Neumática e Hidráulica

Válvulas Hidráulicas en la Ingeniería Industrial

1. Control direccional para accionar cilindros hidráulicos
2. Control direccional de cilindros hidráulicos de simple efecto
3. Control direccional de cilindros de doble efecto. 
4. Automatismo reciproco de cilindros hidráulicos
5. Regeneración en circuitos hidráulicos
6. Válvulas solenoides hidráulicas
7. Válvulas de hidráulicas de cuatro vías, operadas eléctricamente .
8. Válvulas de cuatro vías, operadas por piloto hidráulico.
9. Válvula operada por piloto, controlada por doble solenoide ( fig. 7.16.b.)
10. Alimentación de la presión piloto en válvulas eléctricamente controladas.
11. Bibliografía y Sitios WEB de interés para Ingenieros Industriales

CONTROL DIRECCIONAL PARA ACCIONAR CILINDROS HIDRÁULICOS

En otras páginas tratamos sobre las que son los órganos que generan la potencia hidráulica en el circuito la cual se transmite dentro del mismo a través del fluido que por el circula.  El fluido que así  circula por el sistema hidráulico, evidentemente debe ser dirigido convenientemente a los diversos cilindros, actuadores, o motores, de acuerdo a las exigencias y secuencias del trabajo que se deba realizar.

Para la finalidad antes mencionada se emplean las válvulas direccionales. de las cuales la más elemental es la válvula de dos, tres y cuatro vías .

VÁLVULA DE TRES VÍAS .

Esta es la primera de las válvulas que cambia la orientación de la corriente del fluido. En esta válvula como su nombre; lo indica, hay tres bocas de conexión o "puertas", la primera por donde entra la presión desde la bomba , la segunda que se comunica con el cilindro hidráulico y la tercera que es la conexión hacia el tanque o retorno .

En la fig. 7.1 se muestra un corte de una válvula de tres vías en las dos  posiciones en que aquella trabaja como  A y B, en una de esas posiciones la corredera o husillo permite comunicar la puerta de entrada de presión con la salida del cilindro, mientras bloquea el retorno al tanque, en la segunda posición, o sea con la corredera situada en el otro extremo la misma bloquea ahora la entrada de presión y conecta el retorno a tanque con el cilindro.

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En una válvula de dos posiciones, una de ellas se logra mediante un resorte que mantiene la corredera en una posición extrema, la posición se logra por una señal de mando, que puede ser, manual, mecánica, eléctrica o por piloto hidráulico o neumático, que al producirse provocan el deslizamiento del husillo al lado opuesto, venciendo la tensión del resorte al comprimirlo.

Esta válvula se emplea para controlar el accionamiento de cilindros de simple efecto y émbolos buzo , cuyo retorno se efectúa por la acción de un resorte a cargas exteriores que no requiere retorno hidráulico.

VÁLVULAS DE CUATRO VÍAS DOS POSICIONES .

Cuando se trata de gobernar cilindros hidráulicos de doble efecto, o motores hidráulicos que requieren control direccional de flujo en ambos sentidos de circulación , debe aplicarse una válvula de cuatro vías. En esta unidad existen cuatro bocas de conexión , la primera conectada a la entrada de presión , la segunda conectada al tanque y las dos restantes conectadas respectivamente a ambas caras del cilindro de doble efecto que deben gobernar. 

En la válvula de cuatro vías , dos posiciones ,  como su nombre lo indica, la corredera o husillo estará únicamente situada en cualquiera de ambas posiciones extremas, vale decir, a un lado o al otro .

Cuando la válvula no este actuada, la presión P se comunica con la cara 1 del cilindro mientras que la cara 2 se encuentran conectada a la descarga del tanque T. Al invertir la posición del husillo ,  tal como observamos en la fig. 7.2 , también se invierten las conexiones y ahora la presión P está conectada a la cara 2 del cilindro mientras que la 1 se conecta a la descarga T.

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En la Fig. 7.2, se ve el corte esquemático de una válvula de cuatro vías, dos posiciones, mostrándose el conexionado interno del cuerpo.

Para el dibujo de los circuitos hidráulico, y permitir su fácil lectura , se ha adoptado un sistema de símbolos de acuerdo a lo indicado por el USA Standard Institute ( conocido como USASI). Los esquemas propuestas par este instituto difieren ligeramente de los propuestos por el Joint Industrial Comitee , conocido como JIG.

A continuación, aplicaremos en nuestras descripciones los símbolos USASI .

En la Fig. 7-2 . se ve claramente como se genera la simbología para representar a una válvula de cuatro vías, dos posiciones. En la parte A se muestra el corte esquemático de la válvula con su corredera en sus posiciones a toda derecha y toda izquierda respectivamente. En la parte B la figura muestra mediante la representación simbólica el conexionado que se opera en el interior del cuerpo de la válvula , al  cambiar la corredera de posición dibujando dos cuadros que al anexionarse como se muestra en la parte C del mismo dibujo , nos representan a la válvula con sus dos conexionados posibles. Para completar el símbolo, otros pequeños rectángulos se dibujan en cada costado con el fin de indicar el tipo de comando empleado para gobernar la válvula .

