Diferencias entre válvulas solenoides operadas por piloto y de acción directa

Las válvulas solenoides, componentes esenciales en numerosos sistemas de control de fluidos, se pueden clasificar en dos tipos principales: de acción directa y de accionamiento piloto. Si bien ambas cumplen la función fundamental de controlar el flujo de fluido mediante una bobina electromagnética, sus mecanismos internos y características operativas difieren significativamente, lo que afecta su idoneidad para diversas aplicaciones. Analicemos las diferencias clave entre estos dos tipos.

Mecanismo: El núcleo de la operación

La diferencia fundamental radica en cómo la fuerza magnética del solenoide interactúa con la válvula para controlar el flujo.

Válvulas solenoides de acción directa : En una válvula solenoide de acción directa, la bobina del solenoide está conectada directamente al componente principal de la válvula, generalmente un émbolo. Este émbolo bloquea o permite el paso del fluido a través del orificio, que es la abertura por donde fluye. Cuando se activa la bobina, la fuerza magnética generada supera directamente las fuerzas opuestas (generalmente la gravedad, un resorte y la presión del fluido) y eleva el émbolo, abriendo el orificio y permitiendo el flujo del fluido. Por el contrario, cuando la bobina se desactiva, la fuerza del resorte... Devuelve el émbolo a su posición cerrada, bloqueando eficazmente el orificio y deteniendo el flujo. Este sencillo mecanismo permite un control inmediato y directo del fluido.

Válvulas solenoides operadas por piloto : Las válvulas solenoides operadas por piloto emplean un mecanismo más complejo de dos etapas. Inicialmente, al conectar la válvula a la tubería, el fluido entra en la cámara inferior. Posteriormente, este fluido fluye hacia la cámara superior a través de un pequeño conducto, conocido como orificio piloto, dentro del diafragma. Al activarse la bobina del solenoide, el émbolo recibe una fuerza magnética y se mueve hacia arriba, abriendo el orificio piloto. Esta apertura crea una diferencia de presión entre las cámaras superior e inferior. Dado que el orificio piloto es más grande que un orificio de restricción independiente y más pequeño que suministra fluido constantemente a la cámara superior, la apertura del orificio piloto permite que el fluido escape de la cámara superior a una velocidad mayor de la que puede reponerse. Esta rápida disminución de la presión en la cámara superior, combinada con la mayor presión en la cámara inferior que actúa sobre la mayor superficie del diafragma, fuerza la elevación del diafragma. A medida que el diafragma se eleva, el orificio principal se abre, permitiendo que un volumen de fluido significativamente mayor fluya a través de la válvula. Cuando se desenergiza la bobina, el orificio piloto se cierra, la presión se iguala en las cámaras superior e inferior y el diafragma regresa a su posición cerrada, deteniendo el flujo.

Requisitos de presión: activación de la válvula

Los mecanismos operativos dan lugar a distintos requisitos de presión para cada tipo de válvula.

Válvulas solenoides de acción directa: Las válvulas de acción directa se basan únicamente en la fuerza magnética generada por la bobina del solenoide para contrarrestar las fuerzas que la mantienen cerrada. Por lo tanto, no requieren una presión mínima de fluido para funcionar. Funcionan eficazmente incluso con presión de entrada cero, lo que las hace ideales para aplicaciones con alimentación por gravedad o condiciones de vacío. Esta capacidad de operar a baja o nula presión constituye una ventaja significativa en ciertos sistemas.

Válvulas solenoides operadas por piloto: En cambio, las válvulas operadas por piloto se basan en la diferencia de presión entre la entrada y la salida para accionar la válvula principal. Se requiere una presión mínima para que el mecanismo piloto funcione correctamente. Normalmente, esta presión mínima de operación ronda los 0,5 bar (o un valor similar, según el diseño específico). Este requisito se debe a la necesidad de crear una diferencia de presión suficiente a través del diafragma para superar la fuerza del resorte y abrir el orificio principal. Si la presión de entrada es inferior a este umbral mínimo, la válvula podría no abrirse completamente o no abrirse en absoluto.

