través de la bobina crea un campo magnético. El campo magnético ejerce una fuerza ascendente sobre el émbolo que abre el orificio. Este es el principio básico que se utiliza para abrir y cerrar las electroválvulas.

Pequeñas observaciones sobre la electroválvula:

• Sólo se utiliza para líquidos y gases limpios.
• Las válvulas de accionamiento indirecto requieren un diferencial de presión para funcionar.
• Se utiliza para cerrar, abrir, dosificar, distribuir o mezclar el medio con 2 o más entradas/salidas.
• De acción rápida.
• Opciones de anulación manual, ATEX, aprobación de gas, separación de medios y más.
• Soporta el calor ya que requiere energía para cambiar y permanecer en esa posición (dependiendo del tipo).
• Común en sistemas de calefacción, aire comprimido, vacío, riego, lavados de coches, etc.

Índice De Contenidos

• ¿Cómo funciona una electroválvula?
• Funciones del circuito de las electroválvulas
• Tipos de electroválvulas
• Principios de funcionamiento de las electroválvulas
• Criterios de selección
• Aplicaciones de las electroválvulas
• PREGUNTAS FRECUENTES

¿Cómo funciona una electroválvula?

Una electroválvula consta de dos componentes principales: un solenoide y un cuerpo de válvula (G). La figura 2 muestra los componentes. Un solenoide tiene una bobina inductiva electromagnética (A) alrededor de un núcleo de hierro en el centro llamado émbolo (E). En reposo, puede ser normalmente abierto (NO) o normalmente cerrado (NC). En estado de desconexión, una válvula normalmente abierta está abierta y una válvula normalmente cerrada está cerrada. Cuando la corriente pasa por el solenoide, la bobina se carga y crea un campo magnético. Esto crea una atracción magnética con el émbolo, moviéndolo y superando la fuerza del muelle (D). Si la válvula está normalmente cerrada, el émbolo se levanta para que la junta (F) abra el orificio y permita el flujo a través de la válvula. Si la válvula está normalmente abierta, el émbolo se desplaza hacia abajo para que la junta (F) bloquee el orificio y detenga el flujo a través de la válvula. El anillo de sombreado (C) evita las vibraciones y los zumbidos en las bobinas de CA.

Las electroválvulas se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, con presiones altas o bajas y caudales pequeños o grandes. Estas electroválvulas utilizan diferentes principios de funcionamiento que son óptimos para la aplicación. En este artículo se explican los tres más importantes: funcionamiento de acción directa, de acción indirecta y de acción semidirecta.

Funciones del circuito de las electroválvulas

Las electroválvulas se utilizan para cerrar, abrir, dosificar, distribuir o mezclar el flujo de gas o líquido en una tubería. La finalidad específica de una electroválvula se expresa en su función de circuito. A continuación se ofrece una visión general de las electroválvulas de 2 y 3 vías. Para conocer en profundidad los símbolos y entender los diagramas de funcionamiento de los circuitos, consulte nuestra página de símbolos de válvulas.

electroválvula de 2 vías

Una electroválvula de 2 vías tiene dos puertos, uno de entrada y otro de salida. La dirección del flujo es fundamental para garantizar un funcionamiento correcto, por lo que suele haber una flecha que indica la dirección del flujo. Se utiliza una válvula de 2 vías para abrir o cerrar el orificio. La figura 3 muestra un ejemplo de electroválvula de 2 vías.

electroválvula de 3 vías

Una válvula de 3 vías tiene tres puertos de conexión. Normalmente, tiene 2 estados (posiciones) en los que puede estar. Por lo tanto, cambia entre dos circuitos diferentes. Una válvula de 3 vías se utiliza para abrir, cerrar, y distribuir o mezclar medios. La figura 4 muestra un ejemplo de electroválvula de 3 vías.

Tipos de electroválvulas

Electroválvula normalmente cerrada (NC)

En el caso de una electroválvula normalmente cerrada, la válvula está cerrada cuando no recibe energía y el fluido no puede pasar por ella. Cuando se envía corriente a la bobina, ésta crea un campo electromagnético que obliga al émbolo a subir superando la fuerza del muelle. De este modo, se libera la junta y se abre el orificio, permitiendo que el flujo a través de la válvula. La figura 5 muestra el principio de funcionamiento de una electroválvula normalmente cerrada sin corriente y con corriente.

