Respuesta corta: Elija retorno por resorte (SR) cuando la línea deba pasar a un puerto conocido si falla el suministro de aire, y doble efecto (DA) cuando la válvula deba mantener su última posición. Elija paso en L (L-port) para desviar el flujo entre dos salidas y paso en T (T-port) para mezclarlo o dividirlo. Un conjunto preensamblado es la válvula con un actuador de piñón y cremallera montado en sus bases ISO 5211, más una electroválvula NAMUR y una caja de finales de carrera si se piden, ensamblados y probados en la planta antes del envío.
Una válvula de bola neumática de tres vías es una válvula de bola de tres puertos con un actuador de aire montado en la parte superior, de modo que una sola señal desde el panel de control conmuta, desvía o mezcla dos líneas en lugar de que alguien tenga que caminar hasta una palanca. Especificar una se reduce a tres decisiones: qué debe hacer la válvula cuando se pierde el aire (doble efecto o retorno por resorte), qué debe hacer con el flujo el paso dentro de la bola (paso en L o paso en T), y si la válvula, el actuador y la válvula piloto llegan como una sola unidad probada o como piezas por acoplar en sitio.
Esta guía toma esas decisiones en ese orden, usando nuestra válvula de bola de tres vías accionada MV-3DM como ejemplo de trabajo. Si la posición quizá no necesite un actuador, o si desea el tratamiento más extenso de las bases de montaje y los soportes, comience con por qué la base de montaje ISO 5211 debe elegirse antes que el actuador.
Puntos clave
- El doble efecto (DA) usa aire para ambas carreras y mantiene su última posición si cae el suministro de aire. El retorno por resorte (SR) usa aire en un sentido y un resorte en el otro, de modo que ante una pérdida de aire se mueve al puerto que usted designe al hacer el pedido. El tipo de actuador y la posición de falla se definen en fábrica y no pueden cambiarse después.
- El paso en L conecta el puerto inferior con cualquiera de los puertos laterales, por lo que desvía. El paso en T puede pasar recto, dividir hacia una derivación o juntar dos entradas en una salida. Ninguno de los dos pasos tiene una posición totalmente cerrada, por lo que una válvula de bola de tres vías conmuta el flujo pero no lo aísla. El paso y las posiciones de tope del actuador deciden cuáles dos patrones de flujo le da la carrera de 90°.
- La válvula piloto sigue al actuador: una electroválvula 5/2 para doble efecto, una 3/2 para retorno por resorte. Pedir la función equivocada es el error más común en los conjuntos de válvulas neumáticas.
- En la MV-3DM, el retorno por resorte requiere un tamaño de cuerpo de actuador mayor que el doble efecto en el mismo tamaño de válvula, porque el resorte absorbe parte del par del aire. El boletín de selección de actuadores de Bray establece que ambos extremos de la carrera de retorno por resorte deben verificarse contra el par de la válvula.
- La MV-3DM se envía con el actuador montado en bases dobles ISO 5211, sin soporte ni cople, en ocho tamaños de 1/4″ a 2″, roscada PT, NPT o PF según la rosca indicada en el pedido. Cada conjunto se prueba en carrera, se prueba de par y se verifica contra fugas antes del envío.
Qué es una válvula de bola neumática de tres vías y qué contiene el conjunto
Una válvula de bola neumática de tres vías es una válvula de bola de un cuarto de vuelta con tres puertos y un actuador de aire de piñón y cremallera montado en la base superior de la válvula. El aire comprimido gira la bola 90° entre dos posiciones extremas; la forma del paso a través de la bola decide qué puertos quedan conectados en cada extremo. Normalmente una pequeña electroválvula atornillada directamente al actuador hace la conmutación, y una caja de finales de carrera puede informar la posición de la válvula al sistema de control.
