¿Qué es una electroválvula? Tipos, funcionamiento y aplicaciones

Un simple aparato de uso cotidiano o un sistema automatizado incorporan una electroválvula, que es un componente muy importante. Regula el caudal de líquidos y gases. Responden a señales de corriente eléctrica. De este modo, estas válvulas controlan los fluidos con gran precisión y en tiempo real. ¿Qué es una electroválvula? ¿Qué hace una electroválvula? ¿Cómo funciona? ¿Cómo funciona una electroválvula? ¿Cuáles son sus tipos de válvulas y usos?

Válvula solenoide: Definición y componentes clave

En pocas palabras, una electroválvula es un tipo de válvula automática. También se conoce como válvula electromecánica o válvula solenoide de control. Utiliza la fuerza electromagnética para controlar si las vías de flujo están abiertas o cerradas. Piense en ella como un interruptor que puede controlar con electricidad desde lejos. No es necesario girarla a mano. Esta capacidad de control eléctrico permite a las electroválvulas integrarse fácilmente en distintos sistemas automatizados. Conocer el funcionamiento básico de una electroválvula ayuda a comprender su función.

Para entender una electroválvula, hay que conocer sus partes principales:

• Bobina Solenoide: Es la parte de potencia principal de la válvula. Cuando la electricidad fluye a través de ella, crea un campo electromagnético. Toma las señales eléctricas y las convierte en señales magnéticas. La bobina suele contener alambre de cobre.
• Cuerpo de la válvula: Es la estructura principal. Por ella circula el fluido. Tiene puertos por donde el fluido entra (puerto de entrada) y sale (puerto de salida).
• Émbolo o armadura: Es una pieza que puede moverse. Se mueve debido a la fuerza magnética. Es la pieza clave que hace que la válvula se abra o se cierre. 
• Tubo del núcleo: Este tubo se encuentra en el interior de la bobina. Guía el movimiento del émbolo.
• Muelle: Esta pieza suele devolver el émbolo a su primera posición cuando desaparece la fuerza magnética.
• Juntas: Estas piezas se encargan de que la válvula no tenga fugas cuando está cerrada.

Conocer estas partes básicas nos ayuda a entender bien la función de la electroválvula.

¿Cómo funciona realmente una electroválvula? 

Una electroválvula funciona según el principio de inducción electromagnética. Cuando la corriente eléctrica fluye a través de la bobina del solenoide, se forma un fuerte campo electromagnético en su región central. Este campo electromagnético atrae o repele el émbolo en su interior, provocando su movimiento. Este movimiento genera energía mecánica. El movimiento del émbolo abre o cierra el paso del caudal en la válvula directa o indirectamente. Cuando se desconecta la alimentación, se pierde el campo electromagnético. El émbolo vuelve a su posición original por la fuerza del muelle o la presión del medio. El recorrido de la válvula también vuelve a su posición inicial. El control del estado de conexión y desconexión de la bobina proporciona una regulación precisa del caudal de fluido. Así funciona una electroválvula.

Explicación sencilla de los principales tipos de electroválvulas

Hay muchos tipos de electroválvulas. Responden a diversas necesidades de control del flujo de fluidos en automatización. Comprender estos tipos básicos de válvulas es como tener un mapa. Le ayudará a orientarse en el variado mundo de las válvulas. Podemos verlas desde algunos puntos principales.

Por número de vías

1. Electroválvula de dos vías (2-Way Solenoid Valve)

 

• Cómo funciona: Esta configuración de dos puertos es la forma más simple de una válvula solenoide. Uno de los puertos es un puerto de entrada para que entre el fluido y el otro es un puerto de salida por donde sale el fluido. El "on" del solenoide es para cuando la válvula se abre y el "op" es para cuando la válvula se cierra. Apretando y aflojando ambos puertos y el flujo cruzado se controlará el flujo de fluido entre los puertos. El fluido circulará por los canales durante la fase abierta de las vías y permanecerá inmóvil durante la fase cerrada. En cuanto al mecanismo, suele haber un mecanismo de émbolo que se mueve hacia delante y hacia atrás para abrir una válvula.
• Ventajas: Mecanismos muy fáciles, diseño compacto, asequible, y el control mecánico tiene la respuesta más simple la válvula puede estar abierta o cerrada (dos posiciones).
• Ejemplo: Esta configuración es la que más usuarios tiene y se puede encontrar en cualquier aplicación con control básico de fluidos, por ejemplo control de zonas en riego automatizado por inundación, seguridad de llama en estufas de gas, agua en lavadoras, arranque/parada en tuberías industriales.

