Circuitos de control remoto para válvulas de alivio operadas por piloto

En la Fig. 5.9, observamos una combinación de venteo y reducción de presión. La válvula de control remoto (1) puede ser accionada en forma manual o a través de un solenoide. En su posición central tiene la presión conectada a tanque y la salida al cilindro bloqueada. Cuando el solenoide A es energizado, la línea de venteo es bloqueada y la válvula (3) funciona normalmente como una válvula de alivio. Cuando el solenoide B es energizado, la conexión RC es conectada a la válvula 2, asumiendo entonces el circuito la presión ajustada en esta.

En la Fig. 5.10 observamos un sistema de presiones múltiples. Con la válvula (1) en posición central, la conexión RC está bloqueada y el sistema se encuentra operando al valor máximo de presión ajustado en el volante de la válvula principal (4). Cuando el solenoide A o B son energizados, la conexión RC es conectada a las válvulas de control remoto 2 o 3, que colocan el circuito en sus correspondientes valores de ajuste.

Es realmente ilimitado el número de niveles de presión que pueden ser obtenidos de esta forma, pero siempre el valor máximo de presión debe quedar fijado en la válvula 4.

Válvulas by-pass o válvulas de secuencia y descarga

La válvula hidráulica by-pass, que observamos en las ilustraciones, cumple propósitos generales en el control de la presión de un circuito hidráulico. Puede operar como contrabalanceo, secuencia, descarga y otras funciones requeridas por una válvula de dos vías operada por piloto.

En la Fig. 5.11, en su parte A, vemos el corte básico de una válvula by-pass sin retención incorporada para el libre flujo en sentido inverso. Un uso común para estas válvulas es la descarga de bombas: en estos casos el flujo siempre es de la entrada a la salida, y nunca en dirección opuesta.

En la parte B, vemos el corte básico con la adición de una válvula de retención incorporada. Su uso común es el de secuencia o contrabalanceo, cuando el flujo debe ser reverso durante una parte del ciclo.

La válvula by-pass o válvula de secuencia es una válvula de dos vías, normalmente cerrada y operada por piloto. El vástago compensado a la presión se encuentra en posición normalmente cerrada mediante la acción de un resorte ajustable.

La válvula puede ser abierta mediante la aplicación de una presión piloto en el extremo del vástago opuesto al resorte. La tensión de este determina el nivel de presión piloto necesaria para efectuar la apertura de la válvula.

Suministro piloto. La válvula está realizada para recibir señales piloto procedentes del suministro interno de presión o de un suministro externo, conectado en la conexión piloto externa. Si el suministro piloto es externo, el pasaje interno debe ser bloqueado mediante un tapón. En algunos modelos, este pasaje interno se bloquea mediante la rotación de la tapa inferior de la válvula 180°.

El suministro de presión piloto externo es empleado en los casos de descarga de bomba y en ciertos tipos de contrabalanceo. El pilotaje interno es empleado en otros casos de contrabalanceo y para aplicaciones de secuencia.

Drenaje. Es necesaria una especial atención para el venteo a drenaje de la cámara en la cual actúa el resorte del vástago principal de la válvula by-pass de secuencia. La cámara donde actúa el resorte debe ser venteada aproximadamente a presión atmosférica. Cuando el vástago se mueve, el volumen de la cámara del resorte varía; por ello necesitamos mantener esta cámara a presión atmosférica para no interferir la acción del vástago principal. Un drenaje externo es provisto en la válvula y debe ser conducido al tanque sin restricciones apreciables.

En muchos circuitos, la cámara del resorte puede ser drenada hacia el conducto de la salida principal de la válvula. Para ello, podemos abrir el pasaje del drenaje interno que normalmente se encuentra taponado. En muchos tipos de válvulas, puede obtenerse el drenaje interno o externo mediante la simple rotación de 180° de la tapa superior.

Podemos tomar como patrón para efectuar los drenajes de una válvula de secuencia o descarga el siguiente axioma: sólo podemos drenar internamente una válvula de descarga o secuencia cuando su conexión principal de salida va dirigida al tanque.

Aplicaciones de la válvula by-pass

En la Fig. 5.12 podemos observar un sistema de presión alta y baja mediante el empleo de una bomba de baja presión PF-1 y una de alta presión y pequeño volumen PF-2.

El circuito está realizado para proveer un alto volumen de aceite procedente de ambas bombas a baja presión, para producir el rápido avance de un cilindro hasta el punto de trabajo. Cuando se llegue a este punto, la bomba PF-1 debe ser automáticamente descargada, empleando la válvula by-pass, quedando entonces aplicada toda la potencia del motor eléctrico para mover la bomba de alta presión PF-2. En este circuito la válvula 1 es la by-pass, 2 es la válvula de alivio del circuito y 3 es la válvula de retención que aísla ambas bombas.

