Informe Mes de Septiembre 2014

VÁLVULAS NEUMÁTICAS

1.- Definición.

     Las válvulas neumáticas son elementos de mando, que tienen la función de controlar la presión o el caudal, y distribuir el flujo en un sistema neumático. Estos dispositivos tienen la gran ventaja de necesitar poca energía, sin embargo pueden controlar grandes cantidades de energía, así mismo llegan durar mucho tiempo sin necesitar mantenimiento y su tamaño es muy compacto.

     Las válvulas son de los dispositivos más utilizados en los sistemas neumáticos, ya que su funcionamiento tiene muchas ventajas al poder escoger la dirección y la cantidad de flujo que llegará los dispositivos tales como cilindros o motores neumáticos. Para ser utilizadas de la manera adecuada debemos detectar en un esquema neumático las funciones que cumplen cada una de las válvulas, así como datos tales como el tamaño de la rosca de conexión.

     Pueden existir diferentes formas de accionamiento para las válvulas, es decir, la manera en como se dará la señal para que realicen su trabajo, este debe ser el adecuado dependiendo de la función que tendrá y el lugar donde sea aplicado, en la simbología esto es representado como un objeto al lado izquierdo de la válvula. 

   Ver vídeo: "Válvulas neumáticas"

2.-Clasificación.

     Las características y especificaciones de las válvulas neumáticas están mencionadas en la norma DIN 24300 y según esta norma podemos clasificar los diferentes tipos de válvulas que pueden existir, basados en la función que realiza la válvula: 

-Válvulas direccionales: Determinan la dirección por la cual se desplazará el aire comprimido.
-Válvulas reguladoras de flujo: Regulan el flujo en los sistemas neumáticos.
-Válvulas de bloqueo: Permiten o bloquean el paso del aire comprimido, en una o varias direcciones.
-Válvulas de presión: Regulan y determinan la presión del aire para que llegue con la presión esperada a los elementos actuadores.

Así mismo también los podemos clasificar por cual es su forma de accionamiento:

-Accionamientos Musculares: (Pulsador, palanca, pedal).
-Accionamientos Mecánicos: (Leva, muelle, rodillo).
-Accionamientos Eléctricos: (Electroimán).
-Accionamientos Neumáticos: (Presión, Presión diferencial).
-Accionamientos Indirectos: (Por presión en la válvula de mando principal, a través de la válvula de servopilotaje).
-Accionamiento Combinado: (Electroimán/servopilotaje o Electroimán/Neumático).

3.-Válvulas direccionales.

     Estas válvulas son también conocidas como válvulas distribuidoras, que como su nombre lo dice son las encargas de seleccionar la dirección en la cual se desplazará el aire comprimido a través del sistema neumático, estos dispositivos pueden realizar diferentes tipos de acciones tales como permitir o interrumpir el paso del aire, cuando sea necesario que algún componente no sea accionado. 

     Su simbología, en un esquema de circuito, es representada dependiendo de la cantidad de vías, que son el número de orificios que sirven como entrada y salida del aire comprimido, y las posiciones que son aquellas que puede tener la válvula con el fin de determinar paso o la interrupción del aire a través de sus vías.

     Las posiciones son representadas por medio de cuadros, donde la cantidad de cuadros indica la cantidad de posiciones que tiene la válvula. Y su funcionamiento se encuentra ubicado en el interior de esos cuadros, las líneas (flechas) indican la dirección y el sentido que tomará el aire al ingresar en la válvula, estas líneas se pueden encontrar de forma transversal o recta, y en caso que exista la unión de algún conducto debe ser representada con un punto.

     Las vías son representadas son representadas con líneas que se encuentran unidas a las casillas (posiciones). Una válvula puede tener una gran cantidad de entradas y salidas, dependiendo del uso que se le de.

     Las conexiones de estas válvulas deben estar identificadas por medio de letras mayúsculas, de la siguiente manera: 

-P: Alimentación de aire
-A, B, C: Conexiones de trabajo
-R, S, T: Salidas de escape
-Z, Y, X: Conexiones de accionamiento.