Figura 5: Principio de funcionamiento de una electroválvula normalmente cerrada: sin corriente (izquierda) y con corriente (derecha)

Electroválvula normalmente abierta

En el caso de una electroválvula normalmente abierta, la válvula está abierta cuando está sin conexión y el medio puede fluir a través de ella. Cuando se envía corriente a la bobina, ésta crea un campo electromagnético que obliga al émbolo a descender superando la fuerza del muelle. A continuación, la junta se asienta en el orificio y lo cierra, lo que impide que el medio fluya a través de la válvula. La figura 6 muestra el principio de funcionamiento de una electroválvula normalmente abierta en los estados sin corriente y con ella. Una electroválvula normalmente abierta es ideal para aplicaciones que requieren que la válvula esté abierta durante largos periodos de tiempo, ya que así es más eficiente energéticamente.

Electroválvula biestable

Una electroválvula biestable o de enclavamiento puede ser conmutada por una alimentación momentánea. Entonces se quedará en esa posición sin potencia. Por lo tanto, no es normalmente abierto ni normalmente cerrado, ya que permanece en la posición actual cuando no se aplica energía. Lo consiguen utilizando imanes permanentes, en lugar de un muelle.

Principios de funcionamiento de las electroválvulas

Actuación directa

Las electroválvulas de acción directa (de accionamiento directo) tienen un principio de funcionamiento sencillo, que puede verse en la figura 7 junto con los componentes. En el caso de una válvula normalmente cerrada, sin alimentación, el émbolo (E) bloquea el orificio con la junta de la válvula (F). Un resorte (D) fuerza el cierre. Cuando se aplica energía a la bobina (A), ésta crea un campo electromagnético que atrae al émbolo hacia arriba, superando la fuerza del muelle. Esto abre el orificio y permite que el medio fluya. Una válvula normalmente abierta tiene los mismos componentes, pero funciona de manera opuesta.

La presión máxima de funcionamiento y el caudal están directamente relacionados con el diámetro del orificio y la fuerza magnética de la electroválvula. Por lo tanto, una electroválvula de acción directa se suele utilizar para caudales relativamente pequeños. Las electroválvulas de accionamiento directo no requieren una presión mínima de funcionamiento ni una diferencia de presión, por lo que pueden utilizarse desde 0 bar hasta la presión máxima permitida.

Acción indirecta (servo o piloto)

Las electroválvulas de acción indirecta (también llamadas servoaccionadas o pilotadas) utilizan la diferencia de presión del medio sobre los puertos de entrada y salida para abrir y cerrar la válvula. Por ello, suelen requerir una diferencia de presión mínima de unos 0,5 bares. El principio de funcionamiento de una electroválvula de acción indirecta puede verse en la figura 8.

Los puertos de entrada y salida están separados por una membrana de goma, también llamada diafragma. La membrana tiene un pequeño agujero para que el medio pueda fluir hacia el compartimento superior desde la entrada. Para una electroválvula de acción indirecta normalmente cerrada, la presión de entrada (por encima de la membrana) y el muelle de apoyo por encima de la membrana garantizarán que la válvula permanezca cerrada. La cámara situada encima de la membrana está conectada por un pequeño canal al puerto de baja presión. Esta conexión está bloqueada en posición cerrada por el émbolo y la junta de la válvula. El diámetro de este orificio "piloto" es mayor que el del agujero de la membrana. Cuando el solenoide se acciona, el orificio piloto se abre, lo que hace que la presión por encima de la membrana disminuya. Debido a la diferencia de presión en ambos lados de la membrana, ésta se levantará y el medio podrá fluir desde el puerto de entrada al de salida. Una válvula normalmente abierta tiene los mismos componentes, pero funciona de manera opuesta.

La cámara de presión adicional sobre la membrana actúa como un amplificador, de modo que un pequeño solenoide puede seguir controlando un gran caudal. Las electroválvulas indirectas sólo se utilizan para el flujo de medios en una dirección. Las electroválvulas de accionamiento indirecto se utilizan en aplicaciones con un diferencial de presión suficiente y un elevado caudal deseado.

