VÁLVULAS NEUMÁTICAS
Introducción:En la industria se utilizan circuitos
neumáticos para automatizar procesos, las válvulas neumáticas son elementos
esenciales de éstos.
A continuación aprenderemos las diferentes clases de válvulas
neumáticas, su función y su previo mantenimiento.
DEFINICIÓN
Las válvulas neumáticas son
dispositivos que se utilizan para
regular el flujo y presión del aire
comprimido en un circuito neumático.
CLASIFICACIÓN
Las válvulas se dividen según su funcionamiento:
○ Válvulas direccionales o de vías: Son las encargadas de distribuir
el aire comprimido en los diferentes actuadores neumáticos.
○ Válvulas de bloqueo: Son aquellas con la capacidad de
bloquear el paso del aire comprimido cuando se dan ciertas condiciones en el
circuito.
○ Válvulas reguladoras: aquellas que tiene a función de regular
el caudal y presión en el circuito neumático.
○ Válvulas secuenciales: llamadas así por ser elementos de mando,
además de que también consumen poca energía y son capaces de gobernar una energía
muy superior.
VÁLVULAS DIRECCIONALES
También conocidas como válvulas distribuidoras, como su propio nombre lo indica son aquellas que distribuyen el aire comprimido en diferentes actuadores neumáticos.
Se pueden clasificar según:
Numero de vías y posiciones.
Representación:
Tipo de accionamiento
Por los medio en los cual se logra accionar la
válvula.
Función que desempeña
Según número de posiciones, vías
y dirección del fluido.
Válvulas 2/2
Tienen un orificio de entrada y otro de salida (2 vías) y
dos posiciones de mando, solo actúan como válvulas de paso, pueden ser NC o NA.
Válvulas 3/2
Tienen la función de alimentar un circuito y también permiten
su descarga al ser conmutadas. Hay NC y NA.
Válvulas 4/2
Poseen cuatro orificios de conexión correspondiendo uno a
alimentación, 2 a utilizaciones y el restante al escape, operan en 2 posiciones
de mando, para cada una de las cuales solo
una utilización es alimentada, en tanto la otra se encuentra conectada a escape;
esta condición se invierte al conmutar la válvula.
Válvulas 5/2
A diferencia de la 4/2, poseen dos escapes
correspondiendo uno a cada utilización, esto brinda controlar la velocidad de
avance y retroceso de un cilindro en forma independiente.
Válvulas de 3 posiciones
Las funciones de estas son iguales a las de 2 posiciones,
a diferencia que en estas incorpora una posición central adicional la cual será
de centro cerrado, centro abierto o centro a presión.
Centro abierto permite la detención intermedia de un
actuador en forma libre, dado que ambas cámaras quedan conectadas a escape en
esa posición. Un centro cerrado, por el contrario, permitirá una parada intermedia,
pero el cilindro queda bloqueado por imposibilitarse sus escapes. El centro a
presión mantiene alimentadas ambas cámaras,
lo que permite detener con precisión un cilindro sin vástago, compensando
eventuales perdidas de aire del circuito.
Construcción interna.
-Válvulas de asiento.
Aquí los empalmes se abren y cierran por medio de bolas,
placas o conos.
La estanqueidad se asegura
de una manera simple generalmente por juntas elásticas.
Los
elementos de desgaste son muy pocos ya
que son insensibles a la suciedad haciendo
que las válvulas tengan una larga duración.
Pueden ser válvulas de asiento…
1) Esférico:
son muy simples y económicas, se distinguen por sus dimensiones muy pequeñas,
su accionamiento puede ser manual o mecánico.
2) Plano:
tiene una junta simple que asegura una estanqueidad necesaria. El tiempo de
respuesta es muy pequeño ya un desplazamiento corto determina un gran caudal.
-Válvulas
de corredera.
Aquí los diversos
orificios se unen o cierran por medio de:
1) Una
corredera de émbolo: el elemento de
mando de esta válvula es un embolo que realiza un desplazamiento longitudinal,
une o separa al mismo tiempo los correspondientes conductos.
La fuerza de accionamiento es
reducida porque aquí no hay que vencer una resistencia de presión o de muelle.
Pueden accionarse manualmente o
medios mecánicos, electrónicos o
neumáticos.
La carrera es mayor que en las válvulas de asiento plan
2) Una
corredera plana de émbolo: aquí un embolo se hace cargo de la función de inversión.
Los conductos se unen por medio de una corredera plana adicional. La
estanqueidad es buena pero la corredera plana se desgasta.
