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VÁLVULAS DIRECCIONALES Son aquellas válvulas que se utilizan para controlar la dirección del caudal. Clasificación de las válvulas direccionales: • Tipo de elemento interno: Obturador (pistón o esfera), corredera deslizante o rotativa • Métodos de actuación: Levas, émbolos, palancas manuales, solenoides, presiones pilotadas. • Numero de vías: Dos vías, tres vías, cuatro vías, etc. • Numero de posiciones: Dos posiciones, tres posiciones. • Tamaño: CETOP 3 (5-8GPM) CETOP 5 (8-18GPM) CETOP 8 (>18GPM) Ejemplos:

Válvula 2/2

Válvula 4/3

Cada cuadro representa una posición y cada línea, una vía.

Válvula 4/3 activada por solenoide con retorno por resorte

Posición de reposo: Es aquella posición en la cual permanece una válvula en su estado normal. Se representa de forma gráfica al poner las letras de la bomba (P), tanque (T), A y B en dicha posición. En las válvulas de tres posiciones, la posición de reposo es la posición central de la válvula. 1. VÁLVULAS ANTIRRETORNO 1.1 Válvula antiretorno simple • • •

Válvula antirretorno simple

Válvula antirretorno simple precargada

Permite el paso del flujo en un solo sentido Representan un bloqueo relativo del flujo Puede funcionar como control direccional o como control de presión

1.2 Válvula antiretorno pilotada •

El flujo podrá pasar en dirección opuesta únicamente cuando una presión piloto (x) remueva de su asiento a la parte móvil de la válvula. Válvula antirretorno pilotada

2. VÁLVULAS DIRECCIONALES DE CORREDERA DESLIZANTE 2.1 Válvulas de 2 vías •

Poseen solamente dos pasajes, un pasaje para el puerto P (bomba) y el otro para el pasaje A.

•

Se usa como conector de seguridad o para conectar entre sí partes de un circuito.

•

Se consideran válvulas ON-OFF

Válvula 2/2 normalmente abierta

2.2 Válvulas de 3 vías •

Posee tres pasajes (bomba, tanque y A)

•

Se usan con un actuador de simple efecto con retorne por resorte

•

Son muy poco comunes

•

Se utiliza una válvula de 4 vías tapando uno de sus pasajes

2.3 Válvulas de 4 vías •

Posee cuatro pasajes (bomba, tanque, A y B)

•

Es utilizada para provocar el movimiento inverso de un actuador hidráulico conmutando entre dos posiciones

•

Tiene dos pasajes hacia tanque internamente

3. CONDICIONES CENTRALES DE UNA VÁLVULA DIRECCIONAL DE TRES POSICIONES Las válvulas direccionales de cuatro vías son con frecuencia válvulas de tres posiciones. El centro es la posición de reposo de éste tipo de válvulas, las cuales poseen en sus extremos las posiciones para entregar potencia al sistema. 3.1 Centro abierto • • • • •

Válvula de tres posiciones

Es el más económicos de todos Todos los puertos están conectados entre sí Normalmente se utiliza en circuitos con un solo actuador, ya que este queda en libertad de moverse Nunca se dará avance o retroceso del pistón ya que el fluido va directo a tanque No puede mantener una carga levantada

3.2 Centro cerrado • • • •

Todos los puertos están desconectados entre sí Permite que los actuadores funcionen independientemente Mantienen cargas levantadas mediante un bloqueo relativo Poseen el problema de vástago arrastrado (Fp>Fan)

3.3 Centro tándem • • • •

La línea de la bomba permanece conectada a tanque, mientras que A y B permanecen bloqueadas Representa mayores pérdidas y capacidad de flujo reducida Permite que los actuadores funcionen independientemente Mantiene levantada la carga mientras envía el flujo de la bomba a tanque

3.4 Centro punto flotante • • •

Los pasajes A, B permanecen conectados a tanque, mientras P está bloqueado Permite que los actuadores trabajen individual o simultáneamente La carga no se puede mantener levantada a menos que se agregue una válvula antiretorno pilotada

Existen otros centros menos comunes como por ejemplo el centro regenerativo.