Actuación semidirecta

Las electroválvulas de acción semidirecta combinan las propiedades de las válvulas directas e indirectas. Esto les permite trabajar a partir de cero bar, pero aún pueden manejar un alto caudal. Tienen un aspecto similar al de las válvulas indirectas y también cuentan con una membrana móvil con un pequeño orificio y cámaras de presión a ambos lados. La diferencia es que el émbolo del solenoide está conectado directamente a la membrana. El principio de funcionamiento de una electroválvula de acción semidirecta puede verse en la figura 9.

Cuando el émbolo se levanta, eleva directamente la membrana para abrir la válvula. Al mismo tiempo, el émbolo abre un segundo orificio que tiene un diámetro ligeramente mayor que el primer orificio de la membrana. Esto hace que la presión en la cámara por encima de la membrana disminuya. Como resultado, la membrana se levanta no sólo por el émbolo, sino también por la diferencia de presión.

Esta combinación da como resultado una válvula que funciona a partir de cero bar y que puede controlar caudales relativamente grandes. A menudo, las válvulas de accionamiento semidirecto tienen bobinas más potentes que las de accionamiento indirecto. Las válvulas de accionamiento semidirecto también se denominan electroválvulas de elevación asistida.

acción directa de 3 vías

Una electroválvula de 3 vías tiene tres puertos, por lo que dependiendo de si se desea una mezcla (dos entradas y una salida) o un desvío (una entrada y dos salidas) afecta al funcionamiento. Algunas válvulas también pueden funcionar en ambas direcciones, lo que se denomina función de circuito universal. Sin embargo, sólo se conectan dos puertos en cada estado. La figura 10 muestra un ejemplo de electroválvula de 3 vías de acción directa.

Sólo se conectan dos puertos a la vez. En la figura 10, el émbolo tiene un orificio en la parte superior e inferior con dos asientos de válvula. En cualquier momento, una está abierta y otra cerrada para dirigir el medio en la dirección de flujo deseada. A continuación se muestran ejemplos de funciones del circuito para una válvula normalmente cerrada (lo contrario para una normalmente abierta).

• Electroválvula de desviación de 3 vías: La figura 10 tendría una entrada (abajo a la izquierda) y dos salidas (arriba y abajo a la derecha). Ninguna potencia tiene el émbolo bloqueando el orificio inferior, lo que significa que el medio va de la entrada a la salida superior. Cuando se aplica la energía, el émbolo es forzado a subir cerrando la salida superior. Esto dirige el medio desde la entrada hasta la salida inferior derecha.
• Electroválvula mezcladora de 3 vías: La figura 10 tendría dos entradas (arriba y abajo a la derecha) y una salida (abajo a la izquierda). Ninguna potencia tiene el émbolo bloqueando el orificio inferior, lo que significa que el medio va de la entrada superior a la salida. Cuando se aplica la energía, el émbolo es forzado a subir cerrando la salida superior. Esto dirige el medio desde la entrada inferior derecha hasta la salida.
• Electroválvula universal de 3 vías: Estas válvulas actúan de forma similar a una electroválvula de desviación de 3 vías. Si observamos la figura 10, los medios pueden fluir en cualquier dirección, pero aún así sólo hay dos puertos conectados en un momento dado.

Homologaciones de electroválvulas

En función de la aplicación, pueden ser necesarias determinadas homologaciones para la válvula. Disponer de una válvula con una determinada homologación garantiza que cumple las exigencias de la aplicación. Las aprobaciones más comunes son:

