Válvulas Hidráulicas en
la Ingeniería Industrial
- Control direccional para
accionar cilindros hidráulicos - Control direccional de cilindros
hidráulicos de simple efecto - Control direccional de cilindros
de doble efecto. - Automatismo reciproco de
cilindros hidráulicos - Regeneración en
circuitos hidráulicos - Válvulas solenoides
hidráulicas - Válvulas de
hidráulicas de cuatro vías, operadas
eléctricamente . - Válvulas de cuatro
vías, operadas por piloto
hidráulico. - Válvula operada por
piloto, controlada por doble solenoide ( fig.
7.16.b.) - Alimentación de la
presión piloto en válvulas eléctricamente
controladas. - Bibliografía y Sitios WEB
de interés para Ingenieros
Industriales
CONTROL DIRECCIONAL PARA ACCIONAR CILINDROS
HIDRÁULICOS
En otras páginas tratamos sobre las
que son
los órganos que generan la potencia
hidráulica en el circuito la cual se transmite dentro del
mismo a través del fluido que por el circula. El
fluido que así circula por el sistema
hidráulico, evidentemente debe ser dirigido
convenientemente a los diversos cilindros, actuadores, o motores, de
acuerdo a las exigencias y secuencias del trabajo que se deba
realizar.
Para la finalidad antes mencionada se emplean las
válvulas
direccionales. de las cuales la más elemental es la
válvula de dos, tres y cuatro vías .
VÁLVULA DE TRES VÍAS .
Esta es la primera de las válvulas que cambia la
orientación de la corriente del fluido. En esta
válvula como su nombre; lo indica, hay tres bocas de
conexión o "puertas", la primera por donde entra la
presión
desde la bomba , la segunda que se comunica con el cilindro
hidráulico y la tercera que es la conexión hacia el
tanque o retorno .
En la fig. 7.1 se muestra un corte
de una válvula de tres vías en las dos
posiciones en que aquella trabaja como A y B, en una de
esas posiciones la corredera o husillo permite comunicar la
puerta de entrada de presión con la salida del cilindro,
mientras bloquea el retorno al tanque, en la segunda
posición, o sea con la corredera situada en el otro
extremo la misma bloquea ahora la entrada de presión y
conecta el retorno a tanque con el cilindro.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
En una válvula de dos posiciones, una de ellas se
logra mediante un resorte que mantiene la corredera en una
posición extrema, la posición se logra por una
señal de mando, que puede ser, manual, mecánica, eléctrica o por piloto
hidráulico o neumático, que al producirse provocan
el deslizamiento del husillo al lado opuesto, venciendo la
tensión del resorte al comprimirlo.
Esta válvula se emplea para controlar el
accionamiento de cilindros de simple efecto y émbolos buzo
, cuyo retorno se efectúa por la acción de un
resorte a cargas exteriores que no requiere retorno
hidráulico.
VÁLVULAS DE CUATRO VÍAS DOS
POSICIONES .
Cuando se trata de gobernar cilindros hidráulicos
de doble efecto, o motores hidráulicos que requieren
control
direccional de flujo en ambos sentidos de circulación ,
debe aplicarse una válvula de cuatro vías. En esta
unidad existen cuatro bocas de conexión , la primera
conectada a la entrada de presión , la segunda conectada
al tanque y las dos restantes conectadas respectivamente a ambas
caras del cilindro de doble efecto que deben
gobernar.
En la válvula de cuatro vías , dos
posiciones , como su nombre lo indica, la corredera o
husillo estará únicamente situada en cualquiera de
ambas posiciones extremas, vale decir, a un lado o al otro
.
Cuando la válvula no este actuada, la
presión P se comunica con la cara 1 del cilindro mientras
que la cara 2 se encuentran conectada a la descarga del tanque T.
Al invertir la posición del husillo , tal como
observamos en la fig. 7.2 , también se invierten las
conexiones y ahora la presión P está conectada a la
cara 2 del cilindro mientras que la 1 se conecta a la descarga
T.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
En la Fig. 7.2, se ve el corte esquemático de una
válvula de cuatro vías, dos posiciones,
mostrándose el conexionado interno del cuerpo.
Para el dibujo de los
circuitos
hidráulico, y permitir su fácil lectura , se
ha adoptado un sistema de símbolos de acuerdo a lo
indicado por el USA Standard Institute ( conocido como USASI).
Los esquemas propuestas par este instituto difieren ligeramente
de los propuestos por el Joint Industrial Comitee , conocido como
JIG.
A continuación, aplicaremos en nuestras
descripciones los símbolos USASI .
En la Fig. 7-2 . se ve claramente como se genera la
simbología para representar a una válvula de cuatro
vías, dos posiciones. En la parte A se muestra el corte
esquemático de la válvula con su corredera en sus
posiciones a toda derecha y toda izquierda respectivamente. En la
parte B la figura muestra mediante la representación
simbólica el conexionado que se opera en el interior del
cuerpo de la válvula , al cambiar la corredera de
posición dibujando dos cuadros que al anexionarse como se
muestra en la parte C del mismo dibujo , nos representan a la
válvula con sus dos conexionados posibles. Para completar
el símbolo, otros pequeños rectángulos se
dibujan en cada costado con el fin de indicar el tipo de comando
empleado para gobernar la válvula .
VÁLVULA DE CUATRO VÍAS TRES
POSICIONES (Ver Fig. 7.3 ).
Este es el tipo más popular y más conocido
de válvulas de cuatro vías .Aquí, la
corredera , aparte de tener dos posiciones extremas,
también puede permanecer detenida en el centro mismo del
cuerpo de la válvula, mediante un sistema de centrado por
resorte o retención de bolilla u otro medio de
retención mecánica.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Símbolo gráfico completo de una
válvula de cuatro vías tres posiciones ,
accionada a doble solenoide y centrada por medio de
resortes .
En este tipo de válvula, cuando la misma NO ESTA
ACTUADA, la corredera se encuentra situada en su posición
central. Al actuarse sobre la válvula el mando
correspondiente a un extremo y al otro, la corredera se
deslizará en un sentido o en el otro .
Es necesario destacar que el sistema de conexionado de
las bocas o " puertas" de la válvula de cuatro vías
en. el cuerpo de la misma es SIEMPRE EL MISMO cualquiera sea el
fabricante que la manufactura.
las puertas vienen marcadas SIEMPRE P T A y B. El símbolo
de esta válvula es esencialmente idéntico al
símbolo de una válvula de cuatro vías, dos
posiciones con la salvedad que se ha adicionado un tercer
cuadrado entre los otros dos, y por tal razón al
encontrarse en una posición central simboliza la
posición central de la corredera, que es la TERCERA
posición.
Además, el símbolo se completa adicionando
en ambos extremos los rectángulos correspondientes para
señalar que tipo de actuación se emplea para
gobernar la válvula , de acuerdo lo visto anteriormente en
el párrafo
anterior.
Creemos conveniente llamar la atención al lector sobra algunos
pequeños detalles con referencia a la mejor manera de
atender a la simbología de la representación
esquemática: de las válvulas de distribución de dos y tres posiciones,
tanto en las válvulas de TRES VÍAS cuanto a las
válvulas de CUATRO VÍAS .
1) Todas las conexiones de un bloque símbolo
hacia el circuito externo deberá ser hecha de manera que
solamente un bloque diagrama de la
válvula, como se ve en la Fig. 7.4 A este conectada al
circuito . Es incorrecto dibujar algunas de las líneas a
un bloque y otras en el otro, como se indica en la Fig.
C.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
2) Se observará que un bloque de flechas, que
indican los conexionados internos de la válvula son dos
rectas paralelas, ese bloque indica el conexionado de la
válvula NO ACTUADA o si es de solenoide , con el mismo
DESENERGIZADO. Por tal razón, el otro bloque muestra
las flechas cruzadas y representa las conexiones internas de la
válvula cuando la misma ha sido energizadas o está
actuada. Esto es absolutamente validos tanto para las
válvulas de tres y cuatro vías, que sean de DOS
POSICIONES,
3) Cuando se trata de una válvula de cuatro
vías , tres posiciones , o sea que tiene la corredera
deslizante una posición central, que corresponde a la
válvula NO ACTUADA, el bloque central muestra el
conexionado interno del cuerpo de la válvula. ESTE
CONEXIONADO ES FUNCIÓN
DEL TIPO DE CORREDERA, y sobre este asunto volveremos más
adelante.
4) En una válvula de dos posiciones las
líneas de conexión deberán ir al bloque
más alejado del actuador, para mostrar la condición
que no ESTA ACTUADA, El usó correcto está dibujado
en la Fig. A, mientras que la incorrecto se muestra en la Fig. B
Y C.
5) La válvula puede dibujarse con las conexiones
de línea cuando la misma se encuentra actuada , PERO
SOLAMENTE EN CASO QUE HAYA UNA CONDICIÓN ESPECIAL PARA
ELLO.
