Tal como se observa en la Fig. 5.1, una forma simple está constituida por una
esfera cargada por un resorte. Pueden emplearse otras formas de elementos de cierre en reemplazo
de la esfera, que pueden actuar de manera similar a las válvulas antirretorno.
Estas válvulas de alivio de acción directa deben utilizarse únicamente como elementos de
seguridad, ya que su funcionamiento y rendimiento son muy inferiores a las válvulas de alivio
compensadas y pilotadas.
Fig. 5.1 — Válvula de alivio de acción directa.
Las razones de su limitación de funcionamiento pueden enumerarse de la siguiente forma:
El valor diferencial existente entre la presión de apertura y la presión de flujo total de la
válvula es demasiado amplio, tal como puede observarse en la Fig. 5.2.
Fig. 5.2 — Característica típica de una válvula de alivio de acción directa.
La acción ideal de una válvula de alivio es descargar el caudal total generado por la bomba una
vez alcanzado el límite de presión fijado mediante la carga del resorte; desafortunadamente, esta
condición es prácticamente imposible de lograr.
La presión de ruptura se define como el valor de presión al cual el aceite
comienza a pasar del circuito principal al tanque. En las válvulas de alivio de acción directa,
para que esto ocurra, la presión del sistema debe equilibrar la fuerza del resorte. La compresión
del resorte hace que, para obtener una apertura total de la válvula de alivio, sea necesario
incrementar la presión a valores no aceptables en un circuito bien diseñado.
En la Fig. 5.2 se observa la performance de una típica válvula de alivio de
acción directa de construcción económica. Está ajustada a una presión de ruptura de
68,95 bar y conectada a un sistema que entrega
75,7 L/min hacia un cilindro hidráulico.
Cuando el cilindro alcanza el final de su carrera o se detiene por acción de la carga, la presión
se incrementa hasta el punto A del diagrama, a un nivel de 68,95 bar.
A medida que la carga aumenta, parte del aceite entregado por la bomba se descarga al tanque y el
cilindro reduce su velocidad. Por ejemplo, cuando la presión llega aproximadamente a
82,74 bar, cerca de 37,9 L/min son entregados al cilindro, por
lo que éste se mueve a la mitad de velocidad. A 103,42 bar el cilindro se
detiene; recién a esa presión todo el caudal de la bomba es enviado al tanque a través de la
válvula de alivio.
De este hecho se deduce que no sólo se ve afectada la velocidad de desplazamiento del cilindro,
sino que además se produce una gran pérdida de energía transformada en calor, lo que concluye con
el sobrecalentamiento de todo el sistema hidráulico.
Los requerimientos de control de la presión en un sistema hidráulico suelen ser muy severos y precisos. La presión es un parámetro crítico en los sistemas hidráulicos, ya que afecta directamente el rendimiento, la eficiencia y la seguridad del sistema.
Algunos de los motivos por los cuales los requerimientos de control de la presión son severos incluyen:
Funcionamiento adecuado: Para que un sistema hidráulico funcione correctamente, es necesario mantener una presión dentro de un rango específico. Esto asegura que los componentes hidráulicos, como las bombas, válvulas y cilindros, operen de manera óptima y produzcan la fuerza y el movimiento deseados.
Eficiencia energética: Controlar la presión de manera precisa y mantenerla en el nivel adecuado ayuda a optimizar el consumo de energía del sistema hidráulico. La presión excesiva o insuficiente puede resultar en pérdidas de energía debido a fugas, caídas de presión no deseadas o sobretrabajo de los componentes.
Seguridad: Los sistemas hidráulicos trabajan con altas presiones, lo que implica riesgos potenciales si no se controlan adecuadamente. Un control preciso de la presión ayuda a prevenir fallas catastróficas, fugas peligrosas y otros eventos indeseables que podrían causar daños a los equipos o lesiones a las personas.
Control de velocidad y posición: En aplicaciones que requieren control de velocidad y posición, es esencial mantener una presión estable y precisa. Esto asegura que los actuadores hidráulicos se muevan de manera controlada y predecible, lo cual es fundamental en industrias como la manufacturera, la construcción y la automatización.
Para lograr un control preciso de la presión, los sistemas hidráulicos utilizan componentes como reguladores de presión, válvulas de alivio, válvulas de control proporcional y sistemas de retroalimentación. Además, se requiere un diseño adecuado, mantenimiento regular y calibración de los dispositivos de control para cumplir con los requerimientos de presión del sistema.
