Válvula neumática de 3/2 vías - Cómo funcionan
Figura 1: Una válvula solenoide neumática de 3/2 vías
Las válvulas neumáticas de control de 3/2 vías se utilizan comúnmente para controlar el flujo de aire en diversas aplicaciones, como cilindros de simple efecto, accionamiento de actuadores neumáticos y gestión de aplicaciones como soplado, liberación de presión y operaciones de vacío. Tienen tres puertos y dos posiciones y funcionan llenando el cilindro con aire y luego vaciándolo, permitiendo una nueva carrera de trabajo. Esta funcionalidad requiere un tercer puerto para la ventilación, lo que hace que una válvula de dos vías sea insuficiente para estas tareas. Las válvulas neumáticas de 3/2 vías pueden ser accionadas de varias maneras:
- Neumáticamente: Utilizando aire comprimido para accionar la válvula
- Mecánicamente: Utilizando una fuerza mecánica, como una palanca o leva, para accionar la válvula (puede o no requerir intervención humana directa)
- Manualmente: Utilizando un operador manual, como un botón pulsador o pedal, para accionar la válvula. Esto es un subconjunto del accionamiento mecánico pero implica específicamente la intervención humana directa.
- Eléctricamente (Solenoide): Utilizando un solenoide eléctrico para accionar la válvula.
Este artículo analiza la función del circuito, el diseño, el funcionamiento y las aplicaciones típicas de las válvulas neumáticas de 3/2 vías, con un enfoque principal en las válvulas solenoides de 3/2 vías.
Tabla de contenidos
- Función del circuito de las válvulas de aire de 3 vías
- Diseño de las válvulas de 3/2 vías
- Funcionamiento de la válvula solenoide neumática de 3/2 vías
- Versatilidad y consideraciones ambientales de las válvulas neumáticas
- Aplicaciones típicas de las válvulas de 3/2 vías
- Preguntas frecuentes
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Diseño de las válvulas de 3/2 vías
Las válvulas neumáticas de 3/2 vías vienen en varios diseños, con mecanismos de sellado que pueden ser de tipo poppet o de carrete. Estas válvulas se pueden categorizar según su operación y estabilidad.
Basado en la operación
-
Válvulas de operación directa: En las válvulas de operación directa, el carrete o poppet es movido directamente por el actuador. La válvula se abre o cierra moviendo el carrete o poppet. Varios tipos de actuadores incluyen:
- Solenoide (bobina)
- Botón pulsador
- Palanca
- Pedal
- Válvulas de operación indirecta: En las válvulas de operación indirecta, el carrete no es accionado directamente por el solenoide. En su lugar, la presión del sistema mueve el carrete. Esto requiere una válvula piloto adicional, que es una pequeña válvula de 3/2 vías de operación directa. La válvula piloto suministra aire comprimido a un pequeño cilindro de aire dentro de la válvula, empujando contra un pistón para accionar el solenoide y conmutar la válvula. Esto permite el uso de un solenoide relativamente pequeño para conmutar la válvula.
Basado en la estabilidad
- Válvulas monoestables: Las válvulas monoestables vuelven a su posición predeterminada utilizando la fuerza de un resorte. Típicamente tienen una bobina.
- Válvulas biestables: Las válvulas biestables tienen una bobina en cada posición y son operadas por pulsos. Pueden mantener su posición sin necesidad de energía continua, alternando entre dos estados estables.
Función del circuito de las válvulas de aire de 3 vías
La válvula neumática de 3/2 vías, o válvula accionada por aire, tiene tres puertos de conexión y dos estados. Los puertos son:
- Entrada (P, 1)
- Salida (A, 2)
- Escape (R, 3)
Los dos estados de la válvula son abierto y cerrado. Cuando la válvula está abierta, el aire fluye desde la entrada (P, 1) hacia la salida (A, 2). Cuando la válvula está cerrada, el aire fluye desde la salida (A, 2) hacia el escape (R, 3). Una válvula que está cerrada en su estado no accionado se llama normalmente cerrada (NC), mientras que una que está abierta en su estado no accionado se llama normalmente abierta (NO).
Figura 2: Función del circuito de una válvula de 3/2 vías monoestable, normalmente cerrada
La mayoría de las válvulas de 3/2 vías son monoestables y vuelven a su posición predeterminada cuando no están accionadas, típicamente utilizando un mecanismo de resorte. Las válvulas biestables de 3/2 vías mantienen su posición durante la pérdida de energía y requieren una acción separada para cambiar de estado. Por lo tanto, las válvulas biestables no pueden llamarse NC o NO.
