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.
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