VÁLVULA DE CUATRO VÍAS TRES POSICIONES (Ver Fig. 7.3 ).

Este es el tipo más popular y más conocido de válvulas de cuatro vías .Aquí, la corredera , aparte de tener dos posiciones extremas,  también puede permanecer detenida en el centro mismo del cuerpo de la válvula, mediante un sistema de centrado por resorte  o retención de bolilla u otro medio de retención mecánica.

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Símbolo gráfico completo de una válvula de cuatro vías  tres posiciones , accionada a doble solenoide y centrada por medio de resortes  .

En este tipo de válvula, cuando la misma NO ESTA ACTUADA, la corredera se encuentra situada en su posición central. Al actuarse sobre la válvula el mando correspondiente a un extremo y al otro, la corredera se deslizará en un sentido o en el otro .

Es necesario destacar que el sistema de conexionado de las bocas o " puertas" de la válvula de cuatro vías en. el cuerpo de la misma es SIEMPRE EL MISMO cualquiera sea el fabricante que la manufactura. las puertas vienen marcadas SIEMPRE P T A y B. El símbolo de esta válvula es esencialmente idéntico al símbolo de una válvula de cuatro vías, dos posiciones con la salvedad que se ha adicionado un tercer cuadrado entre los otros dos, y por tal razón al encontrarse en una posición central simboliza la posición central de la corredera, que es la TERCERA posición.

Además, el símbolo se completa adicionando en ambos extremos los rectángulos correspondientes para señalar que tipo de actuación se emplea para gobernar la válvula , de acuerdo lo visto anteriormente en el párrafo anterior.

Creemos conveniente llamar la atención al lector sobra algunos pequeños detalles con referencia a la mejor manera de atender a la simbología de la representación esquemática: de las válvulas de distribución de dos y tres posiciones, tanto en las válvulas de TRES VÍAS cuanto a las válvulas de CUATRO VÍAS .

1) Todas las conexiones de un bloque símbolo hacia el circuito externo deberá ser hecha de manera que solamente un bloque diagrama de la válvula, como se ve en la Fig. 7.4 A este conectada al circuito . Es incorrecto dibujar algunas de las líneas a un bloque y otras en el otro, como se indica en la Fig. C.

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2) Se observará que un bloque de flechas, que indican los conexionados internos de la válvula son dos rectas paralelas, ese bloque indica el conexionado de la válvula NO ACTUADA o si es de solenoide , con el mismo DESENERGIZADO.  Por tal razón, el otro bloque muestra las flechas cruzadas y representa las conexiones internas de la válvula cuando la misma ha sido energizadas o está actuada. Esto es absolutamente validos tanto para las válvulas de tres y cuatro vías, que sean de DOS POSICIONES,

3) Cuando se trata de una válvula de cuatro vías , tres posiciones , o sea que tiene la corredera deslizante una posición central, que corresponde a la válvula NO ACTUADA, el bloque central muestra el conexionado interno del cuerpo de la válvula. ESTE CONEXIONADO ES FUNCIÓN DEL TIPO DE CORREDERA, y sobre este asunto volveremos más adelante. 

4) En una válvula de dos posiciones las líneas de conexión deberán ir al bloque más alejado del actuador, para mostrar la condición que no ESTA ACTUADA, El usó correcto está dibujado en la Fig. A, mientras que la incorrecto se muestra en la Fig. B Y C.

5) La válvula puede dibujarse con las conexiones de línea cuando la misma se encuentra actuada , PERO SOLAMENTE EN CASO QUE HAYA UNA CONDICIÓN ESPECIAL PARA ELLO.

6) Dijimos que el punto 4) que en una válvula de dos posiciones, ya fuera de tres o cuatro vías  el bloque correspondiente a la válvula NO actuada es el más alejado del actuador. Inversamente; el bloque correspondiente a la válvula ACTUADA es el más alejado del resorte antagonista. Esto significa que el bloque que en un momento determinado este actuando es el inmediatamente adyacente al símbolo que represente la acción motora . Así entonces cuando la válvula esta NO ACTUADA, o sea que está actuando el resorte antagonista, el bloque que representa tal condición es el adyacente al resorte . Por otra parte cuando la válvula esta en situación ACTUADA, el bloque que representa a tal condición es el adyacente al actuador .

7) Por tal motivo, en la válvula de cuatro vías, de tres posiciones, centrada por resortes, no importa el medio empleado para accionarla ,  el bloque central representa el conexionado de la misma cuando se encuentra DESENERGIZADA , y cada uno de los bloques laterales representará el conexionado cuando actúa el actuador inmediatamente adyacente al bloque considerado . 

