3. ELEMENTOS DE CONTROL Y MANDO
VÁLVULAS.
Válvulas Distribuidoras.
En sistemas Neumáticos
- Válvula Normal cerrada: no permite el paso del aire en posición de reposo. Si se acciona, permite circular el aire comprimido.
- Válvula normal abierta: en reposo el paso del aire está libre y al accionarla se cierra.
-Posición de partida: un movimiento de las partes móviles de una válvula al estar montada en un equipo y alimentarla a la presión de la red neumática.
Los
cilindros accionados por las válvulas distribuidoras se representan con las
letras A, B, C, etc. Los sensores asociados de posición inicial y final del
vástago con un código alfa numérico. Ejemplo:
a0 = posición de inicial vástago
con el pistón completamente retraído.
a1 = la posición final vástago con
el pistón completamente extendido.
Para
representar a las funciones de las válvulas distribuidoras se utilizan símbolos
que indican el número de posiciones y de vías de la válvula y su
funcionamiento. El número de posiciones
viene representado por el número de cuadrados yuxtapuestos en cuyo interior se
dibuja el esquema de funcionamiento, siendo las líneas el número de tuberías o
de conductos, cuya unión se representa mediante un punto.
Las
conexiones se representan por medio de trazos externos unidos al cuadrado. La
casilla indica la posición de reposo de la válvula distribuidora, es decir, la
posición que ocupa cuando la válvula no estar accionada. La posición inicial es
la que toma la válvula cuando se establece la presión o bien la conexión de la
tensión eléctrica y es la posición por medio de la cual comienza el programa
preestablecido.
Sistema hidráulico
Las
válvulas distribuidoras o de control direccional se utilizan para cambiar el
sentido del flujo de aceite dentro del cilindro y mover el pistón de un extremo
al otro de su carrera.
-Válvula 2/2: controla el paro, el arranque y la
dirección del caudal. La posición inicial de la válvula puede ser normalmente
abierta o normalmente cerrada, según sea la disposición del obturador y del
resorte. Las entradas número uno y número dos admiten una presión máxima de 350
bar y el caudal puede pasar en ambas direcciones. Un botón lateral permite el
mando manual sin necesitar la excitación del solenoide.
- Válvula
3/2: es semejante a la válvula 2/2 con la diferencia de que tiene 3 vías que
durante la conmutación se conectan brevemente (solape negativo).
- Válvula
4/2: es semejante a la válvula 2/2 con la diferencia que tiene 4 entradas de
las que la 1, la 2 y la 3 admiten simultáneamente la expresión de 350 bar.
Típicamente la entrada 3 se conecta a la bomba, las entradas 2 y 4 a los
actuadores y la 1 al tanque.
Válvulas de control de presión.
Las
válvulas de control de presión se usan para controlar la presión de un circuito
o de un sistema. Aunque las válvulas de control tienen diferentes diseños, su
función es la misma. Algunos tipos de válvulas de control de presión son:
válvulas de alivio, válvulas de secuencia, válvulas reductoras de presión,
válvulas de presión diferencial y válvulas de descarga.
- Válvulas
de alivio Los sistemas hidráulicos se diseñan para operar dentro de cierta gama
de presión. Exceder esta gama puede dañar los componentes del sistema o
convertirse en un peligro potencial para el usuario. La válvula de alivio
mantiene la presión dentro de límites específicos y, al abrirse, permite que el
aceite en exceso fluya a otro circuito o regrese al tanque.
- Válvula
de alivio de presión simple, presión de apertura de la válvula: La válvula de
alivio simple (también llamada válvula de accionamiento directo) se mantiene
cerrada por acción de la fuerza del resorte. La tensión del resorte se ajusta a
una “presión de alivio”. Sin embargo, el ajuste de la presión de alivio no es
la presión a la que la válvula comienza a abrirse.
Cuando
ocurre una condición que causa resistencia en el circuito al flujo normal de
aceite, el flujo de aceite en exceso hace que la presión de aceite aumente. El
aumento de la presión de aceite produce una fuerza en la válvula de alivio.
Cuando la fuerza de la presión de aceite, en aumento, sobrepasa la fuerza del
resorte de la válvula de alivio, la válvula se mueve contra el resorte y la
válvula comienza a abrirse. La presión requerida para comenzar a abrir la
válvula se llama “presión de apertura”. La válvula se abre lo suficiente para
permitir que sólo el aceite en exceso fluya a través de la válvula.
