Válvulas Neumáticas

Las válvulas controlan la dirección, la presión y el flujo de aire comprimido. Son el "cerebro" que dirige la energía neumática.

Clasificación de Válvulas

Por Función

Valves
├── Directional Control ─── Control WHERE air flows
├── Pressure Control ────── Control HOW MUCH pressure
└── Flow Control ────────── Control HOW FAST air flows

Válvulas de Control Direccional (DCVs)

Las DCVs determinan la trayectoria del flujo de aire: qué puertos se conectan a cuáles.

Nomenclatura de Válvulas

Las válvulas se describen en el formato puertos/posiciones:

Example: 5/2 valve = 5 ports, 2 positions

Position 1              Position 2
┌─────────┐            ┌─────────┐
│ 4     2 │            │ 4     2 │
│  ╲   ╱  │            │  ╱   ╲  │
│   ╲ ╱   │            │ ╱     ╲ │
│    ╳    │            │╱       ╲│
│   ╱ ╲   │            │╲       ╱│
│  ╱   ╲  │            │ ╲     ╱ │
│ 5  1  3 │            │ 5  1  3 │
└─────────┘            └─────────┘

Configuraciones Comunes de Válvulas

Tipo	Puertos	Posiciones	Uso Típico
2/2	2	2	Encendido/apagado, cierre
3/2	3	2	Cilindros de simple efecto
4/2	4	2	Cilindros de doble efecto
5/2	5	2	Doble efecto con escape dual
5/3	5	3	Parada/retención en posición intermedia

Numeración de Puertos (ISO 5599)

Puerto	Función
1	Suministro de presión (P)
2	Salida A (puerto de trabajo)
4	Salida B (puerto de trabajo)
3	Escape A (R)
5	Escape B (S)

Operación de Válvula 3/2

Normally Closed (NC):

At Rest (no signal):     Actuated:
    2                        2
    │                        │
    ╳ (blocked)              │ (open)
    │                        │
    1───3                    1   3
                                │
Supply blocked           Supply to output
Exhaust open            Exhaust blocked

Operación de Válvula 5/2

Position 1:                Position 2:
    4     2                    4     2
    │     │                    │     │
    │  ┌──┘                    └──┐  │
    │  │                          │  │
────1──┼──3                    3──┼──1────
       │                          │
       5                          5

1→2, 4→5                     1→4, 2→3
(Extend cylinder)            (Retract cylinder)

Posiciones Centrales de Válvula 5/3

Posición Central	Símbolo	Función
Centro cerrado	Todos bloqueados	El cilindro mantiene la posición
Centro de escape	2,4 a escape	El cilindro se puede mover libremente
Centro de presión	1 a 2,4	Ambos puertos presurizados

Métodos de Actuación de Válvulas

Manual

Tipo	Símbolo	Aplicación
Botón pulsador	○─	Control del operador
Palanca basculante	⊢	Selección de encendido/apagado
Palanca	─╱	Operación sostenida
Pedal	⌊	Operación manos libres

Mecánico

Tipo	Símbolo	Aplicación
Palanca de rodillo	○╱	Detección de límite
Resorte	─⊏	Mecanismo de retorno
Leva	○)	Detección de posición

Neumático (Piloto)

Pilot-operated valve:
        Pilot signal
             ↓
    ┌────────●────────┐
    │     ┌──┴──┐     │
    │     │Pilot│     │
    │     │Valve│     │
    │     └──┬──┘     │
    │   ┌────┴────┐   │
    │   │  Main   │   │
    │   │  Valve  │   │
    │   └────┬────┘   │
    └────────┴────────┘

• Piloto interno: Utiliza el suministro principal
• Piloto externo: Suministro de piloto separado
• Permite que una señal pequeña controle un flujo grande

Eléctrico (Solenoide)

Solenoid valve:
         Coil
    ┌────[####]────┐
    │      │       │
    │   ┌──▼──┐    │
    │   │Armature  │
    │   └──┬──┘    │
    │      │       │
    │   Valve      │
    │   Spool      │
    └──────────────┘

Voltaje	Aplicación
24 VDC	Más común, PLCs
12 VDC	Equipo móvil
120 VAC	Industrial, legado
240 VAC	Internacional

Best Practice

24 VDC es lo más seguro y común para nuevas instalaciones. Menor voltaje = más seguro para el personal.

Válvulas de Control de Presión

Reguladores

Reducen y estabilizan la presión aguas abajo.

