Con el nombre genérico de válvulas, se conoce a una serie de órganos de mando, que tiene la misión de regular y distribuir la energía neumática hacia los actores (cilindro o motores).

El CETOP (Comité Europeo de Trasmisiones Oleohidráulicas) divide las válvulas de regulación y distribución en los siguientes grupos:

Los elementos de mando (válvulas), se caracterizan porque la energía necesaria para su accionamiento es muy pequeña, debido a que la resistencia a vencer es baja y el recorrido del elemento móvil es muy corto. Podemos decir, que el mando es un dispositivo que utiliza pequeñas energías para el gobierno de grandes energías.

En la clasificación más importante que se realiza de los distribuidores, e indica el funcionamiento de la válvula, sin tener en cuenta para ello, ni su construcción ni su pilotaje.

Se entiendo por número de vías, el número de orificios de conexión externas que tiene la válvula, sin cortar los orificios de purga, ni los orificios de pilotaje de las válvulas gobernadas reumáticamente.

Se entiendo por número de posiciones, el número de combinaciones de conexión interna que entre las distintas vías de la válvula se puedan realizar. Así por ejemplo, la válvula de la Figura 6.2 tiene tres vías (orificios 1, 2 y 3) y dos posiciones, vía 1 obturada y la vía 2 unida con la 3; o vía 1 unida con la 2 y la vía 3 obturada.

En los circuitos las válvulas representas mediante símbolos, los cuales dependen del número de vías y posiciones de las válvulas, pero son independientes del sistema de construcción de las mismas.

La representación simbólica de los distribuidores, según CETOP e ISO, se realiza en base a las siguientes directrices:

1º - El distribuidor está compuesto de tantos cuadro yuxtapuestos como posiciones pueda optar. Para la válvula de la Figura 6.2 se tendrá:

2º - En cada posición (cuadrado) las vías que se encuentran conectadas se unen mediante una línea recta y una flecha que indica el sentido de circulación del aire. Las vías que se encuentran cerradas se representan mediante una línea transversal. En la válvula de la Figura 6.2, se tiene:

Si entre dos vías el aire puede circular en ambos sentidos, se indican éstos mediante las flechas respectivas.

3º - Las líneas que representan las tuberías de conducción (conexiones externas) se representan en la posición de reposo de la válvula; en el caso de que ésta posición no exista se representa en la posición inicial. Por tanto, las conexiones nos indican la posición que ocupa la válvula en ese instante. Se entiende por posición de reposo lo que ocupa la válvula cuando no está montada en el circuito y por posición inicial, la que ocupa la válvula en la posición de reposo o arranque del circuito.

Las tuberías que se unen a las vías, sólo se representan en una de las posiciones indicadas, pues las vías de una válvula se encuentran en el cuerpo de la misma y son comunes a todas las posiciones.  

   
INCORRECTO

Tampoco pueden representarse unas conexiones en una posición y otras en otra, pues la válvula adopta una posición determinada y no parte de varias posiciones.

INCORRECTO

4º - Se representa la vía que se encuentra conectada con la red de aire comprimido, para lo que se emplea el siguiente símbolo (    ).  No  se dibujan todas las tuberías de la conexión a la red con el fin de simplificar el circuito.

5º - La vía por la que se produce el escape del aire comprimido a la atmósfera se señala mediante un triángulo, que si se dibuja adyacente al cuadrado indica que dicha vía no tiene rosca de conexión y si se encuentra separado mediante una línea india que la vía de escape tiene rosca de conexión. La rosca se necesita para el montaje de los silenciadores.

Escape sin conexión de rosca

    Escape con rosca de conexión

6º - Las vías se designan mediante número (antiguamente por letras mayúsculas) que se disponen únicamente en la posición que esté ocupando la válvula. Los números utilizados para cada vía son los siguientes.

El pilotaje 12 indica que con él se consigue unir la vía 1 con la 2 y el pilotaje 14 la 1 con la 4. Es decir, los dos números del pilotaje indican con que vía de utilización se un e la vía de presión.

