Válvulas neumáticas
Objetivo
El objetivo principal de este informe es que el lector
obtenga conocimientos básicos sobre el tema de válvulas neumáticas sus
aplicaciones, su funcionamiento, y así poder aplicar los conocimientos de forma
practica
Introducción
Un número creciente de
empresas industriales están aplicando la automatización de su maquinaria
mediante equipos neumáticos, por ejemplo las válvulas neumáticas lo que, en
muchos casos, implica una inversión de capital relativamente baja. Los
elementos neumáticos pueden aplicarse de manera racional para la manipulación
de piezas, incluso puede decirse que este es el campo de mayor aplicación.
Tomando como base la función de movimiento.
.
Las posibilidades de
aplicación de la neumática se pueden hablar de varios procesos industriales. La
cantidad de aplicaciones se ve aumentada constantemente debido a la
investigación y desarrollo de nuevas tecnologías
Las
válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la
dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por el compresor
o almacenado en un depósito. Ésta es la definición de la norma DIN/ISO 121
Definición
Se define una válvula neumática como un dispositivo mecánico con el cual se puede iniciar, detener o
regular la circulación (paso) de gases
mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o
más orificios o conductos.
La válvula es uno de los
instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales,
las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o
aislar una enorme serie de gases, desde
los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde unos
milímetros hasta los 90 m o más de diámetro Pueden trabajar con presiones que
van desde el vacío hasta más de 140 MPa y temperaturas desde las criogénicas
hasta 1100 K (kelvin). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras,
las fugas o escurrimientos no tienen importancia.
Clasificación de las válvulas
Válvulas direccionales
La función de las válvulas es permitir, orientar o
detener el flujo de aire. Por distribuir el aire hacia los elementos de trabajo
son conocidas también como válvulas distribuidoras. Constituyen los órganos de
mando de un circuito. También son utilizadas en sus tamaños más pequeños como
emisoras o captoras de señal para el mando de las válvulas principales del
sistema, y aun en funciones de tratamiento de señales.
Dos de las características principales que posibilitan su
clasificación son el número de vías y el número de posiciones, definidos a
continuación.
Vías: llamamos así al número de bocas de conexión del
elemento de distribución. Puede tenerse válvulas de 3, 3, 4, 5 ó más vías, y no
es posible un numero de vías inferior a 2
Posiciones: se refiere al número de bocas de conexión del
elemento de distribución. Las válvulas más comunes tienen 2 o 3 posiciones, aunque algunos modelos
particulares pueden tener más. No es posible un número de posiciones inferior a
2
Configuración del símbolo
El símbolo se compone de dos partes
bien definidas: un bloque central, en el que se identifica las posiciones
estables del elemento de conmutación y las vías de conexión de cada posición
para cada posición y de dos extremos que representan el modo de actuación o
mandos
Válvulas 2/2
Pertenece a este grupo todas las válvulas de cierre que
poseen un orificio de entrada y otro de salida (2 vías) y dos posiciones de
mando, pueden ser normalmente, pueden ser normalmente cerradas o normalmente
abiertas, según cierren o habiliten el paso en su
posición de reposo
Válvulas 3/2
Además de alimentar a un circuito, permiten su descarga
al ser conmutadas. También las hay normalmente cerradas o abiertas
Válvulas 4/2
Poseen cuatro orificios de conexión correspondiendo uno a
la alimentación, dos a las utilizaciones y el restante al escape el que es
común en ambas utilizaciones
Válvula 5/2
Estas válvula poseen cinco orificios de conexión y dos
posiciones de mando, a diferencia de la anterior posee dos escapes
correspondiendo uno a cada utilización
Según la construcción se distinguen:
Válvulas de asiento
En estas válvulas, los empalmes se abren y cierran por medio
de bolas, discos, placas o conos. La estanqueidad se asegura de una manera muy
simple, generalmente por juntas elásticas.
Esférico
Disco plano
Válvulas de corredera En estas válvulas, los diversos
orificiosse unen o cierran por medio de una corredera de émbolo, una
corredera plana de émbolo o una corredera giratoria.
Émbolo
Émbolo y cursor
Disco giratorio
Según el tiempo de accionamiento se distingue entre:
Accionamiento permanente, señal continua La
válvula es accionada manualmente o por medios mecánicos, neumáticos o eléctricos
durante todo el tiempo hasta que tiene lugar el reposicionamiento.
Este es manual o mecánico por medio de un muelle.
Accionamiento momentáneo, impulso
La válvula es invertida por una señal breve (impulso) y permanece
indefinidamente en esa posición, hasta que otra señal la coloca en su
posición anterior.
Válvulas reguladoras de flujo
Las válvulas de caudal o flujo, varían la cantidad de
aire comprimido que pasa a través de ellas, lo que implica influir directamente
en la velocidad de actuación de un cilindro o en la rapidez con la que se
realiza una secuencia de movimientos.
