sábado, 14 de marzo de 2015

Válvulas de Presión



Válvulas de Presión

 


Objetivo

A partir de los Fundamentos básicos de la energía Hidráulica industrial ir conociendo poco a poco los factores que intervienen en su instalación y en la conservación en buen estado de los componentes dando una breve descripción de su uso y aplicación, en este caso de las Válvulas de Presión Hidráulica.




Descripción del Tema:

Hoy el término hidráulica se emplea para referirse a la transmisión y control de fuerzas y movimientos por medio de líquidos, es decir, se utilizan los líquidos para la transmisión de energía, en la mayoría de los casos se trata de aceites minerales pero también pueden emplearse otros fluidos, como líquidos sintéticos, agua o una emulsión agua-aceite. La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos; analiza las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para mejorar el aprovechamiento de las aguas; se dividen en:
  • Hidrostática (líquidos en reposo)
  • Hidrodinámica (líquidos en movimiento)
Propiedades fundamentales de los líquidos


Los líquidos son sistemas deformables constituidos por un número infinito de puntos materiales aislados, infinitesimales. Se trata de sistemas continuos donde no existen espacios vacíos” dentro de la masa.
Desde el punto de vista de la Mecánica cabe destacar las siguientes propiedades fundamentales de los líquidos:

Isotropía:      Se conocen como isótropos a las sustancias cuyas propiedades son idénticas en    cualquier dirección.
Movilidad:     Carencia de forma propia. Aptitud para adoptar cualquier forma, la del recipiente que los contiene.
Viscosidad:   Propiedad por la que el líquido ofrece resistencia a los esfuerzos tangenciales que tienden a deformarlo.
Compresibilidad:
Propiedad por la cual los líquidos disminuyen su volumen al estar sometidos a incrementos de presión positivos. En los líquidos esta disminución es muy pequeña, es decir, son poco compresibles.
Los líquidos son compresibles, aunque para su estudio se considera que son incompresibles. En realidad, puede despreciarse su compresibilidad, ya que es baja en comparación con la que presentan los otros fluidos, los gases. 

Dentro de este video podemos apreciar en forma visual la mayor parte del contenido de este blog, o en todo caso una porcentaje relativamente bueno de la informacion recopilada.
Se demuestra la importancia de dos tipos de valvulas
Limitadoras de Presion
Reguladoras de Presion

Comportamiento de un fluido dentro de un Sistema 
Una vez, gracias a la bomba, se ha conseguido introducir el fluido en la tubería del sistema o circuito hidráulico, se precisan una serie de componentes para regular y controlar los parámetros de presión y caudal de este flujo de fluido dentro del sistema, así como de dirigir el flujo en uno u otro sentido según las necesidades. Para ello se dispone de un amplio abanico de válvulas capaces de realizar todas las funciones requeridas para el correcto control de los parámetros. Estas válvulas regulan la presión en puntos determinados, la dirección del fluido, y el caudal. Por ello se dividen en los tres grandes grupos que son:



Válvulas reguladoras de presión
Válvulas direccionales
Válvulas reguladoras de caudal


Accionamiento de una válvula.


Están referidos a la forma o el medio que se utiliza para desplazar el conmutador dentro de la válvula o el elemento del cierre.  Y dentro de estos podemos encontrar estas subdivisiones en la manera de entrar en operación.

Válvula de seguridad de acción o presión directa

Las válvulas de seguridad de acción directa son válvulas cargadas axialmente que al alcanzarse una presión prefijada de tarado se abren automáticamente debido a la acción del fluido o presión sobre el disco de cierre de la válvula. La carga debida a la presión del fluido por debajo del disco de cierre de la válvula está contrarrestad a sólo por una carga mecánica directa tal como un resorte, un peso o una palanca y un peso. Es el tipo más sencillo y de uso común sin características especiales para mejorar sus prestaciones. Normalmente alcanzan su capacidad de descarga certificada a una sobrepresión del 10% para gases y vapores y del 10 al 25% para líquidos.

A su vez estas válvulas pueden ser de varios tipos. Tienen en común que la resistencia a la apertura es generada por una acción mecánica directa de la propia válvula.
 
Boca de salida lateral.
Caperuza.
Sombrerete o bonete.
Tornillo de ajuste.
Tuerca de fijación del ajuste.
Palanca de apertura manual.
Resorte.
Husillo o vástago.
Cuerpo.
Placa del extremo del resorte.
Disco de cierre de la válvula.
Tornillo de fijación del anillo de ajuste.
Anillo de ajuste del escape.
Elemento de guiado en parte inferior.
Asiento.
Conexión roscada al recipiente


Válvulas de Acción Directa:



Deben de ser únicamente como elementos de seguridad, su funcionamiento y rendimiento son muy inferiores a las válvulas de alivio compensadas y pilotadas.
Construcción de una válvula globo tal que el obturador queda entre el actuador y el asiento de manera que el actuador debe impulsar al obturador hacia el asiento para cerrar. Esta terminología se emplea también en válvulas rotativas cuando el actuador empuja para cerrar.

