2.4.1 Características de las válvulas según el tipo de construcción.
Válvulas
Generalidades
Los circuitos neumáticos están constituidos por los actuadores que efectúan el trabajo y
Por aquellos elementos de señalización y de mando que gobiernan el paso del aire comprimido, y
Por lo tanto la maniobra de aquellos, denominándose de una manera genérica válvulas.
Estos elementos tienen como finalidad mandar o regular la puesta en marcha o el paro del
Sistema, el sentido del flujo, así como la presión o el caudal del fluido procedente del depósito
Regulador.
Según su función las válvulas se subdividen en los grupos siguientes:
1. Válvulas de vías o distribuidoras
2. Válvulas de bloqueo
3. Válvulas de presión
4. Válvulas de caudal y de cierre
Válvulas distribuidoras
Estas válvulas son los componentes que determinan el camino que ha de seguir el aire en
Cada
momento, gobernando a la postre el sentido de desplazamiento de los
actuadores. Trabajan En dos o más posiciones fijas determinadas. En
principio, no pueden trabajar en posiciones Intermedias.
Representación esquemática de las válvulas
Análogamente que en los actuadores es preciso utilizar una representación simbólica para
Expresar
gráficamente las válvulas, como en aquel caso se utilizan anagramas que
representan Exclusivamente su función de una manera tremendamente
significativa. No indican detalles Constructivos, representándose de
idéntica manera válvulas diferentes constructivamente hablando pero que
cumplen la misma función. La representación que se utiliza corresponde a
la norma ISO 1219, que es idéntica a la norma de la Comisión Europea de
la Transmisiones Neumáticas y Oleo hidráulicas (CETOP). Se trata de una
representación que refleja la función y el funcionamiento de las
válvulas de una Manera tremendamente significativa. A continuación se
relacionan las cuestiones más importantes.
-Cada posición que puede adoptar una válvula distribuidora se
Representa por medio de un cuadrado.
-El número de cuadrados yuxtapuestos indica el número de posibles
Posiciones de la válvula distribuidora.
-El funcionamiento de cada posición se representa esquemáticamente en el interior de cada
Casilla.
-Las
líneas representan los conductos internos de la válvula. Las Flechas,
el sentido exclusivo o prioritario de circulación del fluido.
-Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan Mediante líneas transversales.
-La unión de conductos internos se representa mediante un punto
-Las conexiones externas (entradas y salidas) se representan por Medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posición de reposo Inicial. Las uniones con los actuadores figuran en la parte superior y la Alimentación de aire comprimido y el escape en la inferior.
-La otra posición u otras posiciones se obtienen desplazando Lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan.
-Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minúsculas
A, b, c, d.
-Si la válvula es de tres posiciones, la intermedia es, en principio, la
De reposo.
-Por posición de reposo se entiende, en el caso de válvulas con dispositivo de reposición
Automática,
aquella posición que ocupa cuando sobre la válvula no se ejerce ninguna
acción. Se denomina igualmente posición estable y la válvula se dice
que es monoestable.
-Los conductos de escape a través de un conducto se representan con un triángulo ligeramente separado del símbolo de la válvula.
-Los
conductos de escape sin empalme de tubo, es decir cuando el aire se
evacua directamente a la atmósfera se representan mediante un Triángulo
unido al símbolo de la válvula.
-Si
el fluido que circula es aire comprimido, es decir en neumática, el
triángulo tendrá aristas negras y fondo blanco. Si se trata de aceite, o
sea en óleo hidráulica, el triángulo será negro en su totalidad.
-Las conexiones externas se identifican por medio de letras mayúsculas o números:
• Tuberías o conductos de trabajo, es decir las uniones con los actuadores: A, B, … o
Bien 2, 4,6
• Conexión con la alimentación del aire comprimido: P ó 1
• Salida de escape R, S, T ó 3, 5,72.4.1 Caracteristicas de las valvulas por su construccion
Las características constructivas de las válvulas determinan su forma de trabajar, la fuerza
De accionamiento requerida, el desplazamiento del obturador, su grado de estanquidad, su
Racordaje o conexiones externas, su tamaño, su robustez y posible duración y otras características.