3) Una
corredera giratoria:Estas válvulas son de
accionamiento manual o pedal, es difícil
incorporar otro tipo de accionamientos en ellas y funcionan por medio de dos
discos que al girar unen los diversos conductos.
VALVULAS REGULADORAS
DE FLUJO
También llamadas válvulas reguladoras de caudal.
Son aquellas que tienen la función de dosificar la
cantidad de flujo que pasa por ellas.
Para regular el caudal se tiene que considerar:
○Tipo de instalación.
○Presión.
○Sentido de flujo
○Características del caudal
La regulación debe efectuarse manualmente, actuando sobre
un tornillo de regulación.
Su empleo se limita a cilindros de simple efecto y
cilindros de doble efecto de pequeñas dimensiones
La válvula reguladora de caudal ajusta automáticamente un
caudal constante, independientemente de las fluctuaciones de presión en el
sistema, utilizando un orificio calibrado funcionando conjuntamente con una
válvula piloto.
La válvula abre
totalmente si el consumo es inferior al caudal máximo calculado o el sistema no
es capaz de suministrar el caudal requerido. La válvula piloto de tres vías
mide la diferencia de presión entre los dos lados del orificio calibrado
y la emplea para regular el diafragma de la válvula.
VÁLVULAS DE BLOQUEO
Este tipo de válvulas se acciona
por medio de determinadas condiciones
una de ellas
es el sentido del flujo. Dependiendo del desempeño que se requiere
realizar usaremos
los distintos tipos de válvulas de bloqueo, ya que disponemos
de varios:
Anti retorno: impiden el paso de
aire absolutamente en un sentido y en sentido contrario el aire circula con una
pérdida de presión mínima. Esta obstrucción puede darse por medio de: bolas,
conos, discos o membrana.
Simultaneas: estas válvulas
tienen dos entradas, una salida y un elemento móvil (corredera) que se desplaza
por la acción del fluido al entrar por sus dos orificios dejando libre en 3º
orificio. Si solo entra fluido por un orificio, el orificio que debería dejar
paso al fluido, queda cerrado.
Selectivas: tienen dos entradas y
una salida, tiene un elemento móvil (bola metálica) cada entrada está conectada
a un circuito distinto, es por esto que se le llama válvula de bloqueo selectiva,
esta válvula se usa cuando deseamos accionar una máquina desde más de un sitio
de mando. Funciona así: el aire entra por un orificio de entrada, desplazando
la bolita al otro orificio de entrada y como consecuencia “lo tapa” permitiendo contacto con el oficio
de salida para que escape el aire.
De escape: esta válvula tiene dos
funciones.
1) Liberar el aire lo antes posible
(cuando el aire tiene que pasar por una tubería larga, tardaría más en salir al
exterior)
2) A veces quedan restos de presión
en las tuberías, lo cual permite errores de funcionamiento en el circuito, con
esta válvula se elimina la posibilidad.
VALVULAS DE PRESIÓN
Las válvulas de presión son elementos que se encargan de
regular la presión o que son controladas por
ésta (osea , están acondicionadas al valor que tome la presión).
Es importante
regular la presión, ya que si tenemos una presión alta se generaran grandes
caídas de presión y habrá desgaste de los componentes, pero si la presión es
pequeña el rendimiento será malo.
Este tipo de válvulas pueden diferenciarse los siguientes tres grupos:
Válvulas reguladoras de presión.
La función de estas válvulas
es mantener constante la
presión.
La
presión de entrada debe ser superior a la de salida.
Forma parte del mantenimiento
del circuito.
- válvulas de limitación de presión
Se utilizan como válvulas de
seguridad, es decir, no permite que la presión en el sistema sobrepase su valor
máximo admisible. Esto ocurre cuando al alcanzar en la entrada de la válvula el
valor máximo de presión, se abre la salida y el aire sale a la atmosfera.
La válvula permanece abierta,
hasta que el muelle incorporado, una vez alcanzada la presión ajustada en
función a las características de muelle, cierra el paso.
Válvulas de secuencia.
Es similar a la válvula
limitadora ya que abre el paso cuando se alcanza una presión mayor a la
ajustada mediante el muelle, pero con la diferencia de que las válvulas
secuenciales se montan en mandos neumáticos que actúan cuando se precisa una
presión fija para un fenómeno de conmutación (mandos en función de presión).
VÁLVULAS ESPECIALES
Son aquellas que están diseñadas
con características especiales, para realizar tareas
específicas.
Válvulas selectoras Permite que una de dos fuentes de
entrada llegue a la salida. Impide que una de la entrada se escape por la otra.
