Terminales de válvulas: un componente esencial en la automatización industrial.

En la actualidad, la industria está en constante evolución, y la automatización industrial avanza continuamente hacia una mayor eficiencia, precisión y fiabilidad. En estos sistemas automatizados, se utiliza tecnología neumática, que impulsa todo, incluyendo las pinzas robóticas y la maquinaria de embalaje. En la industria, estos sistemas se diseñan para ser inteligentes, compactos y altamente integrados, lo que convierte el cableado y las tuberías tradicionales para cada sistema neumático individual en algo del pasado. Es aquí donde una terminal de válvulas se convierte en la solución ideal para la industria, ofreciendo un sistema de control neumático centralizado que proporciona un aumento significativo en la fiabilidad y la eficiencia de las líneas de producción automatizadas.

Si eres ingeniero o integrador de sistemas, este artículo te proporcionará todos los conocimientos fundamentales sobre la mecánica, la arquitectura, los beneficios y las aplicaciones de los terminales de válvulas para optimizar las arquitecturas de control neumático de la industria.

Introducción a los terminales de válvulas

En la automatización industrial, muchas industrias utilizan válvulas neumáticas para optimizar sus procesos. En lugar de cablear y conectar individualmente varias válvulas de control direccional, los fabricantes han desarrollado una solución mucho más fiable y eficiente: los terminales de válvula. El objetivo principal de estos terminales es integrar múltiples válvulas en una unidad compacta y altamente organizada.

Un terminal de válvulas está diseñado para brindar a los operadores un control centralizado de múltiples actuadores neumáticos, como cilindros, actuadores rotativos y pinzas, desde una sola unidad. Para garantizar un control centralizado eficiente, estos terminales de válvulas combinan la distribución neumática y la interfaz de control eléctrico, como las señales de comunicación para el controlador lógico programable (PLC). El aire comprimido de un compresor se dirige al canal neumático necesario para realizar la función requerida.

Antes de la introducción de estos terminales de válvula, los sistemas neumáticos requerían un cableado y líneas de suministro de aire individuales y extensos para controlar el funcionamiento de las válvulas, lo que dificultaba y complejizaba la resolución de problemas. Con la introducción de los terminales de válvula, se sustituyó el complejo cableado y las desorganizadas tuberías de poliuretano por un sistema centralizado mucho más limpio, organizado y fácil de comunicar y controlar.

Cómo funcionan los terminales de las válvulas

En esta sección del artículo, exploraremos el funcionamiento de los terminales de válvula que garantizan un sistema de control neumático eficiente, simplificando el proceso de flujo de aire y procesamiento de señales.

Vía neumática

Detrás de cada apertura o cierre de una válvula neumática, se requiere un flujo de aire. Para que un terminal de válvula funcione, existe una entrada principal por donde el aire comprimido ingresa al sistema, el cual se divide en canales diseñados con precisión que dirigen el aire a la válvula requerida. Así, cuando se envía una señal eléctrica a un solenoide específico, el carrete interno o el obturador se desplaza hacia ese puerto de trabajo, que está conectado al actuador neumático, lo que provoca su extensión, retracción o rotación.

Una vez que el actuador completa el recorrido requerido, se debe evacuar el aire. Durante la evacuación, el aire regresa al puerto de trabajo y luego al terminal de la válvula. Para minimizar el ruido generado por el aire de escape, en lugar de evacuarlo directamente en la válvula, este se extrae a través de un conducto de escape interno común con un silenciador centralizado, lo que contribuye a reducir significativamente el ruido en el piso.

Configuraciones de válvulas

Los terminales de válvulas se consideran muy versátiles porque cuentan con varios tipos de diseños de válvulas en función de las necesidades mecánicas.

• Válvulas 5/2: Estas válvulas se utilizan para el control de cilindros de doble efecto.

• Válvulas 3/2: Estas se aplican a los cilindros de simple efecto para realizar la función de descarga.

• 5/3 Válvulas: Estas válvulas son adecuadas para mantener una posición central, como cerrar, abrir, descargar o presurizar, o para mantener una posición intermedia que necesite detener o sostener la carga.

Componentes de los terminales de válvula

Para que los terminales de las válvulas funcionen correctamente, existen algunos componentes clave y una arquitectura que opera como un sistema para garantizar la eficiencia y el rendimiento previstos.

La base del colector (subplaca)

La placa base es donde se fijan todos los componentes. Estas placas suelen estar fabricadas con un metal muy resistente y ligero, como aluminio anodizado o plástico de alta calidad, lo que proporciona soporte estructural a las válvulas. Además, los conductos internos dirigen el aire para el suministro y la salida, distribuyéndolo a las válvulas necesarias sin necesidad de instalar tuberías individuales para el suministro de aire.

Válvulas solenoides neumáticas

Las electroválvulas neumáticas son las piezas móviles ubicadas en la parte superior de las bases. Al recibir señales electrónicas, estas electroválvulas se abren o cierran instantáneamente para permitir el paso del aire. La principal ventaja de estas válvulas modernas es su bajo consumo de energía y su capacidad para operar durante múltiples ciclos de manera eficiente, lo que les confiere una mayor vida útil. Estos sistemas permiten a los usuarios combinar válvulas de diferentes tamaños para realizar diversas funciones y adaptarse a diferentes requisitos de flujo.