7º - En los circuitos las líneas que representa conducción comprimido hacia los actuadotes, se llaman líneas de suministro de caudal o de trabajo, y se representan mediante una línea continua.
Las líneas que transporta aire para el mando de las válvulas se denominan lías de pilotaje y se representan median una lía de trazos.
La conexión de dos líneas se representa mediante un punto.
Las líneas que se cruzan se representan mediante un cruce.

Para representar que varios elementos de un plano forman un Conjunto se utiliza línea de punto y raya.

Atendiendo a la energía utilizada los accionamientos de las válvulas se pueden clasificar de acuerdo con el Cuadro 6.1. A su vez, dependiendo de que la energía utilizada sea la que produce el cambio de posición de la válvula; o sea lo que abre el paso a otro tipo de energía que es la que realmente produce el cambio de posición, las válvulas se pueden clasificar en:

           - Mando directo.                                         – Mando indirecto o servopilotado.
 

Los símbolos de los accionamientos se dibujan en el centro de las caras menores del rectángulo formado por los diversos cuadrados yuxtapuestos, de modo que cada accionamiento se dibuja al lado de la posición que adquiere la válvula cuando el accionamientos es activado. En la válvula de la Figura 6.3 el muelle hace que la vía de presión se encuentre cerrada y que la vía 2 se encuentre comunicada con el escape. Cuando se acciona manualmente, la vía 1 se une con la 2 y el escape se cierra.

En el servopilotaje del ejemplo, la energía humana abre una válvula piloto que es la que acciona la válvula principal.

Cuando se acciona una válvula las tuberías no se desplazan, ni el cuerpo de la válvula, lo único que sufre un desplazamiento es el órgano móvil (corredera u obturador) de la misma, por tanto se puede decir, que el símbolo representa las conexiones internas establecidas por el órgano móvil de la válvula.

Si en la posición de reposo se encuentra obturada se dice que la válvula es normalmente cerrada (NC) y si en la posición de reposo la vía de presión se encuentra comunicada se dice que la válvula es (NA). Esta denominación no tiene sentido en válvulas 4/2 y 5/2, ni válvulas 2/2 y 3/2 que no tengan retorno por muelle.

Según CETOP, las válvulas distribuidoras se designan mediante dos números separados por una barra inclinada, de modo que el primero de ellos indica el número de vías y el segundo el número de posiciones. Para precisar más la designación, se indican a continuación los sistemas de accionamiento de la válvula. La válvula Figura 6.3 se designará: válvula ¾ NC con pilotaje manual.

Cuadro 6.1 Tipos de accionamiento

Atendiendo a su construcción interna las válvulas distribuidoras se pueden clasificar en los siguientes grupos:

       De corredera                               De asiento                              De disco

En las válvulas de corredera, las distribución del aire comprimido, se logra mediante el desplazamiento de un émbolo interno que se mueve en dirección perpendicular al flujo de la corriente. Son válvulas normalmente utilizadas ya que si construcción es muy simple al presentar un solo órgano móvil. Sus características son:

En las válvulas de asiento, la distribución del aire comprimido se logra mediante un obturador que se mueve en la misma dirección que el flujo de la corriente. Son las válvulas utilizadas para caudales muy grandes o muy pequeños y presentan las siguientes características:

• Fuerza de actuación relativamente grande, pues normalmente habrá que vencer la fuerza de un muelle más la ejercida por la presión sobre el obturador.
• El cambio del sentido del flujo entre vías puede originar problemas.
• Tiempo de respuesta muy corto.
• Insensibilidad a la suciedad
• El desgaste se compensa automáticamente por lo que presentan una gran estanquidad.

En las válvulas de disco, Figura 6.6, la distribución del aire comprimido se logra mediante un disco que tiene agujeros, que cuando coinciden con las vías de distribución dejan pasar el aire. Estas válvulas presentan la ventaja de que permiten regular el caudal del aire abriendo principalmente el paso del mismo, pero tienen el inconveniente de que su accionamiento es manual.