Verifique que la bola se mueva desde la entrada con la mayor presión y contra
la conexión que tiene la menor presión. La diferencia mínima de presión de 0,7
bar es necesaria para lograr el cambio de efecto 13,8 bar máximo.
controles de velocidad Control del caudal de aire de las conexiones de escape
de las válvulas de aire y modificación de la velocidad de funcionamiento de los
cilindros ajustando el tornillo con la tuerca de seguridad.
Silenciadores Uso
en conexiones de escape de la válvula, esta
construido de bronce sinterizado. Silenciador de aire y difusor de
escape y el material por el cual está constituido su cuerpo es de latón.
Respiraderos Uso en válvulas y cilindros de simple efecto para evitar que entre polvo
en las conexiones abiertas. Entre otros usos, se encuentra el alivio de vacío o
la igualación de presión en cajas de transmisión, depósitos y tanques de aire.
Escape rápido
Proporciona una descarga rápida del aire del cilindro,
elimina la necesidad de tuberías de gran diámetro o de válvulas selectoras y su
cuerpo es de aluminio fundido.
DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE
Las características de construcción de las válvulas
determinan:
○Tamaño.
○Su duración.
○Fuerza de accionamiento.
Es importante determinar el tamaño de la válvula que vamos a
utilizar, por medio de un dimensionado, ya que nos beneficiará técnica y
económicamente.
Coeficiente de
flujo de la válvula (Cv,Kv).
Este coeficiente nos
da un índice de capacidad en cuanto a tamaño y cantidad de flujo que
pasa por la válvula.
Kv :Es el caudal de
agua (de 5 a 30ºC) en m3/h que pasa a través de la válvula a una
apertura dada y con una pérdida de carga de
1Kg/cm².
Equivalencia entre los coeficientes Cv y Kv.
Kv=0.86 * Cv
(m3/h)
Cv=1.17 * Kv (galones por minuto).
De esta forma nos
damos cuenta que la válvula depende del área del paso y de la resistencia al
paso del fluido, del estado de la superficies interiores y del tipo de válvula.
Generalmente el fabricante de las
válvulas especifica en sus catálogos las fórmulas de Cv o Kv, pero necesitamos conocer la caída de
presión en la válvula y para determinarla necesitamos conocer el sistema
neumático y las pérdidas que provoca este, estas pérdidas están relacionadas
con las propiedades de los fluidos.
Propiedades de los fluidos:
Densidad.
Masa dela unidad de volumen que ocupa el fluido d=m/v donde
d=densidad, m=masa, v=volumen especifico
Peso específico.
Peso de la unidad
de volumen que ocupa el fluido. Pero especifico B=d*g donde B=peso específico, d= densidad= fuerza
de gravedad.+
Viscosidad.
Al moverse un fluido se originan fuerzas internas de fricción
que ofrecen determinada resistencia al
movimiento generando una temperatura, en los gases cuando la temperatura
aumenta la viscosidad también.
Ésta puede ser absoluta
o cinemática.
·
Absoluta (u).
Centipoise=poise/100
donde poise = g/cm*seg
·
Cinematica(v).
Cenistoke=stoke/100 , donde, stoke= cm²/seg. y centistoke=mm² /seg.
Flujo, caudal o gasto del fluido.
Cantidad del fluido que circula a través de un conducto
por unidad de tiempo.
Velocidad media del flujo.
Relación entre el gasto volumétrico y el área de la
sección transversal.
V=Q/S donde Q=flujo (m³/s), S=Área (m),
V=velocidad (m/s).
Regímenes de movimiento de los fluidos.
Osborn Reynolds
clasificó el movimiento de los fluidos en 3 regímenes.
Laminar: el fluido se mueve como capas, en una misma dirección
y sentido.
Turbulento: el fluido se desplaza en diferentes
direcciones, creando un estado de agitación.
Transitorio: el flujo en determinados instantes se
comporta laminar y en otros con
tendencia turbulenta.
Para caracterizar el régimen del movimiento se determina
como numero Reynolds.
Este número es adimensional…
Re=DV d/u= DV/v*10x-6
V=velocidad del
flujo (m/s)
D=diámetro del tubo (m)
v=viscosidad cinemática
Cst (centistoke).
Valores de Re.
Re menor a 2100, comportamiento laminar.
Re entre 2100 y menores de 10 000, comportamiento
transitorio.
Re mayores e iguales que 10 000, comportamiento
turbulento.
Perdidas de energía.
Se generan debido al cambio de velocidad del flujo. La pérdida
total es debida al conjunto de resistencias
locales instaladas en el sistema, y se puede calcular empleando el
concepto de longitud equivalente (Long. de tubería recta del mismo diámetro del
accesorio que produce igual perdida de energía que la producida por el
accesorio).
