Cómo dimensionar una válvula neumática

El aire comprimido es ampliamente considerado como el cuarto servicio esencial después de la electricidad, el gas natural y el agua. Es por eso que la neumática es una parte tan integral de muchas industrias. Cuando se trata de neumática, uno de los aspectos más críticos del sistema es la válvula.

Las válvulas de aire de control direccional, en particular, son aquellas que permiten que el aire fluya en una dirección u otra. Se utilizan para controlar la dirección del flujo de aire en un sistema neumático, y si el tamaño es incorrecto puede tener consecuencias costosas, como el mal funcionamiento del sistema.

Este artículo discutirá los conceptos básicos para dimensionar correctamente una válvula neumática y las diferentes opciones de válvulas que vale la pena considerar.

Conceptos básicos de tallas

Debe tener en cuenta varios factores si desea dimensionar correctamente una válvula neumática. Debe comprender cómo se hace esto para evitar posibles errores que podrían hacer que su sistema no funcione correctamente.

Determinación del tamaño con la ecuación de flujo

Una de las primeras cosas que debe utilizar es la ecuación de flujo. Este factor le permite considerar cuánto flujo puede entregar una válvula a un actuador. La calificación asociada generalmente usa el término “coeficiente de velocidad (Cv)”. Este Cv (también conocido como flujo de válvula) permite comparar el flujo de diferentes válvulas. Cuando el valor de Cv es alto, el flujo también es mayor.

Para hacer coincidir una válvula y un cilindro, puede utilizar la siguiente ecuación:

Cv =(A × S × a × Cf) ÷ (t × 29)

Las variables involucradas en esta fórmula son las siguientes:

• A =Área del pistón del cilindro (π × r2)
• S =Carrera del cilindro
• t =Tiempo (en segundos)
• un =Constante de caída de presión
• Cf =factor de compresión
• (t × 29) =Tiempo (en segundos) que tarda la presión en caer desde la presión inicial hasta la final

Vale la pena señalar que las dos últimas variables cambian según el valor utilizado de la tabla o el gráfico del Factor de tamaño.

Tabla de dimensionamiento de válvulas

Si desea determinar rápidamente el Cv de una válvula, también puede utilizar una tabla de tamaños de válvulas. Este gráfico generalmente tiene varios valores para Cv, siendo algunos de los más comunes 0,015, 0,030 y 0,060.

La tabla de tamaños de válvulas le indicará el flujo máximo de aire para cada tamaño de válvula. También puede determinar cuánta presión se requiere para abrir y cerrar la válvula.

También vale la pena señalar que el Cv de la válvula depende del fabricante. La tabla de tallas debe tener toda la información para determinar el Cv correcto para sus necesidades. Además, los expertos recomiendan sobredimensionar la válvula en aproximadamente un 25 % para tener en cuenta diversas pérdidas en los sistemas neumáticos.

Si desea ser más específico con el dimensionamiento, también puede calcular el Cv de cada componente en el sistema. Esto le dará una imagen más precisa de cuánto flujo de aire se requiere.

Conversión de Cv a SFCM y ESEOD (diámetro de orificio de borde cuadrado equivalente)

A veces es útil convertir el Cv de una válvula a otras dos clasificaciones:pies cúbicos estándar por minuto (SCFM) y diámetro de orificio de borde cuadrado equivalente (ESEOD). Estas clasificaciones pueden ser útiles cuando intenta determinar cuánto flujo puede proporcionar una válvula.

Para convertir Cv a SCFM, puede usar la siguiente ecuación:

SCFM =CV ÷ F

Para convertir Cv a ESEOD, puede usar la siguiente ecuación:

ESEOD =(Cv × F) ÷ P

Las variables involucradas en estas ecuaciones son:

• P =Presión en PSI
• T =Temperatura en grados Fahrenheit.
• F =Factor

Tenga en cuenta que tanto la Presión (P) como el Factor (F) a menudo se toman de una tabla de factores de conversación. Digamos que está tratando de convertir su Cv a SCFM.

El valor de Cv es 0,48 y funciona a 100 PSI. Si observa una tabla de factores de conversación, notará que 100 PSI equivalen a 0,0177.

Por lo tanto:

SCFM =CV ÷ F

27 (SCFM) =0,48 (Cv) ÷ 0,0177 (Factor)

Esto también se puede revertir multiplicando el SCFM con el factor:

SCFM x Factor =Cv

27 (SCFM) x 0,0177 (Factor) =0,48 (Cv)

Distintas opciones de válvula

Cuando busque válvulas neumáticas, notará varios tipos disponibles. Los más comunes son los siguientes:

Válvula de 4 vías y 5 puertos

La válvula de 4 vías y 5 puertos tiene un puerto de escape separado para cada puerto de cilindro en la válvula. Al hacerlo, se pueden agregar controles de flujo en el escape para permitir el control separado de cada puerto del cilindro. Esto se usa con más frecuencia cuando se controla un cilindro de doble efecto.