4. VÁLVULAS DIRECCIONALES PILOTADAS • • •

•

Nacen como respuesta a los circuitos de alta potencia y alto caudal Se usa una válvula piloto (CETOP 3 o 5) que controla el movimiento de la válvula principal (CETOP 8) El flujo del fluido presurizado proveniente de la válvula piloto es dirigido hacia uno de los lados de la válvula principal para mover su carrete Pueden ser centradas por resorte o por presión Válvula de control direccional operada por piloto controlado por solenoide

4.1 Pilotaje interno en válvulas pilotadas • •

El puerto P de la válvula piloto va conectado con el puerto P de la válvula principal. La presión sobre el carrete es igual a la presión del sistema

4.2 Pilotaje externo en válvulas pilotadas • •

Se usa cuando la presión piloto interna es demasiado baja o demasiado alta Se usa cuando hay fluctuaciones de presión

5. DRENAJE DE UNA VÁLVULA DIRECCIONAL 5.1 Drenaje interno: •

El puerto del tanque de la válvula se encuentra conectado, por medio de un pasaje interno, con el puerto del tanque de la válvula principal

5.2 Drenaje externo •

Se realiza cuando se presentan sobrepresiones en la línea del tanque, debido a que al haber drenado interno se presentaría un movimiento rápido en el actuador de la válvula

VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESIÓN Nace con la necesidad de limitar el nivel de presión de las bombas en algunos tramos de un circuito hidráulico. Funciones de las válvulas reguladoras de presión: • • • •

Limitar la presión máxima de un sistema Mantener presiones reducidas en ciertas líneas del circuito Realizar secuencias de movimiento de actuadores Mantener cargas suspendidas y frenar

Válvulas reguladoras de presión

• • • • • •

Válvulas de seguridad Válvulas de descarga Válvulas de secuencia Válvulas de contrabalance Válvulas de frenado

Sensado de presión a la entrada

Sensado de Válvulas reductoras de presión presión a la salida

1.VÁLVULAS DE SEGURIDAD • • •

Su función es limitar la presión máxima de un sistema (alivio). Están conectados entre la línea de presión y el tanque. Son normalmente cerradas y abren proporcional (se pueden tarar).

P

T

1.1 Válvulas de seguridad simples • •

Normalmente el obturador es de bola, lo cual produce vibración y ruido. Poseen un margen de sobrepresión, lo cual genera pérdidas de potencia.

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1.2 Válvulas de seguridad pilotadas • •

•

Reducen el margen de sobrepresión y corrimiento. Permiten mantener un único valor de presión utilizando dos etapas: Etapa 1: Alto caudal, baja presión. Etapa 2: Bajo caudal, alta presión. Consta de una corredera equilibrada hidráulicamente mediante un orificio con un resorte de baja, y una válvula limitadora de presión con un resorte de alta.

2. VÁLVULAS TIPO R • • • •

Son válvulas de control de presión de acción directa y corredera deslizante equilibrada hidráulicamente. Tapa superior: Drenaje Posee dos tapas Tapa inferior: Pilotaje Puede incluir un antirretorno. Se puede lograr cualquier tipo de válvula de control de presión con sensado a la entrada cambiando los drenajes y los pilotajes de la válvula tipo R.

2.1 Válvula de seguridad Tipo R •

Posee pilotaje interno y drenaje interno

•

Abre proporcional

•

Posee una corredera taladrada

P

T

2.2 Válvula de descarga Tipo R •

Posee pilotaje externo y drenaje interno

•

Es todo o nada (ON-OFF)

•

Permite descargar el sistema cuando alguna línea del circuito llega a determinada presión

P

T

PILOTO EXTERNO

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2.3 Válvula de secuencia Tipo R •

Posee pilotaje interno o externo, y drenaje externo

•

Es todo o nada (ON-OFF)

•

Permite accionar determinado

•

Puede tener un antirretorno (Tipo RC)

actuadores

en

un

orden

2.4 Válvula de contrabalance Tipo R •

Puede poseer pilotaje interno u externo, según su aplicación. Posee drenaje interno.