La Figura 6.7 muestra una válvula de asiento de dos vías (orificios 1 y 2) y dos posiciones. En la posición de reposo los orificios 1 y 2 se encuentran comunicados debido a la acción del resorte. Al accionar el pulsador, venciendo la fuerza del muelle y la ejercida por la presión del aire comprimido, se establece la comunicación entre las vías 1 y 2. Al soltar el pulsador el resorte lleva la válvula a la posición de reposo.

Como la normativa CETOP  no establece que la posición cerrada se encuentra a la derecha o izquierda, arriba o abajo, cualquiera de as representaciones mostradas es correcta, pues lo único importante en la representación de la válvula, es indicar las diferentes posiciones y los accionamientos mediante los que se consigue cada una de ellas. Lo dicho es válido para todas las válvulas.

La Figura 6.8 muestra una válvula de asiento plano de dos vías (orificios 1 y 2) y dos posiciones. En la posición de reposo los orificios 1 y 2 se encuentran comunicados debido a la acción del resorte. Al accionar el pulsador venciendo la fuerza del muelle y la ejercida por la acción del aire comprimido, se corta la comunicación entre 1 y 2. al soltar el pulsador el resorte lleva la válvula a la posición de reposo.

Válvula 2/2 NA accionamiento manual

La Figura 6.9 muestra una válvula de corredera de dos vías (orificios 1 y 2) t dos posiciones. En la posición de reposo las vías 1 y 2 se encuentran comunicadas debido a la acción que ejerce el soporte sobre la corredera. Al accionar la válvula, venciendo la fuerza del muelle, se corta la comunicación entre las vías 1 y 2. Nótese que la corredera se encuentra equilibrada por lo que únicamente hay que vencer la fuerza del resorte.

Válvula 2/2 NA, accionamiento manual

Los orificios M y N son orificios para purgar el aire que por fugas pudiera pasar a dichas cámaras, y que con el tiempo podría impedir el accionamiento de las válvulas. Estos orificios de purga no se representan en la simbología de la válvula.

La válvula de la Figura 6.10 muestra un distribuidor de corredera de dos vías (orificios 1 y 2) t dos posiciones. En la posición de reposo las vías 1 y 2 se encuentran incomunicadas debido a la acción que ejerce el muelle. Al accionar las válvulas, venciendo la acción del resorte, se establece la comunicación entre las vías 1 y 2.

Válvula 2/2 NA, accionamiento manual

Las válvulas 2/2 se utilizan como válvulas de paso. Veamos lo que ocurre si con una válvula 2/2 se intenta gobernar un cilindro de simple efecto Figura 6.11

Si se pone un válvula 2/2 NC, al activar la vía 1 se une con la 2 y el vástago del cilindro sale. Al desactivar el vástago queda extraído, pues el aire a presión que había entrado en la cámara posterior, queda atrapado con ella, por lo que el cilindro ya no ejerce más movimientos, por mucho que activemos y desactivemos la válvula.

Para que el cilindro pudiera realizar su trabajo mediante válvulas 2/2, se tendría que utilizar otro distribuidor 2/2 NC, que ponga la cámara posterior del cilindro en conmutación de la atmósfera. Figura 6.12

De esta forma al activar el distribuidor A, se pone en comunicación la vía 1 con la 2 y el vástago sale. Si desactivamos A y activamos B, el vástago del cilindro regresa, al comunicarse 4 con 3 del distribuidor B. si se pulsan A y B a la vez, el aire comprimido se va directamente a la atmósfera.

El montaje de la Figura 6.12 tiene el inconveniente de que hay que usar dos pulsadores para que el cilindro realice sus movimientos. Para evitarlo imaginemos que se uniesen las correderas de una válvula 2/2 NC y otra 2/2 NA, entonces se podría hacer que con un solo pulsador el cilindro realice su trabajo Figura 6.13.

En el montaje de la Figura 6.13, al activar el sistema, la vía 1 se comunica con la 2, mientras que se obturan 4 y 3, por lo que el vástago del cilindro sale. Al soltar el pulsador, el aire de la cámara posterior se pone en comunicación con la atmósfera, mientras que la vía 1 se cierra, por lo que el vástago del cilindro retorna.