Válvula de 4 vías, 5 puertos y 3 posiciones

Estas válvulas son iguales a una válvula de 4 vías y 5 puertos, excepto que tienen tres posibles posiciones centrales. Las posiciones uno y tres son las mismas que con una válvula de 4 vías y 5 puertos. Sin embargo, la posición central permite tres opciones diferentes de lo que sucede cuando se desactiva la válvula. Las tres posiciones posibles son centro de escape, centro de presión y centro bloqueado. En la posición central de escape, ambos puertos del cilindro estarán abiertos para el escape. En la posición de centro de presión, se aplicará presión a ambos puertos del cilindro. Finalmente, en la posición central bloqueada, todos los puertos están bloqueados.

Este tipo de válvula también es ideal para operaciones en las que el vástago del cilindro debe moverse a una posición específica y permanecer allí.

Válvulas de 4 vías de 5 puertos frente a 4 puertos

La principal diferencia entre una válvula de cinco puertos y una válvula de cuatro puertos es que la válvula de cinco puertos tiene un puerto separado para cada puerto de cilindro, mientras que la válvula de cuatro puertos tiene los dos flujos de escape que van al mismo puerto de escape. Mientras que la válvula de cinco puertos permite un fácil control de los cilindros de doble efecto, los cuatro puertos tienden a usarse donde no se requiere este control separado.

Válvulas de 3 vías frente a válvulas de 4 vías

Las válvulas de 3 vías se diferencian de las válvulas de 4 vías en que solo tienen un puerto de cilindro. En una aplicación normalmente cerrada, el aire se transporta desde el puerto de suministro al puerto del cilindro cuando se acciona la válvula. Cuando se desactiva la válvula, la válvula abre el puerto del cilindro para que escape. En una aplicación normalmente abierta, la diferencia es que el aire fluye desde el puerto de suministro al puerto del cilindro cuando la válvula no está activada. Cuando se activa, el flujo de aire va desde el puerto del cilindro al puerto de escape.

Las válvulas de 4 vías permiten un flujo continuo desde el suministro hasta el puerto del cilindro normalmente abierto, mientras que el puerto del cilindro normalmente cerrado fluye hacia el escape. Cuando se acciona la válvula, el flujo cambia, descargando el puerto del cilindro normalmente abierto y presurizando el puerto normalmente cerrado.

La mayoría de las válvulas de 3 vías operan cilindros de acción simple, mientras que las válvulas de 4 vías operan cilindros de acción doble. Las válvulas de equilibrio Humphrey, los modelos 310/410 y 320/420 son ejemplos perfectos de estas válvulas.

Válvulas de asiento vs. de carrete y sus usos ideales

Las válvulas de asiento se utilizan en aplicaciones donde se necesita un tiempo de respuesta rápido. También son adecuados para su uso en aplicaciones de alta velocidad. Estas válvulas se utilizan a menudo en actuadores neumáticos, herramientas neumáticas y como válvulas piloto.

Por otro lado, las válvulas de carrete son más adecuadas para su uso en aplicaciones de baja velocidad. También se utilizan a menudo en aplicaciones en las que se necesita un caudal alto en un tamaño más pequeño. Estas válvulas se utilizan normalmente en aplicaciones de automatización de fábricas.

Las válvulas de asiento suelen ser válvulas de acción directa, mientras que las válvulas de carrete son válvulas operadas por piloto o por control remoto.

Válvulas proporcionales vs válvulas digitales

Las válvulas proporcionales se usan a menudo en aplicaciones donde se necesita un control preciso del flujo de aire. Estas válvulas pueden controlar el flujo de la válvula a través de una señal eléctrica variable.

Las válvulas digitales, por otro lado, tienen solo dos estados:encendido y apagado. Estas válvulas se pueden usar para abrir y cerrar un circuito, iniciar y detener el flujo de aire o cambiar la dirección del flujo de aire.

Las Humphrey PV3, PV10 y PC30 son válvulas proporcionales muy conocidas. Para las válvulas digitales, las válvulas de equilibrio Humphrey son una opción popular.

Válvula de líquido

Este tipo de válvula se utiliza para controlar el flujo de líquido. A menudo se usa en aplicaciones donde se necesita un control preciso del flujo de líquido. El uso más común de este tipo de válvula es en aplicaciones médicas y de diagnóstico. La serie Humphrey iDP y la HK5 se consideran excelentes modelos de válvulas para líquidos.

Tómese su tiempo

El artículo de hoy analiza los diferentes tipos de válvulas disponibles y sus usos ideales. También proporcionamos información sobre el tamaño adecuado de una válvula neumática utilizando varias ecuaciones de flujo y compartimos los diversos factores que debe tener en cuenta.

Para garantizar la seguridad y la eficiencia, asegúrese de tomarse el tiempo para dimensionar correctamente su válvula neumática y considere seguir los pasos que compartimos en esta guía.

En caso de duda, busque siempre la ayuda de un profesional o consulte con un fabricante o distribuidor de confianza.

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