• UL/UR: Underwriters Laboratories inspecciona y certifica los productos en cuanto a su seguridad
• Agua potable Asegura que es apto para el uso de agua potable. Para más información, consulte nuestra página de aplicaciones de agua potable o vea nuestra selección online de electroválvulas para agua. Las certificaciones de agua potable más comunes son:
  • Kiwa: Aprobación de agua potable para el mercado neerlandés.
  • NSF: Aprobación del agua potable para América del Norte.
  • WRAS: Cumplimiento de la normativa de suministro de agua en el Reino Unido o de las ordenanzas escocesas sobre seguridad de los materiales y pruebas mecánicas.
  • KTW: Homologación de plásticos y materiales no metálicos para su uso con agua potable en Alemania.
  • ACS (Attestation De Conformite Sanitaire): Aprobación de agua potable para Francia.
  • Marca de agua: Certificación de productos de fontanería y saneamiento para su venta en Australia y Nueva Zelanda.
  • FDA: Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos
• Versión ATEX: Se proporciona la certificación ATEX para la protección contra explosiones. Para más información, consulte las Directivas ATEX para válvulas y accesorios.
• Certificación CE: La certificación CE significa la conformidad con los elevados requisitos de seguridad, salud y protección del medio ambiente para todos los productos del Espacio Económico Europeo. Para más información, consulte nuestra página de certificación CE.
• Versión de gas: Las válvulas para aplicaciones de gas tienen la aprobación de la DVGW para su uso en aparatos de gas como válvula de cierre automático. Para obtener más información, consulte nuestra página de Normativa de homologación de gases o vea nuestra selección en línea de electroválvulas para gases.
• Grado de protección IP: La clasificación IP de una válvula explica su protección contra el polvo y el agua. Para más información, consulte nuestra página de clasificación IP.

Características especiales de las electroválvulas

• Reducción de la potencia eléctrica: Para abrir o cerrar la válvula se introduce un impulso de corriente corto y la potencia eléctrica se reduce lo suficiente para mantenerla en su posición. Esto ayuda a conservar la energía.
• Enclavamiento: La versión de bobina de enclavamiento o de impulso ofrece una solución para aplicaciones con conmutación de baja frecuencia. La válvula se activa mediante un breve impulso eléctrico para mover el émbolo. A continuación, se utiliza un imán permanente para mantener el émbolo en esa posición sin resorte ni campo magnético adicional. Esto reduce el consumo de energía y el aumento de temperatura en la válvula.
• Alta presión: Las versiones de alta presión están diseñadas para requisitos de presión de hasta 250 bar.
• Anulación manual La opción de anulación manual proporciona una mayor seguridad y comodidad durante la puesta en marcha, las pruebas, el mantenimiento y en caso de fallo de alimentación. En algunas versiones, la válvula no puede actuar eléctricamente cuando el control manual está bloqueado.
• Separación de medios: El diseño de separación de medios permite aislar los medios de las piezas 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 un diferencial de presión mínimo son adecuadas para los vacíos gruesos. Las electroválvulas universales de acción directa o semidirecta son muy adecuadas para estas aplicaciones. Para requisitos más estrictos de tasa de fuga, existen versiones especiales de vacío.
• Tiempo de respuesta ajustable: El tiempo que tarda la válvula en abrirse o cerrarse puede ajustarse, normalmente, girando los tornillos del cuerpo de la válvula. Esta característica puede ayudar a prevenir un golpe de ariete
• Feedback de la posición El estado de conmutación de una electroválvula puede indicarse con un feedback de posición eléctrica u óptica como 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 entender su aplicación antes de seleccionar una electroválvula. Algunos criterios de selección importantes son los siguientes:

