Una válvula de solenoide es un dispositivo electromecánico utilizado para el control del fluido líquido o de gas. La válvula solenoide es controlada por una corriente eléctrica, que se hace circular a través de una bobina. Cuando se energiza la bobina, se crea un campo magnético, haciendo que un émbolo dentro de la bobina se mueva. Dependiendo del diseño de la válvula, el émbolo abrirá la válvula de solenoide o la cerrará. Cuando se elimina la corriente eléctrica de la bobina, la válvula volverá a su estado desactivado.
En las válvulas de solenoide de acción directa , el émbolo abre y cierra directamente un orificio en el interior de la válvula . En las válvulas accionadas por piloto (también llamado tipo de servo) , el émbolo abre y cierra un orificio piloto . La entrada de presión, la cual es permitida a través del orificio piloto, abre y cierra el sello de la válvula .
La válvula de solenoide más común tiene dos puertos : un puerto de entrada y un puerto de salida . Diseños avanzados pueden tener tres o más puertos. Algunos diseños utilizan un diseño de tipo múltiple.
Las válvulas de solenoide permiten la automatización del control de fluidos y gas posibles. Las electroválvulas modernas ofrecen un funcionamiento rápido, de alta fiabilidad, larga vida útil y un diseño compacto.
La selección de una válvula de solenoide para una aplicación
de control en particular, requiere la siguiente información:
Fluido a controlar (refrigerante).
Servicio (líquido, gas de descarga o gas de succión).
Capacidad del equipo (en T.R.).
Caída de presión permisible. Esto se refiere a que la
caída de presión a través de la válvula, esté dentro
del rango del MOPD al cual se requiere que abra (las
normalmente cerradas) o cierre (las normalmente
abiertas).
Temperatura del evaporador.
Conexión (tamaño y estilo).
Características eléctricas (voltaje y hertz).
Opciones (presión segura de trabajo SWP, angular
o recta, normalmente cerrada o abierta, con o sin
vástago manual, etc.).
Las capacidades de las válvulas de solenoide para un
servicio normal con refrigerante líquido o gas de succión,
están dadas en toneladas de refrigeración a alguna caída
de presión nominal y condiciones normales. El catálogo
del fabricante proporciona tablas de capacidad extendida,
que cubren casi todas las condiciones de operación para
los refrigerantes comunes. Se deberán seguir las recomendaciones
de selección del fabricante. No seleccione
una válvula basándose en el diámetro de la línea, siempre
deberá basarse en la capacidad del flujo requerida.
Para su operación, las válvulas operadas por piloto
requieren una caída de presión mínima entre la entrada y
la salida de la válvula, la cual deberá mantenerse todo el
tiempo durante la operación. Seleccionar una válvula de
mayor tamaño, hará que la operación sea errática, ya sea
al abrir o hasta una falla total. Seleccionar una válvula de
menor tamaño, dará como resultado una caída de presión
excesiva .
La válvula de solenoide seleccionada, deberá tener una
clasificación de Diferencial Máximo de Presión de Apertura
(MOPD), igual o mayor, que el diferencial máximo
posible contra el cual debe abrir la válvula. El MOPD toma
en consideración ambas presiones, la de entrada y la de
salida de la válvula. Si una válvula tiene una presión a la
entrada de 500 psi (35 kg/cm²) y una presión de salida de
250 psi (17.6 kg/cm²), y su clasificación de MOPD es de
300 psi (21 kg/cm²), ésta sí operará, puesto que la diferencia
(500 - 250) es menor de 300. Si la diferencia de presión
es mayor que el MOPD, la válvula no abrirá.
Para una operación apropiada y segura, también es
importante la consideración de la presión de trabajo seguro
(SWP) requerida. No deberá usarse una válvula de
solenoide en una aplicación donde la presión es mayor que
la SWP.