Válvula
de alivio de presión simple, ajuste de la presión de alivio: Un aumento en la
resistencia del flujo de aceite aumenta el volumen de aceite en exceso y por lo
tanto la presión del circuito. El aumento de presión del circuito sobrepasa la
nueva tensión del resorte y hace que se abra la válvula de alivio.
El
proceso se repite hasta que todo el flujo de la bomba esté fluyendo a través de
la válvula de alivio. Este es el “ajuste de la presión de alivio”, como se
muestra en la figura 3.4.2.
La
válvula de alivio simple se usa generalmente cuando el volumen del flujo de
aceite en exceso es bajo o se necesita una respuesta rápida. Esto hace a la
válvula de alivio simple, ideal para aliviar presiones por choque o como
válvula de seguridad.
Válvula
de alivio de operación piloto, posición CERRADA La válvula de alivio de
operación piloto se usa con frecuencia en sistemas que requieren un gran
volumen de aceite y donde hay una diferencia pequeña entre la presión de
apertura de la válvula y la presión de flujo pleno.
En
la válvula de alivio de operación piloto, una válvula piloto (válvula de alivio
simple) controla la válvula de descarga (válvula principal).
La
válvula piloto es mucho más pequeña y no maneja un volumen grande de flujo de
aceite. Por tanto, el resorte de la válvula piloto es también más pequeño y
permite un control de presión más preciso. La diferencia entre la presión de
apertura de la válvula piloto y la presión máxima se mantiene al mínimo. La
válvula de descarga es lo suficientemente grande para manejar el flujo completo
de la bomba a la presión de alivio máxima determinada. La válvula de descarga
usa la presión de aceite del sistema para mantener la válvula cerrada. Por
tanto, el resorte de la válvula de descarga no necesita ser muy fuerte y
pesado. Esto permite a la válvula de descarga tener una presión de apertura más
precisa.
El
aceite del sistema fluye a la caja de la válvula de alivio a través del
orificio de la válvula de descarga y llena la cámara del resorte de la válvula
de descarga. El aceite en la cámara del resorte de la válvula de descarga entra
en contacto con una pequeña área de la válvula piloto. Esto permite que la
válvula piloto use un resorte pequeño para controlar una presión alta. Cuando
la presión de aceite aumenta en el sistema, la presión será la misma en la
cámara del resorte de la válvula de escape. Por tanto, la presión de aceite
será igual en ambos lados de la válvula de descarga. La fuerza combinada de la
presión de aceite del sistema en la cámara del resorte de la válvula de
descarga y la fuerza del resorte en la parte superior de la válvula de
descarga, es mayor que la fuerza de la presión de aceite del sistema contra la
parte inferior de la válvula. La fuerza combinada en la cámara del resorte
mantiene la válvula de descarga cerrada.
Válvula
de alivio de operación piloto en posición ABIERTA Cuando la presión de aceite
del sistema excede el valor del resorte de la válvula piloto (figura 3.4.4), se
abre la válvula piloto y permite que el aceite de la cámara del resorte de la
válvula de descarga fluya al tanque. El orificio de la válvula piloto es más
grande que el orificio de la válvula de descarga. Por tanto, el flujo de aceite
pasará por la válvula piloto más rápido que a través del orificio de la válvula
de descarga. Esto hará que la presión disminuya en la cámara del resorte de la
válvula de descarga. La fuerza debido a la presión más alta del aceite del
sistema, mueve la válvula de descarga contra el resorte. El flujo de aceite en
exceso de la bomba fluye a través de los orificios de estrangulamiento en la
válvula de descarga al tanque. Los orificios de estrangulamiento, al descargar
el volumen de aceite necesario, mantienen la presión de alivio deseado en la
válvula de descarga.
- Válvula
de secuencia en posición CERRADA: La válvula de secuencia es simplemente una
válvula de alivio de operación piloto en serie con un segundo circuito. La
válvula de secuencia se usa cuando una bomba suministra aceite a dos circuitos
y uno de los circuitos tiene prioridad sobre el otro.
La
válvula de secuencia bloquea el flujo de aceite al circuito 2, hasta que el
circuito 1 esté lleno. Cuando el aceite de la bomba llena el circuito 1,
comienza a aumentar la presión de aceite. El aumento produce una fuerza a
través del circuito, así como en la parte inferior de la válvula de descarga y
en la cámara del resorte de la válvula de descarga de la válvula de secuencia.
