AD 02.01.01 Electroválvulas

Sistemas neumáticos e hidráulicos

Electroválvulas y elementos de control de sistemas electroneumáticos.

1.Introducción

3.Esquemas

2.Funcionalidad

4.Especificaciones

5.Conclusión

6.Bibliografía

Electroválvulas

Comprender la función de las electroválvulas en un sistema de control.
Describir los diferentes tipos de electroválvulas según su acción (normalmente cerradas, normalmente abiertas, de 2, 3 o más vías).
Conocer los símbolos estándar utilizados en diagramas electroneumáticos para representar las electroválvulas.
Identificar las principales especificaciones técnicas que deben considerarse al seleccionar una electroválvula (voltaje, presión máxima, temperatura de operación, caudal, etc.).

objetivo

Electroválvulas

Las electroválvulas son componentes clave en los sistemas de control de fluidos, utilizados en aplicaciones que requieren el manejo preciso de líquidos o gases. Comprender su función y los tipos disponibles es esencial para optimizar el rendimiento de diversos sistemas, desde instalaciones industriales hasta aplicaciones domésticas. En este contexto, es importante conocer cómo funcionan en términos de apertura y cierre, las diversas configuraciones según su acción (normalmente cerradas, normalmente abiertas, de múltiples vías), y cómo representarlas adecuadamente en diagramas electroneumáticos

introducciÓn

1.Introducción

3.Esquemas

2.Funcionalidad

4.Especificaciones

5.Conclusión

6.Bibliografía

Electroválvulas

Las válvulas neumáticas de acción directa pueden dividirse en las siguientes consideraciones:

Funcionalidad de las electroválvulas

a) Su forma de accionarlas

b) Su número de vías a controlar

c) Su accionamiento manual auxiliar

1.Introducción

3.Esquemas

2.Funcionalidad

4.Especificaciones

5.Conclusión

6.Bibliografía

Electroválvulas de 3 vías de acción directa

Electroválvulas de 2 vías de acción directa

Electroválvulas de acción directa En este sistema de acción directa se encuentra directamente unida al núcleo magnético. Se caracteriza como una base que está cerrado sin tensión y abierto con tensión. A este sistema se le denomina válvulas de cierre

Esquemas de las electroválvulas

Electroválvulas

Electroválvulas pilotadas o de accionamiento indirectoLas válvulas de acción directa la fuerza estática ejercida por la presión aumenta con el diámetro de la base, siendo entonces necesaria una fuerza magnética mayor para vencer aquella fuerza. Por ello, la conmutación de mayores presiones con mayores diámetros nominales se efectúa con electroválvulas pilotadas, en las que la presión del fluido es la que proporciona la apertura y cierre de la circulación del fluido

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1.Introducción

3.Esquemas

2.Funcionalidad

4.Especificaciones

5.Conclusión

6.Bibliografía

Electroválvulas

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Las especificaciones técnicas de una electroválvula son fundamentales para determinar su idoneidad en una aplicación especí-fica, ver figura 9.A continuación, se detallan las especificaciones más comunes

Especificaciones técnicas de las electroválvulas

Figura 9 Especificaciones técnicas de las electroválvulas Diseño propio

Estas especificaciones permiten evaluar si una electroválvula es adecuada para una aplicación en términos de rendimiento, compatibilidad y seguridad.

A continuación, se explicará más a detalle las especificaciones técnicas de una electroválvula.

1. Tipo de operación

Normalmente cerrada (NC): La electroválvula permanece cerrada cuando no hay energía eléctrica aplicada. Se abre cuando se energiza el solenoide. Normalmente abierta (NO): La electroválvula permanece abierta cuando no hay energía eléctrica aplicada y se cierra al energizar el solenoide. Bistable o de doble efecto: Mantiene su posición después de ser energizada hasta que se recibe una señal contraria.

2. Voltaje de operación

Es el voltaje necesario para que el solenoide funcione. Los voltajes más comunes son:

12V DC, 24V DC (corriente continua)
110V AC, 220V AC (corriente alterna)

Es importante seleccionar una electroválvula compatible con la fuente de alimentación disponible en la instalación.