En resumen, las diferentes funciones de la válvula de 3/2 vías son:
- 3/2 vías monoestable NC
- 3/2 vías monoestable NO
- 3/2 vías biestable
Las funciones del circuito se representan utilizando símbolos de válvulas y neumáticos. La Figura 3 muestra los símbolos de una válvula solenoide de 3/2 vías de operación indirecta. Aprenda sobre otros símbolos de válvulas neumáticas y su explicación en nuestro artículo sobre símbolos de válvulas.
Figura 3: Símbolos de válvulas solenoides neumáticas de 3/2 vías, de izquierda a derecha: normalmente abierta monoestable (izquierda), normalmente cerrada monoestable (centro), biestable (derecha).
Funcionamiento de la válvula solenoide neumática de 3/2 vías
Figura 4: Diseño de válvula neumática de 3/2 vías operada por solenoide en los estados cerrado (izquierda) y abierto (derecha): Operador manual (A), núcleo fijo (B), solenoide (C), armadura (D), pasador de empuje (E), resorte de retorno 1 (F), carrete (G), atmósfera (H), salida de la válvula (I), suministro de aire (J), resorte de retorno 2 (K), y orificio (L)
En una válvula neumática de 3/2 vías operada por solenoide, los componentes principales y sus funciones son:
- Operador manual (A): Permite el control manual de la válvula.
- Núcleo fijo (B): Proporciona un núcleo magnético estacionario para el solenoide.
- Solenoide (C): Genera un campo magnético para mover la armadura.
- Armadura (D): Se mueve en respuesta al campo magnético generado por el solenoide.
- Pasador de empuje (E): Transfiere el movimiento de la armadura al carrete.
- Resorte de retorno 1 (F): Devuelve la armadura a su posición predeterminada cuando el solenoide está desenergizado.
- Carrete (G): Controla el flujo de aire a través de la válvula.
- Atmósfera (H): El puerto de escape donde se libera el aire.
- Salida de la válvula (I): El puerto a través del cual el medio sale de la válvula.
- Suministro de aire (J): El puerto donde entra el aire comprimido a la válvula.
- Resorte de retorno 2 (K): Ayuda a devolver el carrete a su posición predeterminada.
- Orificio (L): La abertura a través de la cual fluye el aire dentro de la válvula.
Cuando el solenoide (C) está energizado, crea un campo magnético que mueve la armadura (D). El movimiento de la armadura se transfiere a través del pasador de empuje (E) al carrete (G), que se desplaza para abrir o cerrar el orificio (L). Esta acción permite que el aire comprimido del suministro de aire (J) fluya a través de la válvula y salga por la salida de la válvula (I).
Cuando el solenoide está desenergizado, los resortes de retorno (F) y (K) devuelven la armadura y el carrete a sus posiciones predeterminadas, deteniendo el flujo de aire y permitiendo que cualquier aire restante se escape a la atmósfera (H).
Nota: No todas las válvulas solenoides de 3/2 vías necesitan tener todos los componentes específicos enumerados anteriormente. El diseño exacto y los componentes pueden variar dependiendo del fabricante y los requisitos específicos de la aplicación. Por ejemplo, algunos diseños pueden integrar la armadura y el carrete directamente, eliminando la necesidad de un pasador de empuje separado.
Versatilidad y consideraciones ambientales de las válvulas neumáticas
Con una carcasa NAMUR, la válvula puede montarse directamente en un actuador que también cumpla con el estándar NAMUR. Se pueden usar colectores para ahorrar espacio y agrupar válvulas. Múltiples válvulas de 3/2 vías pueden integrarse en un solo colector, y es posible mezclar tipos de válvulas, como montar una válvula de 5/2 vías junto a una válvula de 3/2 vías. Las combinaciones dependen del tipo y diseño del colector.
Las consideraciones ambientales son cruciales en los sistemas neumáticos. Las válvulas y sellos deben ser resistentes a la corrosión cuando están expuestos a sustancias agresivas. Hay válvulas especiales disponibles para áreas de sala limpia, entornos ATEX y la industria alimentaria.
Una válvula de 5/2 vías puede funcionar como una válvula de 3/2 vías utilizando solo una entrada y el puerto de salida correspondiente. Además, la función de una válvula de 3/2 vías puede ser imitada usando dos válvulas de 2/2 vías.
Aplicaciones típicas de las válvulas de 3/2 vías
Las válvulas de 3/2 vías son adecuadas para varias tareas: accionar actuadores neumáticos, soplado, liberación de presión y aplicaciones de vacío.
Control de un cilindro de simple efecto
Un cilindro de simple efecto tiene un puerto neumático para llenar y vaciar la cámara de aire. El cilindro se mueve en una dirección cuando se llena la cámara de aire y vuelve a su posición original por la fuerza del resorte. La válvula de 3/2 vías llena la cámara de aire o la ventila a la atmósfera. La Figura 5 muestra un circuito neumático básico para un cilindro de simple efecto.