Imaginemos ahora que las dos válvulas anteriores las montamos en un solo conjunto Figura 6.14. Los orificios de conexión externa del mismo serían las vías 1, 2 y 3, de modo que en posición de reposo de la vía 1 se encuentran cerrada y la vía 2 comunicada con la 3. Si se activa el conjunto, la vía 1 se comunica con la 2 y la 3 se cierra.

Por tanto, se puede concluir que el gobierno de un cilindro de simple efecto necesita de una válvula 3/2 Figura 6.15

La figura 6.16 muestra una válvula de asiento de tres vías (orificios 1,2 y 39 y 2 posiciones. En la posición de reposo, el núcleo móvil de electroimán es mantenido en la parte inferior por la acción de un resorte, obturando la vía de presión (1), y estableciendo la comunicación entre la vía de utilización (2) y la vía de escape (3). Al excitar el electroimán, el núcleo es atraído por la acción del campo magnético creado por la bobina, poniendo en comunicación la vía (1) con la (2) y obturando (3). La construcción de la figura tiene el inconveniente de que entre una posición y la otra existe un período transitorio, durante el cual el aire de la vía de presión (1) escapa directamente a la atmósfera por (3) sin haber realizado trabajo alguno.

Válvula 3/2 NC, accionamiento eléctrico

La Figura 6.17 muestra una válvula de asiento de tres vías (orificios 1,2 y 3) y 2 posiciones. En la posición de reposo la vía de presión (1) se encuentra cerrada, mientras que la vía de utilización (2) se encuentra comunicada con el escape (3). El excitar neumáticamente la válvula por 12, se comunica la vía 1 con la 2 y se cierra la vía 3. la construcción de la figura tiene el mismo problema que la válvula anterior.

La Figura 6.18 muestra un válvula de asiento de tres vías (orificios 1,2 y 3) y 2 posiciones servopilotadas. En la posición de reposo la vía de presión (1) de la válvula principal se encuentra comunicada con la vía de utilización (2) y la vía (3) se encuentra cerrada. A su vez la vía (P) de la válvula piloto se encuentra cerrada, mientras que la vía (B) se encuentra comunicada con el escape (S). Al excitar mecánimente el distribuidor, se levanta el asiento de la válvula piloto, que estable la comunicación entre las vías P y B a la vez que cierra el escape S. El aire que penetra por B actúa membrana que en primer lugar hace descender el asiento que cierra la vía (1) y a continuación hace descender otro asiento que pone en comunicación las vías 2 y 3. Por tanto esta válvula no tiene período transitivo que comunica la presión con el escape.

Válvula 3/2 NA, accionamiento por rodillo

El servopilotaje tiene la misión de disminuir el esfuerzo necesario para el accionamiento de la válvula. Si el pilotaje se hiciese directamente sobre la válvula principal, se tendría que vencer la fuerza de un resorte fuerte y la ejercida por la presión del aire comprimido sobre el asiento que comunica las vías 2 y 3. Con el servopilotaje solo hay que vencer la fuerza de un muelle ligero de la válvula piloto y la ejercida por la presión sobre el asiento de pequeñas dimensiones de la misma, la cual abre aso a una membrana de elástica de grandes dimensiones sobre la que actúa el aire comprimido, que es el que realmente produce el pilotaje de la válvula principal. La Figura 6.19 muestra el símbolo de las válvulas que forman el conjunto y la Figura 6.20 el símbolo simplificado que se emplea en los circuitos.

La válvula de la Figura 6.18 se convierte en 3/2 NC, intercambiando las vías de presión y escape y girando 180° la cabeza de la misma.

La Figura 6.21 muestra una válvula de corredera de tres vías (orificios 1,2 y 3) y dos posiciones: vía de presión (1) cerrada y vía de utilización (2), comunicada con el escape (3) o vía 1 comunicada con 2 y 3 cerrada.

Válvula 3/2 de memoria

En esta válvula ya no cabe hablar de posición de reposo, ya que puede adoptar de forma estable cualquiera de las posiciones cuando la válvula se encuentra sin conectar al circuito.