6) Dijimos que el punto 4) que en una válvula de
dos posiciones, ya fuera de tres o cuatro vías el
bloque correspondiente a la válvula NO actuada es el
más alejado del actuador. Inversamente; el bloque
correspondiente a la válvula ACTUADA es el más
alejado del resorte antagonista. Esto significa que el bloque que
en un momento determinado este actuando es el inmediatamente
adyacente al símbolo que represente la acción
motora . Así entonces cuando la válvula esta NO
ACTUADA, o sea que está actuando el resorte antagonista,
el bloque que representa tal condición es el adyacente al
resorte . Por otra parte cuando la válvula esta en
situación ACTUADA, el bloque que representa a tal
condición es el adyacente al actuador .
7) Por tal motivo, en la válvula de cuatro
vías, de tres posiciones, centrada por resortes, no
importa el medio empleado para accionarla , el bloque
central representa el conexionado de la misma cuando se encuentra
DESENERGIZADA , y cada uno de los bloques laterales
representará el conexionado cuando actúa el
actuador inmediatamente adyacente al bloque considerado
.
VÁLVULAS DE CUATRO VÍAS, TRES
POSICIONES – HUSILLOS: TIPOS CONSTRUCTIVOS
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
En la Fig. 7.5. vemos a través del dibujo
correspondiente, que se genera el símbolo completo de una
válvula de cuatro vías, tres posiciones, y en el
corte esquemático de la válvula , la corredera o
husillo dibujado por su geometría,
cuando se encuentra en la posición central clausura
completamente las cuatro puertas de la válvula o sea P , T
, A y B , bloqueándolas completamente
unas a otras.
Esta válvula se llama de CENTRO
CERRADO (Closed Center), . El símbolo será el
que vemos en la Fig. 7.5.
En cambio en la
Fig. 7.6 otro tipo muy popular de válvula es la de CENTRO
ABIERTO (Open Center) en la cual cuando la corredera se encuentra
detenida en su posición central, intercomunica todas las
puertas de la válvula, y permite así descargar no
solamente ambas caras A y B del pistón al tanque,
SINO QUE PERMITE LA DESCARGA LIBRE DE LA BOMBA al tanque,
mientras la válvula se encuentre NO ACTUADA.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
En cambio, si al encontrarse la corredera en
posición central permite la intercomunicación de
ambas caras del pistón A y B. con la descarga al tanque T,
pero mantiene cerrada la presión de la bomba, la
válvula se llama CENTRO FLOTANTE (Floating Center ).
–
Esto es debido a que cuando la válvula se
encuentra NO ACTUADA en su posición central , ambas caras
del pistón, como ya se dijo están descargadas al
tanque y, si la fricción de la empaquetadura no lo impide,
el pistón se puede desplazar manualmente o accionando los
órganos de movimiento de
tal cilindro accionando la máquina donde el está
montado .
En todas las válvulas de cuatro vías y
tres posiciones vistas hasta ahora, sean Centro
Cerrado, Centro Abierto y Centro Flotante, la corredera es
maciza, sin ninguna clase de hueco interior. En cambio, en la
válvula que a continuación veremos la corredera es
interiormente HUECA.
En esta válvula , cuando la misma NO se encuentra
actuada, la corredera bloquea las conexiones al cilindro A y B,
pero permite que la bomba descargue libremente al
tanque
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar"
Esta particularidad permite conectar una serie de estas
válvulas formando un paquete, donde las válvulas
van formando una serie de tandem. Las válvulas así
agrupadas se conectan de tal manera que la descarga a tanque de
la presión de la primera válvula va conectada a la
entrada de presión de la segunda válvula, y
así sucesivamente.
Esta agrupación " serie" de válvulas
tandem permite accionar un grupo de
cilindros hidráulicos cada uno de los cuales comanda una
maniobra determinada en una cierta máquina una moto
niveladora, por ejemplo de modo tal que el manejo se realice
operando una sola válvula por por vez que acciona su
cilindro correspondiente mientras que los otros permanecen sin
actuar
En tales condiciones, todas las válvulas aguas
arriba de la válvula que se está cerrando,
están abiertas, y dejan pasar libremente la presión
hasta la entrada correspondiente de la válvula operada
aguas abajo de la misma, en cambio, no hay ent rada de de
presión para ninguna válvula posterior, toda vez
que la presión esta impedida de continuar a partir de la
válvula cerrada hacia las posteriores. CUANDO TODAS LAS
VÁLVULAS ESTA INACTIVAS o sea, cuando todas las
correderas están centradas, la bom ba descarga
libremente todo su caudal a través de todo el tandem de la
válvula hacia el tanque .
Se representa una válvula tipo tandem ( tandem
Type) en la fig. 7.7.
Muchas otras configuraciones de corredera con algunas
veces usadas en circuitería hidráulica.
Válvulas con diferentes conexionados en una
posición central son a continuación mostradas.
Todas ellas son de cuatro vías tres posiciones, y
solamente se han dibujado en la Fig. 7.8. las conexiones
correspondiente al bloque central cuando la corredera está
detenida en su posición "neutral ".
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
CONTROL
DIRECCIONAL DE CILINDROS HIDRÁULICOS DE SIMPLE
EFECTO
En la Fig., 7.9 a se muestra el control de un gato
hidráulico que no es otra cosa que un embolo buzo que
eleva una carga. Para elevar el gato , la válvula 1
, válvula de control de paso de dos vías, dos
posiciones, está CERRADA , y la presión y el caudal
de la bomba, sea esta mecánica, o manual, fluyen
libremente a través de la válvula antirretorno 2,
penetrando en el cilindro y elevando el "gato". Cuando la
válvula 1 es ABIERTA , el cilindro a través de la
misma descarga al tanque, y entonces el pistón desciende
debido a la cavidad .
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
En la Fig. 7.9.b. cuando la válvula 1 no esta
actuada , tal como está dibujado el cilindro
hidráulico esta conectado al tanque , permitiendo la
retracción del cilindro por acción de la gravedad.
El aceite suministrado esta bloqueado en la entrada de la
válvula y no tiene lugar a donde ir , excepto descargarse
al tanque a través de una válvula 2 de
alivio.
Cuando la válvula 1 se invierte, entonces el
fluido se dirige hacía el cilindro y eleva el
émbolo. La válvula , no teniendo una
posición neutral, NO PUEDE DETENER EL EMBOLO en cualquier
punto intermedio de su carrera. Solamente cortando el suministro
de la bomba puede el cilindro ser detenido y mantenido en
cualquier posición intermedia de su
carrera.
En la Fig. 7.9.c., la acción es similar a la
acción del ejemplo anterior, excepto que la bomba puede
ser descargada libremente al tanque mientras que el cilindro
esté bajando o ya se encuentre totalmente bajado. Cuando
la válvula se invierte, el cilindro se elevará
.
Esta válvula de cuatro vías y dos
posiciones, no nos permita detener el cilindro un ningún
punto intermedio de su carrera, esto solamente puede ser logrado
deteniendo el flujo desde la bomba, o bien, directamente parando
la misma.
En la Fig. 7.9.d., se ha dibujado un gato
hidráulico gobernado por una válvula de cuatro
vías , tres posiciones, centro tandem .
Este tipo de válvula otorga el mas completo
efecto. Cuando la válvula esta centrada , la bomba
descarga libremente al tanque , mientras que el cilindro puede
ser detenido y mantenido en cualquier posición intermedia
de su carrera.
La puerta B no empleada, se conecta también a la
descarga al tanque, de manera que al invertir la
válvula a la posición del bloque con las flechas
cruzadas, la bomba descargara al tanque su caudal en descarga
libre, al mismo tiempo que el
cilindro también se descargara al tanque, descendiendo por
la acción de la carga ylo de la gravedad.
Algunos fabricantes, construyen lo que llaman
"Válvulas de tres vías " para funciones
"ELEVAR-MANTENER-DESCENDER" . Esas válvulas son
esencialmente válvulas tandem de cuatro vías y tres
posiciones que por medio de un agujero interno taladrado en el
cuerpo conectando la puerta no usada directamente al tanque, es
decir, la puerta T que esta conectada al tanque. En esas
válvulas la puerta no usada ya viene taponada o bloqueada
directamente desde fábrica .
CONTROL DIRECCIONAL
DE CILINDROS DE DOBLE EFECTO.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Válvula de tres vías,
dos posiciones. (Ver fig. 7.10 a) .
El circuito mostrado en dicha figura emplea cilindros
que hacen carrera de carga cuando el vástago esta saliendo
del cilindro pero que, en su carrera de retorno no desarrolla
ningún trabajo, y dicha retorno debe ser la más
rápido posible.