Para esta aplicación, la válvula 1, que alivia la bomba PF-1, es externamente pilotada desde la bomba PF-2. Dado que la salida principal de la válvula 1 está permanentemente conectada al tanque, ella está drenada internamente tal como indica su símbolo. La presión a la cual la válvula 1 descargará la bomba al tanque es controlada mediante su volante de ajuste.

La acción de la válvula 1 es diferente a la de la válvula de alivio en este circuito. Si empleáramos una válvula de alivio en reemplazo de la válvula 1, cuando la bomba PF-1 llegue al valor ajustado aliviará a ese valor en forma permanente; esto producirá calentamiento y demanda de potencia del motor eléctrico. Empleando una válvula by-pass, cuando esta es descargada por la señal piloto procedente de la otra bomba, la bomba PF-1 es completamente descargada y consume solamente la potencia necesaria para las pérdidas por fricción, sin generar calor en el sistema hidráulico.

La válvula de retención 3 en este circuito provee a la bomba PF-2 aislamiento de la descarga cuando PF-1 está conectada al tanque. La válvula 2 de alivio cumple la función de regular la presión general del sistema.

En la Fig. 5.13 observamos un cilindro hidráulico soportando un peso; este debe ser contrabalanceado para prevenir su caída libre y descontrolada cuando la válvula direccional 2 es cambiada.

Si no se contrabalanceara, el cilindro caería rápidamente por la gravedad, produciendo vacío ya que no podría ser satisfecha la demanda mediante el caudal de la bomba.

La válvula 1 es la válvula de contrabalanceo conectada por piloto interno y drenaje externo. Su volante es ajustado usualmente a una presión ligeramente superior para soportar la carga sin la acción de la bomba. Es necesario llevar este valor al mínimo para no sustraer fuerza en el movimiento de descenso del cilindro.

Para esta aplicación, la válvula by-pass tiene válvula de retención incorporada para que el circuito no pueda funcionar normalmente en la carrera de retracción; de esta forma el flujo de aceite reverso es libre hacia el extremo delantero del cilindro.

Un drenaje externo es recomendado en esta aplicación, ya que de hacerlo en forma interna los pequeños volúmenes de aceite de la cámara del resorte quedarían dirigidos a la cámara delantera del cilindro, produciendo un movimiento no deseable.

En la Fig. 5.14 la válvula by-pass es empleada para permitir el desplazamiento de un gran volumen de aceite asistiendo, en esta función, a una válvula de cuatro vías llamada válvula 2, dispuesta de tal forma que descarga el caudal de aceite procedente de la cara ciega del cilindro cuando este se retrae.

Cuando se emplean cilindros con vástagos de gran diámetro, el aceite descargado de la cara ciega puede ser considerablemente mayor que el volumen de la bomba.

En el caso de una relación 2:1 en radio de cilindros, el volumen desplazado por la cara ciega es dos veces el volumen de la bomba. Esto implicaría el empleo de una válvula de cuatro vías de gran tamaño; para evitarlo, se agrega una válvula 1 by-pass como ayudante.

Para este caso, la válvula es conectada con operación de piloto externo proveniente de la conexión del cilindro opuesto. La válvula puede ser drenada internamente ya que su descarga principal está conectada permanentemente al tanque.

En uso, la válvula 1 es ajustada a un nivel de presión ligeramente superior al valor de presión de retorno en la carrera de retroceso del cilindro. Por eso, cuando el cilindro hace su carrera de avance, la válvula 1 permanece cerrada y la acción del circuito es normal. Cuando el cilindro hace su carrera de retroceso, la presión piloto abre la válvula 1, permitiendo un flujo adicional al tanque. La acción es enteramente automática.

En la Fig. 5.15 la válvula by-pass es utilizada como válvula de secuencia para permitir el avance de cilindros en una secuencia predeterminada.

El operador inicia el ciclo cambiando la válvula de cuatro vías 2.

El aceite es dirigido al cilindro 1 provocando su avance. El aceite no puede pasar a través de la válvula de secuencia 1 hasta que la presión en ese circuito haya alcanzado el valor de ajuste de la válvula 1. Cuando esto sucede, el cilindro 2 avanza.

La válvula de secuencia 1 efectúa un trabajo de registro manteniendo una presión constante en el cilindro 1 igual al ajuste de su resorte de carga.

Cuando el cilindro 2 alcanza el máximo de su carrera, la válvula de secuencia se abre totalmente quedando aplicada entonces la presión total de la bomba en ambos cilindros.

Es imperativo un drenaje externo en la válvula 1 para que el total de la presión quede aplicada a ambos cilindros. De emplearse un drenaje interno, los cilindros dividirán la presión entre ellos y ninguno de ellos recibiría el total de la presión.

En el circuito se ilustra otro punto importante: una válvula de control de flujo es empleada para controlar la velocidad de avance del cilindro 1. En estas condiciones, la válvula de secuencia debe ser conectada con piloto externo. Ese punto de conexión debe ser tomado directamente de la conexión del cilindro; si no fuera así, el incremento de presión que se produce antes de la restricción operaría la válvula de secuencia en forma prematura.

