Conceptos Básicos de Neumática e Hidráulica 


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VÁLVULAS DE CONTROL DE FLUJO COMPENSADAS

Los elementos de control de flujo descriptos consisten en simple orificios que miden el flujo del aceite. Ellos mantienen un flujo razonablemente constante mientras la presión que actúa se mantiene constante.

Sí la presión varía , el flujo que pasa a través de estas válvulas variaría por estas consecuencias .

Existe una disposición de válvula de control de flujo que compensa automáticamente las diferencias de presiones a los efectos de mantener el flujo constante. Ellas son las válvulas de control de flujo compensadas por presiones, o compensadas hidrostáticamente y se fabrican en modelos ajustables y no ajustables. El principio de trabajo de estas válvulas consiste en mantener constante la caída de presión a través del orificio de control, de esta forma el flujo a través de este orificio será constante. Estas válvulas para este propósito crean una caída de presión de aproximadamente 75 lb. en la línea y esas 75 libras son utilizadas para mover el mecanismo de compensación. El principio del trabajo está ilustrado en los siguientes ejemplos de la válvula fija de control y la ajustable.

Muchos modelos permiten el flujo reverso del fluido , sin embargo, este flujo no es compensado. En aquellos casos en que se desea obtener flujos libres es preferible el empleo de una válvula de retención en paralelo que en muchos casas ya viene incluida dentro del cuerpo de la válvula, En la fig. 5.36 b observamos una válvula fija de control de flujo compensada. El orificio de control tiene un tamaño tal que cuando la válvula transporta el flujo determinado la caída de presión a través de este orificio es de aproximadamente 75 libras, que balancean la tensión del resorte sobre la clapeta .Tan pronto como el flujo que pasa a través del orificio de control  tiende a implementarse su caída de presión se incrementa proporcionalmente provocando el desplazamiento de la clapeta lentamente hacia la derecha ,  este cierre estrangula el. orificio provocando una restricción en el flujo, que acarrea su descenso al valor determinado.  Si desciende el valor determinado del flujo a través del orificio de control la calda de presión desciende, por lo tanto el resorte de oposición obra la estrangulación procurando incrementar el flujo . 

En las figuras 5.37 observamos el corte constructivo y esquemático de una válvula ajustable de control de flujo compensada, a la presión .

Fig. 5.37

Su principio de trabajo podemos referirla al símbolo completo que acompaña a la figura . 

La válvula consta de un orificio variable controlado mediante el vástago 1. Este orificio es precedido por una válvula reductora de presión , ( vástago 2) del corte esquemático , esta válvula reductora no está referida a la atmósfera sino a la presión de salida, La válvula reductora reduce la presión de ingreso no importa cuan alta será ella ,  a un valor solo de 75 lb./pulg.², con respecto a la presión de salida. A los efectos de mantener constante 75 lb./pulg. 2 a través del orificio de control, consecuentemente el flujo a través de este orificio se mantendrá constante.

En la Fig. 5.38 observamos los símbolos correspondientes a las válvulas de control de flujo.

CONTROL DE VELOCIDAD DE CIRCUITOS HIDRÁULICOS

En los circuitos que representaremos a continuación pueden ser empleadas válvulas compensadas o no compensadas, Muchos circuitos requieren válvulas de retención para permitir el flujo reverso en forma libre. Ya sabemos que algunas válvulas de control de flujo llevan estas válvulas de retención  incorporadas en su cuerpo para cumplir este propósito.

En la Fig. 5.39 vemos que válvulas de control de flujo pueden ser instaladas en las posiciones l , 2 o 3 . Esto permite que sola una parte del aceite enviado por la bomba llegue al cilindro,  el remanente deber ser descargado al tanque a través de la válvula de alivio correspondiente al valor de la presión fijada en ella.

La energía contenida en este descarga es inmediatamente convertida en calor y transportada al depósito de aceite.

Posición 1.  Una válvula de control de flujo instalada en esta posición no necesita una válvula de retención en paralela para el flujo libre ya que en ese punto de la línea el flujo es siempre unidireccional, Sin embargo la velocidad de desplazamiento del cilindro ser& diferente en cada una de las carreras, por las diferencias de volúmenes que nacen de la presencia del vástago en una de las cámaras del cilindro.

