Una válvula solenoide es una válvula operada electromecánicamente .
Las válvulas solenoides se diferencian por las características de la corriente eléctrica que utilizan, la fuerza del campo magnético que generan, el mecanismo que utilizan para regular el fluido y el tipo y características del fluido que controlan. El mecanismo varía desde actuadores de acción lineal de tipo émbolo hasta actuadores de armadura pivotante y actuadores basculantes. La válvula puede usar un diseño de dos puertos para regular un flujo o usar un diseño de tres o más puertos para cambiar los flujos entre los puertos. Se pueden colocar varias válvulas de solenoide juntas en un colector .
Las electroválvulas son los elementos de control más utilizados en fluídica . Sus tareas son apagar, liberar, dosificar, distribuir o mezclar fluidos. Se encuentran en muchas áreas de aplicación. Los solenoides ofrecen una conmutación rápida y segura, alta confiabilidad, larga vida útil, buena compatibilidad media de los materiales utilizados, baja potencia de control y diseño compacto.
Operación
Hay muchas variaciones de diseño de válvulas. Las válvulas ordinarias pueden tener muchos puertos y vías de fluido. Una válvula de 2 vías, por ejemplo, tiene 2 puertos; si la válvula está abierta , entonces los dos puertos están conectados y el fluido puede fluir entre los puertos; si la válvula está cerrada , los puertos están aislados. Si la válvula está abierta cuando el solenoide no está energizado, entonces la válvula se denomina normalmente abierta (NO). De manera similar, si la válvula está cerrada cuando el solenoide no está energizado, entonces la válvula se denomina normalmente cerrada . [1] También hay diseños de 3 vías y más complicados. [2] Una válvula de 3 vías tiene 3 puertos; conecta un puerto a cualquiera de los otros dos puertos (normalmente un puerto de suministro y un puerto de escape).
Las válvulas solenoides también se caracterizan por su funcionamiento. Un pequeño solenoide puede generar una fuerza limitada. Si esa fuerza es suficiente para abrir y cerrar la válvula, entonces es posible una válvula solenoide de acción directa . Una relación aproximada entre la fuerza requerida del solenoide F s , la presión del fluido P y el área del orificio A para una válvula solenoide de acción directa es: [3]
Donde d es el diámetro del orificio. Una fuerza típica de solenoide puede ser de 15 N (3,4 lb f ). Una aplicación puede ser un gas de baja presión (p. Ej., 10 psi (69 kPa)) con un diámetro de orificio pequeño (p. Ej., 3 ⁄ 8 pulg. (9,5 mm) para un área de orificio de 0,11 pulg 2 (7,1 × 10 −5 m 2 ) y una fuerza aproximada de 1,1 lbf (4,9 N)).
Cuando se encuentran altas presiones y grandes orificios, se requieren grandes fuerzas. Para generar esas fuerzas, puede ser posible un diseño de válvula solenoide pilotada internamente . [1] En un diseño de este tipo, la presión de la línea se utiliza para generar las fuerzas altas de la válvula; un pequeño solenoide controla cómo se usa la presión de la línea. Las válvulas pilotadas internamente se utilizan en lavavajillas y sistemas de riego donde el fluido es agua, la presión puede ser de 80 psi (550 kPa) y el diámetro del orificio puede ser 3 ⁄ 4 pulgadas (19 mm).
En algunas válvulas de solenoide, el solenoide actúa directamente sobre la válvula principal. Otros usan una válvula solenoide pequeña y completa, conocida como piloto, para accionar una válvula más grande. Si bien el segundo tipo es en realidad una válvula solenoide combinada con una válvula accionada neumáticamente, se venden y empaquetan como una sola unidad denominada válvula solenoide. Las válvulas pilotadas requieren mucha menos energía para controlar, pero son notablemente más lentas. Los solenoides piloteados generalmente necesitan potencia total en todo momento para abrirse y permanecer abiertos, donde un solenoide de acción directa puede necesitar solo potencia total durante un corto período de tiempo para abrirlo y solo poca potencia para mantenerlo.
Una válvula solenoide de acción directa generalmente opera en 5 a 10 milisegundos. El tiempo de funcionamiento de una válvula pilotada depende de su tamaño; los valores típicos son de 15 a 150 milisegundos. [2]
El consumo de energía y los requisitos de suministro del solenoide varían con la aplicación, y se determinan principalmente por la presión del fluido y el diámetro de la línea. Por ejemplo, una válvula de rociador popular de 3/4 "y 150 psi, diseñada para sistemas residenciales de 24 VCA (50 - 60 Hz), tiene una corriente de entrada momentánea de 7.2 VA y un requisito de potencia de retención de 4.6 VA. [4] Comparativamente, un La válvula industrial de 1/2 "10000 psi, diseñada para sistemas de 12, 24 o 120 VCA en aplicaciones criogénicas y de fluidos de alta presión, tiene una corriente de entrada de 300 VA y una potencia de retención de 22 VA. [5] Ninguna válvula enumera una presión mínima requerida para permanecer cerrada en el estado sin alimentación.