- Válvula
de secuencia en posición ABIERTA Cuando la presión en la cámara del resorte de
la válvula de descarga excede el valor del ajuste de la válvula piloto, la
válvula piloto se abre. La válvula piloto abierta permite que el aceite pase de
la cámara del resorte de la válvula de descarga al tanque y que la presión
disminuya en la cámara del resorte de la válvula de descarga. La fuerza de la
presión más alta del sistema de aceite mueve la válvula de descarga contra el
resorte de la válvula de descarga y abre el conducto al circuito 2. El flujo de
aceite de la bomba pasa a través de la válvula de secuencia al circuito 2. La
válvula de secuencia permanece abierta hasta que la presión del circuito 1
disminuya a un valor menor que la presión de control de la válvula de
secuencia.
- Válvula reductora de presión: La válvula
reductora de presión permite que dos circuitos con diferente presión obtengan
suministro de la misma bomba. La válvula de alivio del sistema controla la
presión máxima de aceite de suministro. La válvula reductora de presión
controla la presión máxima del circuito de aceite controlado.
- Válvula
reductora de presión en condición normal de operación: Cuando la presión
aumenta en el circuito de aceite controlado, el aumento produce una fuerza en
la cámara del pistón. El aumento de presión mueve a la izquierda el pistón
contra el carrete de la válvula y la fuerza del resorte. Cuando el carrete de
la válvula se mueve a la izquierda, el carrete restringe el suministro de
aceite que fluye a través de la válvula y reduce la presión del circuito del
aceite controlado.
El
movimiento del carrete de la válvula crea un orificio variable entre el
suministro de aceite y el circuito de aceite controlado. El orificio variable
permite que aumente o disminuya la presión en el circuito de aceite controlado,
variando el flujo de aceite, como sea necesario.
El
aceite de la cámara del resorte debe drenar al tanque. Cualquier aumento en la presión
del aceite de la cámara del resorte produce un aumento en el ajuste de control
de presión de la válvula.
- Válvula
de presión diferencial, condición de operación normal Cuando el circuito
primario se llena de aceite, la presión comienza a aumentar. Cuando la presión
del circuito primario alcanza más de 345 kPa (50 lb/pulg2 ), la presión del
circuito primario sobrepasa la fuerza del resorte de la válvula de presión
diferencial de 345 kPa y mueve la válvula de presión diferencial hacia la
izquierda. El suministro de aceite fluye al circuito secundario y a través del
conducto a la cámara del resorte de la válvula de presión diferencial.
Cuando
el circuito secundario se llena de aceite, la presión comienza a aumentar. El
aumento de presión ejerce fuerza en la cámara del resorte de la válvula de
presión diferencial. La fuerza combinada del resorte y la presión de aceite
mueven el carrete de la válvula a la derecha intentando cortar el flujo de
aceite al circuito secundario. Sin embargo, el aumento de presión del circuito
primario mantiene la válvula abierta. La presión aumenta tanto en el circuito
primario como en el secundario hasta cuando la válvula de alivio se abre y
envía el flujo de la bomba de regreso al tanque.
La
válvula de presión diferencial establece una posición que constantemente
mantiene a 345 kPa la diferencia de presión entre los circuitos primario y
secundario para todas las presiones mayores de 345 kPa.
Válvulas de control de flujo
El
control de flujo tiene como objetivo controlar el volumen de flujo de aceite
que entra o sale de un circuito. El control de flujo de un circuito hidráulico
puede realizarse de varias maneras. El modo más común es colocando un orificio
en el sistema. Al poner un orificio se produce una restricción mayor de la
normal al flujo de la bomba. Una mayor restricción produce un aumento de la
presión de aceite. El aumento de la presión del aceite hace que parte del
aceite vaya por otro camino. El camino puede ser a través de otro circuito o a
través de una válvula de alivio.
Orificio:
Un orificio es una abertura pequeña en el paso del flujo de aceite. El flujo
que pasa por un orificio se ve afectado por diferentes factores. Tres de los
factores más comunes son:
1.
La temperatura del aceite.
2.
El tamaño del orificio.
3.
La presión diferencial a través del orificio.
Temperatura:
La viscosidad del aceite varía con los cambios de temperatura. La viscosidad es
una medida de la resistencia del aceite a fluir a una temperatura determinada.
El aceite hidráulico es más delgado y fluye más fácilmente cuando la
temperatura aumenta.
Tamaño
del orificio: El tamaño del orificio controla el régimen de flujo a través del
orificio. Un ejemplo común es un hueco en una manguera de jardín. Un hueco del
tamaño de una cabeza de alfiler producirá un escape de agua muy fina. Un hueco
más grande producirá un escape en forma de un chorro de agua. El hueco, pequeño
o grande, produce un flujo de agua que escapa de la manguera. La cantidad de
agua que escapa depende del tamaño del hueco (orificio). El tamaño del orificio
puede ser fijo o variable.
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