Posiciones 2 y 3: Dos válvulas de control y flujo instaladas en estas posiciones permiten controlar en forma individual  cada una de las direcciones de movimiento .

Control al ingreso : Si ambas válvulas 2 y 3 son instaladas de tal forma que controlen el valor del flujo de ingreso al cilindro , estaremos frente a un sistema denominado control al ingreso o control a la entrada. 

Control a la salida: El sistema de control a la salida se obtiene mediante la instalación de las válvulas de flujo de tal forma que operen sobre el flujo que sale del cilindro hacia el tanque. Este sistema es usualmente preferente a causa de que el pistón es sostenido entre dos columnas de aceite presurizado y su movimiento es más estable.. La sobrepresión que este control crea provoca la operación prematura de la válvula de secuencia o presóstato Las válvulas de control de flujo instaladas en las posiciones 2 y 3 deben ser obleadas mediante válvulas de retención para el flujo libre en la dirección opuesta. Si no se las instalara , el flujo de salida a través de una de las válvulas de control de flujo se invertiría con la operación de la otra.

 

Control por derivación : Mediante el control de velocidad por derivación la velocidad de desplazamiento del cilindro es reducida mediante la descarga de una porción del caudal de aceite. Por ejemplo, si la bomba desplaza 12 galones por minuto, y si es necesario solo 4 galones para obtener la velocidad deseada del cilindro, el exceso de 8 galones debe ser enviado a tanque a través de un válvula de control de flujo.

En la Fig. 5.40 observamos la forma de operación de un sistema de derivación , en la parte A con la válvula de control de flujo totalmente abierta, de tal forma de proveer una perdida de carga 0 al pasaje del flujo, el cilindro no se mueve hacia adelante en la parte B la válvula de control de flujo se encuentra total mente cerrada.

    

El aceite en la bomba es forzado en todo su flujo hacia el cilindro.

Un manómetro instalado un la línea hacia el cilindro, nos indica la presión necesaria para poder mover la carga . Cuando el cilindro llega al extremo de su carrera el manómetro indicará el valor de presión regulado en la válvula de alivio qua opera sobre la bomba.

En la Fig.5.41. vemos la ubicación alterna de válvulas de control de flujo operando en derivación.

Una válvula de control de flujo instalada en la posición 1 regulará la velocidad de desplazamiento del cilindro en ambas direcciones de su movimiento pero a causa del volumen diferente por la presencia del vástago las velocidades de avance y de retroceso serán diferentes para el mismo valor de caudal.

     

SINCRONIZACIÓN DE MOVIMIENTO DE CILINDROS HIDRÁULICOS

En la Fig. 5.42. las válvulas fijas de control de flujo 1 , 2 , 3 y 4 son del tipo a presión compensadas no ajustables que hemos descrito en las Fig.5.36 . 

          

Asumiendo de que los cilindros son del mismo diámetro, las válvulas de control de flujo 1 y 3 están calibradas para la misma cantidad de flujo. ellas permitirán una igual salida de flujo de ambos cilindros cuando estos se extiendan.

Las válvulas 2 y 4 controlarán un igual flujo procedente de los cilindros cuando estos se retraigan . 

Estas válvulas permiten un flujo reverso pero no controlado.

Es muy importante aclarar que el calor que entrega la bomba para este circuito debe ser superior al valor combinado de caudal que permite el paso de las válvulas 1 y 3 , o de un caudal que permitan las válvulas 2 y 4 . Es recomendable que el caudal de la bomba seleccionada sea un 5% superior al recorrido por la suma de las válvulas de control de flujo, el exceso de aceite será descargado por la bomba a través de la válvula alivio correspondiente. La sincronización depende de que la carga total sea dividida sobre los dos cilindros de las características de la manufactura de las válvulas de control, y del volumen del caudal de aceite.

Este circuito limita el comando al empleo de válvulas de dos posiciones como la válvula 5, desplazándose los cilindros entre sus extremos normales de carrera y no deteniéndose en puntos intermedios.

Si los cilindros se detuvieran en puntos intermedios quedando la bomba aliviando en una posición intermedia de válvula de comando, un efecto de venteo ocurriría entre ambas caras traseras de los cilindros como se ilustra en la figura 5.44.

        

En la figura nº  5.43 observamos un circuito que emplea las válvulas control de flujo compensadas de valor fijo vistas en el circuito interior .