Según su construcción, se distinguen los tipos siguientes:
• Válvulas de asiento
• Válvulas de corredera
Válvulas de asiento
En estas válvulas el obturador está formado por bolas, semiesferas, discos, placas o conos
Que
apoyan sobre un asiento, obteniendo una perfecta estanquidad de una
manera muy simple. Los elementos de desgaste son muy pocos y, por
tanto, estas válvulas tienen gran duración. Son insensibles a la
suciedad y muy robustas.
Normalmente cuentan con un muelle incorporado para el reposicionamiento y se requiere
Una fuerza de accionamiento relativamente elevada para vencer la resistencia de éste y de la
Presión
del aire. Sin embargo, el desplazamiento necesario del obturador para
pasar de posición abierta a cerrada es muy reducido.
Algunas de las soluciones constructivas existentes no son capaces de evitar que se
Escape aire a la atmósfera cuando la conmutación se produce de forma lenta. Este fenómeno
Indeseable se conoce como solape.
Válvulas de asiento esférico
Estas válvulas son de concepción muy simple y, por tanto, muy económicas. Se distinguen
Por
sus dimensiones muy pequeñas. Un muelle mantiene apretada la bola
contra el asiento; el aire comprimido no puede fluir del empalme 1 (P)
hacia la tubería de trabajo 2 (A). Al accionar el taqué, la bola se
separa del asiento. Es necesario vencer al efecto la resistencia del
muelle de reposicionamiento y la fuerza del aire comprimido. Estas
válvulas distribuidoras pueden ser 2/2 (Figura 4-1) o bien 3/2 (Figura
4-2) con escape a través del taqué de accionamiento. El
Accionamiento puede ser manual o mecánico.
VÁLVULAS DE ASIENTO PLANO
Disponen de una junta simple que asegura la estanquidad necesaria. El tiempo de
Repuesta
es muy pequeño puesto que con un desplazamiento corto se consigue un
gran caudal de paso. También estas válvulas son insensibles a la
suciedad y tienen, por eso, una duración muy larga.
Por el contrario las válvulas construidas según el principio de disco individual tienen un
Escape
sin solape. No se pierde aire cuando la conmutación tiene lugar de
forma lenta. En estas válvulas al accionar el taqué se cierra
primeramente el conducto de escape de A(2) hacia R(3), porque el taqué
asienta sobre el disco, antes de abrir el conducto de P(1). Al seguir
apretando, el disco se separa del asiento, y el aire puede circular de P
(1) hacia A(2). Se dice que la válvula carece de solape. En la Figura
4-3 se representa una válvula normalmente cerrada de este tipo.
Algunas válvulas al ser accionadas, en primer término se unen simultáneamente las tres
Vías
P, A y R. Como consecuencia, en movimientos lentos, una cierta cantidad
de aire comprimido escapa de P directamente a la atmósfera R, sin haber
realizado antes trabajo. Se dice que estas válvulas tienen solape
(figura 4.5).
Las válvulas distribuidoras 3/2 se utilizan para mandos con cilindros de simple efecto o
Para el pilotaje de servo elementos.
En el caso de una válvula normalmente abierta o abierta en reposo (abierta de P (1) hacia
A
(2)), al accionar el taqué se cierra con un disco el paso de P (1)
hacia A (2). Al seguir apretando, Otro disco se levanta de su asiento y
abre el paso de A (2) hacia R (3). El aire puede escapar Entonces por
R (3). Al soltar el taqué, los muelles reposicionan el émbolo con los
discos Estanquizantes hasta su posición inicial (Figura 4-4).
Las válvulas pueden accionarse manualmente o por medio de elementos mecánicos,
Eléctricos
o neumáticos. El caso de una válvula 3/2 accionada neumáticamente puede
verse en la Figura 4-5. Al aplicar aire comprimido al émbolo de mando a
través del empalme Z (12) Desplaza el émbolo de la válvula venciendo
la fuerza del muelle de reposicionamiento. Se unen los conductos P (1) y
A (2). Cuando se pone a escape el conducto de mando Z, el émbolo de
mando regresa a su posición inicial por el efecto del muelle montado. El
disco cierra el paso de P (1) hacia A (2). El aire de salida del
conducto de trabajo A (2) puede escapar por R (3). Se trata de una
válvula con solape, pues en el primer momento en que desciende el émbolo
se ponen en contacto 1, 2 y 3 simultáneamente.
