¿Qué es y para qué sirve una válvula solenoide?

Una válvula solenoide es un tipo de válvula de aislamiento, un dispositivo electromecánico que permite que un dispositivo eléctrico controle el flujo de gas o líquido, y que puede, además, ser instalado en lugares de difícil acceso o sometidos a condiciones de trabajo adversos. Este tipo de válvula, puede ser controlado por diferentes tipos de interruptores, tales como los eléctricos simples, de flotador, termostáticos, por reloj, de alta presión, de baja presión, o cualquier otro aparato para cerrar o aperturar un circuito eléctrico.

Diferencias entre control y regulación

Según lo explicado en la idea anterior, es necesario aclarar un punto, ya que muchas personas creen erróneamente que con este tipo de válvula también podrán regular la cantidad de gases o líquidos que se necesite para algún proceso determinado.  Por lo mismo, es importante diferenciar estos conceptos.

• En el caso de “controlar”, se refiere a la capacidad que tiene este tipo de válvula para lograr “abrir” o “cerrar” el paso de un fluido de forma extrema a un todo o nada.
• Caso distinto es “regular”, ya que se refiere a dosificar o graduar el porcentaje de líquido o gas que deseamos dejar. Por lo tanto, las válvulas solenoides tiene como función controlar el flujo, pero no lo regularlo, y es por eso que todas las válvulas tienen dos posiciones inicialmente: “normalmente cerrada” o “normalmente abierta”.

Debemos considerar las temperaturas y presiones a la que la válvula será sometida, por la viscosidad del fluido, las temperaturas implicadas, y a la capacidad de resistir de sus materiales son indispensables para saber la relación al tipo de fluido y su capacidad corrosiva, ya que existen diferente tipos de fluidos que pueden ser controlados por la válvula solenoide,

¿Cómo funciona una electroválvula o válvula de solenoide?

Las válvulas de solenoide se utilizan donde sea que el flujo de fluido deba controlarse automáticamente, como en la automatización de fábricas.

Unos ejemplos:

• En el caso de una computadora que ejecuta un programa de automatización para llenar un recipiente con algún líquido puede enviar una señal a la válvula solenoide para abrir, permitiendo que el contenedor se llene, y luego quitar la señal para cerrar la válvula solenoide, y así detener el flujo de líquido hasta que el siguiente contenedor esté en su lugar.
• Una pinza para agarra artículos en un robot, es casi siempre un dispositivo controlado por aire. En este caso, se puede usar una válvula de solenoide para permitir que la presión de aire cierre la pinza y se puede usar una segunda válvula de solenoide para abrir la pinza. Si se usa una válvula solenoide de dos vías, no se necesitan dos válvulas separadas en esta aplicación. Los conectores de válvula solenoide se utilizan para conectar válvulas solenoide e interruptores de presión.

¿Cuáles son los principios de funcionamiento?

Las válvulas solenoides son elementos de control que, cuando se encienden o se apagan eléctricamente, bloquean o permiten el flujo de fluido.

Composición

Esta válvula está compuesta por dos partes accionantes distintas, pero que se complementan: un solenoide que se encuentra dentro de la bobina eléctrica, y el cuerpo de la válvula. Es decir, cuando se menciona “solenoide” no se refiere exactamente a la válvula, sino más bien a la bobina que se encuentra encima de ella.

Base del Funcionamiento

El actuador dentro de una válvula solenoide toma la forma de un electroimán. Cuando se energiza, se acumula un campo magnético que tira de un émbolo o una armadura giratoria contra la acción de un resorte y cuando se desenergiza, el émbolo o la armadura pivotada regresa a su posición original por la acción del resorte.

¿Cuáles son los diferentes tipos de solenoides?

En el mercado existe una gran variedad de válvulas solenoides. Entonces, seguro te preguntas ¿Dónde se encuentra la válvula solenoide? Estas se encuentran en varios tipos aplicaciones que van desde la industria automotriz hasta la petroquímica. Dada esta variedad, hay diferentes formas para clasificarlas.

Según el modo de actuación, se hace una distinción entre válvulas de acción directa, válvulas pilotadas internamente y válvulas pilotadas externamente. Otra característica distintiva es el número de conexiones de puertos o el número de rutas de flujo o “vías”.

1.- Válvulas de acción directa:

La válvulas de acción directa son usadas en sistemas con poca capacidad de flujo. En este tipo de válvula con estado energizado, el émbolo es conducido hacia arriba, levantando al mismo tiempo la aguja y abriendo el conducto de fluido.