La palabra flujo expresa
el movimiento de un fluido. Para la cantidad total de fluido que pasa por una
sección determinada de un conducto por unidad de tiempo, en castellano se
emplea la palabra caudal
Válvula de Estrangulación Regulable
Modifica el caudal del aire a presión en los dos sentidos. Normalmente, las
válvulas de estrangulación son regulables. Un ajuste mediante tornillo, realiza
la estrangulación de paso.
Válvula de Estrangulación Regulable con Anti retorno
Modifica el caudal de aire en la dirección en la cual el anti retorno bloquea
el paso. En la dirección opuesta no hay regulación de flujo, puesto que todo el
aire puede pasar por el anti retorno.
Es una válvula muy utilizada para la modificación de
velocidades de actuación de los cilindros neumáticos. En esta utilización se
recomienda colocar las válvulas conectadas en los orificios de las cámaras de
los cilindros, para que sean totalmente efectivas.
Para regular la velocidad de la carrera de avance de un
cilindro, se recomienda colocar la válvula de modo que regule la velocidad de
expulsión del aire de la cámara contraria (vástago). Esta técnica se implementa
para impedir que los cilindros avancen a impulsos, debido a las descompresiones
que se originan al avanzar el cilindro y tener estrangulada la alimentación de
la cámara implicada en el avance. Así trabajan de forma continua y suave.
Válvulas de bloqueo
Las válvulas de bloqueo cortan el paso del aire
comprimido. En ellas se bloquea un solo sentido de paso, de forma que el otro
sentido queda libre. Las válvulas de bloqueo se suelen construir de forma que
el aire comprimido actúa sobre la pieza de bloqueo y así refuerza el efecto
cierre.
Válvula Anti-retorno
Libera el paso en un sentido y bloquea el paso en el sentido contrario. Cuando
la fuerza del aire a presión es superior a la tensión previa del muelle, el
obturador se levanta de su asiento y deja pasar el aire comprimido. En el
sentido contrario, la presión afianza la posición del obturador, sumando su
fuerza a la ya existente del muelle.
Válvula Anti retorno Pilotada
Si la presión en la conexión 1 es mayor que la de la salida 2, la válvula de
anti retorno permite la circulación libre del aire. Funciona del mismo modo que
la válvula anti retorno simple. Pero además, la válvula puede desbloquearse por
la línea de pilotaje 12, liberando el obturador, permitiendo el paso del aire
en la dirección
Válvula Selectora
La válvula selectora se emplea para el enlace lógico O. Las señales de aire a
presión existentes en las entradas producen una señal en la salida 2. Si no hay
ninguna señal de entrada, no se produce señal de salida. Cuando hay señales en
ambas entradas, la señal con presión más alta es la que llega a la salida.
Válvula de Simultaneidad
La válvula de simultaneidad se emplea para el enlace lógico Y. Las señales de
aire a presión en las entradas 1, hacen que se produzca una señal en la salida
2, siempre que actúen al mismo tiempo. Si hay diferencias de presión en las
señales de entrada, la señal de presión más baja es la que llega a la salida.
Válvula de Escape Rápido
Se utiliza cuando no se desea que al aire de retorno recorra el camino de
vuelta por la línea de mando, pasando por la válvula distribuidora. La
velocidad del émbolo del cilindro puede aumentarse así hasta el valor máximo
posible dado que, durante el movimiento, disminuye la resistencia de expulsión
del aire. Debe instalarse lo más cerca posible del cilindro.
Válvula Reguladora de Presión
Las válvulas reguladoras de presión, proporcionan una presión constante en un
sistema que funcione a una presión más baja que la suministrada por el equipo
de producción.
La válvula reguladora de presión mantiene constante la presión de trabajo, sean
cuales fueren las oscilaciones de presión en la red y en el consumo de aire.
Dependiendo de su construcción (con/sin orificio de escape) funcionan de forma
algo diferente.
Válvula Reguladora de Presión Sin orificio de escape
Por medio del tornillo de ajuste se pretensa el muelle que está unido solidario
al diafragma. Según el ajuste del muelle, se abre más o menos el paso del lado
primario al secundario. El vástago con la membrana se separa más o menos del
asiento de junta.
Si no hay consumo de aire comprimido en el lado secundario, la presión aumenta
y empuja a la membrana, venciendo la fuerza del muelle. El muelle empuja el
vástago hacia arriba, y en el asiento se cierra el paso de aire. Sólo después
de descomprimir el lado secundario, puede fluir de nuevo aire comprimido del
lado primario.
