Válvula de control direccional - Cómo funcionan

Las válvulas de control direccional se utilizan en sistemas hidráulicos o neumáticos para dirigir o detener el flujo de medios a sus dispositivos. Este artículo se centra en las diferentes válvulas solenoides direccionales para sistemas neumáticos. Probablemente sean los elementos más utilizados en sistemas neumáticos y pueden usarse, por ejemplo, para accionar un cilindro, una válvula industrial más grande o herramientas neumáticas. Las válvulas pueden tener dos o más puertos y cumplir varias funciones de circuito. La función y el comportamiento de la válvula pueden ser indicados por un símbolo. Sin embargo, el símbolo no explica la construcción de la válvula. Hay varias formas de accionar las válvulas de control direccional, incluyendo la activación manual y por solenoide.

Índice de contenidos

• Diseño y principio de funcionamiento
• Monoestable y biestable
• Tipos de válvulas
  • 2/2 vías
  • 3/2 vías
  • 5/2 vías
  • 5/3 vías
• Normativa de Namur

Diseño y principio de funcionamiento

Las electroválvulas neumáticas suelen tener un diseño de carrete. Constan de un cuerpo de aluminio con un agujero cilíndrico. Los diferentes puertos de la válvula se conectan al cilindro. Un carrete deslizante en el cilindro tiene varias juntas a lo largo de su longitud. Desplazando el carrete hacia adelante y hacia atrás a través del cilindro, se pueden conectar o cerrar diferentes puertos. Crear un sellado sin ninguna fuga es muy difícil con el diseño del carrete. Por lo tanto, las electroválvulas neumáticas siempre tienen una fuga interna muy pequeña (pero aceptable). Con este tipo de válvulas, el aire puede fluir en ambas direcciones a través de la válvula. Esto se llama bidireccional.

La fuerza necesaria para mover el carrete puede ser relativamente pequeña; la presión del aire tiene una influencia limitada en la fuerza necesaria. Además, la fuerza del muelle en las válvulas monoestables es bastante pequeña. Por ello, los solenoides suelen consumir poca energía. Dado que la mayoría de las válvulas son pilotadas, la fuerza necesaria del solenoide es aún menor. El funcionamiento piloto (funcionamiento indirecto) significa que la válvula utiliza la presión del aire para accionar la válvula, la presión del aire es controlada por el solenoide. Con este diseño, el solenoide tiene que entregar una fuerza mucho menor que la fuerza que entrega la presión del aire. La válvula puede ser de pilotaje interno o externo. Las válvulas con pilotaje interno utilizan la presión de entrada para accionar la válvula, mientras que las válvulas con pilotaje externo utilizan un canal separado para la operación de pilotaje. Las válvulas de pilotaje interno requieren una determinada presión diferencial, normalmente de 0,1 a 1,5 bares, para funcionar. Si la presión es demasiado baja, la válvula no cambiará de estado cuando se accione el solenoide. Las válvulas de pilotaje interno no son adecuadas para su uso en sistemas de baja presión o aplicaciones de vacío.

A veces los ingenieros preguntan si una electroválvula neumática puede utilizarse para otros medios, como el agua o el aceite. La respuesta corta es que no es recomendable. Muchas electroválvulas neumáticas están pilotadas internamente y ventean una cantidad mínima de aire que es necesaria para accionar la válvula. Una pequeña pérdida de aire en el entorno es aceptable en la mayoría de las aplicaciones, pero no en el caso del agua, el aceite u otros tipos de medios. Además, los materiales de las válvulas están optimizados para su uso con aire. Por lo general, la válvula está fabricada con piezas de aluminio y juntas de NBR o HNBR. Otros medios distintos del aire pueden provocar corrosión u otras reacciones químicas, lo que puede tener un impacto negativo en la vida útil de la válvula.

Válvulas monoestables y biestables

Una válvula monoestable es mantenida por un muelle (neumático o de bobina) en su posición inicial. En cuanto se acciona la válvula (por ejemplo, mediante un solenoide), la válvula pasa a su estado activado. Cuando se libera la energía (eléctrica), la válvula vuelve a su posición inicial. Estas válvulas también se denominan electroválvulas de simple efecto.

Una válvula biestable puede conmutarse mediante una operación momentánea y permanecerá en su posición. Así, cuando se detiene la operación, la válvula no vuelve a la situación inicial antes de la operación. Una electroválvula biestable suele tener un solenoide en ambos extremos de la válvula. Cada solenoide es responsable de la conmutación a un solo estado. Estas válvulas se denominan electroválvulas de doble efecto.

