¿Qué son las válvulas en línea y un manifold?

Las válvulas en línea son probablemente el tipo más común de válvulas utilizadas en los sistemas automatizados, y tal como indica su nombre, se instalan directamente en la línea individual de cada aplicación de automatización industrial.

Un manifold se define como "una tubería o cámara que se ramifica en varias aberturas". En el caso de las aplicaciones neumáticas, esto significa que se pueden instalar varias válvulas en una única base, o manifold, y que todas ellas disponen de una alimentación de aire y un escape comunes. Esto, evidentemente, simplifica las tuberías y centraliza las válvulas utilizadas para un proceso concreto.

O lo que es lo mismo...

Las válvulas en línea también se conocen como válvulas de control direccional y manifolds como bases.

¿Cómo funcionan las válvulas en línea y los manifolds?

Una válvula es un dispositivo neumático de conmutación que bloquea o cambia la dirección del caudal de aire. Antes de analizar su funcionamiento, es importante explicar algunos términos. Verá términos como 2/2, 3/2, etc. asociados a las válvulas. La primera cifra indica el número de puertos, es decir, el número de conexiones de entrada y salida de la parte principal del cuerpo, sin incluir los puertos de las tapas. La segunda cifra indica el número de posiciones que puede ocupar el carrete de la válvula. Así, una válvula 5/3 tiene 5 puertos y 3 posiciones posibles para el carrete de la válvula.

El carrete se desliza dentro de un orificio en la válvula; un perfil mecanizado adecuado en el carrete significa que, a medida que el carrete se desliza en el orificio, los puertos del cuerpo se bloquean o abren correctamente para permitir el paso de aire según sea necesario. Los diagramas muestran cómo la válvula puede accionarse para permitir el movimiento de apertura y cierre de un cilindro de acción doble. A continuación se describen los distintos tipos de construcción de las válvulas de carrete.

Para que la válvula funcione, es necesario mover o accionar el carrete. Hay varios tipos de operadores disponibles (véase más abajo), pero en la imagen de arriba se colocaría un solenoide en cada extremo, y el electromagnetismo crearía el movimiento del carrete.

La imagen anterior muestra un manifold típico. Las juntas negras de la parte superior indican que esta unidad admite cuatro válvulas individuales; hay unidades disponibles con capacidad para diez válvulas. Los puertos de la derecha permiten un caudal común a todas las válvulas; de este modo, las válvulas utilizadas para un proceso concreto pueden montarse juntas y se simplifica la canalización. El tamaño de los puertos de cada válvula debe ser compatible con las salidas del manifold.

¿Cómo elegir una válvula en línea y un manifold?

Factores clave para seleccionar una válvula en línea:

• consideraciones sobre el caudal - el caudal nominal que pasa por la válvula debe ser suficiente para satisfacer los requisitos del proceso aguas abajo, y esto estará relacionado con el tamaño del puerto. Cabe señalar que la estructura y la tecnología de las válvulas modernas permiten un caudal mayor que el de las válvulas de antaño; una regla de oro que debe seguir aplicándose es calcular el mayor caudal instantáneo necesario y dimensionar la válvula en función de este, en lugar de utilizar valores promediados.

• función de la válvula - la aplicación requiere, por ejemplo, una función de válvula 3/2 o 5/2.

• funcionamiento de la válvula - ¿cuál es el mejor modo de funcionamiento de la válvula? ¿Puede accionarse eléctricamente mediante un solenoide o es más adecuado para esta aplicación un suministro de aire (piloto)? ¿Qué mecanismo de retorno se requiere — es en este caso mejor el accionamiento mecánico por muelle o eléctrico/aire? ¿La válvula debe estar normalmente abierta o cerrada?

• consideraciones del sistema - ¿es la frecuencia de ciclo y la capacidad de trabajar a una presión de funcionamiento más alta una consideración crítica? Esto podría afectar al tipo de montaje de la válvula elegida, como se indica a continuación.