2. Electroválvula de tres vías (Electroválvula de 3 vías)

• Cómo funciona: Una electroválvula de tres vías tiene tres puertos. Las vías de conexión entre estos puertos pueden cambiarse en función del estado de la válvula. Una operación común es intercambiar la conexión de un puerto a otros dos puertos. Por ejemplo, puede conectar el puerto A al puerto B y simultáneamente cerrar la ruta del puerto A al puerto C. En un estado diferente, conecta el puerto A al puerto C mientras cierra la ruta del puerto A al puerto B. Algunas válvulas de tres vías también tienen un puerto conectado a uno de los otros dos puertos mientras que el tercer puerto está abierto a la atmósfera para ventilar el aire.  
• Ventajas: La dirección del flujo de fluido puede cambiarse o ramificarse y dividirse. Por estas razones tiene mayor flexibilidad que una válvula de dos vías. Se utiliza sobre todo para controlar el movimiento de cilindros neumáticos de doble efecto o cilindros hidráulicos en el caso de dos fuentes de fluido.  
• Ejemplo: Control de los ciclos de cilindros de aire/aceite en sistemas neumáticos o hidráulicos, conmutación de fuentes de fluido a dos tuberías diferentes, mezcla, división de dos fluidos, funcionamiento de actuadores neumáticos/hidráulicos para grandes válvulas de control.

Por estado inicial

3. Válvula Solenoide Normalmente Cerrada (Normalmente Closed, NC Solenoid Valve)

 

• Funcionamiento: Normalmente cerrada significa que el paso de caudal dentro de la válvula está cerrado cuando no hay corriente en la bobina. El paso sólo se abre cuando la bobina recibe alimentación y se genera suficiente fuerza electromagnética. Cuando se retira la alimentación, un muelle del sistema o la presión del fluido, dependiendo del tipo de válvula, devolverán automáticamente la válvula al estado cerrado.
• Ventajas: Es el tipo más seguro y el más eficiente desde el punto de vista energético (en situaciones en las que no es necesario que el fluido fluya la mayor parte del tiempo). Se cierra automáticamente cuando falla la alimentación o el sistema. Esta función evita la descarga incontrolada de fluido. La válvula se suele utilizar para funciones de conmutación seguras.
• Ejemplo: La mayoría de las aplicaciones que necesitan el control de fluido encendido y apagado en el caso de agua, aire, gas, y similares donde se espera que el flujo se detenga en caso de apagado. incluyendo pero no limitado a válvulas de control principal en tuberías industriales, tratamiento de agua, válvulas de entrada de agua en electrodomésticos como lavadoras y lavavajillas, y numerosos circuitos.

4. Válvula solenoide normalmente abierta (NO Solenoid Valve)

 

• Funcionamiento: Normalmente abierta implica que cuando no se aplica energía a la bobina del solenoide, el paso interno de la válvula está abierto, permitiendo el flujo sin restricciones del fluido. La bobina, al recibir corriente y crear así cierta fuerza magnética, es la que cierra el paso de la válvula. Cuando se desconecta la alimentación, la válvula vuelve a su estado abierto.
• Ventajas: Lo mejor para aplicaciones que requieren un flujo ininterrumpido durante largos periodos de tiempo. En estas situaciones, se produce un ahorro de energía eléctrica en la electricidad gastada en el cierre porque el NO sólo necesita energía para cerrarse. Los esfuerzos para mantener activamente el control no son necesarios cuando se pierde la energía. A veces se utiliza en sistemas de refrigeración o drenaje de emergencia. Su aplicabilidad es más limitada que la de las válvulas normalmente cerradas.
• Ejemplo: Aplicaciones en las que una determinada sección del NO debe permanecer operativa durante periodos prolongados (por ejemplo, algunos enfriadores o sistemas de ventilación). O cuando debe permanecer abierta en caso de corte de corriente durante un periodo prolongado para un drenaje o refrigeración rápidos.