Válvulas de Alivio de operación pilotada

Está constituida por un vástago cerrado en una cámara primaria donde se hace presente la presión hidráulica, el nivel de regulación es efectuado por una pequeña válvula de alivio de acción directa ubicada sobre el cuerpo de la válvula principal y controlada a través de un volante de ajuste. El resorte principal es relativamente liviano, motivado por que el vástago principal en cuestión esta compensado en cualquier rango de presión que opera la válvula, por otra parte puede ser montado en cualquier posición. Las ventajas son:
La diferencia existente entre la presión de ruptura y la de alivio total es mucho menor que las válvulas de acción directa.
Tiene un rango de ajuste mucho más extendido que las válvulas de acción directa
Pueden ser controladas en forma remota para cambiar y variar la presión de servicio como ser desviadas totalmente permitiendo descargar la bomba libremente al tanque.
 
  
Válvulas de presión

Las primeras suelen funcionar por medio de un pistón que es sensible a la presión; las direccionales, en su mayoría, se basan en el desplazamiento de un vástago dentro de un alojamiento, haciendo que, según la posición, el flujo se dirija a uno u otro orificio de salida; las reguladores de caudal se basan en la reducción de la sección de paso de fluido y pueden hacerlo por medio de pistones, estranguladores o de correderas.
Como su nombre indica, las válvulas reguladoras de presión tienen como misión el control de la presión en los distintos puntos del circuito o sistema hidráulico. En su forma más simple se trata de válvulas de dos vías (entrada y salida) que pueden estar normalmente abiertas (paso de fluido a través de ellas), o normalmente cerradas (no hay paso de fluido a través de ellas). La mayoría de las válvulas de control de presión pueden asumir infinidad de posiciones, entre sus estados de totalmente abierto y totalmente cerrado, dependiendo de los caudales y las presiones diferenciales.

Funcionamiento
Normalmente estas válvulas funcionan de manera autónoma tratando de mantener una determinada instrucción (presión, caudal, nivel de agua, etc.).
Como válvulas de control se suelen utilizar las hidráulicas, que son accionadas por la misma energía del fluido de la conducción.
El funcionamiento es como sigue:
Un piloto, perfectamente regulado, recibe la información a través del circuito de control del parámetro a controlar (caudal, presión, nivel de agua...). Ante cualquier variación de éste, el piloto hace reaccionar a la válvula posicionándola de nuevo, de manera que se alcance la consigna preestablecida.


Vigilancia de Presión

La operación segura y eficiente de los sistemas de potencia de fluidos, de los componentes del sistema, y del equipo relacionado requiere medios de control de presión. Hay muchos tipos de control de válvulas automáticas de presión. Algunas de ellas proporcionan simplemente un escape para la presión que excede un ajuste de presión del sistema; algunos reducen solamente la presión a un sistema o subsistema de menor presión; y algunos mantienen la presión de un sistema dentro de una gama requerida.

Estas válvulas influyen principalmente sobre la presión, o están acondicionadas al valor que tome la presión. Se distinguen:




Válvulas reguladoras de Presión
Válvulas limitadoras de Presión
Válvulas de secuencia. 
Válvulas de Frenado
Válvulas de Contrabalance
Válvulas de Seguridad

Válvula de regulación de presión del tipo "normalmente cerrada", es decir que no permite el paso de fluido en condiciones normales. Como su propio nombre indica se trata de válvulas que limitan la presión máxima en el sistema, ofreciendo así la seguridad de que no se exceden los valores límites de presión máxima de los componentes, o simplemente se usan para mantener la presión máxima dentro de los parámetros para los que se ha diseñado el circuito.

Válvulas Limitadoras de Presión

En este tipo de válvulas entre la entrada y la salida existe una bola o un cono que se mantiene presionado contra su asiento por medio de un resorte.
La fuerza que ejerce este resorte puede variarse, en las válvulas directas regulables, por medio de un sistema mecánico externo a la válvula. Cuando la presión del fluido en la entrada de la válvula es superior a la que la mantiene cerrada, venciendo la fuerza del resorte, ésta se abre, permitiendo el paso del fluido hacia la salida de la válvula (que normalmente se conecta al depósito).En el momento en que la presión del sistema no sea suficiente para vencer la fuerza del resorte y mantener abierta la válvula, ésta se cerrará r acción del resorte.
Las válvulas limitadoras de presión funcional según el siguiente principio:
La presión de entrada (p) actúa sobre la superficie del elemento de cierre de la válvula y genera la fuerza F =p1.A1
Si la fuerza de la presión de entrada es superior a la fuerza del muelle la válvula empieza abrir. Entonces, una parte del caudal fluye hacia el depósito. Si la presión de entrada continúa subiendo, la válvula sigue abriendo hasta que la totalidad del caudal de transporte fluye hacia el depósito.


