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FESTO DIDACTIC Vlvulas distribuidoras

Seminario: Mandos Elctricos Industriales E-211 37

3. VLVULAS DISTRIBUIDORAS. Generalidades. Las vlvulas distribuidoras controlan el recorrido del aire en un circuito neumtico. Las vlvulas distribuidoras se utilizan para dirigir o bloquear el flujo de aire a determinadas lneas y/o descargar el aire a la atmsfera a travs de sus escapes. Una vlvula distribuidora se describe por su nmero de conexiones de trabajo (orificios que tiene para conectar con el exterior), su nmero de posiciones de conmutacin y por su mtodo de accionamiento. La forma constructiva es importante cuando se consideran las caractersticas de funcionamiento de la vlvula, tales como el caudal, prdida de presin y velocidad de conmutacin para una determinada aplicacin. El smbolo utilizado para representar la vlvula, muestra las caractersticas generales de funcionamiento del componente. El mismo smbolo puede repre-sentar diferentes ejecuciones, mtodos de construccin o caractersticas de funcionamiento. Formas constructivas. La forma constructiva de la vlvula influye en su vida til, fuerza de accionamiento requerida, tiempo de conmutacin, mtodo de accionamiento y dimensiones fsicas. Las formas constructivas se clasifican como sigue: Vlvulas de asiento: Vlvulas de corredera: Vlvulas de asiento. Las vlvulas de asiento abren y cierran por medio de bolas, discos o conos. Los asientos de vlvulas, generalmente tienen simples juntas de plstico. Las ejecuciones ms sencillas tienen pocas piezas de desgaste y por lo tanto una larga vida til.



Figura 23 Vlvulas de asiento. Son robustas e insensibles a la suciedad. Debe tenerse en cuenta la relativamente elevada fuerza para superar la fuerza del muelle y la oposicin de la presin del aire. La vlvula de asiento de disco tiene la ventaja de permitir el paso de grandes caudales de aire debido a su gran superficie. Vlvulas de corredera. Las vlvulas de corredera longitudinal se construyen o bien con una estricta tolerancia entre la corredera y el cuerpo, o con juntas en "O" para proporcionar una estanqueidad efectiva. Sin embargo, las de disco suspendido tienen las ventajas de tener una carrera relativamente corta y un bajo desgaste propio de las vlvulas de asiento.

Figura 24 Vlvulas de corredera.



Mtodos de accionamiento. El mtodo de accionamiento de las vlvulas distribuidoras depende de los re-querimientos de la tarea. Los mtodos de accionamiento incluyen diversos m-todos manuales, mecnicos y elctricos. Tambin pueden combinarse los diversos accionamientos, por ejemplo, una vlvula con accionamiento elctrico puede incorporar un accionamiento manual auxiliar para activarla, si es necesario, en caso de fallo de tensin. Adems del mtodo de accionamiento tambin debe tenerse en cuenta el mtodo de reposicin. Un ejemplo es la vlvula que utiliza un solenoide como medio de accionamiento y un muelle de retorno para regresar a su posicin inicial o de partida. Conversin de la energa elctrica en neumtica. Las electrovlvulas renen las ventajas de la electricidad y de la neumtica y pueden ser consideradas convertidores electroneumticos. Constan de una vlvula neumtica como medio de generar una seal de salida, y de un accio-namiento elctrico denominado solenoide. La aplicacin de una corriente al solenoide genera una fuerza electromagntica que mueve la armadura conectada a la leva de la vlvula. Cuando se corta la corriente que alimenta el solenoide, cesa su fuerza, permi-tiendo que un muelle interno devuelva la leva de la vlvula a su posicin inicial. Electrovlvula de 3/2 vas simple bobina, normalmente cerrada. Esta vlvula de asiento, normalmente cerrada (NC) es actuada directamente por un solenoide y devuelta a su posicin de reposo por un muelle. En esta vlvula, la armadura del solenoide y la leva de la vlvula forman una sola pieza que suele denominarse cabezal (el cabezal es hueco). La abertura del cabezal al exterior se denomina escape. Cuando una corriente elctrica (seal) se aplica a la bobina, se genera una fuerza electromotriz (FEM) que levanta la leva del asiento de la vlvula cerrando el escape. El aire comprimido fluye desde 1 hacia 2 ya que 3 se halla cerrado por la parte superior de la leva. La leva est forzada contra el asiento de escape. En estado de reposo, la rotacin del tornillo excntrico levantando la leva, proporciona la posibilidad de un accionamiento manual. Segn su construccin,



puede tener diferentes opciones de accionamiento. Es importante dejarlo en posicin neutra para que pueda actuar el solenoide.