Estas válvulas que no tienen muelle de reposición se denominan biestables, de memoria o de impulsos. Biestables porque pueden ocupar cualquiera de las posiciones en la situación de reposo de la válvula. De memoria porque retienen la posición adquirida por la última orden recibida. De impulso porque basta con un impulso (eléctrico o neumático) para adquirir y mantener la posición obtenida con la orden dada.

Las válvulas 3/2 se utilizan en aquellas aplicaciones en las que se requiera gobernar el flujo de aire en una sola tubería, como el gobierno de cilindros de simple efecto o el gobierno del pilotaje neumático de válvulas.

Para el gobierno de un cilindro de doble efecto se necesitan dos válvulas 3/2 tal como se muestra en la Figura 6.22. En ella, al activar ambas válvulas, se comunica la cámara posterior con presión y la anterior con el escape con lo que el vástago del cilindro sale. Al desactivarlas el vástago del cilindro regresa.

Si uniésemos las correderas de ambas válvulas, y las presiones y los escapes, y todo ello lo englobásemos en un conjunto resultaría la Figura 6.23, cuyo funcionamiento es idéntico a la Figura 6.24.

Si uniésemos las correderas de las válvulas de la Figura 6.22 y también las presiones y todo ello lo englobásemos en un conjunto resultaría la Figura 6.25, cuyo funcionamiento es idéntico al de la Figura 6.26

Estas válvulas permiten alimentar alternativamente dos canalizaciones, de forma que cuando alimenta una, pone en escape la otra y viceversa.

La Figura 6.27 muestra una válvula de asiento servopilotada,  de cuatro vías (orificios 1, 2, 3 y 4) y dos posiciones. Posición de reposo: orificio de presión (1) unido con la vía de utilización (4) y vía de utilización (2) unida con el escape 3. Posición activada: vía 1 unida con 2 y 4 con 3.

Se trata de una válvula monoestable, pues la posición de reposo es la definida. En las válvulas de 4 vías ya no cabe la denominación de NC o NA, pues la vía de presión siempre está comunicada con alguna de las vía de utilización.

La Figura 6.28 muestra un distribuidor (Joucomátic) de 5 vías, con placa base de orificios laterales y con diferentes posibilidades de pilotaje:

- Si se ponen ambos pilotajes las tapas numeradas con (1) se obtiene un distribuidor 5/2 con pilotaje neumático directo (Figura 6.28a)

- Si en el pilotaje 12 se monta la tapa (2), se obtiene un distribuidor monoestable, pues se une la vía de presión (1) con el pilotaje (12) por lo que en esta cámara siempre habrá presión y como su superficie es menor que la del pilotaje 14, la válvula cambiará de posición cuando se pilote por éste, y recuperará la posición inicial en el momento que se retire la orden (14). Por tanto la tapa (2) realizará la misma función que un muelle mecánico, pero con la ventaja de que en este caso el efecto se consigue mediante aire comprimido. Con las tapas de la Figura 6.28, la representación del distribuidor será (Figura 6.28c):
 
- Con las tapas (3) se consigue un pilotaje electroneumático, teniendo que conectar los orificios 12 y 14 directamente con presión para que la válvula piloto disponga de aire comprimido (Figura 6.28b).

- Mediante las tapas (4) se consigue un pilotaje electroneumático, pero en este caso no hace falta alimentar la electroválvula externamente, ya que estas tapas unen la vía de presión (1) con la electroválvula (Figura 6.28e).
 
- Mediante las tapas X1, se consigue un distribuir de tres posiciones, centro cerrado, centro por muelles y con pilotaje neumático (Figura 6.28f)

La mayoría de los distribuidores de carrera 5/2 se pueden convertir en 5/3, sin más que colocar dos muelles exactamente iguales en los extremos de la corredera. De este modo se consiguen tres posiciones en el recorrido de la misma, de tal forma que cuando el distribuidor esté en reposo (sin pilotaje por 12 ni por 14) la corredera quedará en la zona central de su recorrido. Mandando el distribuidor por sus pilotajes, se consigue el mismo funcionamiento que con la válvula 5/2, pero aquellos tienen otra posibilidad, como puede ser, dejar ambas cámaras del cilindro sin presión, por ejemplo para la reparación del mismo, dejar el cilindro bloqueado en una posición, etc.