Por principio de funcionamiento

5. Válvula solenoide de acción directa (Direct-Acting Solenoid Valve)

 

• Cómo funciona: En una válvula de acción directa, la fuerza electromagnética ejercida por la bobina del solenoide influye sobre el émbolo o la armadura asociada a la abertura primaria de la válvula. Esta fuerza electromagnética vence a la fuerza del muelle y a la presión del fluido en la abertura de la válvula. Esto posiciona la abertura en reposo o en una posición accionada.
• Ventajas: La bomba no requiere tanta energía para funcionar como otras bombas. Además, no requiere una presión diferencial mínima en el sistema para funcionar con fiabilidad. Por lo tanto, es buena para condiciones de presión cero, baja presión e incluso vacío. La solución propuesta permite tiempos de respuesta rápidos. Este tipo suele requerir poca potencia de control.
• Ejemplo: Los escenarios típicos incluyen usos de bajo vacío y baja presión como dispositivos pequeños, máquinas de análisis y envasadoras al vacío. Ejemplos más específicos incluyen dispositivos sin suficiente diferencia de presión en el arranque. Este es un tipo común de funcionamiento directo.

6. Electroválvula pilotada (Pilot-Operated Solenoid Valve)

• Cómo funciona: La válvula pilotada funciona de una forma más inteligente. La apertura de la válvula no se mueve directamente por la fuerza electromagnética de la bobina, sino que controla una pequeña apertura de la válvula piloto. Esta pequeña apertura de la válvula piloto utiliza el fluido para crear una diferencia de presión en la membrana o pistón de la válvula principal. La diferencia de presión del fluido que mueve la membrana o el pistón para abrir o cerrar la válvula principal es lo que realmente hace el trabajo.
• Ventajas: La principal ventaja es la capacidad de controlar tamaños más grandes, presiones más altas y caudales más elevados con una fuerza electromagnética relativamente pequeña. Puede compararse con las válvulas de acción directa para el mismo caudal y presión. La potencia utilizada es menor.
• Ejemplo: Usos en la mayoría de tuberías industriales. Situaciones que requieren el control de grandes caudales a alta presión, como sistemas de riego para la agricultura, unidades industriales para el tratamiento de aguas, control de actuadores neumáticos de gran escala, sistemas hidráulicos para la industria, etc. Además, tenga en cuenta que las válvulas pilotadas suelen necesitar una cierta diferencia de presión mínima para controlar correctamente.

A modo de resumen rápido, he aquí una tabla de clasificación básica:

Cómo se agrupan	Tipo común	Funcionamiento sencillo	Principales ventajas	Usos típicos
Por número de vías	Dos vías (2 vías)	Abrir o cerrar dos puertos	Sencillo, directo, de bajo coste	Varios controles de encendido/apagado
	Tres vías (3 vías)	Conexiones de conmutación de tres puertos	Función flexible, puede desviar/conmutar	Control de cilindros, conmutación de fluidos
Por estado inicial	Normalmente cerrado (NC)	Cerrado al apagar, abierto al encender	Seguro, ahorra energía (la mayoría de los usos)	Cierre de seguridad, entrada de agua
	Normalmente abierto (NO)	Abierto al apagar, cerrado al encender	Ahorro de energía para un flujo prolongado, permanece abierto cuando está apagado	Refrigeración, drenaje de emergencia
Por principio de funcionamiento	Acción directa	La fuerza electromagnética mueve directamente la apertura de la válvula	Sin necesidad de presión mínima, rápido	Baja presión, bajo caudal, vacío
	Pilotado (Pilot)	Controla un pequeño orificio con fuerza magnética, utiliza la diferencia de presión del fluido para mover la válvula principal	Controla grandes caudales/presiones, menor consumo de energía	Tuberías industriales de alta presión y alto caudal

 