3. Presión de trabajo

Indica el rango de presión dentro del cual la electroválvula puede operar de manera segura. Este rango se expresa generalmente en bares (bar) o psi (libras por pulgada cuadrada). Ejemplos típicos:

Presión mínima de operación: 0 bar (algunas válvulas necesitan presión mínima para funcionar).
Presión máxima de operación: Puede variar entre 0.5 bar hasta 200 bar o más, dependiendo de la válvula.

4. Caudal (Flow rate)

Es la cantidad de fluido que la electroválvula puede controlar, generalmente expresada en litros por minuto (L/min) o metros cúbicos por hora (m³/h). Dependerá del tamaño de la válvula, la presión y el tipo de fluido.

5. Diámetro nominal (DN)

El diámetro de las conexiones de la válvula, generalmente expresado en milímetros (mm) o pulgadas. Comúnmente, las electroválvulas tienen diámetros que van de DN 1/8” hasta DN 2” o más, lo que afecta directamente el caudal.

6. Tipo de fluido y compatibilidad de materiales

Especifica los tipos de fluidos con los que la válvula es compatible: agua, aire comprimido, gas, aceites, vapor, fluidos corrosivos, etc. Los materiales de la válvula deben ser adecuados para el fluido. Los más comunes son:

Latón: Utilizado para agua, aire y otros fluidos no corrosivos.
Acero inoxidable: Adecuado para aplicaciones con fluidos corrosivos o ambientes hostiles.
Plástico: Utilizado en aplicaciones de baja presión y fluidos menos agresivos.

7. Temperatura de operación

El rango de temperatura en el que la electroválvula puede operar de manera segura. Es importante seleccionar una válvula que soporte la temperatura del fluido y del ambiente. Ejemplos:

Temperatura mínima: Generalmente -10°C o -20°C.
Temperatura máxima: Puede llegar hasta 180°C o más, dependiendo del fluido y de los materiales de la válvula.

8. Tiempo de respuesta

Es el tiempo que tarda la válvula en abrir o cerrar después de recibir la señal eléctrica. Este tiempo puede variar desde milisegundos hasta segundos, dependiendo del diseño y tipo de electroválvula.

12. Ciclo de trabajo

Indica la cantidad de tiempo que la válvula puede permanecer energizada sin sobrecalentarse. Algunas válvulas están diseñadas para funcionar de manera continua, mientras que otras solo permiten operación intermitente

13. Tipo de accionamiento

Directo: La válvula se activa directamente por el solenoide.
Pilotado: La válvula utiliza la presión del fluido para ayudar en la operación, generalmente en aplicaciones de alta presión.

9. Consumo eléctrico

Cantidad de energía que consume el solenoide de la válvula. Se mide en vatios (W) para corriente continua (DC) o en VA para corriente alterna (AC). El consumo varía dependiendo del voltaje y del tipo de electroválvula.

10. Grado de protección IP

Clasificación que indica el nivel de protección contra polvo y agua de la carcasa de la electroválvula, importante en aplicaciones expuestas al medio ambiente. Ejemplos comunes:

IP65: Protegida contra polvo y chorros de agua.
IP67: Hermética al polvo y protegida contra inmersión temporal en agua.

11. Modo de conexión

Tipo de conexión eléctrica de la electroválvula, que puede ser:

Cableado directo.
Conector DIN (comúnmente usado para facilitar la desconexión).

EJEMPLOS

1.Introducción

3.Esquemas

2.Funcionalidad

4.Especificaciones

5.Conclusión

6.Bibliografía

En la figura 6 se muestra el símbolo de la electroválvula 4/2 vías pilotada y accionamiento manual auxiliar

EjemploEsquemas de las electrovalvulas

Introducción

Esquemas

Funcionalidad

Especificaciones

Conclusión

Bibliografía

Electroválvulas

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Figura 6 Electroválvula 4/2 NA monoestable

Electroválvulas de 2/2 NC vías pilotadas

Electroimán

Alimentación por corriente alterna

Circuito magnético abierto

Circuito magnético cerrado

Alimentación por corriente continua

Electroválvulas de 5 vías pilotadas

EjemplosEspecificaciones técnicas

Electroválvulas

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Introducción

Esquemas

Funcionalidad

Especificaciones

Conclusión

Bibliografía

Especificaciones técnicas de la electroválvula 5/2 biestable NA.