En nuestra MV-3DM la válvula tiene el mismo cuerpo A351 CF8M (316) fundido a la cera perdida que la válvula de bola de tres vías manual, con CF8 (304) bajo pedido. Tiene asientos de PTFE (politetrafluoroetileno), una capacidad de 1000 WOG (una presión de trabajo en frío para agua, aceite y gas, no una capacidad para vapor), un rango de temperatura de la válvula de −20°C a 180°C, y el tercer puerto en la parte inferior del cuerpo. Se ofrece en 1/4″, 3/8″, 1/2″, 3/4″, 1″, 1-1/4″, 1-1/2″ y 2″, roscada PT (cónica), NPT (la rosca cónica estadounidense) o PF (paralela) según la rosca indicada en el pedido. El actuador de aluminio de piñón y cremallera funciona con 4 a 8 bar de aire limpio y seco (aproximadamente 60 a 116 psi), en versión de doble efecto o de retorno por resorte.
La MV-3DM se vende como la válvula con su actuador montado. La electroválvula, la caja de finales de carrera y el posicionador son opciones que se agregan a ese conjunto. Cuando se piden junto con ella la electroválvula y la caja de finales de carrera, la válvula, el actuador, la electroválvula y la caja de finales de carrera se ensamblan y se prueban juntos antes de salir.
Doble efecto o retorno por resorte: decida según lo que deba ocurrir cuando se pierde el aire
Si el proceso tolera que la válvula se quede donde estaba cuando falló el aire, basta con el doble efecto. Si la válvula debe llegar a un puerto definido ante una falla de aire, ya sea para proteger un tanque, una bomba o un lote de producto, especifique retorno por resorte y anote a qué puerto debe regresar. El tamaño del actuador, la válvula piloto y el precio se derivan de esa sola respuesta.
Doble efecto (DA): aire en ambas direcciones, sin posición de falla definida
Un actuador de doble efecto tiene dos cámaras de aire. El aire de un lado gira la válvula en un sentido; el aire del otro lado la regresa. Si se retira el aire, nada empuja el pistón en ninguna dirección, por lo que la válvula mantiene su última posición. Eso es útil cuando una línea no debe moverse de forma inesperada, pero también significa que la válvula no tiene una posición de falla definida: queda en el extremo al que llegó por última vez, o a medio camino si el aire se perdió a mitad de la carrera.
Como ambas carreras son accionadas por aire, el par de salida del actuador es el mismo en ambas direcciones y constante a lo largo de la carrera. Por eso una unidad de doble efecto puede ser más pequeña que una unidad de retorno por resorte en la misma válvula.
Retorno por resorte (SR): aire en un sentido, resorte en el otro, falla al puerto que usted designe
Un actuador de retorno por resorte usa aire solo para una carrera. Un conjunto de resortes impulsa la carrera de retorno, de modo que cuando falla el suministro de aire los resortes mueven la válvula a una posición preestablecida. En una válvula de dos vías, esa posición preestablecida es abierta o cerrada. Una válvula de bola de tres vías no tiene posición totalmente cerrada, por lo que lo preestablecido es un puerto: ante la pérdida de aire, la bola regresa al puerto lateral que usted designó al hacer el pedido. Nuestra MV-3DM y la Tri-Clamp MV-3M-TC están construidas así, con el resorte ajustado para regresar al puerto que usted indique al hacer el pedido.
Ese puerto debe ir en la solicitud de cotización, no en un correo posterior. El tipo de actuador y la posición de falla se definen en fábrica y no pueden cambiarse después: un actuador de retorno por resorte pedido para fallar al puerto A no puede invertirse al puerto B en sitio, y una unidad de doble efecto no puede convertirse en una de retorno por resorte.
Por qué el retorno por resorte requiere un actuador más grande
En un actuador de retorno por resorte, la carrera de aire tiene que girar la válvula y comprimir los resortes al mismo tiempo, por lo que parte del par del aire se gasta en los resortes. La carrera del resorte, entonces, solo cuenta con la fuerza almacenada del resorte para girar la válvula, y esa fuerza disminuye a medida que los resortes se extienden. El boletín de selección de actuadores para válvulas de bola de Bray establece la regla: para una unidad de retorno por resorte, el par al final de la carrera de aire y el par al final de la carrera del resorte deben superar ambos lo que la válvula necesita. En su ejemplo, la misma válvula que maneja un actuador de doble efecto necesita un cuerpo de retorno por resorte más grande, con tres o cuatro resortes.