Diversas aplicaciones en distintos sectores

Las electroválvulas se utilizan en muchas industrias y en la vida cotidiana. Son piezas importantes que hacen funcionar muchos sistemas automatizados. He aquí algunos ejemplos:

• En nuestros hogares, las válvulas que dejan pasar el agua a las lavadoras o cafeteras suelen utilizar electroválvulas. También algunos inodoros inteligentes las utilizan para controlar el caudal de agua. Reciben señales eléctricas de los programas y controlan exactamente el flujo de agua.
• En los coches, las electroválvulas se utilizan en el sistema de inyección de combustible (para controlar la cantidad de combustible), en el sistema de frenado ABS (para controlar la presión del líquido de frenos) y en las cajas de cambios automáticas. Ayudan a controlar los fluidos con precisión y rapidez.
• En la automatización industrial, las electroválvulas se utilizan mucho. Controlan piezas que utilizan aire (actuadores neumáticos) o presión de aceite (sistemas hidráulicos). También se utilizan en robots industriales y cadenas de montaje. Ayudan a mover cosas, a hacer que se muevan los brazos de los robots y a cambiar los pasos de un proceso de trabajo. Son fundamentales en muchos sistemas de control de procesos.
• En agricultura, los sistemas automatizados de riego de plantas utilizan muchas electroválvulas. Controlan el flujo de agua a distintas zonas y ayudan a ahorrar agua.
• En los equipos médicos, controlar con exactitud los fluidos es muy importante. Las electroválvulas se utilizan a menudo en máquinas como ventiladores y dispositivos de prueba. Controlan cómo se mueven los gases y líquidos y cuánto fluyen.
• En los sistemas HVAC (de calefacción, refrigeración y aire), las electroválvulas controlan el caudal de líquido refrigerante, agua o vapor. Esto ayuda a ajustar la temperatura y la humedad.

Así, desde los pequeños dispositivos domésticos hasta las grandes máquinas de las fábricas, las electroválvulas proporcionan control mediante electricidad. Funcionan de forma fiable y rápida.

Ventajas del uso de electroválvulas en sistemas 

Las electroválvulas son muy populares en la automatización. Esto se debe a que aportan varias ventajas claras:

• Reacción rápida y control preciso: Las electroválvulas pueden abrirse o cerrarse muy rápidamente tras recibir una señal eléctrica. Su velocidad de reacción es mucho mayor que la de las válvulas manuales, y a menudo más rápida que la de muchas válvulas eléctricas o neumáticas. Esta rápida reacción las hace muy adecuadas para usos que requieren una sincronización exacta o una parada rápida en caso de emergencia. Por ejemplo, para encender y apagar muy a menudo, o en sistemas de seguridad que conectan distintas piezas.
• Fáciles de automatizar y controlar a distancia: Las electroválvulas utilizan electricidad para el control. Esto encaja bien con los modernos sistemas de automatización. Pueden conectarse directamente a PLC, microcontroladores, DCS u otros sistemas de control. No necesitan piezas mecánicas complejas ni otras fuentes de energía (como aire comprimido). Esto hace que controlarlos desde lejos o mediante un programa sea muy sencillo. Pueden formar parte fácilmente de sistemas que funcionan por sí solos o de fábricas inteligentes.
• Tamaño pequeño, ahorra espacio: Las electroválvulas suelen fabricarse en un tamaño muy pequeño. Esto es así en comparación con los antiguos tipos de válvulas que necesitan grandes ruedas, cajas de engranajes o cilindros. Las válvulas de acción directa o pilotadas pequeñas son especialmente pequeñas y ligeras. Tienen un diseño compacto. Son muy adecuadas cuando el espacio de instalación es limitado en equipos o sistemas.
• Seguridad y fiabilidad (cuando se eligen bien): Cuando se elige el tipo de electroválvula adecuado (incluido el tipo de válvula, la presión, el fluido, el material, etc.) y se instala y utiliza correctamente, las electroválvulas suelen ser muy fiables y tienen una larga vida útil. Las válvulas normalmente cerradas, en particular, vuelven automáticamente a una posición segura si se pierde la alimentación. Esto proporciona una seguridad básica si algo va mal. Pueden proporcionar una conmutación segura.
• Eficiencia energética (para determinados usos): Las electroválvulas utilizan energía eléctrica cuando cambian de estado (se abren o se cierran). Pero en muchos usos en los que sólo necesitan energía durante poco tiempo o permanecen cerradas mucho tiempo, la energía total utilizada puede ser menor que la de otras válvulas automáticas que necesitan aire constante o un motor. Las electroválvulas de enclavamiento no utilizan energía para permanecer en su posición después de conmutar. Suelen requerir poca potencia de control.