•

Se usa para balancear o contrarrestar un peso (evitar el descenso gravitatorio). P

T

2.5 Válvula de frenado Tipo R •

Posee tanto pilotaje interno como externo, y drenaje interno.

•

Puede incluir antirretorno (Tipo RC)

•

Se usa para evitar un exceso de velocidad cuando se aplica una carga elevada a un motor hidráulico

•

Se usa para evitar una presión excesiva al desacelerar o frenar una carga

•

La presión en la línea de pilotaje interna es mucho mayor a la presión en la línea de pilotaje externa, necesaria para abrir la válvula. Mateo Durán 2016

RESUMEN

Drenaje interno Válvula TIPO R Drenaje externo

•

Seguridad: Piloto interno

•

Descarga: Piloto externo

•

Contrabalance: Piloto interno u externo

•

Frenado: Piloto interno y externo

•

Secuencia: Pilotaje interno u externo

3. VÁLVULAS REDUCTORAS DE PRESIÓN • • • •

Son válvulas normalmente abiertas Se usan para mantener presiones reducidas en ciertas líneas del circuito Evitan un aumento no deseado de presión Son actuadas por la presión de salida

3.1 Válvulas reductoras de presión simple •

La presión de salida acciona la corredera y el muelle que controla esta misma presión

•

Posee pilotaje interno y drenaje externo

3.2 Válvulas reductoras de presión pilotadas •

Suministra un control mas preciso y tiene un intervalo de ajuste más amplio

•

Consta de una válvula limitadora de presión y una corredera equilibrada hidráulicamente

•

Posee pilotaje externo y drenaje externo

•

La presión reducida se convierte en energía térmica

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4. CONSIDERACIONES GENERALES 4.1 ¿Cuándo llevan drenaje externo? Cuando sus puertos de salida deben estar presurizados como en las válvulas de secuencia, y reductoras de presión. 4.2 ¿Cuándo llevan drenaje interno? Cuando sus puertos de salida están conectados a tanque, como en las válvulas de seguridad, descarga, contrabalance y frenado. 4.3 ¿Cómo se permite el flujo en sentido contrario? Utilizando una válvula antirretorno en derivación. 5. CIRCUITOS IMPORTANTES 5.1 Venteo •

Descarga de la bomba a través de la válvula de seguridad a presión mínima

•

Evita añadir calor al sistema

•

Se usa en el arranque, en tiempos muertos y al apagar el sistema

5.2 Niveles de presión •

Permite tener presiones reducidas en algunas líneas del circuito

5.3 Sistemas de alta-baja (doble bomba) • • •

•

Una bomba es de alto y otra de bajo caudal Se necesita una válvula de descarga y una válvula de alivio Se obtiene una carrera de velocidad y una carrera de fuerza o presión Permite ahorrar potencia y tiempos de desplazamiento

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VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL Funciones de las válvulas reguladoras de caudal: • • •

Regular el caudal enviado a ciertas líneas del circuito Regular la velocidad de movimiento de los actuadores Opone una resistencia adicional al flujo, aumentando su presión y haciendo que parte de su caudal salga por la válvula de alivio. Esfera Aguja Compuerta

De orificio variable No compensadas Válvulas reguladoras de caudal

De orificio fijo

Compensadas

Por presión y temperatura Por presión

Paralelo (derivación) Serie (Restricción)

1. VÁLVULAS NO COMPENSADAS DE ORIFICIO VARIABLE 1.1 Válvulas de compuerta • • •

La trayectoria del flujo es recta La regulación es imprecisa El orificio se modifica girando el vástago de la válvula que mueve la compuerta

1.2 Válvula de esfera • •

La trayectoria del fluido gira 90º pasando por una abertura La distancia entre la esfera y el asiento se puede variar permitiendo regular el tamaño del orificio, y de esta manera, el flujo

1.3 Válvula de aguja • • •

La trayectoria del fluido gira 90º pasando por una abertura El tamaño del orificio se regula variando la posición relativa de la punta cónica respecto a su asiento Es la válvula mas usada en la industria

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Presión y caudal • • • •

El caudal que circula por un orificio depende de la caída de presión Una mayor presión diferencial representa un mayor caudal El caudal cambia cuando se modifica la presión a la entrada o a la salida de una válvula reguladora de caudal, alterando la velocidad del actuador. Para evitar estas alteraciones, se deben compensar las presiones a la entrada y a la salida, manteniendo el valor de caudal constante deseado.

2. VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL COMPENSADAS • •

Proporcionan un control más preciso del caudal y, por lo tanto, de la velocidad del actuador Permite que la presión tanto en su entrada como en su salida cambie con el objetivo de mantener un caudal constante (mantiene un diferencial de presión constante)

2.1 Válvulas reguladoras de caudal compensadas en serie (Restricción) •

• •

Se mantiene un diferencial de presión constante entre la entrada y la salida de la válvula de aguja El caudal restante pasa por la válvula de alivio del sistema Puede incluir un antirretorno en derivación para permitir el flujo en sentido contrario.

2.2 Válvulas reguladoras de caudal compensadas en paralelo (Derivación) • • • •

Se mantiene un diferencial de presión constante entre la entrada y la salida de la válvula de aguja El caudal restante pasa a tanque por medio de la misma válvula Se utilizan exclusivamente para regulación a la entrada Permite ahorro en el consumo de energía respecto a la de restricción (serie), ya que se trabaja con la presión de la carga mas la presión del resorte, mientras que la de serie trabaja con la presión máxima del sistema (taraje de la válvula de alivio)

B

T

A

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3. METODOS DE REGULACIÓN DE CAUDAL 3.1 Regulación a la entrada: Regulación anterior (meter in) o alimentación regulada •

La válvula reguladora se ubica entre la bomba y el actuador

•

Controla la cantidad de flujo que entra al actuador

•

Se usa con cargas resistivas o positivas (se oponen a la dirección del movimiento)

•

Puede usarse con válvulas reguladoras de caudal compensadas en serie o paralelo

3.2 Regulación a la salida: Regulación posterior (meter out) o descarga regulada • • •

•

La válvula reguladora se ubica entre la salida del actuador y la línea de retorno Controla la cantidad de flujo que sale del actuador Se usa con cargas desbocables o negativas (en la misma dirección del movimiento) Puede usarse únicamente con válvulas reguladoras compensadas en serie (restricción)

3.3 Regulación por substracción: Regulación por sangrado (bleed off o bypass) o derivación regulada •

• • • •

•

La válvula reguladora puede ubicarse directamente después de la bomba o en una línea hacia el actuador Controla y desvía una porción del caudal a tanque La regulación es indirecta Se regula de forma precisa el caudal que va a tanque, pero no el caudal que va al actuador Puede usarse únicamente con válvulas reguladoras compensadas en serie (restricción) Se economiza potencia ya que se trabaja a la presión que pide la carga (el caudal pasa a tanque mediante la válvula reguladora) Mateo Durán 2016

VÁLVULAS DE CARTUCHO Ventajas de las válvulas de cartucho • • • • • • •

Mayor flexibilidad para el diseño de los sistemas Menor costo de instalación Tamaño menor del bloque Mejor funcionamiento y control Mas fiabilidad Capacidad de presión más elevada Funcionamiento más eficiente

• • • • •

Eliminación de fugas externas, y reducción de las internas Mayor tolerancia a la contaminación Ciclos más rápidos Niveles acústicos mas bajos Representan un diseño alternativo más compacto

1. VÁLVULAS DE CARTUCHO PARA INSERTAR •

La mayoría son de tipo obturador, controlados normalmente por otra válvula (tapa) para suministrar una función hidráulica completa (dirección, presión o caudal)

Relación de áreas

1:1

1:1.1

1:2

1:2

RANURA REGULADORA

Es la relación de áreas de 𝑨𝑨 y 𝑨𝑨𝑷 ; 𝑨𝑨𝑷 = 𝑨𝑨 + 𝑨𝑩 Relación entre las fuerzas de abertura y cierre • •

Las fuerzas que mantienen cerrada la válvula son la presión que actúa sobre el área 𝑨𝑨𝑷 más la fuerza del muelle. Las fuerzas que tienden a abrir la válvula son la presión que actúa en las áreas A y B.

