La guía definitiva sobre válvulas solenoides

Qué es una electroválvula y cómo funciona

electroválvula de 2/2 vías

Figura 1: electroválvula de 2/2 vías

Una electroválvula es una válvula controlada eléctricamente que se utiliza para permitir o impedir el flujo de medios a través de ella. El principio básico de funcionamiento es un émbolo que sube y baja en función del campo magnético generado por el solenoide eléctrico. Este émbolo abre o cierra un orificio por el que circula el fluido. Existen diferentes funciones de circuito, diseños y materiales de construcción que permiten seleccionarlos y diseñarlos para aplicaciones específicas. Pueden controlarse a distancia y automáticamente, lo que las hace ideales para una amplia variedad de industrias, desde el tratamiento de aguas hasta la automoción y las aplicaciones de procesamiento de alimentos.

Datos básicos sobre electroválvulas

  • Sólo líquidos/gases limpios: Las electroválvulas están diseñadas para utilizarse con líquidos y gases limpios.
  • Control preciso del caudal: Regulación precisa de fluidos/gas, ideal para procesos sensibles en dispositivos médicos y fabricación.
  • Tiempo de respuesta rápido: Acciones rápidas de apertura y cierre, vitales para aplicaciones de seguridad y reacción rápida ante peligros.
  • Larga vida útil: Su rendimiento duradero y fiable reduce las necesidades de mantenimiento y soporta un uso exigente.
  • Amplia gama de aplicaciones: Versátil para diversas industrias, como tratamiento de aguas, automoción y procesamiento de alimentos.

Índice de contenidos

¿Cómo funciona una electroválvula?

Componentes de una electroválvula: bobina (A), inducido (B), anillo de sombreado (C), muelle (D), émbolo (E), junta (F) y cuerpo de la válvula (G).

Figura 2: Componentes de una electroválvula: bobina (A), inducido (B), anillo de sombreado (C), muelle (D), émbolo (E), junta (F) y cuerpo de la válvula (G).

Una electroválvula consta de dos componentes principales: un solenoide y un cuerpo de válvula (G). Un solenoide tiene una bobina inductiva electromagnética (A) alrededor de un núcleo de hierro en el centro llamado émbolo (E). Las bobinas de CA tienen un anillo de sombreado (C), que evita las vibraciones y los zumbidos.

En reposo, la válvula puede estar normalmente abierta o normalmente cerrada. En el estado sin corriente, 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). El émbolo se eleva para que la junta (F) abra el orificio y permita el paso del fluido a través de la válvula. Una electroválvula normalmente abierta funciona a la inversa.

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: el funcionamiento por acción directa, el funcionamiento por acción indirecta y el funcionamiento por acción semidirecta.

Tipos de electroválvulas

Electroválvula normalmente cerrada (NC)

En el caso de una electroválvula normalmente cerrada (NC), la válvula se cierra cuando se desenergiza, lo que impide que el medio fluya a través de 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 3 muestra el principio de funcionamiento de una electroválvula normalmente cerrada en los estados desexcitado y excitado. Una electroválvula normalmente cerrada es ideal para aplicaciones que requieren que la válvula esté cerrada durante largos periodos de tiempo, ya que así se ahorra más energía. También pueden utilizarse por motivos de seguridad, si la aplicación requiere que la válvula esté cerrada sin alimentación por motivos de seguridad (por ejemplo, aparatos de gas).

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

Figura 3: 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 (NA), la válvula está abierta cuando está sin corriente, lo que permite que el medio fluya 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. La junta se asienta en el orificio y lo cierra, lo que impide que el medio fluya a través de la válvula. La figura 4 muestra el principio de funcionamiento de una electroválvula normalmente abierta en los estados desexcitado y excitado. 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. También pueden utilizarse por motivos de seguridad, si la aplicación requiere que la válvula esté abierta sin alimentación por motivos de seguridad (por ejemplo, para evitar sobrepresiones).

Principio de funcionamiento de una electroválvula normalmente abierta: sin corriente (izquierda) y con corriente (derecha).

Figura 4: Principio de funcionamiento de una electroválvula normalmente abierta: sin corriente (izquierda) y con corriente (derecha).

Electroválvula biestable

Una electroválvula biestable o de enclavamiento puede conmutarse mediante una fuente de alimentación momentánea. Cuando se desenergiza, la válvula permanece en la posición a la que conmutó. 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. Así se reduce el consumo de energía.

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. Para conocer en profundidad los símbolos y comprender los diagramas de funcionamiento de los circuitos, consulte nuestra página de símbolos de válvulas.

electroválvula de 2 vías

Las electroválvulas de 2 vías tienen dos conexiones, una de entrada y otra de salida. La dirección del flujo a través de la válvula es fundamental para garantizar un funcionamiento correcto. En el cuerpo de la válvula suele haber una flecha que indica la dirección del caudal.

