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Boletín técnico de INDISA S.A.

Medellín, 2 de Mayo de 2014                                                         No.127

 

ESPECIFICACIONES DE VÁLVULAS SOLENOIDES DE PROPÓSITO GENERAL

 Autores:

Rubén Giraldo – Daniel Torres

Ingenieros de Proyectos Hidromecánica

Introducción

El uso de válvulas solenoides de propósito general está ampliamente extendido en diferentes equipos y procesos industriales. Por lo tanto, es importante conocer las especificaciones básicas requeridas para su correcta selección, tema que presentaremos en este artículo; además citamos algunas fuentes donde se podrá consultar información complementaria.

Información General

Son operadas eléctricamente y usadas para el control remoto on/off y para el control direccional de líquidos, gases y vapor; no regulan flujo. Están compuestas por dos elementos principales: un solenoide con bobina eléctrica y un cuerpo de válvula. El solenoide es una unidad electromagnética que actúa para abrir o cerrar la válvula. El cuerpo de la válvula es la unidad que maneja la presión del fluido. Los tipos más comunes de válvulas accionadas por solenoide son las de acción directa y las operadas por piloto.

Aplicaciones:

Es muy común encontrar aplicaciones de estás válvulas en industrias como:

·       Farmacia y cosmética

·       Tecnología de procesos químicos

·       Minería, cemento y sistemas de hormigón

·       Procesamiento de alimentos y bebidas

·       Plantas de tratamiento de agua

·       Calderas

·       Plantas térmicas

·       Refrigeración 

Algunas aplicaciones mas especificas son:

·       Control de nivel en tanques: La válvula solenoide puede ser accionada por un interruptor tipo flotador, para cuando el nivel del líquido baja a un valor predeterminado, el interruptor abre la válvula para permitir el ingreso de flujo, al llegar al nivel deseado, este cierra la válvula.

·       Motores marinos: Permiten la función continua, controlando desde el panel de control del barco, el paso de combustible.

·       Sistemas de calor: Dependiendo de la época del año, las funciones de una bomba de calor se intercambian, donde la dirección del flujo se debe invertir, para lo cual se utiliza una válvula solenoide de cuatro vías. 

Tipos de válvulas solenoides

Existen tres tipos de válvula solenoide, según el número de vías:

Características mecánicas.

-       Presión diferencial mínima de operación: Las válvulas solenoides operadas por piloto tienen una especificación adicional, presión diferencial mínima de operación (MOP). Está es la presión diferencial mínima requerida para operar la válvula y mantenerla en la posición normal.

-       Temperatura máxima de fluido: Las válvulas solenoides también son rateadas por temperatura máxima de fluido, debido a las limitaciones de temperatura de los materiales usados en la construcción del diafragma. Comprenden un rango de temperaturas mínimas de fluido de 40°F para sellos NBR y 10°F para sellos FKM y máximas entre 185°F y 842°F.

-       Presión máxima de fluido: Estas válvulas solenoides pueden trabajar a diferentes rangos de presión que cubren un espectro entre 0 PSI a 215 PSI, incluyendo el vacío.

-       Tiempo de respuesta: Es el tiempo necesario desde una completa apertura de la válvula a un cierre completo, o viceversa. Los siguientes tiempos de respuesta son aplicados para servicio de aire usando corriente alterna.

Dimensionamiento de la válvula:

Realizar un buen dimensionamiento de la válvula es fundamental, ya que si se selecciona incorrectamente la válvula puede no cumplir con las condiciones de flujo o ser demasiado costosa. Las válvulas solenoides son probadas y rateadas usando el método del Cv (Coeficiente de flujo). El correcto tamaño de la válvula para una aplicación puede ser determinado usando las formulas básicas y las curvas que se pueden consultar en [1].

A continuación se presentará un ejemplo donde se requiere calcular el coeficiente Cv para un flujo másico aceite a 30 Galones por minuto (GPM), con una gravedad especifica de 0.82, una Presión de entrada P1 de 36 PSI y una Presión de salida P2 de 0 PSI. La presión diferencial es de 36 PSI. 

De las gráficas anteriores, para una Presión diferencial de 36 PSI, leyendo horizontalmente, se determina que el factor KL= 6. Para una gravedad específica de 0.82, se obtiene un valor de Ksg=1.1, entonces, la ecuación para calcular el coeficiente de flujo quedaría:

Compatibilidad de fluido

Existen tablas muy completas para verificar la compatibilidad entre los materiales de las válvulas y los fluidos a manejar, en la fuente [1] se puede encontrar esta información más detallada. 