Una válvula 4/2 que trabaja según este principio es una combinación de dos válvulas 3/2,
Una de ellas normalmente cerrada y las otras normalmente abiertas alojadas dentro de la misma Carcasa.
Los conductos de P (1) hacia A (2) y de B (4) hacia R (3) están abiertos. Al accionar
Simultáneamente los dos taqués, se cierra el paso de P (1) hacia A (2) y de B (4) hacia R (3). Al
Seguir apretando los taqués contra los discos, venciendo la fuerza de los muelles de
Reposicionamiento, se abren los pasos de P (1) hacia B (4) y de A (2) hacia R (3) (figura 4.6).
Esta válvula tiene un escape sin solape y regresa a su posición inicial por la fuerza de los
muelles. Se emplea para mandos de cilindros de doble efecto.
En la Figura 4-7 se observa una válvula distribuidora 5/2 denominada de disco flotante. Se
invierte alternativamente por pilotaje mediante aire comprimido y permanece en la posición
correspondiente hasta que recibe un impulso inverso. Se dice que es una válvula biestable. Al
recibir
presión, el émbolo de mando se desplaza. En el centro de dicho émbolo
se encuentra un disco con una junta anular, que une los conductos de
trabajo A (2) ó B (4) con empalme de presión P (1) o los separa de
éste. El escape se realiza a través de R (3) ó S (5).
Aunque en un principio pudiera parecer que se trata de una válvula de corredera (4.2.5) se
trata de una válvula de asiento, pues aunque dispone de una corredera la estanquidad se consigue mediante asiento.
VÁLVULA DISTRIBUIDORA 3/2, SERVOPILOTADA
Cuando la válvula tiene un diámetro medio o grande se requiere un esfuerzo de
accionamiento superior al que en determinados casos es factible. Para obviar esta dificultad se
utiliza
el denominado servopilotaje que consiste en actuar sobre una pequeña
válvula auxiliar, que abierta deja paso al aire para que actúe sobre la
válvula principal. Es decir el servopilotaje es simplemente un
multiplicador de esfuerzos.
Funcionamiento:
La válvula con servopilotaje (Figura 4-8) posee en su interior un pequeño conducto con una
válvula
auxiliar que conecta presión (1) con la cámara del émbolo que acciona
la válvula. Cuando se acciona el rodillo, se abre la válvula auxiliar de
servopilotaje, el aire comprimido circula hacia la cámara superior del
émbolo que al desplazarlo modifica la posición de la válvula principal
3/2.
La inversión se realiza en dos fases para evitar el solape (Figura 4-9). En primer lugar se
cierra
el conducto de A(2) hacia R(3), y luego se abre el P(1) hacia A(2). La
válvula se reposiciona por muelle al soltar el rodillo. Se cierra el
paso de la tubería de presión hacia la cámara del émbolo y se purga de
aire. El muelle hace regresar el émbolo de mando de la válvula principal
a su posición inicial.
Válvulas de corredera
En estas válvulas, las conexiones externas se relacionan unas con otras o se cierran por
Medio de una corredera longitudinal o giratoria, que se desplaza o gira dentro de un cuerpo de Válvula (figura 4-10).
VÁLVULA DE CORREDERA LONGITUDINAL
El elemento de mando de esta válvula es un émbolo que realiza un desplazamiento
Longitudinal,
uniendo o separando al mismo tiempo los correspondientes conductos
(Figura 4-10). La corredera está formada por cilindros y discos
coaxiales de diferente diámetro dispuestos Consecutivamente. La fuerza
de accionamiento requerida es reducida, porque no hay que vencer una
resistencia de presión de aire o de muelle, como en el caso de las
válvulas de asiento. Las válvulas de corredera longitudinal pueden
accionarse manualmente o mediante medios mecánicos, eléctricos o
neumáticos. Estos tipos de accionamiento también pueden emplearse para
reposicionar la válvula a su posición inicial. La carrera es mayor que
en las válvulas de asiento.
En este tipo de válvulas la estanquidad es más imperfecta que en las válvulas de asiento.