En la MV-3DM, el retorno por resorte requiere un tamaño de cuerpo de actuador mayor que el doble efecto en el mismo tamaño de válvula, porque el resorte absorbe parte del par del aire. Los valores de par de la válvula y del actuador están disponibles bajo pedido; envíe la presión de la línea y el medio junto con la solicitud y el conjunto se dimensiona en la planta.
La válvula piloto sigue al actuador
Un actuador de doble efecto tiene dos puertos de aire y ambos deben alimentarse, por lo que usa una electroválvula 5/2: un lado se presuriza mientras el otro se ventea. Un actuador de retorno por resorte recibe aire por un solo puerto, por lo que basta una 3/2. Nuestra electroválvula NAMUR para actuadores neumáticos se ofrece en ambas funciones, con bobina IP67 en 24V DC, 110V AC o 220V AC y un accionamiento manual de emergencia para la puesta en marcha. Equivocarse en la función es el error de pedido más común en los conjuntos de válvulas neumáticas, y es una buena razón para pedir la electroválvula junto con el actuador y no por separado.
| Pregunta | Doble efecto (DA) | Retorno por resorte (SR) |
|---|---|---|
| ¿Cómo se acciona la válvula? | Aire en ambas carreras | Aire en un sentido, resortes en el otro |
| ¿Qué ocurre ante una pérdida de aire? | Mantiene su última posición; sin posición de falla definida | Los resortes regresan la bola al puerto designado al hacer el pedido |
| Posición de falla | Ninguna que ajustar | Ajustada en la planta al puerto designado |
| Cuerpo del actuador en el mismo tamaño de MV-3DM | Cuerpo estándar | Un tamaño mayor, porque el resorte absorbe parte del par del aire |
| Función de la electroválvula | 5/2 | 3/2 |
| Suministro de aire | 4–8 bar (60–116 psi) | 4–8 bar (60–116 psi) |
| Elíjalo cuando | La válvula deba quedarse donde está si falla el aire | La línea deba llegar a un puerto conocido si falla el aire |
Paso en L o paso en T: el paso define qué significa "conmutar"
Las dos bolas se ven idénticas por fuera. Por dentro, un paso en L conecta el puerto inferior con un puerto lateral a la vez, de modo que la válvula desvía: tanque 1 o tanque 2, bomba A o bomba B, producto o circuito de retorno. Un paso en T puede conectar los tres puertos o cualquier par, por lo que puede pasar recto, dividir una entrada hacia una derivación o juntar dos entradas en una salida para mezclar. Pumps & Systems describe la misma división en su resumen sobre las válvulas de tres vías: el paso en L desvía el flujo hacia una dirección a la vez, y el paso en T es el patrón que se usa sobre todo para mezclar.
Hay una consecuencia fácil de pasar por alto en un plano: ninguno de los dos pasos tiene una posición totalmente cerrada. El paso en T siempre deja una ruta abierta, y el paso en L siempre conecta el puerto inferior con un lado o con el otro, por lo que ninguno puede servir como válvula de aislamiento de la línea. Una válvula de bola de tres vías conmuta el flujo; no lo corta. Si una derivación debe cerrarse de forma positiva, agregue una válvula de dos vías aguas abajo, sea cual sea el actuador que lleve encima la de tres vías.
Ninguno de los dos patrones es el predeterminado en nuestras válvulas. El paso en T y el paso en L están ambos en existencia en la MV-3M manual y ambos se ofrecen en la MV-3DM accionada; usted indica el paso al solicitar el precio. Si puede esbozar la ruta del flujo, envíela con la solicitud y confirmaremos la configuración de los puertos.