Materiales de estanqueidad.

Los materiales más comunes que se utilizan para evitar las fugas de fluido en estas válvulas son:

  • Buna “N” (Nitrilo) NBR: Es el elastómero mas usado en la industria hoy. Tiene excelentes características de servicio para el uso con agua, aceite ligero y gas en un rango de temperatura entre -10°F a 180°F.
  • Propileno Etileno EPDM: Se usa principalmente en aplicaciones donde se requiere transportar agua caliente o vapor. Trabaja con líquidos a temperaturas -10°F a 300°F.
  • Viton FKM: Se utiliza en aplicaciones donde se requiera transportar hidrocarburos y químicos. Trabaja en un rango entre -10°F a 350°F.
  • Teflon PTFE: Resiste cualquier ataque quimico, el rango de temperatura se extiende entre -320°F a 350°F
  • Uretano U: Se usa en aplicaciones donde se requiere alta resistencia y resistencia al desgaste. Su rango de temperatura es similar a Buna. -10°F a 160°F.

Características eléctricas de las bobinas solenoides.

Potencia y tensión: Se puede trabajar tanto en corriente alterna como en corriente directa para una gran variedad de rangos de voltaje, el voltaje en corriente alterna cubre un espectro entre 24 y 480 voltios y en corriente directa tiene un rango entre 12 y 125 voltios. Este tipo de bobinas son diseñadas para servicio continuo. Se clasifican dependiendo del tipo de material y protección por clases, clase “F” y clase “H”, y son construidas bajo normas UL, IEEE, NEMA, entre otras.

Temperatura: La temperatura generada por la alimentación eléctrica de las bobinas y la temperatura ambiente son aditivas y ayudan a determinar la clase de bobina para la aplicación requerida.

Además  la temperatura del fluido afecta las bobinas, pueden existir problemas por temperatura en las bobinas, cuando la temperatura del fluido sobrepasa los 180°F. Y se debe consultar con el proveedor de la válvula. Si la temperatura del fluido excede el limite la bobina se clasifica como clase “H” , de lo contrario sería clase “F”  

Estándares de seguridad y protección que se rigen en este tipo de válvulas

NEMA:Nema es la asociación que se encarga de recomendar los materiales adecuados y construcciones para cumplir con los cerramientos de las bobinas. Se clasifica dependiendo del tipo de protección que requieren las bobinas:

  • Nema tipo 1: Especificación que trata de las características que debe tener un cerramiento para aplicaciones bajo las condiciones atmosféricas normales.
  • Nema tipo 2: Especificación que trata de la hermeticidad en el cerramiento, en caso de humedad, suciedad, caída de líquidos y sólidos.
  • Nema tipo 3: Se refiere a la resistencia al agua del cerramiento.
  • Nema tipo 4X: Se refiere a la impermeabilidad del cerramiento.
  • Nema Tipo 5: Se refiere específicamente a los requerimientos de un cerramiento con relación a la hermeticidad contra el polvo.
  • Nema tipo 6: Se refiere a la sumergibilidad de un cerramiento.   
  • Nema Tipo 7, 9, 9 A: Se refiere a la protección del cerramiento contra explosiones.

Protección IP

A continuación se definirán dos de las clases o grados de protección de partes eléctricas, establecidas por el comité europeo para las normas electro-técnicas (ATEX) para estas válvulas.

  • IP 65: Protege contra el ingreso de polvo, Contra el contacto de las partes internas, contra el chorro de agua en todas las direcciones.

  • IP 67: Protege contra el ingreso de polvo, contacto con partes internas, cuando el equipo es sumergido en agua.                                                       Válvula solenoide operada por piloto

Conclusiones 

o   Las válvulas solenoides de propósito general cubren muchas de las necesidades de manejo seguro y eficiente de los fluidos en los procesos.

o   El cumplimiento de una especificación adecuada es garantía de una operación confiable y segura.

o   El dimensionamiento acertado según el tipo de fluido permite cumplir con las capacidades requeridas a costos razonables. 

 

Bibliografía:

[1] Parker, Fluid Control Division. “Technical Information”.

[2] Parker, Bulletin 0291-B1. “Pneumatic Circuity”.

[3]  Parker, Motion & Control Training department. “Industrial Pneumatic Technology”.

[4] Skinner Valve. Catalog CVAP0495 “Valve Actuation Series Solenoid Valves”

 

  

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