La Figura 6.29 muestra un distribuidor 5/3 de centro abierto y la fig. 6.30 un distribuidor 5/3 de centro cerrado. Estos distribuidores suelen tener correderas intercambiables, para con un mismo cuerpo, poder conseguir diferentes posiciones centrales.

Distribuidor 5/3, centro abierto, pilotaje neumático.

Distribuidor 5/3, centro abierto, pilotaje neumático.

La designación de un distribuidor de 3 ó más posiciones se realizan indicando el número de vías y posiciones, el tipo de centro en posición de reposo y el pilotaje utilizado para la adquisición de las diferentes posiciones.

Por último decir, que de un distribuidor con un determinado número de vías, siempre se puede obtener otro de menor número de vías, para lo cual se habrá que obturar las vías que se precisen (Figura 6.30b).

2.4 Clasificación de las válvulas distribuidoras según la misión que desempeñan.
 
De acuerdo con la misión desarrollada por los distribuidores en los circuitos, se puede hacer la siguiente clasificación de los mismos:

- Distribuidores principales o de potencia. Son aquellos que gobiernan en los circuitos, los movimientos de los actuadores, es decir, aquellos que sus vías de utilización están conectadas con las vías de los actuadores.

- Distribuidores finales de carrera. Son aquellos que gobiernan los movimientos de los actuadores, es decir, aquellos que sus vías de utilización están conectadas con las vías de los actuadores.

- Distribuidores auxiliares. Son todos aquellos distribuidores, que participando en el mando, no pertenecen a ninguno de los grupos anteriores.

3.  Selección de los distribuidores

La selección del distribuidor adecuado para una aplicación determinada, conlleva;
- Determinar el número de vías y posiciones que debe tener para el desarrollo de la función encomendada.
- Determinar el sistema de accionamiento.
- Obtener el distribuidor que nos de una relación Q/ΔP que haga que el cilindro pueda desarrollar su trabajo en el tiempo previsto.
- Conocer las características de los racores del distribuidor.

3.1 Determinación del número de vías y posiciones.

Para determinar el número de vías y posiciones que debe tener un distribuidor, para el cumplimiento de cierta función, nos debemos fijar en los siguientes aspectos:

El número de tuberías a gobernar, nos determina el número mínimo de vías de utilización o de trabajo del distribuidor. Así por ejemplo,  Figura 6.31, para el gobierno de un cilindro de simple efecto, necesitamos de una sola vía de trabajo, pues sólo tenemos que gobernar una tubería. Para el gobierno de un cilindro de doble efecto necesitamos de dos vías de trabajo al tener que gobernar dos tuberías.

El sentido del aire nos determina las vías que no son de utilización, así como el número mínimos de posiciones que debe tener el distribuidor.

Así por ejemplo, en un cilindro de simple efecto, necesitamos inducir presión para que el vástago salga (sentido de circulación a), Figura 6.32 y necesitamos extraer el aire comprimido para que el vástago retorne (sentido b). Por tanto el distribuidor correspondiente debe tener una vía de presión (1) y otra de escape (3).

Ahora bien, para que el vástago salga, es necesario que la vía 1 se encuentre unida con la (2) y que la (3) se encuentre cerrada. Para que el vástago retorne, se necesita que la vía (2) se encuentre unida con la (3), mientras que la (1) debe estar cerrada. Por tanto se necesita como mínimo de un distribuidor con dos posiciones.

La Figura 6.32 muestra los pasos descritos para la determinación del número de vías y posiciones del distribuidor.

Cualquier distribuidor que tenga más de tres vías es válido para la función encomendada, lo único que tendríamos que taponar las vías de utilización sobrantes.

