Cómo seleccionar una válvula de solenoide para un cilindro neumático: flujo, tiempo de carrera y parada.

Un cilindro puede tener suficiente fuerza teórica y aun así moverse demasiado lento cuando la válvula, la tubería, los accesorios, los controles de flujo o la vía de escape restringen el aire. Haga coincidir el cilindro y la válvula como una sola cadena neumática. Comience con la fuerza requerida y el tiempo de carrera a la presión más baja disponible durante el movimiento, luego verifique la ruta completa de suministro y escape. Si el comportamiento de parada protege a las personas o a una carga suspendida, defina y valide esa función de seguridad por separado. Un símbolo de válvula 5/3 por sí solo no demuestra una parada segura.

Dónde se utiliza este método

Estos ejemplos son funciones de máquina, no productos preseleccionados. El mismo diámetro puede requerir una válvula diferente cuando cambian la carrera, el tiempo objetivo, la longitud de la tubería, la restricción de escape o el número de movimientos simultáneos.

Comience con la tarea de la máquina y su estado de parada definido

Anote la dirección de la carga, la fuerza requerida en el mecanismo, la carrera completa, los tiempos deseados de extensión y retracción, el tiempo de permanencia, los ciclos por minuto y la presión dinámica mínima. La presión dinámica significa la presión medida mientras los actuadores relevantes se están moviendo, no la lectura del manómetro en reposo. Observe si otros cilindros comparten el mismo colector de válvulas o ramal en ese momento.

Defina el estado requerido después de la pérdida de energía eléctrica, señal de control o aire comprimido. Un empujador de cartón horizontal puede tener permitido ventilar y regresar más tarde. Un eje vertical, abrazadera o compuerta puede necesitar una restricción mecánica, un dispositivo de retención dedicado o un circuito neumático relacionado con la seguridad. Esa decisión proviene de la evaluación de riesgos de la máquina, no de una preferencia por un centro de carrete particular.

Trabaje la selección en este orden

1. Calcule el área del pistón necesaria para la fuerza especificada a la presión mínima en el cilindro. Trate esto como un primer filtro. La fricción, la contrapresión, la aceleración, la geometría del enlace y la dirección de la carga reducen la fuerza utilizable. Para la retracción, use el área anular de los diámetros exactos del pistón y del vástago.
2. Calcule el volumen geométrico de la cámara a partir del diámetro, la carrera y el área del pistón aplicable. Incluya el volumen muerto y el volumen de la tubería en el modelo detallado.
3. Convierta el requisito de movimiento en un requisito de flujo usando presión absoluta y condiciones de referencia claramente establecidas. No aplique un atajo de Kv de líquido incompresible al aire sin el método y las condiciones de prueba del fabricante.
4. Modele la válvula, el colector, la tubería, los accesorios, los controles de flujo unidireccionales, los silenciadores y la recolección de escape como un sistema. ISO 6358-1 define métodos para caracterizar componentes con flujo compresible. ISO 6358-3 aborda la estimación de las características de flujo combinadas de componentes y tuberías.
5. Seleccione la función de la válvula, el tamaño de puerto, el voltaje de la bobina, la conexión eléctrica, la anulación manual, la clasificación ambiental y los accesorios aprobados de la hoja de datos exacta. Verifique tanto las rutas de suministro como las de escape.
6. Ponga en marcha a velocidad controlada, luego registre el tiempo de carrera y la presión en la salida de la unidad de servicio y en los puertos del cilindro mientras la máquina realiza la secuencia real. Corrija la restricción que revelen las mediciones.

Ejemplo de filtrado trabajado para un empujador de cartón

Este es un cálculo ilustrativo, no una recomendación de modelo. Una máquina de empaque de cajas usa un cilindro de doble efecto con un diámetro de 32 mm y una carrera de 200 mm. El tiempo objetivo de extensión es de 0,40 s. El suministro mínimo medido es de 5 bar manométricos mientras el empujador y otros dos actuadores se mueven. Para un primer filtro, use aproximadamente 6 bar absolutos y una referencia de 1 bar absoluto a la misma temperatura.