En resumen, los requerimientos de control de la presión en un sistema hidráulico son severos debido a su influencia en el rendimiento, la eficiencia y la seguridad del sistema. El control preciso de la presión es esencial para un funcionamiento óptimo y confiable del sistema hidráulico.
Válvulas de alivio operadas por piloto
Una válvula de alivio operada por piloto está constituida por un vástago principal, cerrado en una
cámara primaria donde actúa la presión hidráulica. El nivel de regulación se establece mediante
una pequeña válvula de alivio de acción directa, ubicada sobre el cuerpo de la válvula principal y
ajustada mediante un volante o perilla.
El resorte principal es relativamente liviano, ya que el vástago principal se encuentra
compensado para operar dentro de un amplio rango de presiones. Además, este tipo de válvula puede
montarse en cualquier posición.
Ventajas
La diferencia entre la presión de ruptura y la presión de
alivio total es mucho menor que en las válvulas de acción directa.
Presenta un rango de ajuste mucho más amplio que las válvulas de acción directa.
Puede controlarse en forma remota para variar la presión de servicio o incluso descargar la bomba
libremente al tanque.
Acción de una válvula de alivio operada por piloto
En la Fig. 5.3 se observa el diagrama de acción de una válvula de este tipo.
En dicho diagrama, la diferencia de presiones entre el punto A (presión de ruptura) y el punto B
(alivio total del sistema) es de aproximadamente 6,9 bar
(equivalente a 100 psi), lo que permitiría la detención efectiva de un cilindro sobrecargado en el
circuito considerado.
Fig. 5.3 — Diagrama de acción de una válvula de alivio operada por piloto.
Principio de operación
En la Fig. 5.4 se observa que el vástago principal permanece cerrado contra el
asiento inferior por la acción de un resorte de oposición.
Fig. 5.4 — Principio de operación de una válvula de alivio operada por piloto.
La presión proveniente de la bomba ingresa a la zona superior a través de un pequeño orificio
practicado en el vástago. De este modo, ambas caras de la válvula reciben inicialmente el mismo
valor de presión.
La presión en la cámara superior se mantiene mediante una pequeña válvula piloto de alivio de
acción directa, controlada por la perilla de ajuste. Cuando la presión de suministro supera el
valor ajustado del resorte de la válvula piloto, su asiento se separa y permite el drenaje de la
cámara superior hacia el tanque. Este drenaje reduce la presión en la cámara superior, desbalancea
el vástago principal y lo fuerza a abrir el asiento inferior.
La apertura del asiento es proporcional a la diferencia de presión existente, produciéndose el
alivio del caudal de la bomba hacia el tanque, mientras se mantiene en el circuito el valor de
presión ajustado.
Símbolos (ISO/ANSI)
En la Fig. 5.5 (parte A) se observa el símbolo completo (norma estadounidense) de
la válvula de alivio; sus partes corresponden a los elementos reales de construcción.
En la parte B se muestra el símbolo simplificado, de uso general en diagramas de circuito, donde
la línea indicada como control remoto la distingue de las válvulas de alivio de acción directa.
Control remoto de válvulas de alivio operadas por piloto
La mayoría de las válvulas de alivio operadas por piloto disponen de una conexión externa de
control, usualmente de 6 mm (≈ 1/4” BSPT). Este orificio se identifica
generalmente con las letras RC o con la palabra VENT.
Para que las condiciones de control remoto sean adecuadas, se recomienda no montar los sistemas
de control a más de 3 m de la válvula principal.
En la Fig. 5.6, la válvula (1) es una pequeña válvula de alivio auxiliar instalada
en un punto distante de la válvula de alivio principal y conectada al venteo mediante una cañería
de 6 a 10 mm (≈ 1/4” a 3/8”). Esto permite al operador controlar remotamente la
presión de servicio.
Fig. 5.6 — Control remoto de una válvula de alivio operada por piloto.
La válvula (1) está conectada en paralelo con la válvula (2), que corresponde a la sección piloto
de la válvula principal y que, a su vez, es regulada mediante un volante de ajuste. Cuando dos
válvulas de alivio se encuentran conectadas en paralelo sobre una misma línea de presión
hidráulica, la que está ajustada al valor más bajo tiene preponderancia sobre el circuito.
Por esta razón, debe tomarse la siguiente precaución: el volante de ajuste de la válvula principal
debe fijarse al valor máximo de presión deseado. De este modo, la válvula de control remoto (1)
podrá ajustarse a valores inferiores. La válvula de control remoto nunca podrá regularse a valores
superiores a los fijados en la válvula principal (2).