Cómo se relaciona un actuador de 90° con el paso
Un actuador estándar de un cuarto de vuelta da dos posiciones extremas, separadas 90°. Con una bola de paso en L, esas dos posiciones son "puerto inferior al lado A" y "puerto inferior al lado B", que es el cambio que necesitan la mayoría de las tareas de desvío. Con una bola de paso en T, 90° mueve entre dos patrones de flujo contiguos; cuáles dos depende de la perforación y de las posiciones de tope del actuador. Dos patrones de paso en T que están a 180° en el diagrama de flujo de la válvula no pueden alcanzarse ambos con una carrera de 90°, así que confirme el par que necesita contra el diagrama de flujo del fabricante para esa válvula antes de hacer el pedido, e indique en la solicitud cuáles dos patrones debe darle la válvula.
Las dos decisiones se combinan así:
| Paso | Qué hacen las dos posiciones del actuador | Doble efecto ante pérdida de aire | Retorno por resorte ante pérdida de aire |
|---|---|---|---|
| Paso en L (desvío) | Puerto inferior al lado A, o puerto inferior al lado B | Se queda en el lado que seleccionó por última vez | Regresa al puerto lateral designado al hacer el pedido |
| Paso en T (mezcla o distribución) | Dos patrones contiguos, definidos por la perforación y los topes del actuador; confirme contra el diagrama de flujo | Se queda en el último patrón; siempre hay una ruta abierta | Regresa al patrón designado al hacer el pedido; siempre hay una ruta abierta |
Qué incluye un conjunto preensamblado y por qué lo enviamos así
Un conjunto preensamblado de válvula de bola neumática de tres vías de nuestra parte es la válvula MV-3DM con el actuador de piñón y cremallera ya montado y, si se pide, la electroválvula y la caja de finales de carrera instaladas en el actuador. Esas piezas se ensamblan y se prueban juntas antes de salir: cada conjunto se prueba en carrera y se prueba de par, y cada unidad se verifica contra fugas antes del envío, por lo que no hay nada que acoplar en sitio. Los valores de par están disponibles bajo pedido. La unidad llega lista para conectarse a la tubería.
ISO 5211 y NAMUR: qué fijan las dos interfaces
El cuerpo de la MV-3DM tiene mecanizados dos patrones de tornillos ISO 5211, de modo que el actuador se asienta directamente sobre la válvula sin soporte ni cople. ISO 5211 es la norma para la fijación de actuadores de giro parcial: fija las dimensiones de la brida entre el actuador y la válvula, las dimensiones del componente de accionamiento y los pares de referencia para cada tamaño de interfaz, y su resumen indica que la fijación de un soporte intermedio a la válvula queda fuera de su alcance. Como explica nuestra página de soportes y coples, la altura sobre el vástago y la forma de accionamiento del vástago aún deben coincidir, por eso dos piezas que ambas declaran cumplir ISO 5211 pueden necesitar un soporte para acoplarse. En la MV-3DM esa coincidencia se resuelve una sola vez, en la planta, y el actuador se atornilla directamente. Un soporte y cople es la respuesta cuando una línea opera caliente y el actuador debe quedar separado del vástago, o cuando la válvula y el actuador provienen de fuentes distintas.
Un detalle que vale la pena preguntar si está acoplando un actuador de otra fuente: las bridas ISO 5211 llevan un código F (F03, F04, F05 y así sucesivamente) con tornillería métrica, y en EE. UU. un actuador puede estar construido con la brida MSS FA (MSS es la Manufacturers Standardization Society). La revista de la Valve Manufacturers Association explica en su artículo sobre las normas de bridas para actuadores y reductores que ambas comparten un círculo de tornillos en el mismo tamaño pero difieren en la rosca de los tornillos y en el piloto de centrado, por lo que hay que indicar la norma de brida cuando las piezas se compran por separado. En un conjunto ensamblado, el acoplamiento se hace en la planta.