Pressure Regulator:
     Adjustment
         ↓
    ┌────◯────┐
    │  Spring │
    │    ↓    │
    │ ┌─────┐ │
P1 →│ │     │ │→ P2 (regulated)
    │ │Diaphragm
    │ └─────┘ │
    │    ↑    │
    │ Sensing │
    └─────────┘

Tipos:

• De alivio: El exceso de presión aguas abajo se ventea a la atmósfera
• Sin alivio: Sin venteo, la presión solo disminuye con el uso

Parámetro	Valor Típico
Rango de regulación	5-150 PSI
Precisión	±2-5 PSI
Capacidad de flujo	Dependiente del tamaño

Válvulas de Alivio

Protegen contra la sobrepresión.

Relief Valve:
    Atmosphere
         ↑
    ┌────┴────┐
    │ Spring  │
    │  ┌──┐   │
    │  │  │←──│── Set pressure
    │  └──┘   │
    │    ↑    │
P →─────────────→

Válvulas de Secuencia

Permiten el flujo aguas abajo solo después de que la presión aguas arriba alcanza el punto de ajuste.

Válvulas de Control de Flujo

Válvulas de Aguja

Orificio variable para un ajuste preciso del flujo.

    Adjustable
        ↓
    ┌───◯───┐
    │   │   │
    │   ▼   │
 →──│  ╲│╱  │──→
    │   │   │
    └───────┘

Controles de Flujo Unidireccionales (Meter-Out/Meter-In)

Meter-Out:                    Meter-In:
Free flow IN                  Free flow OUT
Restricted OUT                Restricted IN

    →│◁│→                        →│▷│→
      │                            │
   ╲  │  ╱                      ╲  │  ╱
    ╲ │ ╱                        ╲ │ ╱
     ╲│╱                          ╲│╱

  Preferred for               Use for pulling
  pushing loads               loads (tension)

Meter-Out is Usually Better

Meter-out proporciona un control de velocidad más consistente porque el cilindro ve la presión total durante el movimiento.

Válvulas de Escape Rápido

Aceleran la retracción del cilindro al escapar directamente en el cilindro.

         Cylinder
             │
    ┌────────┴────────┐
    │   Quick Exhaust │
    │      ┌───┐      │
    │  P──→│   │←──E  │
    │      └───┘      │
    │        │        │
    │        ↓        │
    │    Atmosphere   │
    └─────────────────┘

Dimensionamiento de Válvulas

Coeficiente de Flujo (Cv)

$$C_v = Q \times \sqrt{\frac{G}{ΔP}}$$

Donde:

• $C_v$ = Coeficiente de flujo
• $Q$ = Caudal (equivalente en GPM)
• $G$ = Gravedad específica (1.0 para aire)
• $ΔP$ = Caída de presión a través de la válvula

Regla Empírica

Diámetro del Cilindro	Tamaño Mínimo del Puerto de la Válvula
Hasta 1"	1/8"
1" - 2"	1/4"
2" - 3"	3/8"
3" - 4"	1/2"
Más de 4"	3/4" o más grande

Undersized Valves

Las válvulas de tamaño insuficiente crean caída de presión y ralentizan la respuesta del actuador. En caso de duda, aumente el tamaño.

Mantenimiento de Válvulas

Problemas Comunes

Problema	Causa Posible	Solución
Cambio lento	Contaminación, solenoide débil	Limpiar, verificar el voltaje
No cambia	Carrete atascado, sin señal	Verificar la señal, limpiar/reemplazar
Fuga	Sellos desgastados, carrete dañado	Reconstruir o reemplazar
Intermitente	Cableado suelto, solenoide marginal	Verificar las conexiones

Mejores Prácticas

1. Filtrar el aire aguas arriba de las válvulas - La contaminación es la causa número 1 de fallas
2. Usar el voltaje adecuado - Verificar las clasificaciones del solenoide
3. No exceder las clasificaciones de presión - Verificar la presión máxima de operación
4. Lubricar si es necesario - Algunas válvulas necesitan aire lubricado
5. Instalar con puertos accesibles - Para mantenimiento y ajuste