Figura 25 Electrovlvula 2/2 vas NC. Electrovlvula de 3/2 vas simple bobina, normalmente abierta. Esta vlvula es idntica a la normalmente cerrada excepto que se ha conectado de forma diferente para que est abierta en reposo. En esta disposicin, la alimentacin 1 est conectada al cabezal. Al aplicar una seal elctrica se levanta la leva, cerrando el asiento superior y con ello la alimentacin. Al mismo tiempo, el asiento inferior libera el aire de la salida 2 hacia el escape 3. Muchas vlvulas puede utilizarse indistintamente como NC y NA. Vlvulas pilotadas. Utilizando el control por pilotaje, puede reducirse el tamao del solenoide. Desde el punto de vista mecnico, esto tiene dos ventajas principales: Reduce el consumo de potencia Reduce la generacin de calor



Neumticamente, la ventaja es que la seal se aplica al solenoide que acta la vlvula auxiliar de pilotaje y sta genera la seal para la vlvula principal.

Figura 26 Control por pilotaje. Electrovlvula de 3/2 vas, pilotada. La diferencia entre esta vlvula y la de control directo es la adicin de un pilotaje interno. La vlvula piloto puede considerarse como un amplificador, ya que la fuerza que genera el solenoide es amplificada por la vlvula piloto, proporcionando una mayor fuerza de actuacin. En estado de reposo, la alimentacin en 1 acta sobre el disco de asiento forzndolo contra la junta y bloqueando el paso hacia 2. La utilizacin 2 se halla descargada a la atmsfera a travs del escape 3. La aplicacin de una seal elctrica levanta la leva del pilotaje abriendo el paso del aire 1 a travs del conducto piloto hacia el mbolo de accionamiento de la vlvula. Dada la diferencia de presiones entre el mbolo y el asiento, la vlvula se abre. El aire fluye desde 1 hacia 2. Al mismo tiempo se cierra el escape 3 por la junta superior. Cuando la bobina queda sin tensin, el aire del pilotaje se descarga a travs de la armadura del solenoide. La presin 1 se bloquea y se conecta 2 con 3. Observar: es importante asegurarse que el escape del pilotaje est libre, para permitir que la vlvula regrese a su posicin inicial.



Figura 27 Electrovlvula 3/2 vas, pilotada. Electrovlvula de 4/2 vas, pilotada. Para accionar cilindros de doble efecto se precisan vlvulas con 2 salidas. La vlvula de 4/2 vas es similar a la combinacin de dos vlvulas de 3/2 vas, una normalmente cerrada y otra normalmente abierta. Una de ellas estar siempre activa mientras que la otra est en reposo. En posicin inicial, la presin en 1 se dirige hacia 2, mientras que el paso hacia 4 est cerrado. Las conexiones 3 y 4 estn conectadas a travs del interior del vstago de la vlvula. La activacin del solenoide levanta la leva de pilotaje. El aire de alimentacin 1 fluye hacia los dos mbolos de las vlvulas que actan al mismo tiempo. El aire circula ahora de 1 hacia 4 mientras que el paso hacia 2 se cierra, descargndose hacia 3. Al mismo tiempo se cierra la conexin entre 3 y 4. Electrovlvula de 5/2 vas, pilotada. La vlvula de 5/2 vas realiza una funcin parecida a la de 4/2 vas. La diferencia es que tiene dos escapes independientes, mientras que la 4/2 tiene un nico escape.



En posicin inicial, el muelle fuerza al disco de junta bloqueando el paso de 1 hacia 3. El muelle tambin fuerza otro disco impidiendo la salida de 1 hacia 4. La junta opuesta (lado del solenoide) permite la descarga de 4 hacia 5. El disco central permite el paso de 1 hacia 2. La activacin del solenoide permite el paso de aire de pilotaje. Al recibir presin en el lado derecho se desplazan todas las juntas internas de la vlvula, resultando que el aire escapa de 2 hacia 3, el escape 5 se bloquea y el aire fluye ahora de 1 hacia 4. Dado el corto recorrido de actuacin, las bajas fuerzas de friccin y el acciona-miento por pilotaje, esta ejecucin puede utilizar un solenoide pequeo, lo cual le proporciona un breve tiempo de respuesta.

Figura 28 Electrovlvula 5/2 vas. Vlvula de 5/2 vas, doble pilotaje. Las vlvulas mencionadas anteriormente utilizaban un muelle para devolver la vlvula a su estado inicial, es decir, el solenoide accionaba la vlvula en un sentido y el muelle lo haca en sentido opuesto. Por descontado, esto significa que al quedar sin tensin la bobina, la vlvula regresa a su posicin inicial. Esto debe considerarse al disear un circuito. Con vlvulas de doble solenoide, el muelle se sustituye por otro solenoide. Suponiendo que la ltima seal aplicada fuera a Y1, el aire fluye de 1 hacia 2 mientras que 4 se descarga por 5. Al quitar la seal de Y1 la vlvula permanece estable y no se producen cambios. Al aplicar una seal en Y2, la vlvula invierte y el aire fluye de 1 a 4 y 2 se descarga por 3.