Figura 10 XXXX https://es.scribd.com/doc/200952708/Fundamentos-Neumatica-Electroneumatica-FESTO

Especificaciones técnicas de la electroválvula 5/3 centro cerrado, centro de escape y centro de presión

Figura 11 Electroválvula servopilotada de 5/3 vías, centro cerrado

Figura 12 Electroválvula servopilotada de 5/3 vías, caudal desde 1 hacia 4 y desde 2 hacia 3

Figura 13 Electroválvula servopilotada de 5/3 vías, caudal desde 1 hacia 2 y desde 4 hacia 5.

Electroválvulas

Conclusión

Las electroválvulas son componentes esenciales en los sistemas de automatización industrial, permitiendo el control eficiente de fluidos (gases o líquidos) mediante señales eléctricas. Estas válvulas operan abriendo o cerrando el paso de fluidos en función de impulsos eléctricos que activan un solenoide, lo que las convierte en dispositivos clave para la regulación y automatización de procesos.Existen diferentes tipos de electroválvulas, como las de 2/2 vías, que simplemente abren o cierran un flujo, y las de 5/2 vías, que permiten dirigir el flujo hacia diferentes salidas, siendo útiles en aplicaciones más complejas como el control de cilindros neumáticos. En su diseño, pueden encontrarse en versiones monoestables o biestables, donde una mantiene su posición tras la pérdida de señal, mientras que la otra retorna a su estado inicial cuando cesa la señal

1.Introducción

3.Esquemas

2.Funcionalidad

4.Especificaciones

5.Conclusión

6.Bibliografía

Bibliografía

Electrovalvulas

https://es.scribd.com/doc/200952708/Fundamentos-Neumatica-Electroneumatica-FESTO

Catalógo SMC Corporation, https://ww.smcworld.com

Llandosa Vicent. (1999). Ciclos neumáticos y electroneumáticos, Barcelona España Alfaomega.

Cembranos Jesús. (2011). Automatismos eléctricos, neumáticos e hidráulicos, Madrid España. Paraninfo

Lladonosa Vicent ( 1997). Circuitos Básicos de Electroneumática, Barcelona España. Alfaomega, marcombo.

1.Introducción

3.Esquemas

2.Funcionalidad

4.Especificaciones

5.Conclusión

6.Bibliografía

Hugo Alejandro Casas Luna, Universidad Tecnológica de Hermosillo

Carlos Orozco García, Universidad Politécnica de Victoria

Octavio Hernández Gutiérrez, Universidad Tecnológica de Tula - Tepeji

Ernesto Silva Mendoza, Universidad Politécnica de Victoria

.Las electroválvulas de 3 vías tienen 3 posiciones de conexión y 2 cuadrantes (3/2). Alternativamente permanece siempre a una posición de conexión abierta o cerrada. La electroválvula de 3/2 se representa en la figura 5. La presión se aplica por debajo de la conexión 1. Sin tensión un muelle o resorte presiona la junta inferior del núcleo contra la base y cierra el paso del fluido. El conducto de conexión 2 (A) descarga por 3 (R). Al aplicar tensión eléctrica, el núcleo es atraído y obtura el escape 3 (R) mediante una junta presionada por un muelle. El fluido circula entonces de (1) P hacia (2) A. (Lladonosa, (1997), pág. 54)

Electroválvulas de 3 vías de acción directa

Figura 5 Electroválvula 3/2 NC P. Croser J. y Thomson F. FESTO, (2000), Electroneumática recuperado 23 octubre 2024.