Cuando la válvula NO esta ACTUADA, (
posición de la figura) el aceite a presión que la
bomba esta enviando pasa y actúa al mismo tiempo sobre
ambas caras del pistón . Debido a que las mismas no tiene
la misma superficie, siendo mayor la superficie de la cara ciega,
( llamada así a la que no tiene vástago), se creara
una fuerza
diferencial de avance, que provocará el avance del
pistón desarrollando su carrera de trabajo .
La fuerza resultante que hará avanzar el
vástago, durante su carrera de trabajo será el
producto de la
presión por la superficie de la sección del
vástago, dado que a la superficie de la cara ciega
del pistón habrá que restarle la superficie anular
de la cara opuesta. Por otra parte, el volumen de
aceite desalojado por el pistón en su carrera de avance,
ira a unirse en la puerta de entrada de la válvula con el
caudal que esta enviando la bomba, y ambos penetrarán
juntos en la parte trasera de] cilindro, dando como resultado una
mayor velocidad en
el avance del mismo. Esto se llama ACCIÓN REGENERATlVA. Se
verá más detenidamente posteriormente
Cuando la válvula se invierte, la presión
queda bloqueada en la puerta de entrada de la válvula
mientras que la parte trasera del cilindro se conecta a la
descarga del tanque Simultáneamente , la presión de
la bomba se hace ahora presente libremente sobre la cara anular
del pistón y lo hace retroceder. Este tipo de
accionamiento se llama también "AVANCE DEL PISTÓN
DE CONTRAPRESION.
Válvulas de tres vías gobernando un
cilindro de doble efecto. (Ver Fig.7.10.b.).
Un cilindro de doble efecto se puede gobernar muy
versátilmente con dos válvulas de tres vías.
En este, diagrama cuando ambas válvulas NO actúan,
ambos extremos del cilindro están drenados al tanque, de
manera que ninguna de las caras del pistón hay
presión mientras que las entradas de ambas válvulas
permanecen bloqueadas.
En estas circunstancias, el pistón se encuentra
en una posición flotante, vale decir que el mismo puede
ser manualmente posicionado en cualquier punto o lugar intermedio
de su carrera .
Cuando solamente actuamos la válvula 1, el
pistón avanza con una cierta velocidad cumpliendo su
carrera de trabajo a plena potencia, dado que el otro lado, es
decir en la sección anular que esta drenada al tanque no
existe ninguna contrapresión que contrarreste o
disminuya la fuerza a todo empuje .
A todo esto, el volumen desalojado de la parte delantera
del cilindro va descargado directamente al tanque.
Si , por el contrario actuamos las dos válvulas
juntas , entonces el empuje de carga será menor dado que
se verá contrarrestado por la presión actuante
sobre la cara anual a contrapresión , pero al mismo
tiempo, el volumen desalojado se unirá al volumen que
envía la bomba, y se establecerá la ACCIÓN
REGENERATIVA. En tal caso, el "thrust" será menor, pero la
velocidad de avance será mayor.
Por lo dicho, es fácil ver que dos
válvulas de tres vías, dos posiciones gobiernan un
cilindro de doble efecto de una manera mucho más
versátil que una válvula de cuatro
vías.
Válvula de cuatro vías, dos posiciones con
cilindro de doble efecto (Ver Fig..7.10.c y 7.10.d ) .
La Fig., 7.10c nos muestra la válvula NO
ACTUADA, encontrándose el cilindro en el momento que
inicia su movimiento de avance .
La Fig. 7.10 d. muestra a la válvula
ACTUADA encontrándose el cilindro en el momento que inicia
su movimiento de retroceso , EL CILINDRO NO PUEDE SER DETENIDO EN
NINGÚN PUNTO INTERMEDIO DE SU CARRERA, a menos que
sea cortado el suministro de aceite desde la bomba.
Tipos constructivos : (Ver Fig. 7.10.e ; 7.10.f y
7.10.h )
Un cilindro de doble efecto conectado a una
válvula de cuatro vías, tres posiciones de los
diversos tipos constructivos; de corredera que se representaron
anteriormente.
Los cuatro tipos son los más populares y
prácticamente cubren las necesidades en cuanto a
válvulas para control de dirección de flujo que se presentan en
circuitería hidráulica, no obstante que existen
tipos de correderas especiales para cubrir las necesidades de
circuitos que en algunas casos presentan características menos comunes .
Válvulas Tandem. (Ver Fig. 7.10
e.)
Descarga automáticamente la bomba
hidráulica ( by pass) cuando el pistón del cilindro
está detenido , con la corredera de la válvula d en
posición central o "neutral".
El pistón puede detenerse en cualquier punto
intermedio de su carrera tanto de avance como de retorno,
con descarga libre de bomba. Ambas caras del pistón quedan
completamente bloqueadas.
Válvula de centro cerrado: (Ver Fig.
7.10.f).
Se emplea cuando la bomba debe permanecer suministrando
presión a otras partes del circuito con el cilindro
detenidos En este caso la descarga de la bomba se opera a
través de otras medios que
veremos más adelante .
Válvula de centro flotante
.
Permite que el cilindro quede flotando en el caso de que
la válvula tenga su corredera en posición central,
de manera que ya sea a mano, si el cilindro es
pequeño, o si la fricción de sus empaquetaduras y
guarniciones lo permitieran; o bien moviendo los órganos
de la máquina que él accione, el pistón,
pueda moverse. Tal cosa es posible, pues la corredera en
posición central, ambas caras del cilindro quedan
totalmente descargadas al tanque, mientras que la entrada de
presión ha sido bloqueada.
Válvula de centro abierto : (Ver Fig.
7.10.h).
Con la corredera de la válvula en su
posición central , todas las puertas del cuerpo de
la válvula P,T,A y B , quedan intercomunicadas y si
no hay ninguna restricción después de la
válvula en su descarga al tanque la bomba
descargará libremente sin ninguna contrapresión .
En este casco ambas caras del pistón se descargaran al
tanque a presión cero conjuntamente con la
bomba.
Al respecto cabe destacar algo muy
importante:
Cuando en la descarga de la válvula al tanque
existe algún tipo de restricción , aparece una
contrapresión , cuyo valor
actúa sobre ambas caras del pistón, al mismo tiempo
que la bomba descarga a presión cero , sino al valor mismo
de esa con . Es fácil ver entonces , que teniendo el
pistón en un área diferencial, el cilindro
avanzará lentamente hacia arriba. Por ejemplo supongamos
que una restricción ha sido puesta en línea de
descarga de la válvula de cuatro vías de centro
abierta, y que la contrapresión ha sido regulada a un
valor de 50 libras pulg.² , que será leída en
un manómetro .
La misma presión actuará sobre ambas caras
del pistón y desarrollara empujes opuestos respectivamente
sobre cada cara del pistón como vemos en la Fig. 7.11. En
este ejemplo , si el diámetro interno del cilindro es tal
que la superficie sea igual a 4 pulg.² el empuje sobre la
cara ciega será de 200 libras .
Si la contra cara anular del pistón tiene una
superficie neta de 3 3 pulg.² el contra empuje será
igual a 150 libras.
El empuje resultante que hará avanzar el
cilindro, sería la diferencia de ambos empujes, o sean 50
libras, si este valor supera el rozamiento de las empaquetaduras
.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar"
AUTOMATISMO RECIPROCO DE CILINDROS
HIDRÁULICOS
Una de las aplicaciones más comunes de los
cilindros hidráulicos en las maquinas herramientas
es el de hacer desplazar horizontalmente la mesa de la
máquina si se trata de una cepilladora , limadora o
rectificadora plana. En este tipo de máquinas
es necesario que la mesa tenga un movimiento alternativo y
continuo , vale decir, que la mesa durante el tiempo que desee
posea una movimiento continuo de
vaivén.
Esto se logra fácilmente por medio de uno o dos
cilindros hidráulicos, que accionados por un circuito
determinado provean al funcionamiento deseado de la mesa de la
máquina . Este movimiento cuando se logra por medio de un
circuito y cilindros hidráulicos se llama automatismo
recíproco.
Se presenta un caso de automatismo recíproco que
es necesario tener muy , en cuenta , pues de lo contrario
indefectiblemente el mismo fallará, Esto se ilustra muy
claramente a continuación . (Ver Fig. 7.12.a) . Un
cilindro hidráulico de doble efecto lleva en el extremo
libre del vástago una leva la cual cuando aquel se
encuentra completamente extendido accionará el husillo de
una válvula de cuatro vías dos posiciones, con
placa manual de mando.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
La acción es como sigue: el operador empuja la
palanca manual colocada en la válvula para que el cilindro
comience a marchar hacia adelante, Cuando la carrera, de avance
ha sido completada, la leva del vástago actúa sobre
el rodillo de la corredera de la válvula y esta
comienza su movimiento de inversión. Cuando esta alcanza durante su
retroceso a la posición central, en ese preciso momento
todas las puertas quedan bloqueadas como muestra la
pequeña ilustración a la izquierda.
