Electroválvulas para aplicaciones en vacío

Hay muchos malentendidos sobre los requisitos de las electroválvulas en las aplicaciones de vacío. En este artículo se aclaran los requisitos de las electroválvulas. Para ello, en primer lugar se explican los principios básicos y las definiciones de la presión.

Presión

La presión se define como la fuerza aplicada perpendicularmente a la superficie de un objeto por unidad de superficie sobre la que se distribuye dicha fuerza. La unidad del SI utilizada para la presión es el pascal [Pa] y equivale a un newton por metro cuadrado. La presión atmosférica estándar (definida como una atmósfera, o 1 atm) a nivel del mar se define como 101,325 kPa, lo que hace que los pascales sean una unidad algo engorrosa de manejar. En las aplicaciones hidráulicas es más habitual utilizar la unidad métrica [bar], que equivale a 100 kPa (aproximadamente 10 toneladas por metro cuadrado), o la unidad imperial [psi] (libras por pulgada cuadrada, aproximadamente 690 kg por metro cuadrado). El vacío perfecto se define como un espacio vacío de toda materia, y por definición la presión absoluta de un vacío perfecto es cero, sin embargo el vacío perfecto es técnicamente inalcanzable en la práctica.

Representación gráfica de la relación entre las diferentes definiciones de presión.

Hay varias referencias a las que se mide la presión, y son:

• Presión absoluta (P_abs), medida en relación con un vacío perfecto.
• Presión manométrica (P_gauge), medida en relación con la presión del aire ambiente circundante, a veces expresada en barg (bar gauge).
• Presión diferencial (P_diff), medida entre dos puntos de un sistema.
• Presión de vacío (P_vac), medida con respecto a la presión atmosférica.

Electroválvulas para aplicaciones en vacío

A la hora de elegir la válvula adecuada para una aplicación de vacío, hay que tener en cuenta varios factores, como:

• función del circuito (2 vías, 3 vías, etc.),
• caudal (valor Kv),
• principio de diseño (directo, semidirecto),
• diferencial de presión a través de la válvula en todos los escenarios,
• tasa de fuga,
• Tiempo de respuesta

Por ejemplo, las máquinas automáticas de recogida y colocación utilizadas en la industria electrónica no requieren grandes caudales, pero sí un vacío alto y constante para recoger los componentes de forma fiable, y un tiempo de respuesta rápido de la válvula para alcanzar altas velocidades. Una aplicación de control de la succión para una cámara de vacío no suele requerir un tiempo de respuesta rápido, pero puede requerir un caudal elevado para permitir que la cámara llegue al vacío rápidamente.

No todos los tipos de electroválvulas pueden utilizarse en aplicaciones de vacío, pero es un error pensar que ninguna de las electroválvulas estándar es adecuada y que sólo pueden utilizarse válvulas de vacío especialmente diseñadas. Universal actuación directa las electroválvulas de acción directa o semidirecta suelen ser muy adecuadas para aplicaciones de vacío, ya que no requieren un diferencial de presión mínimo. Las electroválvulas de acción indirecta necesitan un diferencial de presión lo suficientemente grande entre el puerto de entrada y el de salida para funcionar, lo que las hace inadecuadas para aplicaciones de (bajo) vacío. Por otro lado, si el diseño del sistema garantiza que la presión diferencial a través de la válvula es superior a la mínima requerida en todo momento (por ejemplo, 0,5 bar), estas válvulas podrían considerarse en teoría. Sin embargo, en la práctica se recomienda considerar sólo las válvulas (semi)directas. Existe una excepción para las válvulas pilotadas externamente (neumáticas), como se describirá más adelante.

Electroválvulas de 2 vías

Una electroválvula de 2/2 vías tiene dos puertos y dos posiciones (abierta y cerrada) y puede ser NC (normalmente cerrada, se abre cuando se energiza) o NO (normalmente abierta, se cierra cuando se energiza). Algunos ejemplos de electroválvulas de accionamiento (semi)directo adecuadas para el vacío son las series CM-D, ST-D, ST-S y DF-S.

Válvulas adecuadas para el vacío, de izquierda a derecha: Serie CM-D (orificio de 2 mm), ST-D (orificio de 3 mm), ST-S (orificio de 10,5 mm), DF-S (orificio de 16-50 mm)

Electroválvulas de 3 vías

Una válvula de 3/2 vías tiene tres puertos y dos posiciones y tiene diferentes funciones de circuito, como NC, NO, desviación o universal. Por ejemplo, para controlar una pinza de succión, se necesita un 3/2 vías. Un puerto se conecta a la pinza de aspiración, otro a la línea de vacío y otro a la presión atmosférica. Las válvulas de 3/2 vías de accionamiento directo de la serie TW de JP Fluid Control pueden utilizarse para aplicaciones de vacío.

La serie TW de JP Fluid Control es una válvula de 3/2 vías adecuada para el vacío.

Electroválvulas neumáticas (3/2, 4/2, 5/2 vías)

Las electroválvulas para la neumática suelen tener un diseño de carrete y suelen ser de acción indirecta. Cuando cambian, la válvula libera una pequeña cantidad de aire que se utiliza para el funcionamiento del piloto en los alrededores. La válvula puede ser pilotada utilizando la alimentación de presión de la red (pilotaje interno) o utilizando una alimentación de presión externa separada (pilotaje externo). Las válvulas de pilotaje interno son las más comunes y no son adecuadas para aplicaciones de vacío. Las válvulas pilotadas externamente pueden ser adecuadas para el vacío, siempre que se alimenten con una fuente de aire comprimido externa.

Consideraciones adicionales

Es importante tener en cuenta que la mayoría de las electroválvulas tienen una dirección de flujo especificada. Esto significa que el lado del vacío debe estar conectado al puerto de salida de la válvula, permitiendo que el aire se desplace desde la entrada de mayor presión hasta la salida de menor presión cuando la válvula está abierta.

Los sistemas de ultra alto vacío tienen estrictos requisitos de fuga para las válvulas cerradas, y requieren válvulas solenoides especialmente diseñadas para mantener el vacío a lo largo del tiempo.