válvula neumática de 5/2 y 4/2 vías - Cómo funcionan

válvula neumática de 5/2 y 4/2 vías - Cómo funcionan

Figura 1: Electroválvula neumática de 5/2 vías

Figura 1: electroválvula neumática de 5/2 vías

Función del circuito

La válvula neumática de 5/2 vías tiene cinco puertos de conexión y dos estados. Dispone de una toma de presión (P,1), dos tomas (A,2) y (B,4) que se conectan al dispositivo que debe ser controlado, y dos tomas de escape (EA,3) y (EB,5). Los dos estados de la válvula son:

  • El puerto de presión (P,1) se conecta al puerto (A,2), mientras que el puerto (B,4) descarga a través del puerto de escape (EB,5)
  • El puerto de presión (P,1) se conecta al puerto (B,4), mientras que el puerto (A,2) descarga a través del puerto (EA,3).

Designaciones de puertos

Los distintos fabricantes utilizan diferentes designaciones de puertos. También hay una designación estándar: ISO-1210-1. Esta norma es la que pretendemos mantener en nuestros artículos en la medida de lo posible. La norma ISO utiliza números para designar los diferentes puertos. Sin embargo, algunos fabricantes utilizan letras para aclarar un poco las designaciones de los puertos.

En el ejemplo, el puerto ISO 1 también se designa con una letra P de presión, que es el punto de conexión para la línea de presión. Los puertos de salida (o puertos de trabajo) con las designaciones ISO 2 y 4 se designan alternativamente con las letras A y B. Los puertos de escape correspondientes tienen los números de designación ISO 3 y 5. Las denominaciones alternativas de estos puertos son respectivamente EA y EB, que significan escape de A y escape de B. Los símbolos de válvulas con un solo puerto de escape como, por ejemplo, las válvulas de 3/2 vías o 4/2 vías, el puerto de escape número 3 (ISO) se designa alternativamente con la letra R (alivio, del inglés relief)

Símbolo de una válvula monoestable de 5/2 vías con designación de puerto ISO y alternativa

Símbolo de una válvula monoestable de 5/2 vías con designación de puerto ISO y alternativa

La válvula neumática de 4/2 vías tiene cuatro puertos de conexión y dos estados. La diferencia entre los dos tipos de válvulas es el número de puertos de escape:

  • Una válvula neumática de 5/2 vías tiene dos puertos de escape independientes
  • Una válvula de 4/2 vías sólo tiene un puerto de escape común
Símbolo de una válvula monoestable de 4/2 vías con designación de puerto ISO y alternativa

Símbolo de una válvula monoestable de 4/2 vías con designación de puerto ISO y alternativa

Esto significa que ambos puertos (A,2) y (B,4) se conectan al puerto de escape (R,3). El puerto de escape adicional de la válvula de 5/2 vías ofrece posibilidades de control adicionales. Por ejemplo, la velocidad en ambas direcciones de un actuador neumático de doble efecto puede ajustarse controlando el caudal a través de cada puerto de escape individualmente con válvulas de mariposa.

Las válvulas pueden ser monoestables o biestables. Las válvulas monoestables de 5/2 vías vuelven a su posición de reposo cuando no son accionadas. La válvula vuelve a su posición de reposo por medio de un muelle. Esto significa que las válvulas monoestables requieren un accionamiento constante (neumático, eléctrico o manual) para permanecer en la posición de accionamiento. Las válvulas biestables de 5/2 vías mantienen su posición durante la pérdida de energía, y requieren una acción independiente para cambiar la válvula a una posición segura.

Son posibles las siguientes funciones del circuito:

  • mono-estable de 5/2 vías
  • 5/2 vías biestables
  • mono-estable de 4/2 vías
  • 4/2 vías biestables

las válvulas neumáticas de 5/2 y 4/2 vías pueden ser accionadas por diferentes medios:

  • Eléctricamente (electroválvula)
  • Neumáticamente
  • Mecánicamente
  • Manualmente

La función del circuito y el accionamiento de la válvula pueden mostrarse mediante un símbolo. A continuación se indican los símbolos de funcionamiento de los circuitos de las electroválvulas de 4/2 vías y de 5/2 vías.

Símbolos de funcionamiento de las válvulas neumáticas de 4/2 y 5/2 vías

Símbolos de funcionamiento de las válvulas neumáticas de 4/2 y 5/2 vías

Diseño

Aunque la función básica sigue siendo la misma, las válvulas neumáticas de 5/2 vías están disponibles en innumerables variaciones de diseño en cuanto a tamaño, material, color, interfaces de conexión, etc. Esto es necesario para cumplir una amplia gama de requisitos, como el uso médico, el procesamiento de alimentos, los entornos polvorientos, los entornos explosivos, etc.