En la figura 5 se indica una electroválvula de armadura o estructura del bloque de la electroválvula en la que todas las vías de conexión se encuentran en el cuerpo de la válvula, siendo ésta una característica que las distingue de las ejecuciones con armadura tipo buzo. Una membrana de separación impide que el fluido de servicio penetre en la cavidad de la armadura. La electroválvula, en este caso de 3/2 vías va equipada con un accionamiento auxiliar

Figura 8 Electroválvula 5/2 vías NA, pilotada P. Croser J. y Thomson F. FESTO, (2000), Electroneumática recuperado 23 octubre 2024

La figura 8 representa una electroválvula de 5/2 vías que dispone de una conexión para presión 1, dos conexiones para utilización 2 y 4 y dos conexiones de descarga 3 y 5. Cuando la bobina no tiene tensión están comunicadas las vías 1 con 4 y 2 con 3, mientras que la vía esta obturada. Un muelle neumático o resorte, presionando sobre el émbolo menor de abajo, asegura que permanezca estable esta posición de conmutación. A la conexión eléctrica de la válvula piloto, la presión del fluido ejerce una fuerza sobre el elemento de gran superficie de la válvula. La fuerza recuperadora del muelle neumático es vencida, el émbolo de pilotaje conmuta y establece la comunicación de 1 con 2, así como de 4 con 5 quedando obturado 3. (Lladonosa, (1997), pág. 57)

Electroválvulas de 5 vías pilotadas

Por ejemplo

Las válvulas con un diámetro nominal superior a 4 mm se construyen de corredera dándoseles el nombre de válvulas de corredera. En estos casos existe una válvula piloto (electroválvula), normalmente 3/2 vías, que controlando el paso de un pequeño caudal de fluido acciona a la corredera de la válvula modificando la posición de sus vías o bocas de conexión. Por lo tanto, una válvula pilotada o de accionamiento indirecto consta de dos válvulas:

Una válvula de corredera por ejemplo 3/2 vías de accionamiento neumático.
Una electroválvula de 2/2 o 3/2 vías según el principio de asiento, a la que se llama válvula piloto. (Lladonosa, (1997), pág. 55)

Electroimán

Normalmente la bobina del electroimán de la electroválvula se fabrica para distintas naturalezas de tensión. Así en los catálogos de los fabricantes se acostumbra a encontrar:

Alimentación por corriente alterna. Por ejemplo: 230 VAC / 50 Hz o 240 VAC / 60 Hz.
Alimentación por corriente continua. Por ejemplo: 24VCD.

En cada caso el fabricante facilitará las potencias consumidas

Figura 7 Electroválvula 2/2 NC de acción pilotada.P. Croser J. y Thomson F. FESTO, (2000), Electroneumática recuperado 23 octubre 2024

Estas electroválvulas van provistas de una electroválvula piloto de 2 ó 3 vías. Una membrana o un émbolo asegura la estanqueidad de la base. En la figura 7 cuando la válvula piloto está cerrada la presión del fluido es aplicada a ambos lados de la membrana por medio de un orificio estrangulador. Mientras exista una diferencia de presión entre el conducto de entrada y el de salida se ejerce una fuerza de cierre en la parte superior de la membrana en razón de la mayor superficie activa. Cuando se aplica la tensión a la bobina de la válvula piloto, ésta abre y disminuye la presión en la parte superior de la membrana. La mayor fuerza ejercida en la parte inferior levanta entonces la membrana y abre la válvula. (Lladonosa, (1997), pág. 56)

Electroválvulas de 2/2 NC vías pilotadas

Circuito magnetico cerrado

Cuando las superficies polares del electroimán están unidad el entrehierro es prácticamente nulo por lo que L es máxima, XL también y lo mismo le ocurre a ZL. Por ello la intensidad absorbida por la bobina será mínima. A esta intensidad se la conoce intensidad a la retención o al mantenimiento, Ir. Normalmente el fabricante en lugar de dar las citadas intensidades a la llamada y al mantenimiento facilita las potencias en los mismos instantes.

Figura 3 Electroválvula 3/2 vías normalmente abierta (NO) con accionamiento manual auxiliar

c) Su accionamiento manual auxiliar

En un circuito electroneumático o con electroválvulas pueden existir cortes de tensión (voltaje) durante los cuales las electroválvulas no son operables. Por ello el fabricante las fabrica con un accionamiento manual auxiliar con el que es posible conmutarlas de una posición a otra de forma mecánica. Ver figura 3

Es importante verificar que el accionamiento manual auxiliar no pueda ser accionado por personal no autorizado durante el funcionamiento del ciclo pues podría alterarlo con las consiguientes consecuencias

Figura 1 Electroválvula 2/2 vías normalmente cerrada (NC)

a) Su forma de accionarlas o sistemas de mando

Una válvula neumática con mando eléctrico recibe el nombre de electroválvula o válvula electromagnética. Ver figura 1.