Válvulas de seguridad equilibradas o Compensada de Fuelle


Son aquellas en las que se consigue equilibrar el efecto de la contrapresión mediante un fuelle o pistón según se describe en los siguientes tipos
Este tipo de válvula incorpora un cierre con fuelle lo cual evita que la descarga de fluido entre en el espacio del sombrerete. El fuelle tiene un área efectiva igual al área del asiento de la válvula por lo cual el efecto de la contrapresión sobre la presión de tarado queda eliminado. Están diseñadas para que se igualen las fuerzas ocasionadas por la contrapresión a ambos lados del disco de cierre de la válvula.
Estas válvulas tienen las siguientes características:
La cara superior del pistón tiene igual área que el asiento de la boquilla (superficie de contacto con el fluido del recipiente)
La guía del pistón está venteada de forma que se equilibran las contrapresiones en las caras opuestas del disco.
El sombrerete debe estar venteado a un lugar seguro a presión atmosférica para operar con productos peligrosos, ya que con este tipo de válvula es inevitable un flujo reducido continuo que pasa desde el pistón al sombrerete
 
Válvulas Manorreductoras
Proporcionan una presión constante en un sistema que funcione a una presión mas baja que el sistema de suministro. Una válvula de reducción puede ser normalmente ajustada para cualquier presión reducida deseada dentro de los limites del diseño de la válvula. Una vez que se ajusta la válvula, la presión reducida será mantenida sin importar lo cambios en el suministro de presión (en tanto la presión de la fuente sea por lo menos tan alta como la presión reducida deseada) y sin importar la carga del sistema , previendo que la carga no exceda la capacidad del diseño del reductor. A continuación se muestran varios tipos de estas válvulas:
Válvulas Manorreductoras controlada por piloto


Partes de las Válvulas Manorreductoras controlada por piloto.
1.-Válvula de husillo tipo vertical
2.- Resorte de Válvula piloto
3.- Tornillo de ajuste
4.-Resorte de válvula carretel
5.- Puerto de salida de alta presión
6.- Puerto de salida de presión reducida
7.- Abertura
8.- Pasaje de Fluido
9.- Pasaje de Fluido
10.- Carretel de Válvula
11.- Puerto de entrada de alta presión
12.- Cámara de Fluido
13.- Pasaje de Fluido
14.- Cámara de Fluido
15.- Drenaje

Reguladora de 2 vías (sin escape)
En ella el fluido hidráulico llega por P y en un principio pasa hacia la salida A hasta que la presión en esta salida se va elevando y, consecuentemente, empuja el embolo por la parte de la izquierda cerrando el paso la corredera hasta que la presión en la salida desciende de nuevo y la corredera vuelve a abrir por la fuerza del muelle.
En realidad, para un caudal sensiblemente constante, lo que se establece es un equilibrio de fuerzas presión-muelle que sitúa a la corredera en un punto intermedio que mantiene el flujo de aceite a la presión deseada. El orificio o vía L es un drenaje a tanque de las posibles fugas.

 Reguladora de 3 vías (con escape)

Esta válvula puede eliminar las variaciones (golpes depresión) producidas por los consumidores. Consigue también ajustar la presión estática (sin flujo) a un valor inferior al de entrada. Su aplicación en las instalaciones hidráulicas es muy importante, ya que además puede sustituir las válvulas limitadoras de  presión.




Algunas otras Válvulas que pueden encontrase son estas:





Válvulas de frenado

La válvula de frenado  se instala  en la línea  de retorno  de un  motor hidráulico para:

Evitar un exceso de velocidad cuando se aplica una carga demasiado grande al eje del  motor. 
Evitar  una  presión excesiva  cuando  se desee  desacelerar o   parar una carga.

Las válvulas de frenado son válvulas de presión que tienen efecto en el lado de descarga de consumidores de doble efecto. Con su ajuste de presión, mantienen la descarga cerrada (ajuste de presión aprox. 15% por encima de la presión de carga máx...) y contrarrestan la presión de una carga que empuja (negativo). En el lado de alimentación se produce la descarga sólo hasta que la bomba es forzada a “rempujar” con una presión residual. 
Cuando  el motor  alcanza su velocidad  de trabajo, la presión  en la línea mantiene  la válvula  abierta  a no ser  que la carga  tienda a acelerar  más la velocidad  del motor. Si esto  ocurre, la presión disminuirá  a la entrada del motor  y también en la  línea  de pilotaje  externo.
La  tensión del muelle  tiende  a  cerrar la válvula, aumentando  así  la contra presión. Esto a su vez, aumenta, la presión a la entrada del motor  y debajo del pistón  pequeño, haciendo que la válvula  asuma  una  posición  determinada  que permite  una  velocidad constante del motor, debido  a la válvula  de frenado, habrá  una presión  a la  salida  del motor hidráulico  equivalente  al tarje de la válvula  de frenado  y de la mayor  o menor  intensidad  de este  ajuste  dependerá  el tiempo  necesario  para  frenar  el motor.