2.-Válvulas operadas por piloto:

En estas se utilizan una combinación de la presión de la línea y la bobina solenoide. En estas válvulas, el émbolo está adherido a un vástago de aguja que no tapa el puerto principal, sino que cubre un orificio piloto. La presión de la línea mantiene cerrado un pistón flotante o independiente contra el puerto principal, aunque en algunos modelos de válvulas puede ser un diafragma.

Hay tres tipos básicos de válvulas operadas por piloto: de diafragma flotante, de pistón flotante y de diafragma capturado. Las válvulas de este tipo necesitan un diferencial mínimo de presión de apertura entre la salida y la entrada (aproximadamente 0,5 psi o más), para abrir el puerto principal y mantener al pistón o al diafragma en posición abierta.

• Pilotaje interno

Las válvulas pilotadas internamente operan con la presión del sistema para poder ayudar a controlar y no para estar contra él. Por lo que, la hace capaz de controlar el flujo de aire sin usar demasiada energía como la presión en la línea.

• Pilotaje externo

Las válvulas solenoides pilotadas externamente operan de manera parecida a las válvulas pilotadas internamente, pero ellas usan el aire de una fuente externa para incitar el movimiento de la válvula y no la presión dentro de la válvula.

Otra forma de tipificación de las válvulas de solenoide, se muestra de esta manera:

1.- Dos vías:

Son las válvulas más comunes; tienen un puerto de entrada y un puerto de salida. En el estado desenergizado, el resorte del núcleo, asistido por la presión del fluido, mantiene el sello de la válvula sobre el asiento de la válvula para cerrar el flujo. Cuando esta se energiza, el sello y el núcleo se introducen en la bobina del solenoide y esta se abre. La fuerza electromagnética es mayor que la fuerza combinada del resorte y las fuerzas de presión estática y dinámica del medio.

Composición

Este tipo de válvula solenoide normalmente tiene una entrada y una salida, y se usa para permitir y cerrar el flujo de fluido. Los dos tipos de operaciones que se realizan para este tipo son “normalmente cerrado” y “normalmente abierto”.

2.- De tres vías:

Estas son usadas en su mayoría en unidades de refrigeración comercial y en aire acondicionado. Estaaas sirven para deshielo con gas caliente, para reducción de capacidad en los compresores, para recuperación de calor, ya que están diseñadas para cumplir con los requerimientos en temperaturas y presiones altas que existen en el gas de descarga del compresor.

Composición

Las válvulas de solenoide de tres vías tienen conexiones de tres puertos y dos asientos de válvula. Un sello de válvula siempre permanece abierto y el otro cerrado en el modo desenergizado. Con la bobina ya energizada, el modo se invierte. La válvula solenoide de tres vías, está diseñada con un núcleo tipo émbolo. Hay varias operaciones de válvula disponibles, según cómo se conecta el medio fluido a los puertos de trabajo.

A diferencia de las versiones con núcleos tipo émbolo, las válvulas solenoides de armadura pivotante tienen todas las conexiones de puerto dentro del cuerpo de la válvula. Un diafragma aislante asegura que el medio fluido no entre en contacto con la cámara del serpentín. Las válvulas de armadura pivotante se pueden utilizar para obtener el funcionamiento de cualquier válvula solenoide de tres vías. El principio de diseño básico se muestra en Las válvulas de armadura pivotante se proporcionan con anulación manual como característica estándar.

Principio de funcionamiento

Cuando la válvula piloto está cerrada, la presión del fluido se acumula en ambos lados del diafragma a través de un orificio de purga. Mientras haya un diferencial de presión entre la entrada y puertos de salida, una fuerza de cierre está disponible en virtud del área efectiva más grande en la parte superior del diafragma. Cuando se abre la válvula piloto, la presión se libera del lado superior del diafragma. La mayor fuerza de presión neta efectiva desde abajo ahora levanta el diafragma y abre la válvula. En general, las válvulas pilotadas internamente requieren un diferencial de presión mínimo para asegurar una apertura y un cierre satisfactorios.

3.- De cuatro vías:

Son conocidas también como válvulas reversibles. Su utilidad es casi exclusiva en bombas de calor, para seleccionar ya sea el ciclo de calefacción o enfriamiento, dependiendo de las necesidades.

Composición

Estas válvulas tienen tres salidas y una entrada común. En el verano, el refrigerante absorbe calor del interior de la casa y lo expulsa al exterior. En el invierno, el ciclo se invierte, el refrigerante absorbe calor del exterior y lo libera dentro de la casa. La válvula de cuatro vías es la encargada que el evaporador y el condensador sean sometidos a intercambiar tareas, invirtiendo el flujo de refrigerante.