VÁLVULAS DE CUATRO VÍAS, TRES POSICIONES – HUSILLOS: TIPOS CONSTRUCTIVOS

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En la Fig. 7.5. vemos a través del dibujo correspondiente, que se genera el símbolo completo de una válvula de cuatro vías, tres posiciones, y en el corte esquemático de la válvula , la corredera o husillo dibujado por su geometría, cuando se encuentra en la posición central clausura completamente las cuatro puertas de la válvula o sea P , T , A y B , bloqueándolas completamente

unas a otras.

  Esta válvula se llama de CENTRO CERRADO (Closed Center), . El símbolo será el que  vemos en la  Fig. 7.5.

En cambio en la Fig. 7.6 otro tipo muy popular de válvula es la de CENTRO ABIERTO (Open Center) en la cual cuando la corredera se encuentra detenida en su posición central, intercomunica todas las puertas de la válvula, y permite así descargar no solamente ambas caras A y B  del pistón al tanque, SINO QUE PERMITE LA DESCARGA LIBRE DE LA BOMBA  al tanque, mientras la válvula se encuentre NO ACTUADA.

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En cambio, si al encontrarse la corredera en posición central permite la intercomunicación de ambas caras del pistón A y B. con la descarga al tanque T, pero mantiene cerrada la presión de la bomba, la válvula se llama CENTRO FLOTANTE (Floating Center ). –

Esto es debido a que cuando la válvula se encuentra NO ACTUADA en su posición central , ambas caras del pistón, como ya se dijo están descargadas al tanque y, si la fricción de la empaquetadura no lo impide, el pistón se puede desplazar manualmente o accionando los órganos de movimiento de tal cilindro accionando la máquina donde el está montado .

En todas las válvulas de cuatro vías y tres posiciones vistas hasta ahora,  sean Centro Cerrado,  Centro Abierto y Centro Flotante, la corredera es maciza, sin ninguna clase de hueco interior. En cambio, en la válvula que a continuación veremos la corredera es interiormente HUECA.

En esta válvula , cuando la misma NO se encuentra actuada, la corredera bloquea las conexiones al cilindro A y B, pero permite que la bomba descargue libremente al  tanque

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Esta particularidad permite conectar una serie de estas válvulas formando un paquete, donde las válvulas van formando una serie de tandem. Las válvulas así agrupadas se conectan de tal manera que la descarga a tanque de la presión de la primera válvula va conectada a la entrada de presión de la segunda válvula, y así sucesivamente.

Esta agrupación " serie" de válvulas tandem permite accionar un grupo de cilindros hidráulicos cada uno de los cuales comanda una maniobra determinada en una cierta máquina una moto niveladora, por ejemplo de modo tal que el manejo se realice operando una sola válvula por por vez que acciona su cilindro correspondiente mientras que los otros permanecen sin actuar

En tales condiciones, todas las válvulas aguas arriba de la válvula que se está cerrando, están abiertas, y dejan pasar libremente la presión hasta la entrada correspondiente de la válvula operada aguas abajo de la misma, en cambio, no hay ent rada de de presión para ninguna válvula posterior, toda vez que la presión esta impedida de continuar a partir de la válvula cerrada hacia las posteriores. CUANDO TODAS LAS VÁLVULAS ESTA INACTIVAS  o sea, cuando todas las correderas están centradas,  la bom ba descarga libremente todo su caudal a través de todo el tandem de la válvula hacia el tanque .

Se representa una válvula tipo tandem ( tandem Type) en la fig. 7.7. 

Muchas otras configuraciones de corredera con algunas veces usadas en circuitería hidráulica. Válvulas con diferentes conexionados en una posición central son a continuación mostradas. Todas ellas son de cuatro vías tres posiciones, y solamente se han dibujado en la Fig. 7.8. las conexiones correspondiente al bloque central cuando la corredera está detenida en su posición "neutral ".

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 CONTROL DIRECCIONAL DE CILINDROS HIDRÁULICOS DE SIMPLE EFECTO

En la Fig., 7.9 a se muestra el control de un gato hidráulico que no es otra cosa que un embolo buzo que eleva una carga.  Para elevar el gato , la válvula 1 , válvula de control de paso de dos vías, dos posiciones, está CERRADA , y la presión y el caudal de la bomba, sea esta mecánica, o manual, fluyen libremente a través de la válvula antirretorno 2, penetrando en el cilindro y elevando el "gato". Cuando la válvula 1 es ABIERTA , el cilindro a través de la misma descarga al tanque, y entonces el pistón desciende debido a la cavidad .