Reguladora de Presión Con orificio de escape
El funcionamiento es similar al descrito para la válvula sin orificio, pero en
ésta, cuando la presión secundaria aumenta demasiado y la membrana es empujada
contra el muelle, entonces se abre el orificio de escape en la parte central de
la membrana y el aire puede salir a la atmósfera por los orificios de escape
existentes. El lado secundario se descomprime automáticamente por acción del
escape implementado.
Válvula Limitadora
Estas válvulas se utilizan, sobre todo, como válvulas de
seguridad (válvulas de sobre-presión). No admiten que la presión en el sistema
sobrepase un valor máximo admisible. Al alcanzar en la entrada de la válvula el
valor máximo de presión, se abre la salida y el aire sale a la atmósfera. La
válvula permanece abierta, hasta que el muelle incorporado, una vez alcanzada
la presión ajustada en función de la característica del muelle, cierra el paso
al escape
Válvula de Secuencia
Su funcionamiento es muy similar al de la válvula limitadora de presión. Abre
el paso cuando se alcanza una presión superior a la ajustada mediante el
muelle. El aire circula de 1 hacia la salida 2. La válvula no permite el paso,
hasta que en el conducto de mando 12 no se ha formado una presión ajustada. Un
émbolo de mando abre el paso de 1 hacia 2. Estas válvulas se montan en mandos
neumáticos que actúan cuando se precisa una presión fija para un fenómeno de
conmutación (mandos en función de la presión) como por ejemplo, una señal
después de alcanzar la presión de sujeción de una pieza.
Válvulas especiales
Válvulas de compuerta.
La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la
cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza
en ángulos rectos sobre el asiento
Válvulas de macho
La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la
circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en
el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un
giro de 90°
Válvulas de bola
Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales
una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la
circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la
bola 90° y cierra el conducto
Válvulas de mariposa
La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la
circulación por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en
ángulos rectos con el sentido de la circulación
Válvulas de apriete
La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa
el cierre por medio de uno o más elementos flexibles, como diafragmas o tubos
de caucho que se pueden apretar u oprimir entre sí para cortar la circulación
Determinación del tamaño de válvula
El caudal normal requerido para el accionamiento de un
cilindro neumático, dependerá en general del caudal requerido por el
accionamiento, el que a su vez dependerá del tamaño del cilindro, la velocidad
de su accionamiento y de la presión de operación,
Dónde:
Qr = 0,0028· d² · C · (P+1,013) /t
Qr = caudal requerido (Nm³/h)
d = diámetro del pistón del cilindro (cm2)
C = carrera del cilindro (cm)
t = tiempo de ejecución del movimiento (seg)
p = presión de operación o manométrica (bar)
El caudal nominal normal que debe tener la válvula, queda
determinado por la siguiente expresión:
Dónde:
Qn= caudal nominal de la válvula
∆p= Caída de presión admitida en la válvula
Pe= Presión absoluta de alimentación de la válvula (bar)
(presión manométrica + 1.013)
Qr= Caudal requerido por el accionamiento (Nm³/h)
Incógnita: Caudal de aire en estado Normal y de operación
Datos: Diámetro de la tubería · Presión p en la tubería
Velocidad de flujo
Solución: Caudal (caudal volumétrico) en m3/h referido al
estado de operación, se obtiene en el gráfico 4
¿Cuál es el caudal de aire (caudal másico) en kg/h?
W = (V) (ρ)
Caudal VG en m3/h referido al estado Normal a 0 °C y 1013
mbar.
Diámetro nominal = DN 32p = 5 bar wtubería = 7
m/s V= 20 m3/h
A partir del gráfico 3 obtenemos:
ρ = 6,3 kg/m3
En estado de operación:
W = (20) (6,3) = 126 kg/h
En estado normal: 1 m3 aire -> 1,293 kg
VG = W/1,293 = 126/1293 = 97,5 m3/h
Mantenimiento
La vida de las válvula direccionales queda determinada
por lo ciclo de conmutación realizados. Por lo tanto en función de este
parámetro se encara también el programa de mantenimiento preventivo de válvulas
Puede establecerse un plan de mantenimiento preventivo
que considere intervenciones por periodos semanales, cada 8 millones de ciclos
de conmutación (1 año) o cada 24 millones de ciclos de conmutación (3 años)
La frecuencia de intervenciones se afecta además por un
correcto montaje y por la calidad del aire suministrado (limpieza, humedad,
lubricación). El montaje inadecuado o la mala calidad del aire pueden reducir
notablemente la vida de las válvulas, y como consecuencia requerirán una mayor
carga de mantenimiento
Desarme de unidades
La tarea de desarme puede ser realizada retirando la válvula
de la máquina. En ambos casos se debe interrumpir el suministro de aire a fin
de evitar accidentes o rotura. Todas las partes son removibles con herramientas
estándar de un taller
La limpieza de partes
El lavado de partes puede realizarse por inmersión en
nafta y pincel o cepillo de limpieza, sopleteando con aire a presión limpio o
seco. Es conveniente repetir la operación varias veces hasta obtener una
limpieza a fondo de las partes
El uso de solventes o desengrasantes industriales queda
limitado a aquellos que no contengan productos clorados o solventes aromáticos.