Esto provoca el corte completo del suministro del aceite
a presión enviado por la bomba deteniéndose el
cilindro y, por ende quedando la corredera de la válvula
detenida en su posición central sin que sea posible hacer
pasar o mejor dicho, sobrepasar a la misma de dicha
posición central. Por este motivo, el circuito
hidráulico se encuentra " atascado". El operador entonces
debe terminar de accionar a mano la corredera haciéndole
completar su inversión de posición, para lograr que
el cilindro reinicie nuevamente y complete su carrera de retorno
. TAL COSA NO ES ACEPTABLE PUESTO QUE YA NO EXISTIRÁ UN
AUTOMATISMO RECIPROCO DE INVERSIÓN DE MARCHA DEL
PISTÓN DEL CILINDRO HIDRÁULICO
Todas las válvulas hidráulicas de dos
posiciones, ya sean de centro abierto, o cerrado , cuando su
corredera pase por su posición central, detendrán
el cilindro, si la válvula es de centro cerrado , por las
causas arriba mencionadas, si la corredera es de centro abierto ,
porque la bomba descargará enteramente su caudal al
tanque, y no habrá entonces presión sobre la cara
del pistón que en ese momento estaba actuando. Por tal
motivo, para lograr un automatismo hidráulica
recíproco., NUNCA DEBE INTENTARSE REALIZARLO POR MEDIO DE
UNA VÁLVULA DE DOS POSICIONES QUE ACTUÉ COMO
VÁLVULA PRINCIPAL .
En la Fig. 7.12.b., se muestra la manera de ejecutar un
circuito hidráulico confiable y seguro para
lograr un automatismo recíproco , utilizando una
válvula de dos posiciones como válvulas piloto, que
a su vez acciona a una válvula principal, que es la que
realmente gobierna el cilindro hidráulico . En el circuito
dibujado, las causas suceden de la siguiente manera:
La válvula 1 principal, es una válvula de
cuatro vías, dos posiciones, gobernada manualmente , pero
en su lugar tiene un resorte antagonista , tiene para lograr su
movimiento de inversión un piloto hidráulico, que
no es otra cosa que un pequeño cilindro cuyo pistoncito ,
al recibir presión , contraempuja al husillo de la
válvula principal haciendo que este a su vez
invierta el movimiento del cilindro , lográndose
así el automatismo deseado. Por otra , la válvula
principal, o sea que la conexión correspondiente se toma
en la línea principal antes de la puerta P , de entrada a
la válvula principal.
En estas condiciones y estando el cilindro todo
atrás , cuando el operador acciona la palanca manual de la
Válvula principal, invierte el conexionado mostrado en el
dibujo, y entonces el cilindro comienza su movimiento de avance.
Hasta el momento que el vástago del cilindro alcance su
posición "todo fuera ", la válvula 2 tiene su
entrada de presión bloqueada , al mismo tiempo que drena
libremente al tanque el piloto de la válvula principal.
Cuando la carrera de avance es completada, la leva del
vástago acciona para abajo, ( en la posición del
dibujo) el husillo de la válvula 2 y esta entonces conecta
la presión de bomba con el piloto de la válvula 1;
de inmediato la corredera de esta última accionada por
aquel invierte instantáneamente su posición y el
cilindro inicia su carrera de retorno hasta completarla, momento
en el cual se detiene el mismo, habiendo concluido así el
ciclo. Cuando tal cosa ha sucedido la leva de la
válvula principal que estaba montada, en el extremo de su
vástago libera el rodillo montado en la parte superior de
la corredera de la válvula 2 por lo cual la misma vuelve a
bloquear su entrada de presión, al mismo tiempo que
drena nuevamente al tanque la presión del piloto de la
válvula principal , el cual, al descargarse completamente
permitirá la iniciación de un nueva ciclo, cuando
el operador pueda actuar nuevamente libremente la palanca de
mando de la válvula principal.
Cuando, como en el caso visto, el operador debe iniciar
el ciclo, y el automatismo solamente se limita a invertir
automáticamente la carrera del cilindro, entonces se dice
que este circuito es de UN CICLO.
Los circuitos de automatismos recíproco de un
ciclo, se logran con el concurso de una válvula de tres
vías, y dos posiciones, con válvula piloto, y una
válvula de cuatro vías dos posiciones, con conocimiento
manual y retorno por piloto hidráulico , como
válvula principal.
Si en cambio, se desea obtener un movimiento
recíproco alternativo continuo de un cilindro
hidráulico, es suficiente emplear dos válvulas de
tres vías, y dos posiciones como válvulas
inversoras piloto . Y una válvula de cuatro vías,
dos posiciones accionadas por pilotos hidráulicos en sus
dos extremos . Tal cosa se muestra en la Fig. 7.12.c. . En la
misma, y tal como están dibujadas las conexiones de la
válvula principal 1 , el cilindro está
desarrollando su carrera de avance. Cuando la misma ha sido
completamente lograda, la leva montada en la extremidad del
vástago del cilindro acciona el rodillo de la corredera de
la válvula piloto 3 , la cual en ese momento, invierte su
posición y conecta la presión de bomba al piloto
"derecho" de la válvula 1, este a su vez invierte
por la acción del mismo su corredera y el cilindro inicia
su carrera de retorno. Tan pronto la leva "suelte" el husillo de
la válvula piloto 3 , la misma bloquea su entrada de
presión , conecta el piloto derecho " al tanque",
quedando el mismo drenado y sin presión alguna. No
obstante esta, la corredera de la válvula principal se
mantiene en su posición . Ahora ya tenemos al cilindro
desarrollando su carrera de retorno hacia la izquierda. Cuando
dicha carrera de retorno ha sido completada la leva montada en la
extremidad del vástago del cilindro accionará
ahora el rodillo de la corredera de la válvula piloto 2,
la que permitirá a la presión de la bomba hacerse
presente ahora en el piloto izquierda de la válvula 1
principal. Este piloto bajo la acción de la
presión, accionará su pistoncito interno , y el
mismo empujará ahora hacia la derecha la corredera de la
válvula principal, la cual no tendrá ningún
obstáculo dado que el piloto antagonista se encuentra
descargado y drenado al tanque sin presión alguna
.
Cuando el cilindro ahora en su carrera de avance
nuevamente, llegue a completar la misma el cilindro vuelve
nuevamente a invertir su carrera, se dice entonces que el
automatismo recíproco es continuo . Solamente se detiene
cuando el operador corte el suministro de potencia
hidráulica desde la bomba por algún medio. En el
caso de la Fig. 7.12 c. esto se logra cerrando la
válvula de paso 4.
Por todo lo dicho, cuando se quieren lograr circuitos
hidráulicos para automatismos recíprocos continuos,
se deben utilizar dos válvulas de tres vías, dos
posiciones , conectadas entre ellas en paralelo , y ambas a su
vez conectadas también en accionamiento totalmente por
piloto hidráulico llevando el vástago del
cilindro en su extremidad libre de leva que actuará
respectiva y alternadamente a ambas rodillos de las correderas de
las válvulas de tres vías.
REGENERACIÓN EN CIRCUITOS
HIDRÁULICOS
Con anterioridad vimos brevemente el principio de lo que
se llama en hidráulica acción
regenerativa.
Cuando un cilindro de doble efecto está conectado
de tal manera que la cara ciega del pistón está
conectada a la presión de bomba a través de
algún tipo de válvula de control direccional ,
mientras que la contracara anular está conectada
directamente al circuito, de manera que cuando el cilindro
está avanzando, esta al mismo tiempo venciendo una
contrapresión que está actuando sobre la cara
anular, se dice que el cilindro está conectado a
contrapresión si el volumen desalojado va directamente
drenado al tanque , pero si este volumen desalojado se une
nuevamente al caudal de bomba que entra a la puerta de
presión P de la válvula de mando, entonces a la
cara ciega del pistón está llegando en ese momento
el caudal de la bomba mas el caudal adicional proveniente del
volumen desalojado por el cilindro en su movimiento de avance.
Dicho volumen está también presurizado, y al
sumarse al volumen suministrado por el caudal de la bomba que
está entrando a la cara ciega del cilindro la suma de
ambas dará como consecuencia un volumen mayor. Esto
ocasiona que el cilindro desarrolle su carrera de avance a una
mayor velocidad.
El volumen desalojado por el cilindro en su movimiento
de avance se ha regenerado como un volumen de fluido capaz de
suministrar un trabajo mecánico. TAL CIRCUITO ENTONCES ES
UN CIRCUITO REGENERATIVO.
El propósito de un circuito regenerativo es
incrementar la velocidad de la carrera de avance del cilindro .
LA REGENERACIÓN NO PUEDE SER NUNCA LOGRADA EN LA CARRERA
DE RETORNO.