  • Las electroválvulas de 2 vías se utilizan para permitir o bloquear el flujo.

electroválvula de 3 vías

Una electroválvula de 3 vías suele tener tres puertos, cada uno designado para una función específica. Estas son 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: 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.
  • Orificio E (escape) o R (retorno): Este puerto se utiliza para ventilar el fluido o gas del actuador o dispositivo de vuelta a la atmósfera o a un depósito cuando la válvula se cambia a la posición de escape. En algunos sistemas, este puerto también puede servir como entrada o salida alternativa, dependiendo de la configuración y aplicación de la válvula.

La función específica de los puertos depende del estado de la electroválvula (activada o desactivada) y del diseño (normalmente cerrada o normalmente abierta).

  • Normalmente cerrado (NC): Cuando la válvula está desenergizada, el puerto P está cerrado y no se permite el flujo desde la entrada a la salida. El puerto A se conecta normalmente al puerto E o R, permitiendo que el actuador escape. Cuando se energiza, la válvula abre el flujo del puerto P al 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 a la salida. El puerto E o R está cerrado. Cuando se energiza, la válvula conmuta para cerrar el flujo de P a A y abre la conexión entre A y E o R, permitiendo el escape del actuador.

Electroválvulas de acción directa, indirecta y semidirecta

Actuación directa

Una electroválvula de acción directa utiliza el solenoide para abrir o cerrar, sin necesidad de presión diferencial. Estas válvulas se utilizan a menudo para controlar el flujo de gas o líquido en un sistema. Las electroválvulas de acción directa son las más rápidas, fiables y compactas.


Actuación indirecta

Las electroválvulas de acción indirecta, también conocidas como servoaccionadas o pilotadas, utilizan diferencias de presión para funcionar. Requieren un diferencial de presión mínimo de unos 0,5 bares. Estas válvulas incluyen un diafragma con un pequeño orificio que permite el flujo de la entrada a la salida cuando el solenoide se energiza y la presión cae. Este sistema amplifica la presión, permitiendo que un pequeño solenoide controle un gran caudal. Las electroválvulas indirectas se utilizan en aplicaciones con un diferencial de presión suficiente y elevados caudales deseados, y sólo permiten el flujo de medios en una dirección.


Actuación semidirecta

Las electroválvulas de acción semidirecta combinan las características de las válvulas directas e indirectas, permitiendo el funcionamiento desde cero bar a la vez que gestionan caudales elevados. Estas válvulas se parecen a las indirectas, con una membrana móvil, un pequeño orificio y cámaras de presión a ambos lados, pero el émbolo del solenoide está conectado directamente a la membrana. Cuando el émbolo se eleva, abre directamente la válvula y un segundo orificio, provocando la caída de presión y la elevación de la membrana. El resultado es una válvula que puede funcionar a partir de cero bares y gestionar grandes caudales. Estas válvulas de accionamiento semidirecto, también conocidas como electroválvulas de elevación asistida, suelen tener bobinas más potentes que las de accionamiento indirecto.


Materiales

Los materiales utilizados para construir las electroválvulas garantizan que funcionarán correctamente en la aplicación sin causar contaminación. El medio que fluye a través de la válvula entra en contacto tanto con la carcasa como con el material de la junta. Si se utiliza un medio agresivo o contaminado, una electroválvula separadora de medios puede ser una buena solución.

Material de la Carcasa

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

  • Latón El latón presenta una buena resistencia a la corrosión con medios neutros, como el agua.
  • Acero inoxidable: El acero inoxidable tiene una buena resistencia química, térmica y a la presión.
  • PVC: El PVC y la poliamida se utilizan habitualmente por su rentabilidad. 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 opción rentable y fiable para las carcasas de electroválvulas.
  • Hierro fundido: El hierro fundido proporciona una carcasa fuerte, resistente al desgaste y rentable para electroválvulas, con amortiguación de vibraciones añadida adecuada para aplicaciones industriales duras.

Material de sellado

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

  • NBR: Las juntas de NBR tienen una excelente resistencia al aceite y al combustible, por lo que son ideales para aplicaciones basadas en el petróleo.
  • EPDM: Las juntas de EPDM tienen una gran resistencia a la intemperie, al ozono y al vapor, lo que las hace idóneas para aplicaciones en exteriores y con agua caliente.
  • FKM (Viton): Las juntas de FKM tienen una gran resistencia química y térmica, por lo que son perfectas para entornos con productos químicos agresivos y altas temperaturas.
  • PTFE (Teflon): Las juntas de PTFE tienen una inercia química excepcional y un amplio rango de temperaturas, lo que las hace versátiles para medios agresivos y condiciones extremas.