Con la ecuación de Darcy-Weisbach podemos calcular la pérdida total.
hp=f*(LV^2) /D2g m
de columna del flujo.
Para calcular la pérdida de presión.
p2-p1=dg hp.
MANTENIMIENTO
El mantenimiento
preventivo es de gran importancia, ya que debemos mantener limpio nuestro sistema neumático para
evitar fallas y la mal comunicación entre los elementos de mando y trabajo, para
así obtener un resultado de alta calidad.
Se debe
establecer un plan de mantenimiento en un periodo determinado, donde se puedan
estipular controles visuales de fugas, vibraciones o calentamientos, desarmes parciales,
limpieza de los elementos y recambios preventivos de partes deterioradas.
Los factores
que alargan la vida útil de nuestras válvulas son:
Un montaje
correcto y calidad de aire comprimido (limpio y lubricado).
- Limpieza de partes.
Tal como el lavado de partes con cepillo o sopeteando con
aire a presión, es
conveniente repetir varias veces la operación hasta obtener
una limpieza a fondo.
Queda limitado el uso de solventes o desengrasantes industrial
debido a que algunos
son incompatibles con el material del que están constituidas
las partes de la válvula.
- Recambio de partes
Se recomienda utilizar repuestos de la misma marca de la válvula
para un buen ajuste
entre las piezas.
- Armado de unidades.
Las partes deben estar secas y lubricadas antes de iniciar su
armado, asegurar el correcto posicionado de guarniciones y juntas antes de su
armado final. Tener especial atención con el posicionado de selectoras de
pilotaje, ya que de su posición depende de funcionamiento de la válvula según el modo deseado.
- Pruebas de estanqueidad y funcionamiento.
Antes de montar la válvula a la máquina verificar ausencia de
fugas.
RESUMEN
Las válvulas neumáticas tiene
la función de permitir o no el paso de un fluido a un elemento actuador (cilindro,
etc.), también se utilizan para regular el flujo y presión en un circuito neumático. Se clasifican en válvulas
de: distribución (también llamadas válvulas de vías o direccionales son
aquellas que distribuyen el aire a los componentes), bloqueo (aquellas que restringen
el paso del aire, ya que el fluido pasa en un solo sentido), reguladoras (las
que regulan la presión y el flujo) y especiales (su diseño es especial y son fabricadas para un funcionamiento
especifico).
Es importante determinar el tamaño de nuestra válvula ya que nos
brinda beneficios técnicos y económicos, para esto se utilizan ecuaciones y
operaciones matemáticas para calcular el volumen, área y perdidas del fluido.
El mantenimiento preventivo es esencial para el buen
funcionamiento de las válvulas. En él se incluye la limpieza, lubricación, recambio
y buen armado de las piezas.
CUESTIONARIO
1.-¿Qué función tiene una válvula reguladora?
a)
Bloquear
fluido en un circuito.
b)
Regular
la presión o caudal.
2.- ¿Cómo se clasifican las válvulas neumáticas?
a) por su tipo de fluido.
b) distribuidoras, de bloqueo, reguladoras y secuenciales.
3.- ¿Cómo leerías la siguiente expresión “válvula 4/2”?
a) válvula de 4 posiciones, dos vías.
b) válvula de 4 vías, dos posiciones.
4.-la determinación del tamaño de una válvula neumática
depende de…
a) las propiedades del fluido.
b) el aceite.
5.-la función de una válvula de presión es dosificar el flujo
que pasa por ellas.
a) cierto.
b) falso.
6.-El mantenimiento preventivo de válvula neumática consiste
en…
a) cambiar una pieza que se rompió.
b) recambiar una pieza de la válvula
que ya está desgastada.
7.-la función de una válvula reguladora de flujo es…
a) distribuir el aire comprimido.
b) dosificar el flujo que pasa por ellas.
8.- Re=DV d/u= DV/v*10x-6. Esta ecuación es de….
a) Darcy-Weisbach.
b) Osborn Reynolds.
9.-las válvulas direccionales se conocen como:
a) válvulas reguladoras.
b) válvulas de distribución o de vías.
10.- las válvulas de bloqueo se clasifican en…
a) anti retorno, selectivas y simultaneas.
b) silenciadores y escape rápido.
BIBLIOGRAFÍA
http://prezi.com/nydly5hosfjn/determinacion-del-tamano-de-la-valvula/http://es.slideshare.net/mariope67/Dim-modificado
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