FUERZA DE EMPUJE DEL CILINDRO
Dado que la misma presión de circuito está
actuando sobre ambas caras del pistón, o sea sobre la cara
ciega y sobre la cara anular, es evidente que el producto de esta
presión por las respectivas superficies de ambas caras del
pistón darán fuerzas resultantes de sentidos
opuestos, cuya diferencia será el empuje total resultante
( thrust ) bajo el cual actuará el cilindro en su carera
de trabajo. El empuje resultante será igual al producto de
la presión por la superficie correspondiente a la
sección del vástago .
VELOCIDAD DE AVANCE DEL CILINDRO
Dado que el volumen de aceite contenido en la parte
delantera del cilindro y desalojado por el pistón en su
carrera de avance llanada sobre el lado de la cara ciega un
volumen equivalente al volumen total desplazado por el cilindro
en su carrera de avance, respetando al mismo, el volumen ocupado
por el vástago Por tal causa, cuando el cilindro
está cumpliendo su movimiento de avance, la bomba
solamente necesitará suministrar precisamente el volumen
del vástago.
Por lo dicho, para calcular la velocidad de avance del
cilindro cuando el mismo se encuentra bajo una acción
regenerativa, basta solamente dividir el caudal de la bomba en
litros/ minuto o en litros/segundo por el volumen del
vástago en decímetros cúbicos. El resultado
será la velocidad de avance del cilindro en
decímetros / minutos o decímetros/segundo . Para
ilustrar mejor lo dicho daremos a continuación un caso
:
Sea un cilindro hidráulico que tenga un
diámetro interior de 10 pulgadas, un vástago cuyo
diámetro sea 7 pulgadas, la bomba tiene in caudal de 8
G.P.M. a una presión de 1200
libres/pul.²
Se puede calcular:
- El empuje del cilindro en su carrera de avance
(thrust) - La velocidad' de la carrera de
avance - La velocidad de la carrera de
retorno - El flujo de aceite sobra la cara "A" y .
- El flujo de aceite sobra la cara "B"
EMPUJE DEL CILINDRO: Diámetro
vástago 7". Superficie 38 pulg.² x 1200 psi. = 45.600
libras.
VELOCIDAD DE AVANCE: 8 G.P.M. x 231 pulg. 3 % 38
s.i. = 48" por minuto.
VELOCIDAD DE RETORNO: 8 G.P.M. x w3l pulg. 3% (
78,5 – 38) s.i. = 46" por minuto.
FLUJO SOBRE "A": 48" / min, x 78,5 s.i. %
231 16,3 G.P.M.
FLUJO SOBRE
"B":
16,3 = 8 GPM ( de la bomba)= 8,3 G.P.N. (flujo
regenerativo)
Como se ha visto, para calcular los caudales
necesarios sobre ambas caras primeramente se calculó
qué caudal sería necesario suministrar a la cara
ciega del pistón para que el mismo se desplazara a la
velocidad calculada, SI EL CIRCUITO NO FUERA REGENERATIVO. Luego
, el caudal así calculado , restamos el caudal de la
bomba , y la diferencia es el caudal regenerativo suministrado
por el circuito.
EJEMPLOS DE CIRCUITOS REGENERATIVOS
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Una válvula de cuatro vías , dos
posiciones puede ser usada para lograr regeneración .Para
ello conéctese el retorno del cilindro directamente al
circuito clausurándose la puerta B de la válvula
que corresponderla a la cara anular del pistón , si el
circuito no fuera regenerativo.
La otra puerta de la válvula A, conéctese
a la cara ciega del pistón .
Este circuito regenerativo actuará de una manera
enteramente similar al mostrado en la Fig. 7.13 a. , visto en
páginas anteriores en el cual la válvula de tres
vías de dos posiciones accionaba el cilindro
hidráulico con una acción
regenerativa.
El circuito dibujado en la Fig. 7.10 b. , también
es regenerado cuando actúan sobre ambas caras del cilindro
la presión de la bomba al mismo tiempo.
Utilizando una válvula de cuatro vías ,
tres posiciones de centro flotante normal, también se
obtiene un circuito regenerativo SI SE CONECTA AMBAS CARAS DEL
CILINDRO CON LAS PUERTAS A y B y LA PRESIÓN DE BOMBA SE
CONECTA A LA PUERTA DE DESCARGA T DE LA VÁLVULA , mientras
que la puerta P de la misma , SE CONECTA A LA DESCARGA DEL
TANQUE.
Cuando la corredera de la válvula se encuentra en
su posición central ( como está dibujado en la
figura) se establece la acción regenerativa. Cuando se
actúa la válvula de manera que opera el bloque de
la izquierda, el cilindro cumple su carrera de retorno , cuando
se invierte la corredera de manera que actué el bloque de
la derecha , el cilindro avanza bajo el empuje completo de la
presión SIN acción regenerativa. En este circuito,
NO es posible detener el pistón en ninguna posición
intermedia de su carrera tanto de avance como de retroceso.
Así mismo con la válvula de corredera flotante
conectada al revés , la bomba no descarga en ninguna
posición de la misma a través de la corredera. Por
tal motivo, la descarga de la bomba se efectuará
independientemente de esta válvula por otros
medios.
En la Fig. 7,13.b, se ve otro circuito regenerativo , en
la Fig. 7.14 logrado con una válvula de cuatro vías
tres posiciones de tipo tandem , centrada por doble resorte y
accionada por solenoide, utilizada como válvula
principal.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Esta válvula (1) empleada como
válvula principal no es otra cosa que una válvula
de control direccional tandem , descarga a la bomba en descarga
libre al tanque cuando la corredera se encuentra en su
posición central. También controla el movimiento
hacía adelante y hacia atrás del cilindro
hidráulico.
La válvula 2 , es una válvula de tres
vías, dos posiciones actuada por un solo solenoide y
resorte antagonista.
Cuando la válvula 2, NO ESTA ENERGIZADA , ( caso
de la figura) la válvula actúa normalmente, y
el circuito NO ES REGENERATIVO, actuando el cilindro bajo
condiciones normales , cuando la presión de la bomba
actúa libremente sobre ambas caras del pistón del
cilindro.
Sí el solenoide de la válvula 2
está conectado en paralelo con el solenoide la derecha de
la válvula 1 , al energizar a ambos SIMULTÁNEAMENTE
el cilindro avanza con acción regenerativa.
Si todos los solenoides están desenergizados , la
bomba descarga libremente al tanque y el cilindro queda bloqueado
en cualquier posición intermedia de su carrera, tanto de
avance como de retroceso.
Si en cambio, y por error es el solenoide de la
izquierda de la válvula 1 el que está conectado al
solenoide de la válvula 2, el sistema NO FUNCIONA da
ninguna manera . Si estando los solenoides desenergizados , se
ENERGIZA SOLAMENTE el de la izquierda de la válvula 1 , el
cilindro retoma como ya se dijo más arriba, de la manera
clásica.
Si finalmente incluimos un presostato accionado por la
presión existente en el interior del cilindro durante su
carrera de avance, de manera que aquello la actué cuando
el cilindro ha retrocedido completamente, y provoque el cierre de
un switch de
contactos normalmente abiertos, en ese momento el presostato
energizará el solenoide de la válvula 2 y estando
este conectado en paralelo al solenoide de la derecha de la
válvula principal por medio del mismo presostato entonces
el cilindro avanzará con acción regenerativa.
Cuando se completa la carrera de avance, la presión en la
cámara delantera del cilindro cae a cero, el presostato se
desenergizá hidráulicamente , corta el contacto
cerrado desconectando así los solenoides de la de la
válvula principal y de la válvula 2, y así
con un puente inversor conectado , ahora el solenoide de la
izquierda de la válvula 1, el cilindro retrocederá
libremente, estableciéndose así un automatismo con
acción regenerativa , y con la alternativa de detener al
cilindro en cualquier posición intermedia de su carrera,
con descarga libra de la bomba al tanque.
El circuito estudiado, es el más completo para
automatismos recíprocos regenerativos con parada en
cualquier punto y descarga libre de bomba.
Los cilindros empleados en circuitos regenerativos
generalmente son de relación 2:1, lo que significa que la
superficie de la cara ciega del pistón es el doble de la
superficie anular. En consecuencia, y bajo acción
regenerativa, cuando el pistón avanza lo hace que un
empuje igual a la mitad del empuje completo, cuando NO EXISTE
estado
regenerativo . En el primer casas el pistón avanza con el
doble de la velocidad que tendría si no existiera esta
regenerativo.