Tipos de válvulas

Las válvulas direccionales se designan con dos números. El primer número muestra cuántos puertos tiene la válvula, y el segundo número es la cantidad de estados. Por ejemplo, una válvula de 2/2 vías tiene dos puertos (entrada/salida) y dos estados (abierto/cerrado). Una válvula de 5/2 vías tiene cinco puertos y dos estados. Las válvulas direccionales suelen tener dos, tres o cinco puertos. En los siguientes apartados se explicarán con más detalle los distintos tipos.

• Válvula de 2/2 vías
• Válvula de 3/2 vías
• Válvula de 5/2 vías
• Válvula de 5/3 vías

Válvula de 2/2 vías

La válvula más común y más sencilla es la de 2/2 vías. Tiene dos puertos y dos estados (abierto y cerrado), por lo que también se denomina válvula de cierre. Se utilizan en aplicaciones neumáticas en las que el suministro de aire debe cerrarse periódicamente. las válvulas de 2/2 vías pueden ser monoestables o biestables. Las válvulas biestables de 2/2 vías suelen tener un solenoide y se accionan por impulsos para cambiar de estado. Estas válvulas también se denominan de enclavamiento. Las válvulas monoestables de 2/2 vías pueden ser normalmente cerradas (se abren al ser accionadas) o normalmente abiertas (se cierran al ser accionadas). La mayoría de las electroválvulas de 2/2 vías son monoestables y normalmente cerradas. La imagen siguiente muestra el símbolo de una válvula normalmente cerrada. Si quiere saber más sobre los símbolos de las válvulas direccionales, encontrará una explicación clara en el artículo Símbolos de las válvulas.

Válvula de 3/2 vías

Una válvula de 3/2 vías tiene tres puertos y dos estados. Se utilizan, por ejemplo, para controlar un cilindro de simple efecto. La válvula se utiliza para llenar el cilindro, pero también para purgarlo después y realizar un nuevo recorrido de trabajo. Por lo tanto, una válvula con dos puertos no sería suficiente. Se requiere un tercer puerto para la ventilación. las válvulas de 3/2 vías pueden ser monoestables o biestables. Al igual que las válvulas de 2/2 vías, las válvulas monoestables de 3/2 vías pueden ser normalmente cerradas o normalmente abiertas. El símbolo que aparece a continuación representa un 3/2 vías monoestable que está normalmente cerrado.

Válvula de 5/2 vías

Una válvula de 5/2 vías tiene cinco puertos y dos estados. Estas válvulas se utilizan, por ejemplo, para controlar cilindros de doble efecto. Un cilindro de doble efecto requiere dos puertos de salida de la válvula. las válvulas de 5/2 vías pueden ser monoestables o biestables.

Válvula de 5/3 vías

Todas las válvulas mencionadas anteriormente tienen dos estados. También es posible tener un tercer estado, por ejemplo, una electroválvula de 5/3 vías. El tercer estado se utiliza para detener un cilindro de doble efecto en una posición intermedia. Estas válvulas son monoestables y vuelven a la posición central cuando los solenoides no están energizados. Se utilizan dos solenoides para cambiar la válvula a los otros dos estados. las válvulas 5/3 están disponibles en tres variantes: con posición central cerrada, con posición central de ventilación y con posición central presurizada. La válvula central cerrada está representada por el símbolo que se muestra a continuación.

Normativa de Namur

Muchas electroválvulas neumáticas tienen un diseño de brida estandarizado para montarlas directamente en aparatos como un actuador neumático. La norma más común es la norma NAMUR (VDI/VDE 3845), una norma europea que define una interfaz estándar para montar válvulas de control direccional directamente en el actuador rotativo. Esta norma se ha adoptado en todo el mundo. Las válvulas se montan en el actuador con tornillos M5. Los actuadores producidos en los Estados Unidos tienen generalmente roscas #10-24. La válvula está provista de dos juntas tóricas para sellar la conexión entre la válvula y el actuador. El diseño de la interfaz permite dos posiciones de montaje de la válvula girando la válvula 180 grados. Esto cambia la rotación de los actuadores en relación con la energización de la válvula de control.

La figura siguiente muestra las dimensiones de una válvula con puertos G1/4" y G1/2".