De acuerdo a normas de los Underwriters' Laboratories
(UL), la presión de trabajo seguro (SWP) para las válvulas
de solenoide, es de 500 psig (35.5 Bar), y la presión de
ruptura es cinco veces la presión de trabajo, es decir,
2,500 psig (163.15 Bar).
Las válvulas de solenoide se diseñan para tipos de líquido
y aplicaciones específicas, de tal manera que los materiales
de construcción sean compatibles con dichos líquidos
y sus aplicaciones. En válvulas de solenoide para uso en
amoníaco, se emplean metales ferrosos o acero y aluminio.
Para servicio en altas temperaturas o temperaturas
extremadamente bajas, se pueden utilizar materiales especiales
o intéticos para el asiento. Para líquidos corrosivos
se requieren materiales especiales.
Las características eléctricas también requieren de una
atención especial. Para asegurar la selección adecuada,
es necesario especificar el voltaje y la frecuencia requeridos.
Las válvulas de solenoide deben usarse con las características
de corriente correctas, para las cuales fueron diseñadas. Un sobrevoltaje momentáneo normalmente
no es dañino, pero un sobrevoltaje constante de más del
10%, en condiciones desfavorables, puede causar una
quemadura de la bobina solenoide. Una baja de voltaje es
dañina para las válvulas operadas con corriente alterna, si
causan la reducción suficiente en la fuerza de operación,
como para evitar que la válvula abra cuando la bobina esté
energizada. Esta condición puede causar la quemadura
de una bobina de corriente alterna.
A fin de evitar una falla en la válvula por el bajo voltaje, la
bobina solenoide no deberá ser energizada por los mismos
contactos o en el mismo instante, en que una carga de
motor pesado, sea conectado a la línea de abastecimiento
eléctrico. La bobina solenoide puede ser energizada antes
o después que el motor.
Las válvulas para servicio en Corriente Directa (CD), con
frecuencia son de construcción interna diferente que las
válvulas para aplicación en la Corriente Alterna (CA); por
lo tanto, es importante estudiar cuidadosamente la información
del catálogo del fabricante.
Sellos de válvula solenoide
Selección del material de sellado / diafragma
La selección del material de sellado correcto para la válvula solenoide requiere una comprensión de los materiales de sellado disponibles. Los sellos son generalmente el factor más limitante de una válvula de solenoide. La selección del sello deberá considerar los siguientes elementos :
Propiedades químicas del medio
Temperatura del medio
Presión a ser utilizada
Las siguientes secciones describen los materiales de sellado más comunes disponibles para electroválvulas. Por lo general, más de un material de sellado está disponible para cada tipo de válvula.
Caucho nitrilo (NBR / Buna-N)
El nombre químico de la goma de nitrilo es Acrilonitrilo Butadieno. Sin embargo, con mayor frecuencia se lo conoce como NBR o Buna-N. El NBR es probablemente el material de sellado de válvula de solenoide más común y se considera el material estándar para fluidos neutros por muchos. El NBR también es el material estándar para juntas tóricas (O-rings).
Fig. : Juntas tóricas u O-rings
El NBR puede soportar temperaturas del medio de hasta 190 grados Fahrenheit (90 grados Celsius) en forma continua, y temperaturas más altas de forma intermitente. El NBR resiste muy bien el envejecimiento causado por el calor. Sin embargo, la resistencia de NBR a la luz solar es muy pobre. La resistencia del NBR a la abrasión y la rotura es muy buena.
Las juntas NBR son los más utilizadas con los siguientes medios:
Agua
Aire
Diferentes combustibles, aceites y gases
El NBR tiene una buena resistencia a:
Los hidrocarburos alifáticos
Petróleo
Combustibles
Aceite mineral
Aceite Vegetal
Los fluidos hidráulicos
Alcohol
Muchos ácidos
Abrasión
NBR tiene una pobre resistencia a:
Ozono
Acetona
Metil etil cetona
Hidrocarburos clorados
Éteres y sus ésteres
Además de sellos de válvulas solenoide, de caucho NBR se utiliza a menudo para bombas de agua, carburadores, transmisión, bombas hidráulicas, y sellos de actuador hidráulico.