     Las válvulas direccionales están designadas de acuerdo al número de vías y posiciones de la siguiente manera: 

Las más comúnmente utilizadas pueden ser:

·   

          - 2/2 dos vías/ dos posiciones

·         -3/2 tres vías/ dos posiciones

·         -4/2 cuatro vías/ dos posiciones

·         -5/2 cinco vías/ dos posiciones

·         -5/3 cinco vías/ tres posiciones

     Hablando de una manera más detallada podemos decir que las válvulas 2/2 poseen únicamente un orificio de entrada y uno de salida, y 2 posiciones. Se pueden llegar a utilizar en los equipos neumáticos donde no se debe efectuar la descarga por la misma válvula, es decir, solo funciona como válvula de paso. Y de este tipo podemos encontrar 2 tipos: Normalmente abiertas o cerradas.

     Existen diferentes maneras de accionar estas válvulas, es decir que cambien de una posición a otra para poder desarrollar el trabajo esperado. Estos dispositivos pueden ser accionados manualmente, mecánicamente, por aire comprimido, eléctricamente, accionamientos combinados.

En cuanto a su construcción interna pueden existir de diferentes tipos:

-Corredera Lineal: Tienen una construcción simple, son de bajo precio, necesita poca fuerza para su accionamiento, recorrido mayor al tamaño de la vía.

-Corredera de Disco: Regula el paso del aire y tiene accionamiento manual.

-Asiento de Bola: Tamaño y recorrido pequeño, diseño sencillo y económico, necesita gran cantidad de fuerza para su accionamiento.

-Asiento de Plato: Pequeño recorrido, fuerza de actuación grande, insensible a la suciedad, larga vida de servicio. 

Ver vídeo: "Hidráulica - Válvulas Distribuidoras"

4.-Válvulas reguladoras de flujo.

     Como su nombre lo dice es la encargada de regular el caudal con el cual llega el aire comprimido. Pueden funcionar para aumentar o disminuir la velocidad de actuación de un cilindro y la secuencia de movimientos del sistema neumático.

Para poder regular es necesario considerar datos como el sentido del flujo, las características del caudal y el tipo de instalación.

Existen 2 tipos de válvulas:

     -Bidireccionales: Dentro de ella el aire circula a través de una restricción, cuando se reduce la sección de paso cerrando el tornillo, disminuye el flujo que puede atravesar la válvula debido al pequeño paso que ahora existe.

     -Unidireccionales: Solamente permiten regular el caudal en un solo sentido. Están conformadas por un regulador de flujo y una válvula antiretorno. La regulación es provocada en un solo sentido y si el flujo se desplaza en sentido contrario el aire pasará sin modificar su caudal.

Ver video: “FESTO didactic “Válvulas de caudal”” 

5.-Válvulas de bloqueo.

     Estas válvulas tienen la capacidad de interrumpir el paso del aire comprimido dependiendo de las necesidades del sistema y la acción que se requiere realizar. Solamente pueden bloquear un solo sentido de paso por esto el otro sentido queda libre. Realizan una función de mando.

Existen diferentes tipos:

-Válvula Antirretorno: Solo permiten el paso del aire en un solo sentido, pero el paso del sentido permisible tiene una pérdida de presión (mínima).
La obstrucción del paso puede ser realizado por diferentes dispositivos internos (cono, balín, disco, membrana).

-Válvula Antorretorno Pilotada: Si la presión del aire de entrada es mayor que la de salida y permite la circulación del aire libre. Y a diferencia de la válvula de antirretorno simple esta válvula puede desbloquearse permitiendo el libre paso del flujo.

-Válvula Selectora: Es utilizado cuando se desea hacer coincidir en una sola tubería 2 flujos, provenientes de tuberías distintas sin haber interferencia entre ellas. Cuando existen señales en ambas entradas la señal con presión más alta será la que llega a la salida, y la otra será obstruida.

-Válvula de Simultaneidad: Es utilizada para lograr que señal con menor presión pueda llegar a la salida. Consta de 2 entradas y una salida, si ambas señales llegan al mismo tiempo y con la misma presión ambas podrán llegar a la salida, pero si una de ellas llega con mayor presión será bloqueada y no podrá llegar a la salida.

-Válvula de Escape Rápido: Se utiliza cuando no se desea que el aire de retorno  recorra el camino de vuelta por la línea de mando pasando por la válvula distribuidora.

Ver vídeo: “11. Hidráulica Válvulas de bloqueo”

6.-Válvulas de presión.

     La válvula de presión se encarga de mantener constante la presión del aire comprimido, cuando la presión de entrada entra, la válvula cierra rápidamente dirigiendo el flujo hacia el circuito, y puede eliminar también los picos de presión liberándolos a la atmósfera.