Un distribuidos de tres posiciones, centro cerrado, nos permitirá parar el cilindro en posiciones intermedias. Otro tipo de centro en este caso no tiene sentido pues realizará las mismas funciones que las posiciones extremas.

Si en vez de gobernar un cilindro de simple efecto gobernásemos neumáticamente una válvula monoestable, que tiene una sola tubería de pilotaje, el resultado obtenido sería el mismo, por lo que podemos concluir diciendo: para el gobierno de una tubería se necesita una válvula 3/2.

Analicemos del mismo modo lo que ocurre cuando se trata de gobernar un cilindro de doble efecto, tal como muestra la figura 6.33.

Las flechas (a), nos determina el sentido de circulación del aire para que el vástago pueda salir y las flechas (b) para que pueda entrar. Por tanto necesitamos como mínimo de una vía de presión (1) y otra de escape (3).

Ahora bien, para que el vástago salga, se necesitan los sentidos de circulación (a), lo que se logra uniendo 1 con 2 y 4 con 3. Para que el vástago retorne habrá que lograr los sentidos (b) de circulación, lo que se obtiene uniendo las vías 1 con 4 y 2 con 3. Por tanto se necesita como mínimo de un distribuidor con dos posiciones.

En el caso expuesto las dos vías de utilización tienen escape común. Si se pone escape diferente para cada vía, se necesita de un distribuidor 5/2, que como se sabe hace la misma función que el 4/2. Únicamente nos veríamos obligados  a poner 5 vías en el caso de que la regulación de velocidad se hiciese independiente para cada carrera y colocando los estranguladores en los escapes. En todos los demás casos es indiferente utilizar 4/2 ó 5/2.

El número de posiciones será superior a 2, cuando se necesite parar el cilindro en situaciones intermedias, y los tipos de centros más utilizados serán (Figura 6.33b):

El centro se utiliza para detener el cilindro en posiciones intermedias.
El centro abierto a escape permite mover manualmente el cilindro.

El centro abierto a presión permite tener un cilindro ó que éste avance, dependiendo de la diferencia de secciones de las cámaras y de la carga que transporte.

Si en vez de gobernar un cilindro de doble efecto, se gobernase neumáticamente una válvula biestable, que tiene dos tuberías de pilotaje, el resultado obtenido sería el mismo, por lo que se puede concluir, diciendo: Para el gobierno de dos tuberías se necesita como mínimo un distribuir 4/2 ó 5/2.

El sistema de regulación de la velocidad del cilindro, influye cuando se utilizan escapes rápidos para obtener la máxima velocidad en su carrera. Así por ejemplo, hemos dicho que para el gobierno de un cilindro de simple efecto se necesita de un distribuidor 3/2, excepto cundo se desea la máxima velocidad en la carrera de retroceso, en cuyo caso no se necesita escape en la válvula que gobierna el cilindro. Figura 6.34.

3.2 Selección del sistema de accionamiento.

Al activar una válvula, demos una orden que puede ser que deseemos que permanezca o desaparezca al cesar la excitación de la misma.

Cuando deseamos que desaparezca, introduciremos un sistema de muelle (mecánico o neumático) que retorne la válvula a la posición de reposo. Cuando deseamos que la orden permanezca la válvula no llevará muelle.

El mano neumático se utilizará solamente en máquinas muy simples, que no forman parte de un sistema de producción integrado o cuando por el tipo de producto, el mando eléctrico entrañe riesgo de explosión o incendio.

En todos los demás casos se utilizará mando eléctrico por ser más barato y más rápido.

3.3 Determinación de la capacidad de un distribuidor.

Muchas veces la selección de un distribuidor se hace en función de los racores del mismo, cuando en realidad dos distribuidores de idéntica función y con los mismos racores de entrada, pueden tener diferentes secciones de paso interior, así como diferente resistencia al paso del fluido.

Por tanto, es importante conocer algún factor que no de la capacidad de flujo para unas condiciones determinadas y, además, disponer de relaciones matemáticas, que a través de dicho factor, nos permitan calcular la capacidad de flujo para otras condiciones.