Caucho de etileno propileno dieno o EPDM (Etileno Propileno Dieno tipo M ASTM)
EPDM es sinónimo de caucho de etileno propileno dieno monómero. Los sellos de la válvula solenoide de EPDM son muy adecuados para su uso con agua caliente debido a la excelente resistencia del EPDM al calor. La temperatura máxima de servicio del EPDM es de aproximadamente 250 grados Fahrenheit (120 grados Celsius). El EPDM es inadecuado para su uso con la mayoría de aceites y combustibles.
Fig. Lámina flexible de EPDM para sellado de superficies
Las juntas de EPDM son las más utilizados con los siguientes medios:
Agua fría / caliente, vapor
Freón
Aire
El EPDM tiene una buena resistencia a:
Calor
Ozono
Productos químicos oxidantes
Ácidos hasta concentración media
Álcalis
Fluidos hidráulicos resistentes al fuego
Muchas Cetonas y Alcoholes
Luz del sol
Abrasión y al desgarro
El EPDM tiene una pobre resistencia a:
La mayoría de los aceites y combustibles
Hidrocarburos
Hidrocarburos aromáticos y alifáticos
Los disolventes halogenados
Ácidos concentrados
Viton ® (FKM)
Viton ® es una marca registrada de fluoroelastómero fabricado por DuPont. Es bien conocido por su excelente resistencia al calor, haciendo posible que las temperaturas de servicio se acerquen a los 300 grados Fahrenheit (150 grados Celsius).
Los sellos de Viton ® se utilizan con más frecuencia con los siguientes medios:
Fig. Juntas de Viton
Agua Caliente
Ácido
Álcali
Óleos
Hidrocarburo
Soluciones de Sales
El Viton ® tiene una buena resistencia a:
Hidrocarburos
Muchos productos químicos agresivos
Ácidos diluidos
Álcalis débiles
Aceites Minerales
Hidrocarburos alifáticos y aromáticos
Hidrocarburos clorados
Luz del sol
Ozono
Viton ® tiene una pobre resistencia a:
Las cetonas
Acetona
PTFE – politetrafluoroetileno, teflón
El PTFE es un politetrafluoroetileno. La marca más conocida de PTFE es Teflon de DuPont. El PTFE es prácticamente resistente a todos los fluidos. El PTFE es no elástico, lo que limita su uso en ciertas aplicaciones. El PTFE se puede utilizar con un medio que alcance temperaturas muy altas (hasta 450º F / 230 grados Celsius). PTFE es muy adecuado para aplicaciones de válvulas de bola.
Instalación de válvulas solenoide
Las válvulas de solenoide convencionales, están hechas
para instalarse con la bobina en la parte superior y en
líneas horizontales solamente. Algunas válvulas de
solenoide se hecen para instalarse en líneas verticales o
en cualquier posición; estas válvulas generalmente están
cargadas con un resorte. Debe respetarse el sentido del
flujo indicado por una flecha en el cuerpo de la válvula.
También, debe instalarse un filtro adecuado antes de cada
válvula de solenoide, para evitar que le lleguen partículas
o materias extrañas.
Al instalar una válvula de solenoide con conexiones
soldables, no aplique demasiado calor y dirija la flama
lejos del cuerpo de la válvula. Permita que se enfríe antes
de ensamblar las partes internas, para asegurarse que con
el calor no se dañen el material del asiento y los empaques.
Durante el proceso de soldadura, se recomienda el uso de
trapos o estopas mojadas. Son necesarios para mantener
la válvula fría, y para que el cuerpo de la válvula no se
deforme. Al ensamblar de nuevo la válvula, asegúrese de
no sobreapretar las tuercas.