Interfaces de control y comunicación eléctrica

Las señales eléctricas desempeñan un papel importante en la era moderna de la Industria 4.0, donde la automatización se está convirtiendo cada vez más en una necesidad para la apertura y el cierre de la válvula mediante la recepción de comandos emitidos por el controlador principal que regula el flujo de aire. Dichas conexiones estándar son:

• Conectores multipin: Un ejemplo son los conectores D-SUB de 25 pines, que se encargan de conectar todos los solenoides a un único enchufe.

• Bus de campo y Ethernet industrial: estos nodos incorporan terminales avanzadas como PROFINET, EtherNet/IP o EtherCAT, que establecen la conexión con los controles para el operador en la red de la fábrica.

• Integración IO-Link: Con la integración IO, el operador puede cambiar de forma remota la configuración de la válvula, obtener datos sobre qué componente está fallando y permitir la integración con la red de la fábrica.

Ventajas de utilizar terminales de válvula

En lo que respecta al uso de terminales de válvulas, existen diversas ventajas en términos de operaciones y automatización para una industria. Algunas de estas ventajas se mencionan a continuación:

• Optimización del espacio: Gracias a un sistema de válvulas neumáticas centralizado controlado por terminales de válvula, se reduce significativamente el espacio que ocupa el sistema de control neumático, lo que hace que el diseño de la máquina sea mucho más compacto.

• Reducción del tiempo de instalación y cableado: El cableado de varios solenoides individuales puede ser más laborioso que el cableado de un único conector multipin o un cable Ethernet, lo que reduce el tiempo total de montaje y los costes laborales.

• Diagnóstico y mantenimiento mejorados: Los terminales de válvulas inteligentes con integración de E/S ayudan a solucionar cualquier problema que se produzca en la línea de producción sin necesidad de estar físicamente presente en el lugar, lo que ahorra tiempo de inactividad a las industrias.

• Eficiencia energética: Con una válvula centralizada mucho más cerca del actuador, se reduce la longitud de la tubería y también el volumen muerto del aire, lo que significa que se consume menos energía para presurizar y comprimir el aire.

Aplicaciones para terminales de válvulas

En una terminal de válvulas, existe una amplia variedad de aplicaciones en las industrias donde las válvulas neumáticas se utilizan con frecuencia. Algunas de estas aplicaciones se mencionan a continuación:

Fabricación y ensamblaje de automóviles

En las líneas de fabricación y montaje de automóviles, el trabajo está automatizado y se realiza normalmente mediante abrazaderas industriales, pinzas robóticas y mesas indexadas. Para controlar simultáneamente todos estos elementos, se utilizan terminales de válvula, ya que ofrecen una alta resistencia a las vibraciones y una comunicación fiable, lo que los convierte en una opción ideal para la industria automotriz.

Embalaje y paletización

Las máquinas de envasado deben operar a alta velocidad y contar con movimientos sincronizados para facilitar el plegado de cajas, el llenado de contenedores y el sellado de paquetes. En este sentido, los terminales de válvula se presentan como una excelente opción, ofreciendo tiempos de respuesta muy bajos y diseños compactos ideales para aplicaciones de envasado.

Ensamblaje de componentes electrónicos

En el ensamblaje de componentes electrónicos, dos aspectos fundamentales son el ahorro de espacio y la precisión. Los terminales de válvula compactos y ligeros resultan ideales, ya que se pueden montar directamente en los brazos robóticos móviles para ahorrar espacio y garantizar la precisión.

Cómo encontrar el terminal de válvula correcto

En lo que respecta a terminales de válvulas, existen múltiples opciones para elegir. Seleccionar la adecuada puede ser crucial para el éxito de su proyecto de ingeniería.

Requisitos de dimensionamiento y caudal

Las válvulas neumáticas funcionan con flujo de aire. Los terminales de la válvula que les suministran aire deben ser capaces de proporcionar el flujo de aire requerido. Este se suele medir en CFM o L/min. Es fundamental asegurarse de que el flujo suministrado coincida con las especificaciones del actuador de la válvula neumática. Para calcularlo:

Qreq = Qtotalfs (1+ms)

Aquí:

• Qreq (Caudal requerido): Indica el tamaño de la válvula que necesita, generalmente medido en CFM o L/min.

• Qtotal (Consumo total de aire): Cantidad máxima de aire que el sistema utilizaría si todos los cilindros se activaran simultáneamente. El total se obtiene sumando el consumo de cada cilindro.

• fs (Factor de Simultaneidad): Es el factor que define cuántos cilindros se disparan al mismo tiempo.

• ms (Margen de seguridad): Normalmente, de 0,2 a 0,3, que define el margen para la caída de presión para garantizar que no se utilicen válvulas de tamaño insuficiente.