Pilotado internamente
Si bien existen múltiples variantes de diseño, el siguiente es un desglose detallado de un diseño típico de válvula solenoide.
Una válvula solenoide tiene dos partes principales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte la energía eléctrica en energía mecánica que, a su vez, abre o cierra la válvula mecánicamente. Una válvula de acción directa tiene solo un circuito de flujo pequeño, que se muestra en la sección E de este diagrama (esta sección se menciona a continuación como una válvula piloto). En este ejemplo, una válvula pilotada por diafragma multiplica este pequeño flujo piloto, usándolo para controlar el flujo a través de un orificio mucho más grande.
Las válvulas de solenoide pueden usar sellos de metal o sellos de goma, y también pueden tener interfaces eléctricas para permitir un fácil control. Se puede usar un resorte para mantener la válvula abierta (normalmente abierta) o cerrada (normalmente cerrada) mientras la válvula no está activada.
El diagrama de la derecha muestra el diseño de una válvula básica que controla el flujo de agua en este ejemplo. En la figura superior está la válvula en su estado cerrado. El agua a presión entra en A . B es un diafragma elástico y por encima de él hay un resorte débil que lo empuja hacia abajo. El diafragma tiene un orificio en el centro que permite que fluya una cantidad muy pequeña de agua a través de él. Esta agua llena la cavidad C en el otro lado del diafragma de modo que la presión sea igual en ambos lados del diafragma, sin embargo, el resorte comprimido suministra una fuerza neta hacia abajo. El resorte es débil y solo puede cerrar la entrada porque la presión del agua se iguala en ambos lados del diafragma.
Una vez que el diafragma cierra la válvula, la presión en el lado de salida de su parte inferior se reduce y la mayor presión arriba la mantiene aún más firmemente cerrada. Por lo tanto, el resorte es irrelevante para mantener cerrada la válvula.
Todo lo anterior funciona porque el pequeño paso de drenaje D fue bloqueado por un pasador que es la armadura del solenoide E y que es empujado hacia abajo por un resorte. Si pasa corriente a través del solenoide, el pasador se retira mediante fuerza magnética y el agua en la cámara C drena el pasaje D más rápido de lo que el orificio puede volver a llenarlo. La presión en la cámara C cae y la presión de entrada eleva el diafragma, abriendo así la válvula principal. Ahora el agua fluye directamente desde A a F .
Cuando el solenoide se desactiva nuevamente y el paso D se cierra nuevamente, el resorte necesita muy poca fuerza para empujar el diafragma hacia abajo nuevamente y la válvula principal se cierra. En la práctica, a menudo no hay un resorte separado; el diafragma de elastómero está moldeado para que funcione como su propio resorte, prefiriendo tener la forma cerrada.
De esta explicación se puede ver que este tipo de válvula se basa en un diferencial de presión entre la entrada y la salida, ya que la presión en la entrada siempre debe ser mayor que la presión en la salida para que funcione. Si la presión en la salida, por cualquier motivo, se elevara por encima de la de la entrada, la válvula se abriría independientemente del estado de la válvula solenoide y piloto.
Componentes
Los diseños de válvulas solenoides tienen muchas variaciones y desafíos.
Componentes comunes de una válvula solenoide: [6] [7] [8] [9]
- Subconjunto de solenoide
- Clip de retención (también conocido como clip de bobina)
- Bobina de solenoide (con camino de retorno magnético)
- Tubo central (también conocido como tubo de armadura, tubo de émbolo, tubo de válvula solenoide, manguito, conjunto de guía)
- Plugnut (también conocido como núcleo fijo)
- Bobina de sombreado (también conocido como anillo de sombreado)
- Resorte de núcleo (también conocido como resorte de contador)
- Núcleo (también conocido como émbolo, armadura)
- Sello del casquete del tubo central
- Bonnet (también conocido como cubierta)
- Sello de bonete-diafragma-cuerpo
- Resorte de suspensión
- Lavadora de respaldo
- Diafragma
- Orificio de purga
- Disco
- Cuerpo de la válvula
- Asiento
El núcleo o émbolo es el componente magnético que se mueve cuando se activa el solenoide. El núcleo es coaxial con el solenoide. El movimiento del núcleo hará o romperá los sellos que controlan el movimiento del fluido. Cuando la bobina no está energizada, los resortes mantendrán el núcleo en su posición normal.
El plugnut también es coaxial.
El tubo central contiene y guía el núcleo. También retiene la clavija y puede sellar el fluido. Para optimizar el movimiento del núcleo, el tubo del núcleo debe ser no magnético. Si el tubo central fuera magnético, ofrecería una ruta de derivación para las líneas de campo. [10] En algunos diseños, el tubo central es una carcasa metálica cerrada producida por embutición profunda . Un diseño de este tipo simplifica los problemas de sellado porque el fluido no puede escapar del recinto, pero el diseño también aumenta la resistencia de la trayectoria magnética porque la trayectoria magnética debe atravesar el grosor del tubo central dos veces: una vez cerca del enchufe y una vez cerca del núcleo. En algunos otros diseños, el tubo central no está cerrado, sino más bien un tubo abierto que se desliza sobre un extremo de la clavija. Para retener la clavija, el tubo se puede engarzar a la clavija. Un sello de junta tórica entre el tubo y la clavija evitará que se escape el líquido.
