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Electroválvulas proporcionales

Las válvulas proporcionales de Bürkert se utilizan en todo el mundo, desde principios de los 90, en una amplia variedad de aplicaciones en las que es necesario controlar fluidos líquidos o gaseosos. La gama de aplicaciones abarca desde la tecnología médica y analítica hasta la medición de combustible, los sistemas de revestimiento de superficies y los sistemas de oxicorte.

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El departamento de I+D+I de Bürkert ha continuado trabajando sobre las electroválvulas proporcionales mejorando continuamente sus prestaciones

En los últimos modelos de electroválvulas proporcionales (serie 287X) la introducción de un nuevo principio de guiado del núcleo hace que no sea necesario el casquillo de guía de deslizamiento, lo que evita problemas de agarrotamiento por esfuerzo o exceso de temperatura.

 

Con versiones en Latón y Acero Inoxidable, y con posibilidad de certificación ATEX, la serie de electroválvulas proporcionales 287X proporcionan al máximo control y fiabilidad.

 

 

  

A la hora de seleccionar una electroválvula proporcional es necesario un buen dimensionamiento para encontrar el diámetro nominal más adecuado a la aplicación en función de las presiones de entrada y salida y el caudal a mantener. En Bürkert disponemos de personal perfectamente capaz de ayudarle a dimensionar adecuadamente una electroválvula de control.

Las electroválvulas proporcionales son válvulas de paso accionadas eléctricamente, bien por una bobina solenoide o bien por un motor y se utilizan para controlar caudales de fluidos líquidos o gaseosos.

En otra newsletter nos ocuparemos de las válvulas accionadas mediante un motor eléctrico y nos concentraremos ahora en las que son accionadas por una bobina solenoide.

Para entender mejor como funciona una electroválvula proporcional debemos comenzar recordando el funcionamiento de una electroválvula común, en la que la aplicación de una corriente eléctrica, en una bobina solenoide, genera un electroimán. La fuerza magnética del electroimán atrae el elemento de cierre de la electroválvula y como resultado, este se desplaza, abriendose o cerrándose el paso de fluido.

A diferencia de las electroválvulas todo-nada, una electroválvula proporcional es capaz de ajustar la apertura de su elemento de cierre en función de una señal de mando proviniente de un controlador, de forma que esta apertura no es total, sino proporcional a una señal de comando.

¿Qué características tiene una electroválvula proporcional para distinguirla de una electroválvula todo-nada?

En principio existen ciertos cambios en la construcción de los elementos interiores de la electroválvula para poder permitir la aplicación de una corriente eléctrica modificada, base del funcionamiento de una electroválvula proporcional.

El primer cambio es la forma del tope del émbolo de cierre (núcleo), que se rediseña en forma de tronco de cono, esta forma permite que al cerrar se reduzca el caudal de forma progresiva y relacionada con el ángulo del tronco de cono.

 

                     

Logicamente el segundo cambio es la forma del émbolo de cierre (núcleo), que ha de adaptarse a la nueva construcción del tope.

La dirección del fluido dentro de la electroválvula es normalmente por debajo del elemento de cierre, del núcleo para entendernos, por lo que la acción de la presión del medio más la fuerza electromagnética generada al activar la bobina solenoide hacen que el núcleo tienda a abrir, logicamente la fuerza opuesta la ejecuta el muelle de cierre.

Ahora bien, si la aplicación de la corriente electrica va a ser proporcional a una señal, significa que variará su intensidad, y como consecuencia la fuerza de atracción aplicada sobre el émbolo de cierre. Por ello los muelles de cierre/retorno de las electroválvulas proporcionales tienen diferentes características de elasticidad/dureza que los de las electroválvulas todo-nada.

En este cuadro puede verse la relación entre la fuerza electromagnética (F) y la fuerza del muelle en una electroválvula todo-nada, sólo cuando la válvula está totalmente abierta (ver carrera h), la fuerza del muelle y la fuerza electromagnética son iguales.

 

                     

Mientras que en este cuadro podemos ver las variaciones en la fuerza electromangética (F) producidas por las formas tronco-cónicas del núcleo y del tope.

En este caso las fuerzas del muelle y electromagnética tienen distintos puntos de igualdad dentro del rango operativo de la electroválvula, representados por los puntos de intersección de las curvas.

Obviamente además de las modificaciones en la formas del émbolo de cierre (núcleo), de la geometría del tope y de tener diferentes muelles, las electroválvuas proporcionales sólo logran su objetivo si la fuerza electromagnética aplicada consigue posicionar el elemento de cierre en un punto diferente al de cerrado o abierto.

Hasta ahora hemos revisado los cambios mecánicos realizados en una electroválvula todo-nada para convertirla en una electroválvula proporcional, pero, ¿qué cambios experimenta la parte eléctrica?

 

 

En principio en una bobina DC sería posible conseguir una fuerza electromagnética proporcional, pero a costa de afrontar problemas de fricción en los puntos de guía del émbolo de cierre, con los problemas de temperatura añadidos.

Por ello y a través de una eléctronica, la señal de entrada se transforma en una señal de tensión modulada en anchura del pulso o PWM (Pulse Width Modulation), que aplica al émbolo de cierre (núcleo) una oscilación muy rápida pero débil, consiguiendo un estado de equilibrio entre el desplazamiento y la fricción.

Con el control PWM la corriente efectiva de la bobina, siempre con un voltaje de alimentación constante, se ajusta a través del ciclo de frecuencia PWM.

 

 

En posteriores comunicaciones nos ocuparemos de las válvulas motorizadas de control, es decir, aquellas que colocan el elemento de cierre de manera controlada mediante el accionamiento de un motor eléctrico por etapas.

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