• Tipo de electroválvula: Determine si su aplicación requiere una electroválvula de 2 o 3 vías.
• 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. El latón se utiliza generalmente para los medios neutros. El acero inoxidable tiene una buena resistencia química, a la temperatura y a la presión. El PVC y la poliamida se utilizan habitualmente por su rentabilidad. Sin embargo, también se utilizan en aplicaciones de alta gama con productos químicos agresivos. Hay que tener en cuenta que las piezas mecánicas, como el émbolo y el muelle de acero inoxidable, están en contacto con el medio y deben ser también compatibles. Existen válvulas especiales con separación del medio en las que estas piezas están separadas del fluido por una membrana. Consulte Seleccionar el material de la carcasa adecuado para su electroválvula para obtener más información.
• Material del sellado El material de la junta debe seleccionarse en función de las propiedades químicas y la temperatura del medio. NBR, EPDM, FKM (Viton) y PTFE (Teflón) son opciones comunes. Consulte Seleccionar el material de sellado adecuado para su electroválvula para obtener una referencia rápida sobre la resistencia química de los materiales de sellado.
• Voltaje: Las electroválvulas están disponibles en versiones de CA y CC, y cada una de ellas tiene pequeños pros y contras. Consulte Elegir una bobina de CA o CC para una electroválvula para obtener más información.
• Función de la válvula: En función del tiempo de funcionamiento, se puede elegir una válvula normalmente abierta o normalmente cerrada. La mayoría de las electroválvulas son normalmente cerradas. Si el tiempo de apertura de la válvula es mayor que el de cierre, se prefiere una válvula normalmente abierta y viceversa. También se puede optar por la biestabilidad o el enclavamiento.
• Presión: La válvula debe ser capaz de soportar la presión máxima requerida para su aplicación. Es igualmente importante tener en cuenta la presión mínima, ya que un diferencial de presión elevado puede hacer que la válvula falle.
• Tipo de operación: Determine si su aplicación requiere una electroválvula de accionamiento directo, indirecto o semidirecto.
• Temperatura: Asegúrese de que los materiales de las válvulas pueden soportar la temperatura mínima y máxima requerida por su aplicación. La consideración de la temperatura también es esencial para determinar la capacidad de la válvula, ya que afecta a la viscosidad y al flujo del fluido.
• Tiempo de respuesta: El tiempo de respuesta de una válvula es el tiempo que necesita para pasar de la posición de apertura a la de cierre o viceversa. Las pequeñas electroválvulas de acción directa reaccionan mucho más rápido que las de acción semidirecta o indirecta.
• Homologaciones: Asegúrese de que la válvula está debidamente certificada en función de la aplicación.
• Grado de protección: Asegúrese de que la válvula tiene el grado de protección IP adecuado contra el polvo, el líquido, la humedad y el contacto.

Aplicaciones de las electroválvulas

Las aplicaciones más comunes de las electroválvulas domésticas e industriales son:

• Los sistemas de refrigeración utilizan válvulas solenoides para invertir el flujo de refrigerantes. Esto ayuda a la refrigeración en verano y a la calefacción en invierno.
• Lossistemas de riego utilizan electroválvulas con control automático.
• Los lavavajillas y las lavadoras utilizan electroválvulas para controlar el flujo de agua.
• Los sistemas de aire acondicionado utilizan válvulas solenoides para controlar la presión del aire.
• Las electroválvulas se utilizan en los sistemas de cierre automático de las cerraduras de las puertas.
• Los equipos médicos y dentales utilizan la electroválvula para controlar el flujo, la dirección y la presión del fluido.
• Los depósitos de agua utilizan electroválvulas para controlar la entrada o salida de agua, a menudo en combinación con un interruptor de flotador.
• Lavados de coches para controlar el flujo de agua y jabón.
• Equipos de limpieza industrial

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Para qué sirve una electroválvula?

Una electroválvula se utiliza para abrir, cerrar, mezclar o desviar medios en una aplicación. Se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, desde lavavajillas, coches y riego.

¿Cómo puede saber si su solenoide está mal?

Si la electroválvula no se abre o se cierra, está parcialmente abierta, hace un ruido de zumbido o tiene una bobina quemada, tiene que solucionarlo. Para más información, consulte la guía de resolución de problemas.

¿Cómo elegir una electroválvula?

A la hora de elegir una electroválvula, es importante conocer su medio. Dependiendo del medio y del requisito de flujo, elija el material, el tamaño del orificio, la temperatura, la presión, el voltaje, el tiempo de respuesta y la certificación requeridos para su aplicación. Consulte la guía de selección de electroválvulas para obtener más información.

¿Qué es un solenoide?

Un solenoide es una bobina eléctrica que se enrolla alrededor de una sustancia ferromagnética (como el hierro) que actúa como un electroimán cuando la corriente pasa a través de él.

¿Cómo funciona un solenoide?

Cuando la corriente eléctrica pasa por 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 electroválvulas para abrir o cerrar la válvula.

Artículos adicionales de tipo electroválvula

En este artículo sólo se han tratado las electroválvulas de 2 y 3 vías. Las electroválvulas proporcionales y neumáticas se tratan en artículos separados aquí:

• electroválvulas proporcionales
• Introducción a las electroválvulas neumáticas
• electroválvulas neumáticas de 3/2 vías
• electroválvulas neumáticas de 5/2 y 4/2 vías