Las válvulas de retención 5 y 6 comandadas previenen el efecto de bombeo de las caras traseras del cilindro cuando estos son detenidos por acción de la válvula de comando 7. Los cilindros que se emplean aquí tienen vástagos de gran diámetro por la tanto los volúmenes descargados en su retroceso por la cara ciega de estos cilindros serán muchos mayores que el caudal que entrega la bomba en tiempo unitario. Las pérdidas de control de flujo 1 y 3 controlan el caudal de aceite que ingresa a los cilindros para su carrera de avance. Ellos tiene en paralelo válvulas de retención que permiten el retorno libre de el flujo cuando los cilindros descienden ya que este como hemos dicha es mucho más elevado que el orificio de control de los restrictores.

Las válvulas de restricción 2 y 4 controlan la velocidad de retroceso de los cilindros a un valor superior al de registro de las válvulas 1 y 3.

Fig. 5.44.  : En ella observamos las condiciones de bombeo entre las cámaras ciegas de dos cilindros, cuando las cargas que ellos mueven no están uniformemente repartidas.

Cuando la válvula direccional de cuatro vías 3 , es centrada el desbalanceo de las fuerzas que actúan sobre los cilindros producen un bombeo del cilindro de la derecha hacia el de la izquierda. El remedio para esta situación es la instalación de un par de válvulas de retención pilotadas tal como lo hemos visto en la Fig. 5.43.

Estas válvulas pilotean al aceite de los cilindros pero son abiertas para un rápido retorno cuando la válvula de cuatro vías es cambiada.

La sincronización de movimientos de dos cilindros puede ser obtenida mediante la aplicación de dos circuitos de características idénticas como los que apreciamos en la Fig.. 5.45.

Las bombas PF-1 y PF-2 del mismo caudal y accionadas por un mismo motor eléctrico de doble eje alimentan a través de las válvulas de control direccional 1 y 2 a los correspondientes cilindros. Estas válvulas deben estar vinculadas mecánicamente a los efectos de obtener una simultaneidad de movimientos salvo cuando ellas estén accionadas eléctricamente.

De la misma forma en que hemos empleados dos bombas actuadas eléctricamente para la sincronización del movimiento de dos cilindros podemos sincronizar dos cilindros empleando una bomba actuada manualmente, siempre que ella pasea dos pistones del mismo diámetro y carrera.

La sincronización en este caso se efectúa en una sola dirección del movimiento de los cilindros sin tener que adicionar una válvula de comando de cuatro vías. Las válvulas de retención de la figura generalmente se encuentran comprendidas en el cuerpo de la bomba manual tal como vemos en la Fig. 5.46 .

Empleando válvulas divisoras de caudal como las 1 y 2 de la Fig. 5.47., se divide el caudal en dos volúmenes exactamente iguales para cada uno de los extremos del cilindro . 

 

Estas válvulas están fabricadas para dividir el caudal en dos mitades iguales o en distintas proporciones como por ejemplo: 25% y 75% u otras relaciones.

OPERACIÓN DESDE DIVERSAS POSICIONES

El método más comúnmente utilizado cuando es necesario controlar el desplazamiento de un cilindro desde dos o más posiciones es el empleo de válvulas Shuttle tal como las numeradas 3. y 4 en el circuito de la Fig. 5.48 .

En este circuito las válvulas 1 y 2 están ubicadas en forma remota con respecto a la posición de la válvula principal nro. 5. Y son empleadas únicamente para pilotar únicamente la válvula principal por lo tanto su tamaño puede ser reducido por ejemplo l/4". Estas válvula deben poseer centro flotantes en su posición central pudiendo ser operadas en forma manual o eléctrica. Las válvulas Shuttle interpuestas entre los pilotos de la válvula principal aceptan las señales procedentes de las válvulas remotas bloqueando la presión piloto procedente de una con respecto a la otra evitando de esta forma que estas señales sean dirigidas al tanque.

Un número elevado de posiciones de control pueden ser aplicadas tal como  lo observamos en la Fig. 5.49 .

En ella las posiciones de operación remota son 1, 2 y 3 apareciendo en el circuito las válvulas Shuttle 5 , 6, 7 y 8 que permiten la llegada de las señales piloto procedentes de las válvulas de actuación remota e impiden a su vez que estas señales sean descargadas al tanque por las válvulas de operación remota que en ese momento no se encuentran actuadas.

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