La bobina del solenoide consta de muchas vueltas de alambre de cobre que rodean el tubo central e inducen el movimiento del núcleo. La bobina suele estar encapsulada en epoxi. La bobina también tiene un marco de hierro que proporciona una baja resistencia a la trayectoria magnética.
Materiales
El cuerpo de la válvula debe ser compatible con el fluido; los materiales comunes son latón, acero inoxidable, aluminio y plástico. [11]
Los sellos deben ser compatibles con el fluido.
Para simplificar los problemas de sellado, la clavija, el núcleo, los resortes, el anillo de protección y otros componentes suelen estar expuestos al fluido, por lo que también deben ser compatibles. Los requisitos presentan algunos problemas especiales. El tubo del núcleo debe ser no magnético para pasar el campo del solenoide a través del conector y el núcleo. El plugnut y el núcleo necesitan un material con buenas propiedades magnéticas, como el hierro, pero el hierro es propenso a la corrosión. Se pueden utilizar aceros inoxidables porque vienen en variedades magnéticas y no magnéticas. [12] Por ejemplo, una válvula solenoide puede usar acero inoxidable 304 para el cuerpo, acero inoxidable 305 para el tubo central, acero inoxidable 302 para los resortes y acero inoxidable 430 F (un acero inoxidable magnético [13] ) para el núcleo y plugnut. [1]
Tipos
Son posibles muchas variaciones en la válvula un solenoide básica, unidireccional, descrita anteriormente:
Usos comunes
Las válvulas de solenoide se utilizan en sistemas hidráulicos y neumáticos de potencia fluida , para controlar cilindros, motores de potencia fluida o válvulas industriales más grandes. Los sistemas de riego automático por aspersión también utilizan válvulas solenoides con un controlador automático . Las lavadoras y lavavajillas domésticos utilizan válvulas solenoides para controlar la entrada de agua en la máquina. También se utilizan a menudo en los disparadores de las pistolas de paintball para accionar la válvula de martillo de CO2. Las válvulas solenoides generalmente se denominan simplemente "solenoides".
Las válvulas solenoides se pueden utilizar para una amplia gama de aplicaciones industriales, incluido el control general de encendido y apagado, bancos de calibración y prueba, lazos de control de plantas piloto, sistemas de control de procesos y varias aplicaciones de fabricantes de equipos originales. [14]
Historia y desarrollo comercial
En 1910, ASCO Numatics se convirtió en la primera empresa en desarrollar y fabricar la válvula solenoide. [15] [16]
Ver también
- Válvula neumática
Referencias
- ^ a b c "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 29 de octubre de 2013 . Consultado el 18 de febrero de 2013 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ a b "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 25 de febrero de 2015 . Consultado el 25 de febrero de 2013 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "La relación ignora el cabezal dinámico" (PDF) . Asconumatics.eu . pag. V030-1 . Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ^ "Aspersor Orbit 3/4 150 PSI" (PDF) . homedepot . Home Depot . Consultado el 9 de diciembre de 2015 .
- ^ "Válvula solenoide de alta presión Omega serie SVH-111 / SVH-112" (PDF) . omega . Omega . Consultado el 9 de diciembre de 2015 .
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 17 de julio de 2018 . Consultado el 17 de febrero de 2013 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Microelettrovalvole - Asco Numatics Sirai" . Sirai.com . Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ^ "Elettrovalvole a separazione totale (SECO) - Asco Numatics Sirai" . Sirai.com . Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 18 de octubre de 2012 . Consultado el 24 de febrero de 2013 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ Válvula Skinner 1997 , p. 128, que dice "El tubo está hecho de material no magnético para asegurarse de que el flujo se dirija a través del émbolo en lugar de alrededor de él".
- ^ Válvula Skinner (1997), válvulas solenoides de dos, tres y cuatro vías (PDF) , Parker Hannifin , catálogo CFL00897[ enlace muerto permanente ] , pág. 128
- ^ "Estados", las partes internas en contacto con los fluidos son de acero inoxidable no magnético de las series 300 y 400 magnéticas. " " (PDF) . Controlandpower.com . pag. 450f . Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ^ "Acero al crisol Acero inoxidable 430F" . Matweb.com . Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ^ "Electroválvulas de uso general - Valcor Engineering" . Valcor.com . Consultado el 17 de julio de 2018 .
- ^ Trauthwein, Greg (febrero de 2006). "Impulsando el suministro de W&O a nuevas alturas" . Reportero marítimo .
- ^ "Una historia de ASCO" . Valveproducts.net . Consultado el 11 de junio de 2013 .
enlaces externos
- Tipos de válvulas solenoides : funciones de circuito y tipos de operación de válvulas solenoides explicadas con ilustraciones
- págs. 39–40. Ilustración de la válvula solenoide; pin de ruptura / saque de salida