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 Garantiza su aptitud para el consumo humano. Para obtener más información, consulte nuestra página de aplicaciones de agua potable o nuestro artículo sobre 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 certifica la conformidad de todos los productos del Espacio Económico Europeo con los estrictos requisitos de seguridad, salud y protección del medio ambiente. Para más información, consulte nuestra página de certificación CE.
  • Versión de gas: Las válvulas para aplicaciones de gas cuentan con la aprobación DVGW para su uso en aparatos de gas como válvulas de cierre automático. Para más información, consulte nuestra página sobre Reglamento de aprobación de gas.
  • 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: La tensión nominal se suministra a la válvula durante un breve periodo de tiempo para accionarla y, a continuación, se reduce a una tensión de mantenimiento lo suficientemente fuerte como para mantener la válvula en esa posición al tiempo que se reduce el consumo de energía.
  • Enclavamiento: La versión con enclavamiento o bobina de impulsos 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 de índice de fugas más estrictos, 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 función puede ayudar a evitar los golpes 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:

  • 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 más comunes son el latón, el acero inoxidable, el PVC, el aluminio y el hierro fundido. Consulte Seleccionar el material de carcasa adecuado para su electroválvula para obtener más información.
  • Tamaño de la conexión Asegúrese de que el tamaño de los orificios de la electroválvula coincide con el de los orificios a los que se conectará la válvula.
  • Conector: Un conector de solenoide es un dispositivo que se conecta a una electroválvula para suministrarle electricidad, y ayuda a proteger las conexiones de la suciedad y el agua.
  • Voltaje: Determine qué tensión tiene la fuente de alimentación y seleccione una electroválvula con el solenoide correspondiente.
  • 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 (Teflon) son opciones comunes. Consulte la sección Seleccionar el material de junta adecuado para su electroválvula para obtener una referencia rápida sobre la resistencia química de los materiales de junta.
  • Estado sin tensión: Determine si la aplicación necesita una función de válvula normalmente abierta, normalmente cerrada o biestable.
  • Función de circuito: Determine si la aplicación requiere una electroválvula 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 un diferencial de presión elevado puede provocar el fallo de la válvula.
  • Temperatura: Asegúrese de que los materiales de la válvula pueden 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 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 abierta a la cerrada o viceversa. Las electroválvulas pequeñas 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.

Electroválvulas para neumática e hidráulica

Las electroválvulas también pueden utilizarse para aplicaciones neumáticas e hidráulicas, pero su principio de funcionamiento es distinto. En neumática, suelen ser válvulas de 3/2 vías, 5/2 vías o 5/3 vías. Para la hidráulica, suelen ser de 4/2 vías o de 4/3 vías.

  • Una electroválvula neumática de 3 vías tiene tres puertos: uno de entrada, uno de salida y uno de escape. Se suelen utilizar para controlar un cilindro neumático de simple efecto, accionar actuadores neumáticos y aplicaciones de vacío. La válvula sirve para llenar el cilindro y vaciarlo después para que pueda producirse una nueva carrera de trabajo. Por lo tanto, se requiere ventilación. Más información sobre las electroválvulas neumáticas de 3/2 vías.
  • Una electroválvula neumática o hidráulica de 4 vías tiene cuatro puertos: dos de entrada y dos de salida. Esto permite a la válvula controlar la dirección del caudal en un sistema neumático o hidráulico, lo que la hace ideal para accionar cilindros de doble efecto o actuadores neumáticos. Cuando el solenoide se activa o desactiva, desplaza la posición de la válvula, cambiando la trayectoria 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 electroválvulas de 4 vías se utilizan habitualmente en diversas aplicaciones industriales, incluida la automatización de la fabricación, donde se requiere un control preciso del posicionamiento del actuador. Más información sobre electroválvulas hidráulicas de 4 vías y electroválvulas neumáticas de 4 vías.
  • Una electroválvula neumática de 5 vías tiene cinco orificios: dos de entrada, dos de salida y uno de escape. La adición del orificio de escape permite a la válvula no sólo controlar la dirección del flujo, sino también expulsar el aire del sistema. Esto es especialmente útil en aplicaciones neumáticas en las que se requiere un movimiento rápido de los cilindros, ya que el orificio de escape puede liberar aire rápidamente para permitir un accionamiento más rápido. Las electroválvulas de 5 vías se utilizan a menudo en sistemas de control más complejos en los que el control preciso del movimiento y la velocidad son esenciales, como en robótica, maquinaria de envasado y sistemas de manipulación de materiales. La posibilidad de expulsar el aire directamente en la válvula puede mejorar la capacidad de respuesta y la eficacia del sistema. Más información sobre electroválvulas neumáticas de 5 vías.

Otras aplicaciones de 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 electroválvulas 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 electroválvulas para controlar el caudal, 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?

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.

¿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.