Pueden existir 3 grandes tipos de estas válvulas:

     -Válvula reguladora de presión: Mantiene constante la presión, de esta forma puede llegar completa la presión indicada en el manómetro a los elementos de trabajo. En ellos la presión de entrada siempre debe ser mayor que la de salida. 

Y pueden existir de 2 tipos:

      -Válvula reguladora de presión sin orificio de escape: La presión es regulada por medio de un tornillo unido solidario al diafragma.
     -Válvula reguladora de presión con orificio de escape: Si la presión secundaria es demasiada la membrana es empujada contra el muelle se abre un orificio de escape que regula la presión.

     -Válvula limitadora de presión: Como su nombre lo dice, no permiten que la presión en el sistema sobrepasen un valor. Son comúnmente utilizadas como válvulas de seguridad.

     Si reciben una presión superior a la admisible abre una salida que permite al aire escapar a la atmósfera. La válvula permanece abierta hasta que el aire alcanza la presión deseada, y el muelle cierra nuevamente a la válvula.

     Válvula de secuencia: Al recibir una presión mayor a la necesitada por medio de un muelle es abierta, dejando libre al aire. Sirven para secuencia de forma automática el posicionamiento, sujeción y soporte a medida que aumenta la presión del sistema.

     En ella el aire circula de la entrada a la salida, y esta no se abre hasta que en el conducto de mando no se ha alcanzado la presión necesaria. Son montadas en mandos neumáticos que cuando actúan se necesita una presión fija para un fenómeno de conmutación (mandos en función de la presión).  

Ver video: “Festo didactic “Válvulas de presión””

7.-Válvulas especiales.

    Gracias a las nuevas tecnologías se han desarrollado dispositivos que implican la utilización de elementos diseñados para desarrollar procesos específicos, por esta causa existen válvulas neumáticas que desarrollan trabajos exclusivos para los cuales fueron diseñados, por ejemplo:

-Válvulas para gases corrosivos: Pueden contener gases corrosivos, que dañarían a otras válvulas rápidamente.

-Válvulas de cierre rápido/Válvulas de bola: Tienen un mecanismo de llave de paso, se caracterizan por que en su mecanismo interno contiene un regulador en forma de esfera, quien produce el paro en el aire comprimido. 

-Válvulas de control: Funciona como un orifico cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de regular el caudal del sistema neumático. 

-Válvulas Criogénicas: Son capaces de soportar temperaturas menores a -190°C
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-Válvulas a prueba de fuego: protegen la integridad de la línea en condiciones de fuego.

-Válvulas de retención elevada: Puede abrir o bloquear el paso del aire completamente. Se abre cuando circula la presión y se cierra cuando se interrumpe.

-Electroválvulas: Son válvulas accionadas y controladas por la corriente eléctrica a través de una bobina solenoidal.

-Válvula de mariposa: Controla la circulación por medio de un disco circular.

8.-Determinación del tamaño de válvula.

    Para conocer las dimensiones de una válvula necesitamos conocer otros datos, por ejemplo el caudal requerido para el accionamiento de un cilindro neumático, el cual dependerá del tamaño del cilindro, la velocidad de su accionamiento y la presión que utilizará. 

Los puntos principales para elegir las dimensiones de una válvula son:

-Limites de presión que soporta la válvula
-característica de flujo
-Límites de Temperatura
-Caudal de fuga
-Perdida de presiones normales y cuando la válvula esta cerrada.
-Costo y vida útil.

Una vez conocido el tipo de válvulas podremos conocer cual será el tamaño de la válvula a través de la siguiente fórmula:

Donde: 

F= Caudal (Galones por minuto).
Cv= Coeficiente de dimensionamiento de la válvula. Determinado midiendo el caudal que circula a caída de presión a 60F.
P1= Presión de entrada.
P2=Presión de salida.
G= Densidad relativa.

    Para conocer el diámetro del orificio de la válvula, es decir aquel que permita que cuando circule al caudal mínimo y el máximo las aperturas se encuentren en el tramo intermedio de la carrera (entre 30% y 70%) y en el caso del caudal máximo la apertura será 100%.

    El coeficiente Cv normalmente es proporcionado por el fabricante o proveedor y depende del diámetro (d) y la apertura (x). Para conseguir estos datos podemos utilizar la formula:

Cv = Cv (d*x)

Donde: 

-Válvula cerrada: apertura (x)=0 Cv= Cv mínima.