Alimentacion por corriente alterna

.La intensidad I absorbida por un electroimán alimentado en corriente alterna viene determinada por el valor de la expresión siguiente: I = U / ZL Ecuación 1 I = Intensidad en A U = Tensión de alimentación en V ZL = Impedancia de la bobina en ΩLa impedancia ZL de la bobina viene dada según la expresión siguiente: ZL= √R2 + √XL2 Ecuación 2 R = Resistencia óhmica en Ω XL = Reactancia inductiva en ΩLa reactancia inductiva XL de la bobina depende de la inductancia L según la expresión: XL = 2 π f L Ecuación 3 F= Frecuencia de alimentación en HZ L = Inductancia de la bobina en H

Por ejemplo

Una válvula de corredera por ejemplo 3/2 vías de accionamiento neumático.
Una electroválvula de 2/2 o 3/2 vías según el principio de asiento, a la que se llama válvula piloto. (Lladonosa, (1997), pág. 55)

Circuito magnetico abierto

Cuando se aplica tensión a la bobina el circuito magnético se encuentra abierto con lo que el entrehierro es máximo, la inductancia L es mínima y también es mínima la reactancia XL según la expresión (ecuación 3).Consecuentemente la impedancia ZL de la bobina en el momento de la conexión será mínima según se deduce de la expresión (ecuación 2) con lo que la intensidad I absorbida por la bobina de acuerdo con la expresión (ecuación 1) será máxima.A esta intensidad se la conoce como intensidad a la atracción o la llamada, Ia

Se denominan también válvulas de paso, disponiendo una entrada y una salida (2/2). En reposo el muelle del núcleo presiona la junta contra el base con la ayuda de la presión del fluido, cerrando el paso. Al dar tensión, el núcleo con la junta es atraído dentro de la bobina electromagnética es superior a la suma de la fuerza del muelle y de las fuerzas estática y dinámica de la presión. Ver figura 4 Lladonosa, (1997), pág. 54

Electroválvulas de 2 vías de acción directa

Figura 4 Electroválvula 2/2 vías NC

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Figura 2 Electroválvula 3/2 vías normalmente cerrada (NC)

b) Su número de vías a controlar o conexiones existentes

Ver figura 2.

Alimentación por corriente continua

En estos casos la intensidad absorbida por la bobina es prácticamente constante pues sólo depende de su resistencia óhmica que puede considerarse prácticamente constante si se prescinde del pequeño incremento que puede tener lugar por efecto de la temperatura que alcanzará la bobina en funcionamiento. (Lladonosa, (1997), pág. 58)

El uso de estas válvulas en sistemas de automatización es indispensable, ya que permiten ejecutar tareas de control remoto, incrementar la eficiencia del proceso y reducir el error humano. Además, al integrarse con controladores programables (PLC) y sensores, optimizan el rendimiento de máquinas y sistemas industriales, mejorando la velocidad y precisión de operaciones como el llenado de líquidos, la distribución de aire en sistemas neumáticos o la administración de procesos en plantas químicas. Asimismo, la correcta selección de una electroválvula requiere analizar sus especificaciones técnicas clave, como el voltaje de operación, presión máxima, temperatura y caudal, ya que estos parámetros garantizan un rendimiento óptimo y seguro. En definitiva, una comprensión integral de la función, esquemas y especificaciones técnicas de las electroválvulas es esencial para diseñar y operar sistemas de control de fluidos de manera eficiente y fiable. En resumen, los esquemas, la funcionalidad y las especificaciones técnicas de las electroválvulas en la automatización ofrecen soluciones prácticas y seguras para gestionar fluidos en una amplia gama de aplicaciones industriales, convirtiéndose en un pilar fundamental en la evolución de la automatización moderna.

AD 02.01.01 Electroválvulas

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