La capacidad de flujo de un distribuidor se determina para el agua, considerando esto como un fluido no viscoso, por lo que aplicando la ecuación de Bernoulli entre las secciones S1 y S2 de una tubería horizontal, Figura 6.35 se tiene:

Operando: (1)

Aplicando la ecuación de continuidad entre las secciones S1 y S2 se tiene:

; (2)

Introduciendo (2) en (1):

Despejando V1:

Llevando V1 a la ecuación de la continuidad se obtiene:

Expresión que nos dice que el caudal depende de la restricción, de la caída de presión en la misma y del líquido que por ella circula.

En la práctica la constante de restricción se da bajo un factor Kv, denominado factor de flujo, que se determina experimentalmente, por lo que el caudal de agua de un aparato viene dado por la siguiente expresión:

(3)

En ella Q = Umin
           ΔP = Caída de presión en Kp/cm²
            ρ = Densidad  en Kg/dm³

Por tanto se puede definir el valor Kv de una válvula, como el caudal de agua (ρ=1) de la misma en I/min que provoca una caída de presión de 1 Kg/cm².
En América se utiliza el factor Cv, de tal forma que:

(4)

3.3.1 Factor de flujo de válvulas en serie y en paralelo

Cuando varios elementos se encuentran en serie, el caudal de paso por todos ellos es el mismo y la pérdida de presión total es la suma de las pérdidas de presión en cada aparato, es decir (Figura 6.36)

SERIE:

Ahora bien, de (3) se obtiene:

Por lo que la ecuación anterior quedaría:

Simplificando:

(5)

PARALELO:

En este caso el caudal se distribuye de modo que la caída de presión en todos los aparatos es la misma, y el caudal total será la suma de los caudales que circulan por cada aparato (Figura 6.37)

Que sustituidos por la ecuación (3) nos queda

PARALELO

(6)

3.3.2 Cálculo del caudal en función del Kv del aparato

La Figura 6.38 muestra el comportamiento del flujo del aire en el interior de una tobera al variar la presión de salida en la misma. En ella se observa que si P2 > 0’5 P1 o ΔP < 0’5 P1 que la presión Pu en la estricción decrece respecto de P2 y P1, peo la velocidad en la restricción no alcanza la velocidad del sonido. En estas condiciones el flujo se denomina subsónico y el caudal de aire viene dado por la siguiente expresión empírica.

(7)

Ahora bien, cuando P2 ≤ 0’5 P1 o ΔP ≥ 0’5 P1 entonces, la presión en la restricción, y en una zona cercana a ella y que será tanto mayor cuanto menor sea P2, disminuye rápidamente. En estas condiciones se alcanza y sobrepasa la velocidad del sonido. Al finalizar esta zona hay una conversión de energía de velocidad, en energía de presión y la velocidad del aire vuelve a ser inferior a la velocidad del sonido.

Cuando P2 ≤ 0’5 P1 el flujo se denomina supersónico y el caudal de aire viene dado por la siguiente expresión.

(8)

En el flujo supersónico, cuando P2 es igual a la presión atmosférica, la presión en la restricción es inferior a la atmosférica. Esta depresión produce un enfriamiento del aire que da lugar a condensaciones, si el aire no está tratado convenientemente.

Las unidades en las expresiones (7) y (8) con las siguientes:

De las expresiones (7) y (8) se obtienen las siguientes conclusiones:

El gráfico de la Figura 6.39 sirve para determinar el Kv o el Qn de una válvula, en función de los parámetros citados. En la parte derecha del diagrama aparece una línea inclinada que nos determina la separación entre el flujo subsónico y supersónico. A la izquierda de dicha línea se encuentran las condiciones de flujo subsónico y a la derecha, las de flujo supersónico, en la que se observa que el Qn depende solamente de P1 y para nada de ΔP.

3.4 Características de los racores de entrada

Las vías se distinguen por el diámetro de la rosca ISO 228 utilizada. Estas roscas se designan mediante la letra G seguida de la medida nominal. La figura 6.49 muestra el perfil de rosca y las dimensiones de las utilizadas normalmente en válvulas neumáticas.