-Válvula totalmente abierta: apertura (x)=1 Cv=Cv máxima

Los proveedores también pueden aportar tablas como: 

También puede existir el sistema donde es utilizado el factor Kv que representa el caudal en l/min que pasa a través de la válvula.

Existen tablas para convertir las características de caudal de un sistema a otro:

9.-Mantenimiento.

     La vida útil de las válvulas queda determinada por factores su capacidad, la cantidad de presión que reciba, el tiempo que sea utilizado continuamente y en caso de las válvulas direccionales los ciclos de conmutación realizados. Así mismo un montaje inadecuado o una mala calidad del aire pueden reducir notablemente la vida de las válvulas y por esto necesitaran un continuo mantenimiento.

     Para el mantenimiento periódico podemos establecer intervenciones por periodos largos o cortos por ejemplo semanales, o largos (cada 8 millones de conmutaciones (ó 1 año), o cada 24 millones de conmutaciones (ó 3 años).

     Al definir esta frecuencia de intervenciones debemos tomar en cuenta si tiene un correcto montaje y cual es la calidad del aire (limpieza, humedad, lubricación).

     Para poder realizar el retiro de unidades primero se debe interrumpir el suministro de aire a fin de evitar accidentes o una rotura de materiales. Si son utilizadas pinzas para la sujeción de piezas estás deben tener unas mordazas con el fin de no dañar a los dispositivos.

Para el lavado de partes se pueden utilizar pinceles o cepillos, sopleteando con aire limpio y seco. Este proceso se debe repetir tantas veces como sea necesario para lograr una limpieza a fondo.

     Los mandos electroneumáticos es de suma importancia mantener limpio el fondo del tubo guía y no deberán utilizarse elementos mecánicos, tales como puntas, limas, etc. ya que posiblemente se modifiquen las superficies metálicas despojándolo de esta forma de un correcto funcionamiento. Para su limpieza debe utilizarse nafta (disolvente industrial) y sopletear con aire limpio y seco.

     Los muelles internos de las válvulas no deben ser alterados ya que están calibrados para funciones específicas en márgenes de tolerancia muy pequeños. En caso de ser modificados pueden introducir defectos en el sistema neumático.

     En aplicación de repuestos, se debe utilizar piezas de la misma compañía proveedora, ya que, si son utilizados dispositivos de otra marca (a pesar de tener las mismas características) se pueden presentar fallas en el montaje final y al desarrollar su trabajo.

     Los anillos plásticos (O’ring) deben estar siempre en su posición exacta con el fin de evitar escapes de aire comprimido.

    En el armado final de piezas, todas las piezas deben encontrarse perfectamente secas y las superficies deslizantes deben ser lubricadas con grasa. Se debe garantizar la correcta ubicación de las piezas montadas, así como tener mucha atención con el posicionado de las selectoras de pilotaje dado que de su posición depende el funcionamiento de la válvula.

     La verificación es el último punto que debemos tomar en cuenta en el mantenimiento de las válvulas neumáticas. Se debe garantizar el correcto funcionamiento. Antes de reinstalar la válvula en su posición original debemos alimentarla a una presión de 6 bar y obturar con tapones sus bocas de utilización (2 y 4) con el fin de hallar posibles fugas. Esto se debe realizar en todas las posiciones de las válvulas distribuidoras.   

    En las válvulas electroneumáticas se debe proveer de alimentación eléctrica y verificar de la misma manera la posible existencia de fugas.

    Estos procesos se deben realizar las veces que sea necesario para poder asegurar que los elementos anteriormente desmontados del sistema sigan realizando sus adecuadas funciones, y al finalizar debemos realizar el montaje de manera adecuada.  

10.-Resumen.

     La neumática ha sido utilizada en la industria desde hace mucho tiempo, es una de las maneras de transmisión de energía más utilizadas, sin embargo, en algunos años es posible que llegue a desaparecer o ser obsoleta, ya que tiene algunas desventajas como por ejemplo, su calidad y precio. A pesar de esto es de suma importancia conocer los dispositivos con los cuales trabaja este tipo de fuerza, ya que estos también pueden ser utilizados en sistemas hidráulicos.

     Entre los dispositivos de mando de un sistema neumático, aquellos que destacan son las válvulas, ya que existen de diferentes tipos y tienen abundantes de aplicaciones, estos elementos con capaces de controlar la presión, el caudal y la dirección de su recorrido, además de poder bloquear su paso o permitirlo.