• consideraciones medioambientales - ¿a qué temperatura ambiente debe funcionar la válvula y existen desviaciones del proceso con respecto a esta temperatura? El proceso implica un entorno hostil, por ejemplo, la capacidad de trabajar en una atmósfera explosiva.

A la hora de elegir el manifold, debe tenerse en cuenta lo siguiente:

• compatibilidad de las válvulas - evidentemente, el manifold debe adaptarse a la válvula elegida, garantizando la alineación de los puertos y la ausencia de restricciones de caudal.

• número de vías - ¿cuántas válvulas deben colocarse conjuntamente para un determinado proceso? Debe incorporarse cierta "redundancia" para futuras ampliaciones.

• entorno - al igual que en el caso de la válvula, el manifold podría tener que funcionar, o estar protegido, en un entorno de trabajo hostil.

¿Tipos de válvula en línea y manifold?

Como hemos indicado anteriormente, existen distintos tipos de válvulas de corredera que se adaptan a las necesidades de cada aplicación. Las válvulas de corredera forman parte de una familia más general denominada válvulas de corte; se denominan así porque el mecanismo de corredera se desliza a través de las entradas y salidas, y su posición controla el recorrido del caudal de aire.

El carrete perfilado encaja dentro de un orificio metálico mecanizado y la estanqueidad entre las superficies es fundamental para minimizar las fugas. En un sistema (sellado blando) se emplean anillos de sellado resistentes pero más blandos (en comparación con los metálicos). En una opción, las juntas se fijan al carrete en movimiento, lo que se denomina estanquidad dinámica; en la estanquidad estática, las juntas se mantienen en el cuerpo de la válvula y el carrete se mueve a través de ellas.

Un segundo sistema (sin prensaestopas) se basa en que la tolerancia entre las superficies metálicas del carrete y del orificio es tan precisa que no se necesitan juntas más blandas (principio del "cojinete neumático").

La opción de junta blanda ofrece mayor caudal y menor índice de fugas en comparación con la opción sin prensaestopas; sin embargo, la opción sin prensaestopas tiene una vida útil significativamente más larga (la junta blanda suele realizar entre 30 y 50 millones de ciclos, frente a los 250 a 300 millones de ciclos de la opción sin prensaestopas).

También nos referimos a normalmente cerrada o normalmente abierta. "Normal" se refiere al funcionamiento de la válvula sin ninguna influencia externa que actúe sobre ella. Así, una válvula normalmente cerrada (N/C) bloqueará el caudal en su posición de reposo; al contrario de lo que sucede con una válvula normalmente abierta (N/O) (nota, esto es lo contrario en el caso del interruptor eléctrico).

"Normal" para una válvula 5/3 es en posición central; donde hay tres opciones posibles. APB significa Todos los Puertos Bloqueados — los 5 puertos están sellados; COE (centro abierto al escape) significa que el suministro está bloqueado y los puertos de salida en uso. Por último, COP (centro abierto a la presión) significa que el puerto de suministro está conectado a ambas salidas con los escapes bloqueados.

¿Aplicaciones típicas de una válvula en línea y un manifold?

Las válvulas se emplean en multitud de aplicaciones industriales. Como ya hemos visto, la función de las válvulas es controlar los componentes situados aguas abajo, normalmente un actuador. Por ejemplo, una válvula 3/2 se utilizaría para controlar un cilindro de acción simple y una válvula 5/2 un cilindro de acción doble. Si un proceso solo requiere el accionamiento infrecuente del actuador, se emplearía una válvula normalmente cerrada; esto garantiza que el sistema permanezca sin presión salvo cuando se requiera fuerza.

Si un proceso requiere varias válvulas, es conveniente utilizar un manifold para montar el número de válvulas necesario; esta "centralización" es especialmente útil si las válvulas deben alojarse en un recinto por exigencias medioambientales.

¿Necesito algo más para una válvula en línea y un manifold?

Se necesitarán racores y tubos de acuerdo con el tamaño del puerto de la válvula utilizada. Se recomienda el uso de silenciadores en los puertos de escape. Cuando se trata de un nuevo diseño de sistema, existe una amplia variedad de actuadores y equipos de tratamiento del aire.