Figura 5: Representación esquemática de un accionamiento de cilindro de simple efecto con una válvula de 3/2 vías
Control de un cilindro de doble efecto
Un cilindro de doble efecto tiene dos cámaras de aire, cada una con su propio puerto de conexión. El cilindro se mueve llenando una cámara de aire mientras se ventila la otra. Típicamente, se utiliza una válvula de 5/2 vías para operar un cilindro de doble efecto. Sin embargo, esto también se puede lograr usando dos válvulas de 3/2 vías, cada una conectada a uno de los puertos del cilindro. Una válvula impulsa el vástago del pistón a la posición extendida (a1), mientras que la otra válvula devuelve el pistón a su posición inicial (a0) (Figura 6). Las ventajas de usar dos válvulas de 3/2 vías son:
- Diferentes presiones: Se pueden aplicar dos presiones diferentes a los puertos del cilindro sin necesidad de un regulador de presión entre la válvula y el cilindro.
- Ventilación simultánea: Ambas cámaras de aire pueden ventilarse simultáneamente, permitiendo el movimiento libre del vástago del pistón, lo cual no es posible con una válvula de 5/2 vías.
Para impulsar el pistón de la posición a0 a a1 usando dos válvulas normalmente cerradas, una válvula debe estar energizada (encendida, '1') mientras que la otra debe estar desenergizada (apagada, '0'). La válvula desenergizada permite que el aire comprimido se escape por el puerto (R, 3), haciendo que el pistón se mueva en la dirección requerida. Las Tablas 1 y 2 proporcionan más detalles sobre los estados de las válvulas ('0' y '1' se refieren a los estados no accionado y accionado de la válvula respectivamente) al accionar un cilindro de doble efecto.
Al menos una de las dos válvulas debe estar en la posición de "escape" para evitar presurizar ambos puertos del cilindro simultáneamente. Si ambos puertos están presurizados, el movimiento del pistón dependerá de factores como el estado anterior del pistón, la cantidad de presión y el tipo de cilindro.
Tabla 1: Accionamiento de cilindro de doble efecto con una válvula NC y una NO
| Válvula NC (Izquierda) | Válvula NO (derecha) | Posición del pistón |
| 0 | 0 | a0 |
| 1 | 0 | Sin estado estable |
| 0 | 1 | Movimiento libre entre a0 y a1 |
| 1 | 1 | a1 |
Figura 6: Accionamiento de cilindro de doble efecto con una válvula NC y una NO
Tabla 2: Dos válvulas solenoides neumáticas NC controlando un cilindro de doble efecto
| Válvula NC (Izquierda) | Válvula NC (Derecha) | Posición del pistón |
| 0 | 0 | Movimiento libre entre a0 y a1 |
| 1 | 0 | a1 |
| 0 | 1 | a0 |
| 1 | 1 | Sin estado estable |
Figura 7: Cilindro neumático de doble efecto con dos válvulas NC
Aplicaciones de soplado, liberación de presión y vacío
Las válvulas de 3/2 vías son ideales para aplicaciones de soplado, liberación de presión y vacío. A menudo son necesarias válvulas pilotadas externamente o de accionamiento directo porque no requieren una presión diferencial mínima. La Figura 8 muestra configuraciones de válvulas de soplado, liberación de presión y vacío.
En el circuito de vacío, la bomba de vacío está conectada al puerto (P, 1), y la presión atmosférica está conectada al puerto (R, 3). El vacío se rompe cuando el puerto (A, 2) se conecta al puerto (R, 3). La ventosa recoge el objeto cuando se enciende la bomba de vacío (conectada al puerto P, 1).
Figura 8: Válvula de soplado de 3/2 vías pilotada externamente (izquierda), válvula de alivio pilotada externamente (derecha)
Figura 9: Símbolo de válvula de una válvula de 3/2 vías utilizada para una aplicación de vacío: Filtro de vacío (A), ventosa (B), filtro con separador, drenaje manual (C), bomba de vacío
Preguntas frecuentes
¿Cómo funciona una válvula de 3 vías 2 posiciones?
Una válvula de 3 vías 2 posiciones tiene tres puertos y dos posiciones. Dirige el flujo entre dos de los tres puertos en cada posición, permitiendo el control de la dirección del fluido, típicamente utilizado para desviar o mezclar flujos.
¿Cuál es la diferencia entre una válvula de 2 vías y una de 3 vías?
Una válvula de 2 vías es cualquier tipo de válvula con dos puertos: un puerto de entrada y uno de salida. Una válvula de 3 vías tiene tres puertos dentro del cuerpo de la válvula que se utilizan como entrada, salida y escape.