La
solución del problema mediante un ajuste mecánico entre corredera y el
cuerpo de la válvula redundaría en grandes costos, casi prohibitivos, ya
que para reducir las fugas al mínimo, en neumática, el juego entre la
corredera y el cilindro no debe sobrepasar de 2 a 4 µm. Para que los
costos de fabricación no sean excesivos, se utilizan juntas teóricas en
el cuerpo o en la corredera. Al objeto de evitar que los elementos
estanquizantes se dañen, los orificios de empalme pueden repartirse en
la superficie del cilindro.
VÁLVULA DE 5/3 VÍAS
Esta válvula tiene cinco conexiones: presión, dos con trabajo y dos con la atmósfera, y
Puede adoptar tres posiciones. Las conexiones 14 ó 12 accionan la válvula mediante aire
Comprimido.
En la parte superior de la Figura 4-11 se muestra en su posición
estable intermedia. La válvula se centra por efecto de los muelles,
cuando no se produce ninguno de los pilotajes. En este caso las 5 vías
se encuentran cerradas. Seguidamente se muestra la válvula de 5/3 vías
después de haber aplicado una señal de pilotaje en 14. El aire fluye de 1
a 4. La conexión 2 se descarga por la 3, mientras que la 5 queda libre.
En último lugar aparece la misma válvula después de haber aplicado la
señal de pilotaje en 12, 1 se une con 2, 4 con 5 y 3 queda libre.
2.4.2 Accionamiento de las valvulas
Las válvulas pueden ser accionadas de diferentes maneras, incluso pueden accionarse de
Manera
distinta en un sentido u otro. El accionamiento puede ser manual,
mecánico, neumático o eléctrico. El primero se hace mediante pulsador,
palanca o pedal. El mecánico se efectúa por medio de una leva, muelle o
rodillo; éste puede ser normal o escamoteable, es decir si sólo actúa
cuando se desplaza el rodillo en un sentido mientras que en el otro se
retrae.
En el accionamiento neumático se utiliza aire comprimido del mismo circuito o de otro
Auxiliar
para maniobrar la posición de la válvula. Generalmente se necesita una
presión mínima del aire (presión mínima de pilotaje o de mando) para
poder accionar la válvula. Dicha presión se especifica en los catálogos
en función de la presión de trabajo del circuito.
El accionamiento eléctrico se efectúa con la fuerza que se provoca al hacer pasar una
Corriente
eléctrica alrededor de una bobina con un núcleo de hierro desplazable
en su interior. Tiene muchas ventajas frente al resto de accionamientos
y da lugar a una tecnología conocida como Electro neumática que se
estudia en el capítulo 6.
Los accionamientos se representan en las líneas laterales de los cuadrados extremos que
Simbolizan las válvulas, mediante un pequeño símbolo. En la tabla 4-1 se representan los más
Significativos.
2.4.3
Determinación del tamaño de la válvula
El diagrama
P/Q es un medio para determina de forma simple y rápidamente
el caudal de
paso de un distribuidor.
El caudal
obtenido en este diagrama es válido para un elemento (válvula,
racor,
tubería, etc..) con una sección equivalente “S” de 1 mm2.
Responde,
fundamentalmente, a las tres cuestiones siguientes:
q
¿Cuál es la
presión de salida de un distribuidor, conociendo la presión de
alimentación
y el caudal necesario?
q
¿Cuál es el
caudal de paso en un distribuidor, cuando conocemos las
presiones de
entrada y salida?.
q
¿Cuál debe
ser la presión de alimentación de un distribuidor, conociendo
el caudal y
la presión de salida?
Cálculo del
tamaño de la válvula
Ejemplos de
cálculo
Datos:
Sección = 20
mm2
Caudal
necesario = 1300 l/min
Presión de
alimentación = 7 bar
Incógnita:
Presión de salida o de
utilización=?
Solución =
5,8 bar
Ejemplo 2
Datos:
Sección = 20
mm2
Presión de
alimentación = 7 bar
Presión de
utilización = 4,5 bar
Incógnita:
Caudal nominal=?
Solución: Q=
82,5*20=1650 l/min
Ejemplo 3
Datos:
Sección = 20
mm2
Presión de
utilización = 4,5 bar
Caudal
necesario. 1450 l/min
Incógnita:
Presión de alimentación= ?
Solución
=6,5 bar
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