La electroválvula y la caja de finales de carrera se montan ambas mediante la interfaz NAMUR. La recomendación NAMUR NE 19, que hace referencia a VDI/VDE 3845, describe una interfaz estándar para montar una electroválvula en un actuador neumático sin tubería entre ambos. Todo actuador neumático que fabricamos lleva esa interfaz. Nuestra electroválvula 4V310-08B se asienta plana sobre ella, sin conexiones, y la caja de finales de carrera LSB-01 se monta de la misma manera, con dos interruptores mecánicos SPDT (contactos de un polo y dos tiros) que se activan en las posiciones extremas de apertura y cierre e informan al PLC o DCS de la planta (su controlador lógico programable o sistema de control distribuido). En una válvula de tres vías, esa señal confirma qué puerto está activo, que es lo que necesita un enclavamiento en un cambio de tanque o en un circuito de muestreo.
Cómo especificar una válvula de bola neumática de tres vías
Ocho líneas en la solicitud cubren las decisiones anteriores. Ni el paso ni el actuador con su puerto de falla pueden cambiarse después de la entrega, por lo que esas dos líneas merecen una segunda revisión antes de hacer el pedido. En orden:
- Tamaño y cantidad: 1/4″ a 2″ en la MV-3DM.
- Grado del cuerpo: CF8M (316), o CF8 (304) bajo pedido.
- Estándar de rosca: PT, NPT o PF, según la rosca indicada en el pedido. Use el mismo estándar que el resto de la línea.
- Paso: paso en L o paso en T, con un esbozo de la ruta del flujo si lo tiene; para un paso en T, indique los dos patrones de flujo que debe dar la válvula.
- Actuador: doble efecto o retorno por resorte. Para retorno por resorte, indique el puerto al que debe regresar la válvula ante una pérdida de aire.
- Suministro de aire disponible en la válvula, para que el conjunto pueda dimensionarse dentro del rango de 4 a 8 bar, y con qué frecuencia cicla la válvula.
- Accesorios: electroválvula (la función sigue al actuador; indique el voltaje de la bobina), caja de finales de carrera, posicionador.
- Condiciones de la línea y documentos: medio, presión y temperatura, y si desea el informe de prueba de material (mill test report) del cuerpo, que está disponible bajo pedido.
Errores comunes en los pedidos de válvulas accionadas de tres vías
Vale la pena revisar cinco errores de especificación antes de enviar el pedido. Los cinco se deciden en la solicitud, y ni el paso ni el actuador pueden corregirse después de la entrega.
Pedir la función de electroválvula equivocada. Una 5/2 en un actuador de retorno por resorte, o una 3/2 en uno de doble efecto, no operará correctamente la válvula. La función sigue al actuador y a nada más; si no está seguro de qué actuador tiene, envíe el modelo y le diremos.
Especificar retorno por resorte sin un puerto de falla. El retorno por resorte se compra para que la válvula llegue a un puerto conocido ante una pérdida de aire. Un pedido que dice "retorno por resorte" sin nombrar el puerto puede llegar configurado hacia el lado equivocado. Escriba el puerto en la solicitud.
Esperar que la válvula de tres vías aísle. Ni el paso en L ni el paso en T tienen una posición totalmente cerrada. Si una derivación debe cerrarse herméticamente, use una válvula de dos vías para esa función.
Dimensionar el actuador con una tabla de par de dos vías. El boletín de Bray citado arriba publica una tabla de par separada para válvulas multipuerto, y en el mismo tamaño sus valores son mayores que en su tabla de dos vías. En nuestros conjuntos, el actuador se dimensiona para la válvula de tres vías en la planta; si usted está acoplando las piezas por su cuenta, solicite el par de tres vías en lugar de leer la cifra de dos vías.
Comprar una válvula de tres vías que no se pueda automatizar después. Nuestra MV-3M manual tiene una base superior tipo ISO, por lo que se puede agregar un actuador. Algunas válvulas de tres vías, incluida nuestra MV-3N Tri-Clamp manual, no tienen base alguna; el artículo sobre ISO 5211 enlazado arriba cubre ese caso. Si alguna vez una posición necesitará cambiar con una señal, pida desde el principio la versión neumática.