Válvulas de contrabalance

Se utiliza para balancear cargas que tienden a bajar el cilindro sin control debido a la gravedad. Actúa colocando una contra presión que genera una fuerza que contrarresta la gravedad permitiendo un fácil control del movimiento de descenso.
Son una combinación de dos válvulas, una válvula de retención unidireccional y una válvula de alivio piloteada para abrir. Son usadas para:

Sostener carga sin fugas.
Flujo libre en una dirección.
Protección contra la ruptura de mangueras.
Protección contra elevaciones de presión causadas por fuerzas externas.
Características
Usan un flujo muy grande (dependiendo también de su tamaño).
Se pilotean internamente.
La presión que se utiliza es para grandes Bares. 
El flujo libre en una dirección.
Se tiene un buen manejo de la válvula controlada

   Válvula de secuencia (control de presión)


Estas válvulas permiten ajustar un valor de presión a partir del cual se quiere trabajar en una parte del circuito. Se utilizan para controlar la secuencia de funcionamiento de dos o más accionadores hidráulicos. La presión de la válvula de secuencia se ajusta en un nivel superior al de la presión de funcionamiento del primer accionado. Una vez que el primer accionado ha completado su ciclo, la válvula de secuencia se abre y permite moverse al segundo accionado.
Para la configuración inicial, gire el tornillo de ajuste en la parte superior hasta alcanzar la presión de disparo deseada. Durante el funcionamiento normal, la válvula de secuencia se abre automáticamente cuando la presión del sistema alcanza la presión de disparo fijada. Una vez que la válvula se abre, la presión del sistema aumenta de manera uniforme del lado de subida y de bajada (no se produce caída de presión en la bajada cuando se abre la válvula).

Aplicaciones
Pasamos ahora a describir brevemente las aplicaciones más importantes de estas válvulas.

Válvula reguladora de presión
Su función es reducir la presión de aguas arriba a una más baja y constante aguas abajo, independientemente de los cambios de presión y caudal que puedan producirse en la conducción donde se instale.
El piloto que lleva esta válvula es un piloto regulador de presión.
Los ratios de reducción (presión de entrada / presión de salida) pueden ser muy variables dependiendo del diámetro de la válvula, del caudal, y del valor de la consigna de presión de salida.

Válvula sostenedora de presión
Se encarga de mantener una presión constante y preestablecida aguas arriba, independientemente de los cambios de presión y caudal que puedan producirse en la conducción donde se instale.
Las válvulas de alivio o seguridad son realmente válvulas sostenedoras que se montan en una "te" y descargan el exceso de presión a la atmósfera, protegiendo de esta forma a las tuberías y a otros elementos de la conducción.
Las válvulas sostenedoras pueden instalarse también a la salida de bombas y hacen que éstas trabajen en un punto determinado de su curva característica.
El piloto sostenedor es esencialmente igual que el regulador solo que hace lo contrario, abre cuando la presión que está detectando sube mientras que el reductor cierra en la misma circunstancia.
Válvulas secuenciales
Las válvulas secuenciales bloquean el aceite en un circuito hidráulico secundario hasta que la presión del circuito primario alcanza el nivel preestablecido. Las válvulas de secuencia tienen un sistema regulador integrado que permite el retorno de aceite sin necesidad de tuberías externas.


Conclusión


Dentro de la Hidráulica se utilizan fluidos que aunque su compresibilidad no es irrelevante, para uso en general evita tomarse en cuenta, debido a ser muy baja compresibilidad las cargas y presiones realizadas dentro del sistema no pueden ser evadidas ni soportadas, por lo cual se requiere de un sistema de seguridad para liberar y proteger a los elementos del sistema hidráulico y dentro de este se encuentra una clasificación de válvulas, las cuales solo serán activadas a petición de la presión deseada y previamente ajustada por el operario, de caso contrario al no tener un sistema de seguridad contra sobrecargas el sistema sufriría una daño realmente considerable.
 
Mapa Conceptual

 

Cuestionario
Bibliografia:


http://www4.tecnun.es/asignaturas/neumatica/cartel4.pdf
http://www.sohipren.com/imagenes/pdf1/Manual_Basico_de_Oleohidraulica.pdf     

http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica_hidraulica12.htm



Dibujo Mensual De Marzo










 
 

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