VÁLVULAS SOLENOIDES
HIDRÁULICAS
Las necesidades crecientes que se presentaran y que se
siguen presentando en el campo de la automatización industrial en cuanto hace a
la fabricación de maquinarias, dispositivos y diversos
elementos accionados hidráulicamente, y la extrema. de
sencillez con que se pueden diseñar circuitos
eléctricos que funcionan automáticamente
comandados desde sencillos microcontactos fin de carreras ,
microcontactos temporizadores , hasta los modernos programadores
lógicos programables (PLCs) han hecho pensar a los
Ingenieros Proyectistas hace algunas décadas atrás
lo útil que resultaría comandar circuitos
hidráulicos vía automatizaciones eléctricas
.
Ello determinó en su momento la creación
de la válvula de control direccional accionada por
solenoides y/o electroimanes, y , actualmente, este tipo de
válvulas es el elementos indispensable para comandar
cualquier máquina hidráulica, automática a
no , por medio de cualquier tipo de accionamiento
eléctrico y/o electrónico .
Las válvulas que a continuación
estudiaremos, son las más populares en el campo de
válvula de control direccional de flujo hidráulico
accionadas eléctricamente .
VÁLVULAS DE HIDRÁULICAS DE CUATRO
VÍAS, OPERADAS ELÉCTRICAMENTE .
En la Fig. 7.15.a. vemos una válvula directamente
accionada por solenoide , que es aquella en la cual el elemento
motriz para accionar la corredera deslizante es únicamente
un electroimán o un solenoide.
La acción de este, cuando se encuentra
energizado, se traduce en un empuje o una tracción de la
corredera. En dicha figura tenemos una válvula de cuatro
vías, dos posiciones, de retorno por la acción de
un resorte antagonista, y accionada por el electroimán
dibujado al costado derecho de la válvula. Cuando se
energiza el solenoide la corredera es empujada por la
acción de este hacia la izquierda, conectan da la
presión a la cara 2 del cilindro mientras que la cara 1
queda drenada al tanque. La corriente
eléctrica debe ser mantenida sobre el solenoide para
que este a su vez mantenga a la corredera empujada totalmente
hacia la izquierda. Cuando se corta la corriente 9 y el solenoide
se desenergiza ,el resorte empuja enérgicamente a su vez a
la corredera hacia la derecha conectándose entonces las
puertas del cuerpo de la válvula de la manera demostrada
en la figura.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
LAS VÁLVULAS SOLENOIDES SIEMPRE SE REPRESENTAN EN
LOS ESQUEMAS DE CIRCUITERIA CON EL CONEXIONADO CORRESPONDIENTE A
SU POSICIÓN DESENERGIZADA .
Las válvulas directamente accionadas por
solenoides se construyen usualmente de pequeño
tamaños para tubería no mayor 1/4", debido a las
medidas físicas que devienen muy grandes en los solenoides
cuando la válvula tiene dimensiones mayores . Asimismo, la
corriente eléctrica necesaria para accionar solenoides
mayores, toma valores muy
grandes y paralelamente se presentan problemas de
calentamiento , los cuales deben ser vigilados con mucha
atención.
En las válvulas de control direccional
directamente comandadas por solenoides, para dimensiones de
tubería de 1/4" , cuando son manufacturadas por
fabricantes acreditados permiten caudales de pasaje de fluido de
hasta 30 litros por minuto, para presiones de 1.000 libras por
pulgada cuadrada.
Fig. 7.15 b. Hablamos dicho refiriéndonos a la
válvula de cuatro vías, dos posiciones accionada
por un solo solenoide y retornada por resorte antagonista que era
necesario mantener la corriente eléctrica sobre el mismo
durante todo el tiempo que la válvula debía estar
actuando.
Algunas veces suele suceder, que la válvula
operada por un breve impulso eléctrico y al casar este ,
debe seguir la corredera permaneciendo en el lugar a la cual
aquel la llevó, Evidentemente en este caso no puede
tolerarse la acción del resorte antagonista por tal motivo
se reemplaza a este por otra solenoide, de manera que la
corredera es movida hacia un extremo o el otro de la
válvula por la acción del empuje de uno u otro
solenoide .
Tal se ve en la figuras anteriores. La corredera
permanece al extremo hacia la cual fue llevado hasta el momento
que se energiza el solenoide antagonista.
Debe tomarse especial cuidado, cuando se trabaja con
esta válvula, de no montarla en ninguna otra parte o
posición que no sea la horizontal como también, si
la válvula se encuentra colocada en una máquina
móvil de no fijarla nunca con la corredera paralela al
sentido del movimiento. En el primer caso la gravedad, y en el
segundo la inercia misma de la corredera, en el caso de una
frenada brusca de la máquinas podrá descolocar la
corredera de una posición determinada, motivando la
aparición de inconvenientes a veces difíciles de
evaluar. Asimismo, cuidados deben ser tomados para que en
ningún caso ambos solenoides se energizan
simultáneamente .
Fig. 7.15 c. En los casos vistos anteriormente, las
válvulas eran de 2 posiciones , pero si a la
válvula accionada por doble solenoide mediante
dispositivos adecuados, le colocamos dos resortes exactamente
iguales en ambos extremos de la corredera , la misma , cuando
ningún solenoide está energizado, se auto
centrará por la acción del equilibrado provocado
por ambos resortes en la posición central de la
válvulas , tenemos así una válvula de cuatro
vías, tres posiciones, autocentrada por resortes
.
De la forma como la corredera está construidas
tendremos.
- Válvulas de centro cerrado.
- Válvulas de centro abierto
- Válvulas de centro flotante
- Válvulas de centro tandem .
Deben tomarse especiales cuidados que nunca ambos
solenoides queden energizados simultáneamente.
La corriente eléctrica debe ser mantenida sobre
el solenoide respectivo todo el tiempo deseado para mantener la
corredera en uno de sus extremos, Si el solenoide se energiza ,
permaneciendo el otro solenoide desenergizando , los resortes
automáticamente llevan a la corredera a su posición
central, Esta válvula puede ser montada en cualquier
posición .
VÁLVULAS DE CUATRO VÍAS, OPERADAS
POR PILOTO HIDRÁULICO.
Cuando por las dimensiones presentes en grandes
válvulas destinadas a manejar caudales de
consideración, los esfuerzos físicos de un operador
para accionar manual mente la válvula devienen muy grandes
, entonces la corredera de la misma se acciona valiéndose
de un agente intermedio que alivia el esfuerzo físico del
operador. Esto generalmente se logra con concurso de la misma
presión del circuito la cual, mediante dispositivos
adecuados que pasee la misma válvula, acciona
pequeños pistoncitos , los cuales a su vez empujan la
corredera en un sentido y hacia el extremo deseado de la
válvula sin ningún esfuerzo físico por parte
del operador.
Se dice entonces que la válvula está
accionada por piloto hidráulico .
Cuando el control direccional del piloto
hidráulico se logra con el concurso de una pequeña
válvula auxiliar accionada por solenoide, la cual sirve
para manejar la válvula grande entonces ésta toma
el nombre de: válvula accionada por piloto
eléctricamente controlada .
Estas válvulas se construyen para medidas de
tuberías desde 3/4" para adelante, o 3/4" , 1", 1 1/2" ( a
veces 1 l/4"); 2" , 2 1/2" , 3" y 4" . Indefectiblemente
todas ellas son comandadas por una válvula "piloto", de
simple o doble solenoide, según sea el caso de l/4", que
hemos visto mas arriba .
Las válvulas controladas por solenoide y operadas
por piloto hidráulico, (ver Fig. 7.16.a.) tienen algunas
importantes ventajas respecto de las válvulas directamente
operadas por solenoide.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
1 ) Debido a que pueden manejarse con pequeñas
válvulas piloto operadas por solenoide miniatura ellas
poseen operaciones muy
silenciosas, Por otra parte los solenoides pequeños no
tiene el zumbido de los grandes, ni tampoco los impactos de la
alta intensidad que se hacen presentes cuando la estructura del
solenoide es mayor.
2) La velocidad de desplazamiento de la corredera de la
válvula principal puede ser regulada estrangulando
convenientemente las entradas a la misma de la de los pilotos
hidráulicos. En cambio la velocidad del desplazamiento del
tragante del electroimán o del núcleo del solenoide
NO puede ser regulada, sin provocar el sobrecalentamiento de la
bobina eléctrica .
Al poder regular
la velocidad de la corredera de la válvula principal,
podremos evitar choques ylo golpes de ariete en las
tuberías mayores del circuito hidráulico . En la
Fig. 7.16.a. , hemos representado en A el corte
esquemático de una válvula operada por piloto
controlada por solenoide. La válvula principal es de
cuatro vías , 2 posiciones, de la misma manera que la
válvula piloto , accionada por simple solenoide y
retornada por resorte antagonista de la misma manera vista en
párrafos anteriores .