La aplicación de una válvula solenoide en un sistema de control típico

Una bobina dentro de la válvula solenoide genera un campo magnético una vez que fluye una corriente eléctrica. El campo magnético generado acciona la válvula de bola que puede cambiar de estado para abrir o cerrar el dispositivo en la dirección del fluido indicada por la flecha.

Estas válvulas tienen cuatro o cinco conexiones de tubería, comúnmente llamadas puertos. Uno es un puerto de entrada de presión, y los otros dos son puertos de cilindro que proporcionan presión al cilindro o actuador de doble efecto, y una o dos salidas de escape de presión de los cilindros. Tienen tres tipos de construcción; solenoide simple, solenoide doble o operador de aire simple.

¿Cómo controlar una válvula solenoide?

Los solenoides son controlados a través de un interruptor eléctrico manual de encendido y apagado, que es suficiente para ciertos casos. Sin embargo, en la mayoría de las situaciones se requiere un control más complejo mediante una tarjeta de control.

Entonces ¿Cómo activarla y cómo se conecta una válvula solenoide? Las válvulas de solenoide se controlan a través de la tarjetas de control que se configuran de manera digital, para operar a intervalos de tiempo y sólo operen al cumplirse ciertas condiciones. Las válvulas solenoides pueden ser controladas por un ordenador, lo que hace fácil su integración en los sistemas de la Industria 4.0.

¿Cómo seleccionar una válvula solenoide?

Para elegir el tipo de válvula de solenoide adecuada se dependerá de varios factores.

• La presión de la línea, ya que esto determinará la cantidad de energía que se necesita. También nos indicará si necesitamos una válvula operada por piloto de acción directa, externa o interna.
• La velocidad a la que debe abrirse o cerrarse la válvula, ya que las válvulas pilotadas requieren mayor tiempo de paso que las de acción directa, pero necesitan de menos energía.
• Saber si necesitas una válvula N/O o N/C, ya que la válvula debe ser adecuada para el tipo de aplicación. El efecto potencial de una falla en la válvula o de un corte de energía es la consideración más esencial.
• El tamaño del puerto, el número de puertos y la tasa de flujo requerida, como con cualquier otra válvula, estos factores van a depender en su totalidad de la función de la válvula y del mecanismo en el que se integra.

¿Qué se necesita para operar una válvula solenoide?

Sí, para operar la válvula solenoide es necesario contar con accesorios, mangueras y conexiones eléctricas para conectarlo al sistema. También, para que la válvula de solenoide pueda funcionar se necesitarás una fuente de alimentación, por ejemplo, para genera un campo magnético de gran intensidad es necesario de una bobina solenoide.

Finalmente, para controlar la válvula se necesitará un medio de control, con un tablero de control o un medio de control más complejo y con un interruptor.

¿Qué pasa cuando falla la válvula solenoide?

Si eres de los que se pregunta ¿Cómo saber si una válvula solenoide está mala? debes empezar por descartar ciertos puntos, tales como:

• Verificar que la presión de aire y flujo que reciba la máquina sean los correctos.
• Comprobar que la válvula de cierre se encuentre completamente abierta. En muchos casos, los solenoides no se desplazarán de manera correcta sin la contrapresión y presión de aire adecuadas.
• Revisar que las tomas de corriente estén conectadas al sistema correctamente, ya que es posible que el solenoide no funcione.
• Asegurarse de no utilizar la máquina antes de que el suministro de aire a la máquina sea el correcto.
• Asegurarse de que el silenciador de escape no se encuentre obstruido, ya que puede impedir que el solenoide trabaje adecuadamente.
• Utilizar un multímetro con sondas con punta de aguja o un detector de voltaje para medir el voltaje. Siempre debe medir la tensión con el solenoide conectado.

NOTA: En caso, el solenoide sigue operando de manera incorrectamente, será necesario desconectar el solenoide de la máquina y conectarlo a una fuente eléctrica que sea conocida. Si el solenoide empieza a operar correctamente, es la máquina la que tiene un problema y no será necesario reemplazar el solenoide. Por otro lado, si el solenoide recibe una tensión adecuada y sigue sin operar correctamente, será necesario comprobar la continuidad de la bobina solenoide. Si no hubiera una continuidad, sustituir el solenoide será lo ideal.

Para finalizar, es necesario recordar que es esencial contar con un asesoramiento correcto para seleccionar el producto adecuado y tener una instalación exitosa.

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