El área del pistón en el lado de la tapa es π × 0,032² ÷ 4, que es aproximadamente 0,000804 m². El volumen geométrico del lado de la tapa es esa área × 0,200 m, aproximadamente 0,000161 m³ o 0,161 L. Multiplicando por la relación de presión absoluta da aproximadamente 0,965 litros de referencia para la carrera ideal. Dividiendo por 0,40 s da aproximadamente 2,41 L/s, o 145 L/min en la condición de referencia indicada.

Ese resultado es solo un valor de filtrado. Omite el volumen de la tubería y el volumen muerto, el cambio de temperatura, las fugas, el amortiguamiento, el perfil de movimiento y la pérdida de presión. Tampoco dice nada sobre la carrera de retracción, porque ese cálculo necesita el diámetro real del vástago. No elija una válvula solo porque un catálogo muestre un flujo nominal superior a 145 L/min. Los valores de flujo del catálogo dependen de las condiciones de prueba indicadas, y el accesorio, silenciador, tubería o paso de colector más estrecho puede dominar el tiempo de carrera real. Ejecute la cadena completa a través de la herramienta de dimensionamiento o simulación del fabricante y compare el resultado con las mediciones de puesta en marcha.

Límite del estado seguro

Una válvula 5/3 de centro cerrado puede atrapar aire comprimido, pero el aire atrapado es compresible y las válvulas y los cilindros tienen fugas. Una carga externa aún puede moverse. Un centro con escape puede liberar fuerza y puede permitir que la gravedad mueva un eje. Un centro presurizado no mantiene automáticamente la posición porque las áreas del pistón difieren y la presión puede cambiar. Ninguna de estas funciones de centro por sí sola establece una función de seguridad.

Use ISO 12100 para identificar el peligro y la reducción de riesgo requerida. Cuando una función de control neumático está relacionada con la seguridad, diseñe y valide las partes de control relevantes utilizando la norma de maquinaria aplicable y un método como ISO 13849-1. El diseño final puede requerir un soporte mecánico, bloqueo de vástago, disposición de válvula de retención pilotada, válvula de seguridad, estado de presión monitoreado u otra medida. La elección correcta depende de la carga, los modos de falla, el nivel de rendimiento requerido y los resultados de validación. No ingrese a una zona de peligro asumiendo que la presión está atrapada. Siga el procedimiento de aislamiento del sitio y verifique la condición segura.

Verificaciones prácticas de instalación y puesta en marcha

Mantenga las rutas de tubería tan cortas y directas como lo permita el diseño de la máquina, pero conserve el acceso de servicio y el radio de curvatura especificado para la tubería. Haga coincidir los accesorios con el material y las dimensiones de la tubería. Dimensione las ramas comunes de suministro y escape para la demanda simultánea, no un actuador aislado. Verifique si un silenciador se ha contaminado si el tiempo de carrera aumenta gradualmente.

Los controles de flujo ajustan la velocidad después de que la cadena tenga suficiente capacidad. La guía de cilindros de Festo describe agregar controles de flujo o velocidad para estabilizar la extensión y la retracción. Su ajuste no repara una ruta aguas arriba subdimensionada. Comience la puesta en marcha a una velocidad controlada, confirme el amortiguamiento con las instrucciones exactas del cilindro y observe el impacto duro en el extremo, el rebote, el colapso de presión o el movimiento inestable. Registre los ajustes finales y las trazas de presión para que el mantenimiento pueda distinguir una falla futura del diseño original.

Información necesaria para una consulta de modelo

Envíe los códigos de tipo actuales del cilindro y la válvula, fotos claras de la placa de identificación, diámetro, diámetro del vástago, carrera, montaje, amortiguamiento, tamaño y longitud de la tubería, presión de suministro durante el movimiento, tiempos de carrera objetivo, voltaje de la bobina, tipo de conector, ciclo de trabajo, condiciones ambientales y el estado requerido después de la pérdida de energía. Incluya la función de la máquina y los movimientos simultáneos.

WarriorZ es una empresa independiente de soporte de abastecimiento e identificación de modelos. No es Festo y no emite aprobaciones del fabricante. WarriorZ puede ayudar a identificar una pieza existente y organizar la información de abastecimiento. El constructor de la máquina o el ingeniero responsable debe aprobar el diseño neumático, la función de seguridad y la evidencia de puesta en marcha. Consulte componentes neumáticos, soporte de abastecimiento de Festo, o envíe las entradas registradas a través del formulario de consulta.