El flujo principal de aceite es manejado por la
corredera de la válvula principal que está dibujada
en la parte inferior de la estructura de la válvula . Esta
corredera no esta montada con resorte, ella está
potenciada en ambas direcciones por la presión del piloto
hidráulico que viene dirigido desde el conjunto superior
del dibujo. El drenaje del piloto debe siempre conectarse a la
descarga del tanque independientemente de la descarga de la
válvula principal, no debe nunca existir en él
ninguna contrapresión . De haberla , ocasionaría
por una parte una carga extra en el esfuerzo de empuje del
solenoide, y por otra parte , y esto es la más importante
, se motivarían dificultades para accionar libremente la
corredera de la válvula principal, Si el solenoide tuviera
que trabajar sobrecargado por existir una contrapresión en
el drenaje del piloto , lo más probable es que se quemara
por sobrecalentamiento en muy pocos segundos de
tiempo.
En la parte B de la Fig. 7.16 se ha representado el
símbolo completa USASI de la válvula, La
válvula principal esta dibujada en la parte inferior
del conjunto, mientras que la válvula piloto la
está en la parte superior del mismo. Se indica asimismo el
conexionado entra ambas válvulas , representando las
líneas punteadas por los conductos internos de la
presión piloto .
El recuadro en trazos punteados, gruesos, que encierra a
las dos válvulas, simboliza que ambas se encuentran
montadas sobre un mismo conjunto físico. Debido al hecho
de que dibujar en el circuito hidráulico este tipo de
válvulas con su símbolo completo demandarla mucho
tiempo , es que se permite en la práctica la
representación gráfica de la circuitería
hidráulica, y representar el conjunto completo de esta
válvula con el símbolo simplificado parte C de la
figura . Este símbolo simplificado es el mismo que
el utilizado para una válvula de las mismas
características directamente accionada por solenoide
.
VÁLVULA OPERADA POR PILOTO, CONTROLADA
POR DOBLE SOLENOIDE ( Fig. 7.16.b.)
Cuando el solenoide de una válvula como la vista
en anteriores figuras, debe actuar durante un cierto tiempo ,
habíamos visto que era necesario mantener durante ese
lapso de tiempo la corriente eléctrica del mismo, por tal
motivo, cuando se trataba de operar la válvula con un
breve impulso eléctrico, era necesario recurrir a una
válvula accionada por doble solenoide.
En el caso de tratarse de una válvula cerrada por
piloto, y que trabaje con las mismas características de
aquélla , será imprescindible accionar
también la válvula Para ver el gráfico seleccione la opción
"Descargar"piloto con doble solenoide como se ha
representado en la figura.
Se observa en la misma que la corredera de la
válvula piloto está centrada por doble resorte. La
actuación de un breve impulso eléctrico sobre un
solenoide determinado ocasionará el rápido
desplazamiento de la corredera de válvula principal 1.3
que permanecerá en esa posición hasta tanto no sea
desenergizado el solenoide motriz, En este caso la corredera de
la válvula piloto se encuentra totalmente desenergizada su
corredera se encuentra centrada permitiendo el drenaje al
tanque de ambos pilotos hidráulicos de la válvula
principal , la cual mantendrá su corredera posicionada por
medio de dos enclaves – uno para cada posición – que
generalmente se logran haciendo sendas ranuras semicirculares en
el entornos de una de las colas de la corredera mas larga que su
opuesta. Sobre estas ranuras encaja una esfera mantenida contra
el fondo de la misma por medio de un pequeño resorte, como
está dibujado en la parte A de la Fig. 7.16. b.
.
Esta válvula, debido a la retención
mecánica de su corredera principal, puede estar montada en
cualquier posición .
Aquí también el drenaje del piloto se
conectará al tanque independientemente del o de los
retornos de las válvulas principales, puesto que,
volviendo a insistir DEBEN EXISTIR CONTRAPRESIONES EN LA DESCARGA
DEL PILOTO.
En la figura 7.16. b., la parte B se ha dibujado
él símbolo completo USASI, de la válvula de
cuatro vías , dos posiciones operada por piloto, y
eléctricamente controlada.
VÁLVULA DE CUATRO VÍAS TRES POSICIONES
, OPERADAS POR PILOTO , DOBLE SOLENOIDE (Ver fig,
7.16.c.).
En la Fig. 7.16.c. , la parte A, se dibujado
esquemáticamente el corte completo de toda la
válvula mostrando tanto la válvula principal
, así como la válvula piloto.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Ambas tienen sus respectivas correderas centradas por
resortes auto-centrantes. Aquí también la corredera
de la válvula piloto es del tipo "centro flotante "
mientras que la de la válvula principal puede ser
cualesquiera de los cuatro tipos vistos anteriormente.
Hasta aquí nos hemos referido a los dispositivos
eléctricos motrices para operar las correderas de
las válvulas piloto como solenoides .
Se los llama SOLENOIDES por estar accionados con |
Los electroimanes comúnmente utilizados son Cuando la bobina del electroimán recibe |
VÁLVULA DE 4 VÍAS, 3 POSICIONES DOBLE
SOLENOIDE, CENTRADA POR PRESIÓN (ver Fig. 7.16 d)
.
En estas válvulas, el centrado de la corredera
principal no se realiza por la acción de la misma
presión del sistema piloto de la
válvula.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
La corredera principal, en el caso de estas
válvulas , esta potenciada por dos respectivos y opuestas
pequeños pistoncitos hidráulicos , uno en cada
extremo de la corredera. Estos pistoncitos están
conectados a la entrada de la presión piloto antes da la
entrada de esta a la puerta de entrada de la válvula
piloto propiamente dicha. Ellos tienen la misma acción que
los resortes auto-centrantes pero desarrolla esfuerzos mayores
.
Para dibujos
simplificados en el esquema del circuito hidráulico, estas
válvulas tienen el mismo símbolo que las
válvulas auto-centradas por resorte, vistas anteriormente
.
ALIMENTACIÓN DE LA PRESIÓN PILOTO EN
VÁLVULAS ELÉCTRICAMENTE
CONTROLADAS.
Muchas válvulas de cuatro vías, de dos o
tres posiciones, con correderas de centro cerrado toman la
alimentación de la presión piloto
desde la misma entrada de presión de la válvula
principal.
A menos que la presión piloto sea suministrada
por alguna fuente de suministro auxiliar, o independientemente
del circuito principal, como ser una pequeña bomba
independiente de la principal se podrá tomar la
alimentación de la presión piloto desde el mismo
circuito, sin ninguna dificultad si la corredera de la
válvula principal es de centro cerrado, pero si en cambio
es de centro abierto, de centro flotante o de centro tandem , es
evidente que cuando la válvula se encuentre en la posici6n
central , la bomba descargará libremente al tanque y en
ese punto, no será posible obtener presión para
accionar los pilotos , de manera que será imposible
accionar la válvula y descolocarla de su posición
central.
Cuando resulte posible, corno sucede en los circuitos
hidráulicos que accionan máquinas destinadas a
movimiento de tierras, en los cuales se manejan grandes caudales
es común proveer la fuente de alimentación de la
presión de los pilotos por medio de una pequeña
bomba independiente de la bomba principal.
Este sistema NO causa ninguno o en todo caso muy poca
generación de calor.
En la figura 7.17.a. se ha dibujado el
símbolo completo USASI de una válvula de control
direccional de cuatro vías , tres posiciones, centro
tandem, accionada por doble piloto hidráulico y
auto-centrada por resorte, comandada por una
electroválvula de cuatro vías , tres posiciones,
centro flotante, con doble solenoide, auto-centrada por resortes,
con alimentación de la presión piloto suministrada
Por una bomba independiente .
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar"
FUENTE DE ALIMENTACIÓN PILOTO POR
RESTRICCIÓN DE LA ENTRADA (Ver Fig. 7.17.b
.)
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
La presión piloto puede ser generada colocando en
la línea de entrada de la válvula principal una
válvula antirretorno con su resorte ubicado de tal manera
que el mismo provoque una caída de presión de 50 a
100 libres por pulgada cuadrada. Inmediatamente antes de este
válvula, llamada restrictora se deriva una pequeña
tubería auxiliar por la cual se toma la presión
piloto para alimentar a su vez a la válvula piloto
accionada por doble solenoide.
Cuando la válvula principal esta en cualquiera de
sus posiciones extremas, es evidente el valor de la
presión de línea , pero cuando la válvula
principal pase por su posición central, en ese momento el
valor de la presión piloto caería hasta el mismo
valor que el restrictor , al valor de 50/100 libras por pulg.
cuadrada , suficiente para accionar los pilotos
hidráulicos de la válvula principal. Como se dijo
anteriormente el drenaje de la válvula piloto debe ser
directa e independientemente conectado al tanque.
Evidentemente la caída de presión
producida por el restrictor , ocasionará o generará
una cierta cantidad de calor, que debe ser disipada so pena de
experimentar después de algún tiempo de funcionar
sobrecalentamiento del sistema , lo cual aparejará
los inconvenientes ya conocidos .