1.1 Funcionamiento como válvula antirretorno •

•

El cartucho se abre únicamente cuando la presión en A sea mayor que en el B mas la fuerza del resorte. No se recomienda utilizar cuando el puerto A va al actuador (se pueden presentar fugas).

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1.2 Funcionamiento como válvula de control direccional de 4 vías •

• •

Una aplicación de estas válvulas es hacer salir, entrar y parar el pistón de un cilindro de doble efecto. Se necesitan 4 cartuchos para lograr una válvula direccional de 4 vías. Utilizando válvulas direccionales piloto se pueden crear múltiples combinaciones al activar los solenoides.

UTILIZANDO TAPAS 1.3 Funcionamiento como válvula selectora •

Selecciona la más elevada de las dos presiones de pilotaje (X e Y) y la dirige al área AP.

1.4 Funcionamiento como antirretorno pilotada • El puerto X es el pilotaje, el cual permite el paso de B a A cuando se conmuta la válvula direccional 2/2. • El puerto Y es para conectar el orificio B.

1.5 Funcionamiento como válvula de seguridad • • •

Se pueden lograr tres intervalos de taraje diferente cambiando el muelle de la válvula piloto (tapa). Se utiliza normalmente un cartucho 1:1 Tiene una posición normalmente cerrada debido a que la presión de A es la misma que AP y sus áreas son iguales.

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1.6 Funcionamiento como reductora de presión •

La posición normalmente abierta de la válvula se da cuando las presión B es inferior al taraje de la válvula de seguridad de la etapa piloto.

•

Cuando la presión B llega al taraje de la válvula piloto, la válvula de la etapa principal comienza a regular la presión a la salida de la misma.

1.7 Funcionamiento compensada •

como

reguladora

de

caudal

no

Se utilizan cuando las presiones debidas a las cargas se mantienen relativamente constantes y no se requiere demasiada precisión.

1.8 Funcionamiento como reguladora de caudal compensada en paralelo •

Proporciona un caudal constante, igual al caudal ajustado, manteniendo una pérdida de presión constante e independiente de la carga

1.9 Funcionamiento como reguladora de caudal compensada en serie •

Cuando se conecta un inserto regulador de presión con un inserto regulador de caudal en serie

•

Con este pueden diseñarse circuitos con regulación a la entrada, a la salida y por substracción

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2. VÁLVULAS DE CARTUCHO PARA ROSCAR • •

Sus diseños combinan obturadores y correderas. Se utilizan para controlar la dirección, la presión y el caudal. Realizan funciones de control hidráulico completas por sí solas.

2.1 Funcionamiento como control direccional de 2 vías •

Normalmente CERRADAS TIPO OBTURADOR

TIPO CORREDERA

•

Normalmente ABIERTAS

TIPO OBTURADOR

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TIPO CORREDERA

2.2 Funcionamiento como control direccional de 3 vías

TIPO CORREDERA

TIPO CORREDERA

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TIPO CORREDERA GIRATORIA

TIPO CORREDERA

2.3 Funcionamiento como válvula antirretorno

ANTIRRETORNO SIMPLE

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ANTIRRETORNO PILOTADA

2.4 Funcionamiento como válvula selectora

VÁLVULA SELECTORA

2.5 Funcionamiento como válvula de seguridad

DE MANDO DIRECTO

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PILOTADAS

2.6 Funcionamiento como válvula reductora DE MANDO DIRECTO

PILOTADA

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2.7 Funcionamiento como válvula de secuencia

DE MANDO DIRECTO

PILOTADA

2.8 Funcionamiento como válvula reguladora de caudal

VÁLVULA DE AGUJA

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VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN COMPENSADA

VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN COMPENSADA EN PARALELO

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