Un uso habitual del control remoto es la instalación de válvulas reguladoras montadas en panel y
conectadas mediante tuberías de pequeña sección, permitiendo que los operadores controlen un
equipo a distancia.
Se recomienda una separación máxima de 3 m, ya que con líneas más largas la
respuesta del sistema tiende a volverse lenta. Distancias mayores son posibles en algunas
instalaciones, siempre que se empleen válvulas de alivio adecuadas.
En la Fig. 5.7 se muestra un tipo de válvula de alivio de acción directa, de tamaño
reducido, diseñada para ser utilizada como control remoto de una válvula de alivio principal.
Fig. 5.7 — Válvula de alivio auxiliar para control remoto.
Venteo de una válvula de alivio operada por piloto
En la Fig. 5.8, la válvula (1) es una válvula de venteo que puede instalarse en
forma adyacente a la válvula de alivio principal o a una distancia de hasta 3 m.
Fig. 5.8 — Venteo de una válvula de alivio operada por piloto.
Generalmente se trata de una válvula miniatura de accionamiento manual, por solenoide o por acción
mecánica. Según el diagrama, la operación es la siguiente: la conexión RC de la válvula principal
se ventea directamente al tanque mediante la válvula externa (1). Al reducirse la presión de la
cámara superior a un valor cercano a cero, el aceite proveniente de la bomba impulsa el vástago
principal hacia arriba, produciendo una apertura libre de descarga al tanque.
El resorte principal que mantiene cerrado el vástago principal lo hace a valores relativamente
bajos, similares a los de una válvula de retención. Este efecto genera una presión remanente cuando
la válvula principal es venteada, que según el fabricante suele encontrarse entre
1 y 5 bar (aprox. 15 a 75 psi).
La válvula (1) puede ser de dos vías, normalmente cerrada o normalmente abierta, dependiendo de
las condiciones de uso del circuito. Usualmente se prefiere una válvula normalmente abierta,
especialmente cuando el accionamiento es por solenoide.
Resumiendo la operación de venteo:
Cuando la válvula remota (1) está cerrada, la válvula de alivio funciona en condiciones normales,
como si el orificio RC estuviera obturado.
Cuando la válvula (1) se abre, se alivia la presión de la cámara superior, provocando la apertura
total de la válvula de alivio hacia el tanque.
Accionamiento de las válvulas
El accionamiento se refiere al medio utilizado para desplazar el conmutador o el elemento de
cierre dentro de la válvula. Puede ser:
Mecánico (muelles, rodillos, rodillos abatibles).
Manual (pulsadores, palancas, pedales).
Neumático o hidráulico.
En los accionamientos mecánicos y manuales es necesario aplicar una fuerza directa sobre el
conmutador. En los accionamientos neumáticos o hidráulicos, es la presión (o depresión) del fluido
la que genera la fuerza necesaria para producir el desplazamiento.
Válvula hidráulica accionada por solenoide eléctrico
La válvula hidráulica accionada por solenoide eléctrico funciona al suministrar corriente a la
bobina. El campo magnético generado desplaza el cuerpo deslizante de la válvula, dirigiendo el
flujo de aceite.
La diferencia fundamental entre una válvula hidráulica accionada eléctricamente y una válvula
hidráulica convencional radica únicamente en la forma en que se desplaza el cuerpo móvil.
Fig. 5.8A — Válvula hidráulica accionada por solenoide.
Las válvulas de solenoide constan de una válvula de cartucho y un solenoide. Para desmontarlas, se
retira el conjunto del solenoide y luego se desenrosca cuidadosamente el cuerpo de la válvula.
Los anillos “O” y los sellos deben reemplazarse cada vez que se retire o sustituya el cuerpo.
En el interior de la válvula de cartucho se encuentran el cuerpo deslizante, el inducido y el
resorte correspondiente. Las tolerancias de fabricación son extremadamente estrechas, por lo que
debe extremarse el cuidado durante las tareas de limpieza y mantenimiento.
Figuras 5.8B y
5.8C
Las Figuras 5.8B y 5.8C se incluyen únicamente con fines ilustrativos,
con el objeto de mostrar un ejemplo de despiece de una válvula de cartucho.
La forma más adecuada de limpiar una válvula de cartucho consiste en sumergirla en
alcohol mineral limpio y utilizar una sonda para desplazar el carrete
interno hacia adelante y hacia atrás entre 20 y 30 veces, con el fin
de expulsar el material contaminante.
El alcohol mineral no afecta los materiales de los anillos “O”, por lo
que resulta apropiado para este tipo de operación de limpieza.