Estos compuestos no son compatibles con las partes no metálicas de la válvula.
Produciendo el rápido deterioro de los mismos. Bajo ningún concepto deberán
alterar los resortes del conjunto tragante, pues esos están calibrados para la
función específica dentro de márgenes muy estrechos. Su alteración introducirá
defectos en el mando y en consecuencia en la válvula misma
Recambio de partes
Es recomendable utilizar los repuestos del mismo
proveedor (Festo) cuando se reemplacen guarniciones elásticas, debe evitarse la
excesiva deformación de la misma durante el montaje. Es recomendable que los
anillos O ‘ring sean deslizados hasta su posición y no rolados,
Armando de unidades
Todas las partes deben estar perfectamente secas antes de
iniciar su armado, es conveniente lubricar previamente las superficies
deslizantes y las guarniciones, utilizando la grasa blanca de neutra liviana
(no fibrosa, ni aditiva con litio). Lubricar moderadamente las partes asegurar
el correcto posicionado de guarniciones y juntas de tapa andes del ajuste
final.
Tener especial atención con el posicionado de selectoras
de pilotaje, ya que de su posición depende el funcionamiento de la válvula
según el modo deseado
Resumen
Los mandos neumáticos están constituidos por: Elementos de señalización, elementos de mando, y una
porte de trabajo. Los elementos de señalización y mando modulan las fases de
trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas.
Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta
en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido
enviado por una bomba hidráulica o almacenada en un depósito (norma DIN/ISO1219
conforme a una recomendación del CETOP).
En lenguaje internacional, el término
"válvula" o “distribuidor" es el término general de todos los
tipos tales como válvulas de corredera, de bola, de
asiento, grifos, etc.
Según su función se subdividen:
Válvulas de vías o distribuidoras.
Válvulas de caudal.
Válvulas de bloqueo
Válvulas de cierre
Interrumpen, dejan pasar o desvían un flujo de caudal o
presión definidos. Las características de construcción de las válvulas
determinan:
Su duración
fuerza de accionamiento
racordaje y tamaño
Para representar las válvulas distribuidoras en los
esquemas de circuito se utilizan símbolos. Éstos no dan ninguna orientación sobre el método constructivo
de la válvula. Solamente indican su función.
Se puede establecer una clasificación en función:
Nº de vías
Nº de posiciones
Condiciones de reposo
Funcionalidad en la posición intermedia
Características del dispositivo de mando
Características de caudal
Las válvulas de control de dirección tienen varias posiciones
que les permiten realizan distintas funciones. Las posiciones de las
válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados.
Normas CETOP y DIN 24.3000 La cantidad de cuadrados
yuxtapuestos indica la cantidad de posiciones de la válvula distribuidora.
Válvula de centros abiertos:
Durante el transitorio de accionamiento los accionamientos
estén en comunicación entre sí.
Sencillez de construcción.Puede ser utilizado en la mayoría de los casos.
Problema: cuando se realice lentamente el paso de
una posición a otra.
Válvula de centros cerrados: en el transitorio de
accionamiento los orificios de entrada, utilización y descarga no están en comunicación
al mismo tiempo.
Características de
dispositivos de mando
Órgano, generalmente
externo, de la válvula que hace funciones de elemento piloto o accionado y
que determina el desplazamiento del órgano móvil y las consiguientes
diversas funciones de válvula.
Tipos:
Accionable por órgano de la
máquina.
Accionable por el operador.
Accionable eléctrica-mente.
Accionable neumática-mente.
Accionable electro neumática-mente
Según la construcción se distinguen:
Válvulas de asiento
esférico
Disco plano
Válvulas de corredera
Émbolo
Émbolo y cursor
Disco giratorio.
Válvulas de bloqueo
Son las que la dirección del flujo que se intercepta,
hace la función de mando.
Tipos: Unidireccionales o anti retorno.
Selectores. Distribuidores. Válvulas de simultaneidad.
Válvula Reguladora de Presión
Las válvulas reguladoras de presión, proporcionan una presión constante en un sistema que funcione a una presión más baja que la suministrada por el equipo de producción.
Válvulas reguladoras de flujo
Las válvulas de caudal o flujo, varían la cantidad de
aire comprimido que pasa a través de ellas, lo que implica influir directamente
en la velocidad de actuación de un cilindro o en la rapidez con la que se
realiza una secuencia de movimientos.
Bibliografía