Arquitectura de conectividad y control eléctrico

Este factor determinará cómo se comunicará su terminal con el PLC. Si solo necesita controlar máquinas sencillas, una conexión multipolar de 24 V CC es suficiente. Sin embargo, si los requisitos de la industria se basan en la automatización basada en datos, es mejor optar por una terminal de válvulas con conectividad IO-Link o Fieldbus integrada, lo que facilita enormemente el mantenimiento y la resolución de problemas, y minimiza el cableado, que consume mucho tiempo, de los solenoides individuales.

Calificaciones ambientales

Para los terminales de válvulas, la clasificación ambiental puede variar, pero es fundamental elegir la opción adecuada tras evaluar el entorno operativo. Para un terminal que se utilice en un armario de protección interior, una clasificación IP40 sería suficiente. Sin embargo, si el terminal está montado directamente en el bastidor de la máquina y está expuesto a polvo, refrigerante o procesos de limpieza, se recomienda optar por clasificaciones IP más altas, como IP65, IP67 o incluso IP69K, para garantizar la protección de los componentes electrónicos internos sensibles.

Consideraciones de seguridad y cumplimiento para sistemas de terminales de válvulas

En cualquier industria, la seguridad de los operarios y de la maquinaria debe ser la máxima prioridad. Para garantizar el cumplimiento de estas normas de seguridad, se deben tener en cuenta los siguientes factores:

• Escape seguro y reducción de ruido: Al operar válvulas neumáticas, la principal preocupación son los altos niveles de ruido que se producen al expulsar el aire. Por lo tanto, al elegir un terminal de válvula, asegúrese de utilizar silenciadores de alta calidad en los puertos de escape para proteger a los trabajadores de daños auditivos.

• Zonas de presión y desconexión segura del par (STO): Algunos terminales neumáticos avanzados incorporan múltiples zonas de presión aisladas. Estas zonas ayudan a eliminar el aire de actuadores peligrosos, como prensas o abrazaderas pesadas, y a mantener la presión de aire en el dispositivo de sujeción para evitar que las piezas fallen.

• Certificaciones del sector: Asegúrese de que los componentes estén homologados y cuenten con certificaciones reconocidas del sector, como CE, UKCA, UL e ISO, para garantizar que se mantenga la coherencia en la calidad de fabricación.

Conclusión

En casi todas las industrias donde existe automatización, incluyendo brazos robóticos, pinzas y abrazaderas, se utilizan válvulas neumáticas . Ninguna industria desea lidiar con el cableado y la instalación, que suelen ser costosos y requieren mucho tiempo, para estas electroválvulas independientes. Un terminal de válvulas resuelve todos estos problemas al proporcionar un sistema de control centralizado para todas estas válvulas con una conexión eléctrica centralizada, lo que facilita enormemente la resolución de problemas y la instalación. Los terminales de válvulas se están convirtiendo en un requisito fundamental para cualquier industria que busque automatizar sus procesos o mejorarlos. Por lo tanto, si usted es ingeniero, contratista, gerente de fábrica o propietario de una industria que busca mejorar la automatización, asegúrese de seguir los protocolos de seguridad y seleccionar el terminal de válvulas adecuado según su aplicación industrial, siguiendo las pautas anteriores para garantizar que se cumplan los requisitos de su industria.

Así como elegir el terminal de válvula adecuado es fundamental, elegir al fabricante correcto es igual de importante. Por eso, si busca modernizar su arquitectura neumática, le recomendamos Titan Automation . Con más de 26 años de experiencia en el sector y exportaciones a 60 países, se han ganado una sólida reputación por ofrecer soluciones neumáticas integrales, rápidas y rentables, necesarias para impulsar sus sistemas automatizados hacia el futuro.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Cuál es la principal diferencia entre un terminal de válvula y una electroválvula independiente?

Una electroválvula independiente solo puede utilizarse para controlar un único actuador, que requiere su propio suministro de aire, escape y cableado. Por otro lado, un terminal de válvula permite controlar simultáneamente varias electroválvulas en una sola placa base, utilizando un suministro de aire y un escape comunes, así como una conexión eléctrica centralizada, lo que simplifica el control y la resolución de problemas del sistema.

P2: ¿Puedo combinar válvulas de diferentes tamaños o funciones en el mismo terminal de válvula?

Sí, muchos de los terminales de válvula permiten la integración de válvulas de diversos tamaños, desde 10 mm hasta 14 mm, y diferentes funciones, que incluyen 3/2 vías, 5/2 vías y 5/3 vías, todo ello en la misma base del colector.

P3: ¿Cuál es la tensión de funcionamiento estándar para los terminales de válvulas industriales?

Los terminales de válvulas industriales que se encuentran habitualmente funcionan a 24 V CC, que suele ser la tensión de funcionamiento estándar de la automatización industrial, los PLC y los circuitos de seguridad.

P4: ¿Son los terminales de válvula adecuados para entornos de fabricación exigentes?

Depende del tipo de protección que ofrezca el fabricante. Si necesita utilizar terminales de válvula en entornos exigentes, busque terminales con clasificación IP65 o IP67. Estos terminales cuentan con una carcasa que los protege del polvo y de chorros de agua a baja presión, lo que permite montarlos directamente en la máquina en lugar de en un armario de control independiente.