   Las válvulas más utilizadas en la industria, maquinaría o sistemas en general son las válvulas direccionales o distribuidoras, ellas tiene la capacidad de dirigir, obstruir o permitir el paso del aire comprimido según sea su utilización y función, tienen la ventaja de poder ser accionados de diferentes maneras, por ejemplo: manualmente, mecánicamente, de manera neumática, eléctrica o la combinación de dos o mas de ellas; lo que facilita su utilización en el caso de automatizaciones, donde no es necesario tener un operador.

     Este tipo de válvulas pueden realizar muchas operaciones gracias a sus posiciones, estas determinan la manera en como se desplazará el aire comprimido a través de sus vías, de las cuales puede tener de entrada y salida. La posición en la cual se encuentre la válvula dependerá de su forma de accionamiento y si se encuentra accionada o en estado de reposo. 

   Existen diversos modelos de este tipo de dispositivos y comúnmente lo encontraremos como “5/2” donde el primer número será le de vías y el segundo el de posiciones.

     Pero gracias a las necesidades de la industria se han creado otros tipos de válvulas que desarrollan trabajos específicos tales como las válvulas reguladoras de caudal que son las encargadas de regular el caudal o flujo del aire comprimido que se encuentra en el sistema neumático, pueden aumentarlo o disminuirlo, y ya que el caudal es el encargado de la velocidad de acción de los cilindros estás válvulas pueden determinar la velocidad a la cual actuarán.

   Las válvulas de bloqueo son aquellas que permiten o interrumpen el paso del aire comprimido, pueden funcionar para decidir si un elemento actuador realiza su función o no, ya que si elemento no recibe flujo es imposible que realice su función. Otro tipo de válvulas son las válvulas de presión, las cuales funcionan para regular la presión, tienen la característica de que siempre deben recibir una presión de entrada mayor a la presión de salida, ya que en dado caso que haya un descenso en la presión de entrada esto afectará a la presión de salida no dejándola llegar a su cantidad necesaria para que los demás dispositivos realicen de manera adecuada su trabajo.

    En algunas industrias en necesario utilizar válvulas especiales que puedan realizar su trabajo en condiciones que otras válvulas no podrían para eso se han desarrollado válvulas como la aprueba de fuego, criogénicas, para gases corrosivos, etc. Es fundamental emplear las válvulas indicadas en las condiciones adecuadas, ya que, si no son utilizadas válvulas con características especiales en medios complejos es posible que las válvulas utilizadas no realicen su función de manera adecuada.

    Hay diferentes factores que pueden provocar que las válvulas neumáticas no puedan realizar su acción de manera adecuada, tales como su montaje, puesto que si tienen un mal montaje es imposible que realicen un trabajo adecuado, así mismo una falta de mantenimiento o un mal mantenimiento previo también pueden ser causa de fallas continuas, para esto siempre es necesario preestablecer el número de intervenciones y cada cuanto tiempo serán realizadas. Todo esto es necesario para lograr obtener un proceso adecuado y evitar de la manera más amplia todas las posibles fallas.

11.-Cuestionario.

12.-Bibliografía.

Neumática:
http://www.areatecnologia.com/NEUMATICA.htm

Válvulas Neumáticas:
http://zonaemec.files.wordpress.com/2011/10/vc3a1lvulas_neumc3a1ticas.pdf

Tipos de válvulas neumáticas:
http://es.slideshare.net/sandyivett/tipos-de-valvulas-neumaticas

Dispositivos de Control: 
http://ocw.uc3m.es/ingenieria-mecanica/neumatica-y-oleohidraulica/trasparencias/valvulasNeumaticas.pdf

Válvulas de Bloqueo: 
http://industrial-automatica.blogspot.com/2010/09/valvulas-de-bloqueo.html

Válvulas Direccionales:
http://www.distritec.com.ar/micro/valvulas/INTRODUCCION.pdf

Funcionamiento y tipos de válvulas direcccionales o de vías:
http://automantenimiento.net/hidraulica/funcionamiento-y-tipos-de-valvulas-direccionales-o-de-vias/

LIGA PARA DIARIO DE INFORME.

https://docs.google.com/document/d/16A-Chdn-q4SELFFi-5V7BAxnW79JL_qDxGs-hDt8ym8/edit