A diferencia de la vlvula con retorno por muelle, sta permanece en posicin estable incluso en caso de fallo de tensin. Esto significa que la vlvula es biestable, es decir, tiene un comportamiento memorizante.

Figura 29 Electrovlvula 5/2 vas, biestable. En circuitos electroneumticos, esta caracterstica tiene varias ventajas, entre ellas que basta un pulso de 1O... 25 ms para disparar la vlvula. La potencia elctrica puede reducirse al mnimo. En circuitos con secuencias complejas, pueden mantenerse las posiciones de las vlvulas y cilindros sin necesidad de recurrir a complicados enclavamientos del circuito. Fiabilidad de las vlvulas. En la prctica, los componentes de un circuito electroneumtico, a menudo alcanzan duraciones extremadamente largas y elevados ciclos de conmutacin. Los componentes neumticos son muy robustos y si han sido seleccionados correctamente en la etapa de diseo, darn una larga vida til. Adicionalmente, la fiabilidad se incrementa con: la correcta preparacin del aire comprimido, instalaciones que permitan un fcil acceso, alineacin correcta, control de las condiciones ambientales tales como calor y daos mecnicos, as como con un mantenimiento regular. Las vlvulas de potencia que accionan dispositivos tales como actuadores lineales y rotativos, tienen como exigencia fundamental el que permitan una rpida inversin del actuador cuando se aplica una seal al solenoide. Por eso, la vlvula debe situarse lo ms cerca posible del actuador. Esto reduce la longitud de los tubos as como los tiempos de respuesta. Idealmente, la vlvula de potencia



debera fijarse directamente con el actuador. Esto tiene la ventaja adicional de ahorrar en racordaje, tuberas y tiempo de montaje. Caractersticas de conmutacin de las vlvulas. En todos los circuitos de control, particularmente aquellos con muchos actuadores y secuencias complejas, el control de los estados de conmutacin de las vlvulas es una consideracin clave. Por eso es importante comprender las caractersticas de conmutacin de las vlvulas. Estas caractersticas tienen un efecto decisivo en la efectividad y simplicidad del diseo del circuito. Una forma de clasificar las vlvulas es atendiendo a sus caractersticas de retencin o comportamiento memorizante: Vlvulas monoestables Vlvulas biestables Las vlvulas distribuidoras monoestables en electroneumtica, son generalmente las que utilizan un solenoide como accin primaria y un muelle de retorno para devolver la vlvula a su posicin inicial. Las vlvulas monoestables no tienen comportamiento memorizante. O sea que cuando cae la tensin, van a su posicin inicial. Las vlvulas distribuidoras biestables tiene un comportamiento memorizante y generalmente son del tipo 4/2 5/2 vas, con doble solenoide. Sus caractersticas de conmutacin son: Para alcanzar una nueva posicin, slo debe haber tensin en una de las

bobinas. Permanece la ltima posicin. La vlvula puede conmutarse con un breve

pulso (10 - 25 ms) aplicado a una de las bobinas, y mantener este estado indefinidamente.

La posicin alcanzada se mantiene hasta que se aplique una seal opuesta. Las vlvulas biestables se denominan tambin vlvulas de memoria. Convertidor neumtico - elctrico. Este dispositivo hbrido combina una leva actuada neumticamente con un interruptor elctrico. Cuando una seal neumtica de suficiente presin para vencer la fuerza del muelle, se aplica sobre el diafragma, la fuerza resultante acciona la leva. La fuerza



requerida para accionar la leva se controla por medio de un tornillo ajustable. El movimiento de la leva acciona un microrruptor a travs de una palanca. Esta ejecucin incorpora un contacto conmutador y la salida puede ser con o sin presin, dependiendo del contacto utilizado. El estado de la salida se mantiene mientras haya suficiente presin en la entrada 14 para mantener presionado el muelle. Este convertidor (denominado tambin presstato) puede regularse para funcionar en el margen de presiones desde 1 a 10 bar. Los convertidores neumtico - elctricos se instalan en los controles electroneumticos en los que se requiere una determinada presin para funcionar (controles dependientes de la presin). La seal de salida solo se transmite si se ha alcanzado una determinada presin.

Figura 30 Convertidor neumtico elctrico.



Tipos constructivos de electrovlvulas y convertidores. Electrovlvula biestable

Electrovlvula monoestable

Vlvula para aplicaciones extremas

Electrovlvula compacta



Convertidor neumtico elctrico

Toberas de aspiracin con electrovlvulas

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