Consumo de energía: la demanda eléctrica

La forma en que se acciona cada válvula también afecta su consumo de energía.

Válvulas solenoides de acción directa: Las válvulas de acción directa requieren una entrada de potencia relativamente mayor, ya que la bobina del solenoide debe generar suficiente fuerza magnética para elevar directamente el émbolo contra la gravedad, la presión del fluido y la fuerza del resorte. Esta acción directa requiere un campo electromagnético más intenso, lo que se traduce en una mayor corriente eléctrica y, por lo tanto, un mayor consumo de energía, especialmente durante el accionamiento inicial. Si bien algunas válvulas de acción directa pueden tener una corriente de retención reducida, la sobretensión inicial suele ser mayor en comparación con las válvulas accionadas por piloto.

Válvulas solenoides operadas por piloto: Las válvulas operadas por piloto generalmente presentan un menor consumo de energía. Esto se debe a que la bobina del solenoide solo necesita accionar el mecanismo piloto, que es más pequeño, lo que requiere menos fuerza que levantar directamente el asiento o el émbolo de la válvula principal. La fuerza principal para abrir la válvula principal proviene de la diferencia de presión del propio fluido. Una vez activado el mecanismo piloto, la presión del fluido asume la mayor parte del trabajo de apertura de la válvula principal. Este método de accionamiento indirecto resulta en un menor consumo de energía eléctrica, lo que las hace más eficientes energéticamente, especialmente en aplicaciones donde la válvula se conmuta con frecuencia.

Tiempo de respuesta: Velocidad de operación

Las diferencias inherentes en sus mecanismos también afectan la rapidez con la que estas válvulas pueden responder a un cambio en la señal eléctrica.

Válvulas solenoides de acción directa: Las válvulas de acción directa ofrecen un tiempo de respuesta más rápido. Dado que el solenoide controla directamente el movimiento del vástago o émbolo, la válvula se abre o cierra casi instantáneamente al activarse o desactivarse la bobina. No hay retardo asociado con la generación de una presión diferencial, como ocurre con las válvulas operadas por piloto. Esta rápida respuesta hace que las válvulas de acción directa sean ideales para aplicaciones que requieren un control preciso e inmediato del caudal de fluido, como en sistemas de ciclos rápidos o que exigen un cierre rápido.

Válvulas solenoides operadas por piloto: Las válvulas operadas por piloto suelen tener un tiempo de respuesta más lento en comparación con sus contrapartes de acción directa. Este retraso se debe al tiempo que tarda la presión diferencial en acumularse en la cámara superior tras la apertura del orificio piloto. El fluido debe salir de la cámara superior para crear el desequilibrio de presión necesario para mover el diafragma y abrir la válvula principal. Este proceso de dos etapas introduce un ligero retraso en el funcionamiento de la válvula. Si bien este retraso puede ser insignificante en muchas aplicaciones, puede ser un factor crítico en sistemas donde la respuesta rápida es esencial.

Complejidad del diseño: complejidad de la estructura de la válvula

Los mecanismos subyacentes conducen naturalmente a variaciones en la complejidad del diseño de la válvula.

Electroválvulas de acción directa: El diseño de una electroválvula de acción directa suele ser más sencillo y compacto. Consta principalmente de la bobina del solenoide, el émbolo o asiento, un resorte y el cuerpo de la válvula con el orificio. Este diseño sencillo contribuye a su fiabilidad y facilidad de mantenimiento. Al tener menos piezas móviles, también se reducen los posibles puntos de fallo.

Válvulas solenoides operadas por piloto: Las válvulas solenoides operadas por piloto tienen un diseño más complejo debido a la inclusión del mecanismo piloto, el diafragma y los conductos de fluido adicionales necesarios para la operación piloto. Esta mayor complejidad les permite manejar caudales y presiones más altos con una bobina solenoide relativamente más pequeña, pero también implica la presencia de más componentes, lo que podría aumentar la complejidad de fabricación y mantenimiento. Sin embargo, esta mayor complejidad suele ser una compensación que vale la pena por las ventajas que ofrecen en términos de capacidad de caudal y eficiencia energética en aplicaciones adecuadas.