La mayoría de las válvulas de 5/2 vías tienen un carrete móvil con juntas a lo largo en un cilindro. Los puertos de las válvulas se conectan a este cilindro central. Al mover el carrete a través del cilindro, los puertos de la válvula se conectan o se bloquean. Además, la válvula puede ser de accionamiento directo o pilotado. Con el funcionamiento directo, el actuador está directamente conectado al carrete. Con el funcionamiento piloto, la válvula utiliza la presión de entrada para ayudar a mover el carrete. La válvula contiene un pequeño cilindro neumático interno que acciona el carrete. El llenado y vaciado de este cilindro está controlado por el actuador, por ejemplo un solenoide. las válvulas de 5/2 vías suelen ser pilotadas. Las partes principales de la válvula son:

  • Carcasa
  • Sellos
  • Pistón
  • Carrete

Muchos tipos de válvulas de 5/2 vías están disponibles con accionamiento manual, o incluso con un mecanismo de bloqueo. Las ventajas del mecanismo de bloqueo pueden apreciarse durante el mantenimiento: la válvula mantiene la posición designada hasta que se libera el bloqueo, por lo que los elementos neumáticos accionados, como los cilindros o las pinzas, conservan su posición. Un posible uso de la anulación manual es la prueba del sistema; la válvula no necesita estar conectada a la corriente para ser accionada. Para conmutar la válvula, basta con pulsar el botón de anulación. Una desventaja del mecanismo de cierre es que los operarios pueden olvidarse de desbloquear la válvula.

Al seleccionar una electroválvula, hay que tener en cuenta el tipo de conexión eléctrica. Algunos fabricantes disponen de una amplia gama de diseños de conectores o utilizan conectores DIN estándar, como los DIN43650 de tipo A, B y C. Los conectores están disponibles con diferentes grados IP que indican el grado de protección del conector contra la entrada de agua y polvo. Otra opción de conector es un indicador luminoso que puede ser útil para detectar un mal funcionamiento de la válvula o una pérdida de potencia.

Algunas válvulas de 5/2 vías están disponibles con una carcasa NAMUR. NAMUR es una norma de interfaz ampliamente utilizada para montar una válvula de control directamente en un actuador. El uso de una válvula NAMUR permite reducir el número de accesorios y tubos.

Algunas válvulas se pueden montar en un colector. Se trata de una forma sencilla de agrupar varias válvulas neumáticas y ahorrar espacio, conectores y tubos. Los colectores pueden estar equipados con reguladores de presión, válvulas de retención, etc.

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Una válvula de 5/2 vías puede utilizarse como una válvula de 3/2 vías, bloqueando un puerto de entrada y otro de salida (A-EA o B-EB). Con dos válvulas monoestables de 3/2 vías, es posible construir una válvula biestable de 5/2 vías.

Aplicaciones típicas

las válvulas de 5/2 vías se utilizan para accionar actuadores neumáticos de doble efecto, como cilindros neumáticos, cilindros sin vástago, pinzas y actuadores rotativos. Los actuadores de doble efecto requieren aire comprimido para moverse en ambas direcciones. Para decidir si se debe aplicar una válvula de 5/2 vías monoestable o biestable, es necesario conocer mejor el diseño y los requisitos del sistema.

La siguiente información es necesaria para decidir qué válvula se puede utilizar:

  • ¿Cuántos actuadores hay en el sistema?
  • ¿Cuántos puertos de E/S están disponibles en el PLC?
  • Posiciones del actuador
  • Condiciones normales de trabajo
  • Requisitos de seguridad
Representación esquemática de un cilindro de doble efecto con amortiguación de posición final ajustable en ambos extremos, accionado por una válvula monoestable de 5/2 vías

Representación esquemática de un cilindro de doble efecto con amortiguación de posición final ajustable en ambos extremos, accionado por una válvula monoestable de 5/2 vías

El número de actuadores determina el número de válvulas necesario: cada actuador o grupo de actuadores necesita su propia válvula de control. El PLC limita el número de bobinas que pueden ser energizadas. Las válvulas monoestables (con una bobina) requieren menos cableado y salidas de PLC que las biestables (con dos bobinas). Algunos colectores tienen cableado interno y tienen un conector que se conecta a todas las válvulas, por ejemplo un conector D-SUB de 25 pines. En este caso concreto, sólo pudieron instalarse 12 válvulas biestables frente a 25 monoestables.

La elección entre válvulas monoestables y biestables suele estar motivada por los requisitos de seguridad. En algunos diseños de máquinas, para evitar daños a la máquina o lesiones, podría desearse que el actuador vuelva a la posición de base durante la pérdida de energía. En estos casos se recomienda una válvula monoestable. En otros diseños, las válvulas biestables son más adecuadas si los requisitos son mantener el actuador en la última posición.