Válvulas hidráulicas de reducción de presión

En la Fig. 5.16 aparece el corte esquemático y constructivo de una válvula de reducción de presión, como así también su símbolo completo y simplificado.

Fig. 5.16

Refiriéndonos a la parte A de la figura, la válvula reductora de presión mantiene una presión reducida a su salida, independientemente de la presión más elevada en su entrada. El vástago de la válvula, en operación, asume una posición intermedia controlando el flujo de tal manera que se mantenga la presión de salida al valor deseado.

Si la presión en la salida tiende a superar el valor de ajuste, el vástago se mueve hacia la derecha por la acción de la presión piloto en su cara izquierda, previniendo de esta manera un incremento por sobre el valor de ajuste.

El nivel deseado de presión de salida es establecido no por el resorte principal sino por el valor de la presión de aceite, mantenida mediante una pequeña válvula de alivio controlada por el operador. El orificio de conexión a esta válvula de alivio es de pequeño diámetro, a efectos de que pueda ser evacuado por la pequeña válvula de alivio.

Cuando el aceite pasa a través de la válvula, su vástago regula continuamente el flujo a efectos de mantener una presión constante a la salida. Si el flujo de aceite cesa (por ejemplo, un cilindro llega al final de su carrera), el vástago accionado por la presión piloto en su cara derecha se mueve completamente hacia la derecha, previniendo un incremento de presión estática en la salida. En condiciones estáticas, el vástago drena a través de la válvula de alivio piloto, no permitiendo un incremento de la presión de salida.

Si la presión de entrada es tan baja como el valor de ajuste de la válvula, el vástago se mueve completamente hacia la izquierda, trabajando en condiciones de flujo libre a través de la válvula. En esas condiciones, la presión de salida es igual a la presión de entrada.

Las válvulas reductoras de presión deben construirse con válvulas de retención en paralelo para permitir el flujo reverso de aceite durante ciertas partes del ciclo de un circuito. Esto es comparable a la válvula de retención vista en las válvulas by-pass.

Todas las válvulas reductoras de presión están provistas de una conexión de drenaje externo; este debe ser siempre llevado al tanque. Esto se hace para cumplir dos propósitos:

1. Sin ese drenaje, la válvula jamás podría mantener una presión constante con referencia a la presión atmosférica.
2. Sin este drenaje, la válvula no podría mantener un valor constante de reducción de presión, independientemente de las condiciones de presión de entrada.

Una de las aplicaciones más comunes de la válvula reductora de presión es cuando, en un determinado punto del circuito, deseamos trabajar a una presión inferior a la presión máxima de servicio.

En la Fig. 6.17 observamos esto:

La válvula de alivio principal n.º 2 está regulada a 5.000 lb/pulg². La válvula reductora de presión 1 está regulada para una presión de 1.000 lb/pulg².

Si un circuito conectado a la válvula reductora de presión llega a un punto de parada (por ejemplo, un cilindro al extremo de su carrera), el vástago de la válvula reductora de presión 1 se cierra totalmente, impidiendo que la presión se incremente dentro del cilindro más allá del valor deseado. Esto sucede independientemente del resto de las condiciones de funcionamiento del circuito.

En la Fig. 5.18 estamos frente al caso de un cilindro que debe efectuar su carrera de avance a máxima presión, mientras que en la carrera de retroceso deseamos valores menores. Para lograr esto, la válvula reductora de presión 1 actúa situada entre la válvula de comando 2 y la cara delantera del cilindro. Cuando la válvula se encuentra en la posición del dibujo, el aceite procedente de la bomba ingresa a la cara delantera del cilindro a través de la válvula reductora, al valor fijado por el resorte de regulación.

La válvula de retención dispuesta en paralelo permite el flujo libre cuando el cilindro efectúa la carrera de avance, retornando entonces el aceite procedente de la cámara delantera libremente al tanque a través de la válvula de comando.

En la Fig. 5.19, en este circuito, el total de la presión de la bomba es requerida para el cilindro de trabajo, pero la presión debe ser limitada en su valor para el cilindro de sujeción.

La válvula reductora de presión 1 está instalada en la línea de ingreso a la válvula direccional n.º 2 que comanda el cilindro de trabajo. Por este motivo, y siendo en esa línea el flujo unidireccional, esta válvula no necesita una válvula de retención en paralelo.

En la Fig. 5.20 podemos observar el control remoto de una válvula reductora de presión. En el ejemplo usamos una válvula de dos vías normalmente abierta e instalada sobre la línea de drenaje de la válvula reductora de presión 1. Con la válvula 2 abierta, la válvula reductora trabaja normalmente entregando una presión reducida a su salida. Con la válvula 2 cerrada, la válvula reductora queda inoperativa como tal y entrega a su salida la misma presión que a su entrada.

Si en lugar de conectar en el drenaje una válvula como la 2 conectamos una válvula de alivio, el operador puede variar la presión de salida en cualquier valor entre 0 y la presión máxima de entrada a la válvula reductora.

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