El conjunto de estas ventajas convierte a las electroválvulas en una excelente opción para controlar automáticamente los fluidos de forma eficaz, flexible y fiable.

Selección de la electroválvula adecuada a sus necesidades

Elegir la electroválvula correcta es importante para que un sistema funcione bien y de forma estable. En función de sus necesidades, elegir el tipo de electroválvula adecuado es fundamental.

Paso 1: Definir la acción que desea controlar - Elegir el número de vías

En primer lugar, debe preguntarse ¿Qué tipo de "acción" de control de fluidos quiero que se produzca?

• Si sólo necesita abrir o cerrar el paso del fluido, como un grifo de agua, debe elegir la electroválvula de 2 vías más común.
• Si necesita cambiar la dirección del flujo de fluido, dividir el flujo o dejar salir la presión (ventilación), normalmente necesitará una válvula solenoide de 3 vías.

Paso 2: Considerar la seguridad y el ahorro de energía: normalmente abierto frente a normalmente cerrado

A continuación, piensa: ¿En qué estado debe estar la válvula cuando no hay corriente eléctrica?

• Por seguridad, en la mayoría de los usos se desea que el fluido se detenga automáticamente si se pierde la alimentación. Para ello, debe elegir una electroválvula normalmente cerrada (NC). Es la elección estándar.
• Si su sistema necesita que el fluido fluya la mayor parte del tiempo, y permanecer abierta cuando no hay corriente es más seguro o ahorra energía, es mejor elegir una electroválvula normalmente abierta (NA).

Paso 3: Adaptar las características del fluido, la presión y el caudal - Principio de funcionamiento y material

Fíjate bien en cómo es el fluido, la presión de trabajo y el caudal. Esto te ayudará a elegir el principio de funcionamiento y el material adecuados:

• Para usos con baja presión, bajo caudal, vacío o que necesiten una diferencia de presión cero para arrancar, una electroválvula de acción directa es la mejor elección.
• Para usos con mayor presión y gran caudal, si el sistema tiene suficiente diferencia de presión, elegir una electroválvula pilotada es más rentable. El tipo de fluido y su temperatura le indican de qué material deben estar hechos el cuerpo de la válvula y las juntas (como materiales especiales para fluidos que corroen el metal o para lugares muy calientes). Esta es la elección de los materiales. Elegir el material equivocado puede dañar la válvula y hacer que no dure mucho. Es como poner el combustible equivocado en un coche.

Paso 4: Confirmar los parámetros eléctricos y el método de conexión

Por último, compruebe que la electroválvula encaja con su sistema de control de la electricidad y cómo se conecta a las tuberías:

• ¿Qué tensión (CA o CC) necesita la bobina de la electroválvula? Esta es la energía que hace funcionar el "cerebro".
• ¿Cuál es el tamaño de la conexión de la tubería? ¿Qué tipo de rosca o brida necesita? De este modo se garantiza que la válvula pueda colocarse correctamente en su sistema de tuberías.

Seleccionar la electroválvula adecuada entre muchos tipos y parámetros es crucial para el rendimiento y la fiabilidad del sistema. Para ello, no sólo hay que entender la válvula, sino también aprovechar los conocimientos profesionales y la experiencia del proveedor. Empresas como VINCER, centradas en válvulas automatizadas, aportan un valor significativo en este sentido. Ofrecen más que productos; su equipo técnico profesional realiza un análisis detallado en 8 dimensiones de las condiciones de trabajo del cliente (medio, temperatura, presión, norma de conexión, método de control, etc.). Basándose en esto, proporcionan sugerencias exactas sobre el tipo de válvula y pueden ofrecer soluciones de electroválvulas personalizadas. Su amplia experiencia en el sector ayuda a identificar posibles riesgos, y un estricto control de calidad garantiza la fiabilidad de los productos. Esta asistencia profesional en la selección ayuda a los clientes a evitar errores costosos desde el principio. Elegir a VINCER significa elegir a un socio fiable que ofrece un servicio integral y un sólido soporte técnico para garantizarle la electroválvula que mejor se adapte a sus necesidades.