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Preguntas frecuentes
¿Cómo se comportan el paso en L y el paso en T en una válvula de bola neumática de tres vías cuando falla el aire?
Lo que ocurre ante una pérdida de aire lo define el actuador; el paso solo da forma al resultado. Con un actuador de doble efecto, cualquiera de los dos pasos mantiene su última posición: un paso en L se queda en el lado que seleccionó por última vez, un paso en T se queda en su último patrón de flujo. Con un actuador de retorno por resorte, los resortes regresan la bola al puerto o patrón designado al hacer el pedido. Ninguno de los dos pasos tiene una posición totalmente cerrada, por lo que ante una pérdida de aire la válvula pasa a su posición de falla pero no aísla la línea.
¿Cuándo se define la posición de falla de una válvula de tres vías con retorno por resorte?
En la fábrica, a partir del pedido. El tipo de actuador y la posición de falla quedan definidos cuando se ensambla el conjunto y no pueden cambiarse después. Un actuador de retorno por resorte ajustado para regresar al puerto A no puede invertirse al puerto B en sitio, y una unidad de doble efecto no puede convertirse en retorno por resorte. Indique el puerto de falla en la solicitud; si el proceso cambia más adelante, trátelo como una nueva especificación de actuador y no como un ajuste.
¿Una válvula de bola neumática de tres vías necesita una electroválvula 5/2 o una 3/2?
Debe corresponder al actuador. Un actuador de doble efecto usa una electroválvula 5/2, porque sus dos puertos de aire necesitan alimentarse. Un actuador de retorno por resorte usa una 3/2, porque solo un puerto recibe aire y el resorte se encarga de la carrera de retorno. Nuestra electroválvula NAMUR 4V310-08B se ofrece en cualquiera de las dos funciones con bobina de 24V DC, 110V AC o 220V AC; pedida junto con la válvula, la función correcta se instala y se prueba en la planta.
¿Una válvula de bola de tres vías necesita una válvula de cierre aparte?
Sí, si la línea requiere un cierre positivo. Ninguno de los dos pasos tiene una posición totalmente cerrada: una bola de paso en T siempre deja una ruta abierta, y una bola de paso en L siempre conecta el puerto inferior con un lado o con el otro. Agregue una válvula de dos vías aguas abajo de la de tres vías para esa función, y reserve la válvula de tres vías para el trabajo de conmutar, mezclar o dividir para el que fue construida.
¿Qué incluye un conjunto preensamblado de válvula de bola neumática de tres vías?
La válvula MV-3DM en CF8M fundido a la cera perdida con asientos de PTFE, el actuador de piñón y cremallera en versión de doble efecto o de retorno por resorte montado directamente en las bases dobles ISO 5211 de la válvula y, si se pide, una electroválvula NAMUR y una caja de finales de carrera; también se puede agregar un posicionador. La válvula, el actuador, la electroválvula y la caja de finales de carrera se ensamblan y se prueban juntos antes de salir: cada conjunto se prueba en carrera y se prueba de par, y cada unidad se verifica contra fugas antes del envío. Un informe de prueba de material (mill test report) del cuerpo está disponible bajo pedido.
Resumen
Envíe el tamaño, el grado del cuerpo, el estándar de rosca, el paso, el tipo de actuador con su puerto de falla, el suministro de aire y la frecuencia de ciclos, los accesorios y las condiciones de la línea, y la MV-3DM puede cotizarse como una sola línea: válvula, actuador y válvula piloto entregados como una sola unidad probada. El comportamiento ante la pérdida de aire define el actuador: doble efecto para mantener la posición o retorno por resorte para llegar al puerto designado. El servicio de flujo define el paso: paso en L para desviar o paso en T para mezclar o dividir, con una válvula de dos vías agregada aguas abajo donde una derivación deba cerrarse herméticamente, porque ninguno de los dos pasos cierra por completo.