FUENTE DE ALIMENTACIÓN PILOTO POR
RESTRICCIÓN A LA SALIDA – (Ver Fig., 7,17 c)
.
La presión para el piloto también puede
ser generada colocando el restrictor a la salida de la
válvula principal en la tubería de retorno al
tanque .
Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar"
El restrictor está aquí mostrado , dentro
del símbolo completo USASI , como válvula 2,
y debe ser dimensionada con gran tamaño puesto que la
misma debe permitir no solamente pasar el caudal de la bomba,
sino también el caudal proveniente del retorno de los
cilindros , los cuales deben pasar con toda libertad a
través de! restrictor 2.
En este sistema es imperativo que el drenaje de la
válvula piloto sea directamente descargado al
tanque. De no hacerlo así, no será posible
accionar la válvula piloto bajo ninguna condición .
Cuando se toma la presión piloto de entrada de la
presión a la válvula principal existiendo un
restrictor en la línea de descarga , la generación
de calor es mayor que en el caso anterior, cuando se colocaba el
restrictor a la entrada de la presión de línea a la
válvula principal.
CONTROL DIRECCIONAL DE CILINDROS
NEUMÁTICOS
Simple Efecto
En la Fig., n° 3.46 vemos dos válvulas de dos
vías accionado un cilindro de simple efecto , para
que el cilindro se extienda debemos cerrar la válvula 1 y
abrir la 2 que admitirá aire comprimido. Para retractar el
cilindro cerramos la válvula 2 y la 1 es abierta al escape
permitiendo entonces que el resorte retracte el
cilindro.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
En la Fig. n° 3.47 accionamos el
cilindro de simple efecto con una válvula de tres
vías que nos evita el inconveniente de tener que actuar
dos válvulas como en el caso anterior, en la
posición que aparece el dibujo la válvula
está conectando el cilindro con la atmósfera y la
alimentación de aire está bloqueada , cuando
actuamos la válvula admitimos aire en el cilindro con la
que este se eleva.
CONTROL DIRECCIONAL DE CILINDROS DE DOBLE
EFECTO
En la Fig.3.48 A. Para mover un cilindro de doble efecto
debemos aplicar aire a una de sus caras y conectar la otra al
escape, en la Fig. A vemos que las válvulas de dos
vías permiten la entrada de aire a la cara delantera del
cilindro y conectan la trasera al escape con lo cual el cilindro
no se retracta, En la posición B ocurre lo contrario es
decir, hacemos avanzar el cilindro , como podemos apreciar esta
disposición obliga a actuar cuatro válvulas
.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar"
En la Fig. n° 3.49 A y B : Cilindro de doble efecto
controlado por dos válvulas de tres vías
.
En A podamos observar que las válvulas
están actuadas de tal forma que admitimos aire en la cara
trasera del cilindro con lo cual este avanza , en B sucede
exactamente lo contrario. Si bien hemos logrado accionar el
cilindro con dos válvulas en lugar de cuatro vías
como en el caso anterior , podemos simplificar aún
más si lo hacemos con una sola válvula de cuatro
vías .
Sin embargo el accionamiento de un cilindro de doble
efecto, con dos válvulas de tres vías aporte
ciertas ventajas especiales, si observamos detenidamente la Fig.
nº 3.49 podremos ver que accionando una sola de
las válvulas de tres vías podemos dejar ambas caras
del cilindro conectadas al escape o ambas caras sometidas a
presión, el primer caso mencionado permite accionar el
cilindro por medios mecánicos en caso de ausencia de aire
u otras fallas.
En el caso de someter a ambas caras a presión del
cilindro se mover en el sentido del avance, pero lo hará
con una fuerza que es igual a la diferencia que existe entre la
presión y la superficie del pistón menos la
presión por la superficie libre del lado del
vástago , hecho este que podríamos aprovechar
cuando necesitamos un movimiento de avance a baja
fuerza.
CIRCUITO ESTABLE – Fig. 3.50 .
Este circuito nos permite detener el cilindro en
cualquier punto de su carrera en forma muy estable. Esto
también puede lograrse con una válvula de cuatro
vías con posición intermedia bloqueada , pero en
ese caso una vez centrada la válvula el cilindro
seguirá desplazándose hasta que las presiones en
sus dos caras sean iguales , esto se debe a la diferencia de
superficies existentes en todo cilindro de simple vástago
.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Este hecho dificulta la labor del operario que debe
detener el cilindro pues nunca puede lograr una misma
posición .
En el circuito de la Fig. n° 3.50 este problema se
resuelve utilizados dos válvula de tres vías de la
siguiente forma: la cara delantera del cilindro se alimenta a la
presión de línea , mientras que la trasera se
alimenta a través de la válvula reductora a una
presión menor para compensar la diferencia de superficies
existentes, esto quiere decir que cuando ambas caras están
sometidas a presión las fuerzas que ejercerán estas
presiones serán de igual magnitud y contrarias por la que
el cilindro se detendrá sin ninguna variación
.
Las válvulas de retención que aparecen
antes de la alimentación de cada válvula tienen una
misión
muy importante y es la de no permitir retornos de flujo, lo cual
haría variar la posición de detención del
cilindro en cuestión .
CILINDRO ELEVADOR VERTICAL. Fig. 3.51
Los cilindros de doble efecto utilizados como elevadores
verticales son usualmente controlados por válvulas de tres
vías presentando este control dos ventajas con respecto al
empleo de
válvulas de cuatro vías .
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
1) Ventaja: La alimentación permanente de
aire a la cara inferior del cilindro le da a éste una
acción de contra balanceo, acción que ayuda
al operario al control eficaz del descenso de la carga
.
2) Ventaja : El consumo de
aire del cilindro queda reducido por el siguiente motivo: el
descenso de la carga se produce a una realimentación de la
cara delantera a la trasera despejándose únicamente
el volumen de aire contenido en la parte trasera del cilindro. La
fuerza de elevación de un cilindro de éste tipo se
calcula por el área neta ( área pistón –
área del vástago) por la presión de
línea .
Bibliografía
y Sitios WEB de interés
para Ingenieros Industriales
DEL RAZO, Hernández Adolfo, "Sistemas
Neumáticos e Hidráulicos: Apuntes de
Teoría" Editorial: U.P.I.I.C.S.A, México
D.F., 2001.
DEPPERT W. / K. Stoll. "Aplicaciones de
Neumática" Ed. Marcombo. España,
Barcelona. P.p. 54-56, 87, 104 – 105, 124 – 129
DEPPERT W. / K. Stoll.
"Dispositivo Neumáticos" Ed. Marcombo Boixareu.
España, Barcelona. Pag: 8
Gordon J. Van Wylen – Richard E. Sonntag.
"Fundamentos de Termodinámica" Editorial: Limusa,
México, D. F. P:39-41, 125-126, 200-201, 342-343,
345-346.
GUILLÉN SALVADOR, Antonio.
"Introducción a la
Neumática" Editorial:
Marcombo, Boixerau editores, Barcelona-México 1988, p: 31
– 40
RESNICK, Roberto; HALLIDAY; WALKER.
"Fundamentos de
Física" Sexta
Edición, Editorial: Compañía Editorial
Continental, México D.F., 2001, p: A-7
http://www.festo.com/argentina/104.htm
http://www.sapiens.itgo.com/neumatica/neumatica19.htm
Problemas de Física de Resnick,
Halliday
http://www.monografias.com/trabajos12/resni/resni
¿Qué es la Filosofía?
http://www.monografias.com/trabajos12/quefilo/quefilo
Ingeniería de métodos
/trabajos12/ingdemet/ingdemet
Ingeniería de Medición
/trabajos12/medtrab/medtrab
Control de Calidad
/trabajos11/primdep/primdep
Investigación de mercados
/trabajos11/invmerc/invmerc
Análisis Sistemático de la Producción 1
/trabajos12/andeprod/andeprod
Aplicaciones del tiempo estándar en la
Tutsi
/trabajos12/ingdemeti/ingdemeti
Átomo
/trabajos12/atomo/atomo
Gráficos de Control de Shewhart
/trabajos12/concalgra/concalgra
Distribución de Planta
/trabajos12/distpla/distpla
UPIICSA
/trabajos12/hlaunid/hlaunid
Mecánica Clásica – Movimiento
unidimensional
/trabajos12/moviunid/moviunid
Glaxosmithkline – Aplicación de los resultados
del TE
/trabajos12/immuestr/immuestr
Exámenes de Álgebra
Lineal
/trabajos12/exal/exal
Curso de Fisicoquímica
/trabajos12/fisico/fisico
Prácticas de Laboratorio de
Electricidad
de Ingeniería
/trabajos12/label/label
Prácticas del laboratorio de química de la
Universidad
/trabajos12/prala/prala
Trabajo Enviado y Elaborado por:
Iván Escalona Moreno