Consejos de mantenimiento y solución de problemas comunes

El mantenimiento regular y el conocimiento de las formas básicas de solucionar problemas son muy importantes. Garantizan que una electroválvula funcione de forma fiable durante mucho tiempo.

• Mantenimiento básico: Compruebe regularmente el exterior de la válvula y manténgala limpia. Compruebe que las conexiones eléctricas sean sólidas y que las conexiones de las tuberías no presenten fugas. Preste especial atención: Si el fluido tiene suciedad, debe instalar y limpiar regularmente un filtro antes de la válvula. Esto evita que la suciedad desgaste las piezas del interior y acorta su vida útil. La suciedad es como papel de lija para las piezas del interior.
• Problemas comunes y qué comprobar: 

1. La válvula no se mueve: El problema más directo. En primer lugar, compruebe si la válvula tiene corriente y la tensión correcta. Si la alimentación es correcta, puede que la bobina esté quemada o que un cable interno esté roto. A veces el émbolo se atasca porque está viejo o hay suciedad en su interior. 
2. La válvula no cierra completamente (tiene fugas): Esto suele ocurrir porque la abertura de la válvula no está bien sellada. Las razones más comunes son la suciedad atascada en la abertura, o que la junta esté desgastada/dañada. Un muelle débil también puede hacer que no cierre bien. 
3. La válvula no se abre completamente (bajo caudal): Además de problemas de potencia, esto puede deberse a que el filtro en la entrada está bloqueado (especialmente para los tipos piloto), o algo en el interior bloquea el paso principal, o (para los tipos piloto) no hay suficiente diferencia de presión. 
4. Ruidos extraños o sacudidas: Puede estar relacionado con cambios en la presión del fluido, sacudidas de la tubería o alguna pieza del interior de la válvula está suelta o ligeramente atascada.

• Consejo de seguridad y ayuda de expertos: Antes de comprobar o arreglar cualquier cosa, debe desconectar la corriente y eliminar la presión de las tuberías. En caso de problemas complejos o inciertos, se recomienda encarecidamente ponerse en contacto con un proveedor profesional de electroválvulas como VINCER para obtener asistencia técnica. Elegir el producto adecuado y obtener ayuda profesional después de la compra puede ayudar a evitar y solucionar estos problemas.

Tendencias futuras en tecnología de electroválvulas

De cara al futuro, la tecnología de las electroválvulas seguirá mejorando. Seguirá el camino de la automatización y la fabricación inteligente. Será más inteligente y estará más conectada, formando parte de sistemas inteligentes. Las empresas intentarán consumir menos energía y ser más respetuosas con el planeta. Esto reducirá los costes y será mejor para el medio ambiente. La protección del medio ambiente es un objetivo. Las válvulas serán cada vez más pequeñas y se fabricarán por piezas. Así cabrán en lugares pequeños y serán fáciles de reparar. Y seguirán mejorando en lo que hacen. Serán capaces de realizar trabajos más difíciles y complejos. Empresas como VINCER, que trabajan en nuevas ideas de válvulas automatizadas, contribuyen activamente a que se produzcan estos cambios.

Conclusión

Esperamos que este artículo le haya ayudado a entender qué es una electroválvula. Comprender esta pequeña pero potente pieza, y cómo elegir el tipo de válvula adecuado en función de sus necesidades, le ayudará a trabajar mejor con los sistemas de control de fluidos. Si tiene necesidades específicas de control industrial, elegir un socio como VINCER, que tiene mucha experiencia y puede fabricar productos a medida, le ayudará a obtener buenos resultados más rápidamente en el mundo del control de fluidos.