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En la Fig. 7.9.b. cuando la válvula 1 no esta actuada , tal como está dibujado el cilindro hidráulico esta conectado al tanque , permitiendo la retracción del cilindro por acción de la gravedad. El aceite suministrado esta bloqueado en la entrada de la válvula y no tiene lugar a donde ir , excepto descargarse al tanque a través de una válvula 2 de alivio.

Cuando la válvula 1 se invierte, entonces el fluido se dirige hacía el cilindro y eleva el émbolo. La válvula , no teniendo una posición neutral, NO PUEDE DETENER EL EMBOLO en cualquier punto intermedio de su carrera. Solamente cortando el suministro de la bomba puede el cilindro ser detenido y mantenido en cualquier posición intermedia de su carrera. 

En la Fig. 7.9.c., la acción es similar a la acción del ejemplo anterior, excepto que la bomba puede ser descargada libremente al tanque mientras que el cilindro esté bajando o ya se encuentre totalmente bajado. Cuando la válvula se invierte, el cilindro se elevará .

Esta válvula de cuatro vías y dos posiciones, no nos permita detener el cilindro un ningún punto intermedio de su carrera, esto solamente puede ser logrado deteniendo el flujo desde la bomba, o bien, directamente parando la misma.

En la Fig. 7.9.d., se ha dibujado un gato hidráulico gobernado por una válvula de cuatro vías , tres posiciones, centro tandem .

Este tipo de válvula otorga el mas completo efecto. Cuando la válvula esta centrada  , la bomba descarga libremente al tanque , mientras que el cilindro puede ser detenido y mantenido en cualquier posición intermedia de su carrera. 

La puerta B no empleada, se conecta también a la descarga  al tanque, de manera que al invertir la válvula a la posición del bloque con las flechas cruzadas, la bomba descargara al tanque su caudal en descarga libre, al mismo tiempo que el cilindro también se descargara al tanque, descendiendo por la acción de la carga ylo de la gravedad.

Algunos fabricantes, construyen lo que llaman "Válvulas de tres vías " para funciones "ELEVAR-MANTENER-DESCENDER" . Esas válvulas son esencialmente válvulas tandem de cuatro vías y tres posiciones que por medio de un agujero interno taladrado en el cuerpo conectando la puerta no usada directamente al tanque, es decir, la puerta T que esta conectada  al tanque. En esas válvulas la puerta no usada ya viene taponada o bloqueada directamente desde fábrica . 

CONTROL DIRECCIONAL DE CILINDROS DE DOBLE EFECTO. 

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Válvula de tres vías, dos posiciones. (Ver fig. 7.10 a) . 

El circuito mostrado en dicha figura emplea cilindros que hacen carrera de carga cuando el vástago esta saliendo del cilindro pero que, en su carrera de retorno no desarrolla ningún trabajo, y dicha retorno debe ser la más rápido posible.

Cuando la válvula NO esta ACTUADA, ( posición de la figura) el aceite a presión que la bomba esta enviando pasa y actúa al mismo tiempo sobre ambas caras del pistón . Debido a que las mismas no tiene la misma superficie, siendo mayor la superficie de la cara ciega, ( llamada así a la que no tiene vástago), se creara una fuerza diferencial de avance, que provocará el avance del pistón desarrollando su carrera de trabajo .

La fuerza resultante que hará avanzar el vástago, durante su carrera de trabajo será el producto de la presión por la superficie de la sección del vástago,  dado que a la superficie de la cara ciega del pistón habrá que restarle la superficie anular de la cara opuesta. Por otra parte, el volumen  de aceite desalojado por el pistón en su carrera de avance, ira a unirse en la puerta de entrada de la válvula con el caudal que esta enviando la bomba, y ambos penetrarán juntos en la parte trasera de] cilindro, dando como resultado una mayor velocidad en el avance del mismo. Esto se llama ACCIÓN REGENERATlVA. Se verá más detenidamente posteriormente

Cuando la válvula se invierte, la presión queda bloqueada en la puerta de entrada de la válvula mientras que la parte trasera del cilindro se conecta a la descarga del tanque Simultáneamente , la presión de la bomba se hace ahora presente libremente sobre la cara anular del pistón y lo hace retroceder. Este tipo de accionamiento se llama también "AVANCE DEL PISTÓN DE CONTRAPRESION.

Válvulas de tres vías gobernando un cilindro de doble efecto. (Ver Fig.7.10.b.).

Un cilindro de doble efecto se puede gobernar muy versátilmente con dos válvulas de tres vías. En este, diagrama cuando ambas válvulas NO actúan, ambos extremos del cilindro están drenados al tanque, de manera que ninguna de las caras del pistón hay presión mientras que las entradas de ambas válvulas permanecen bloqueadas. 

En estas circunstancias, el pistón se encuentra en una posición flotante, vale decir que el mismo puede ser manualmente posicionado en cualquier punto o lugar intermedio de su carrera .

Cuando solamente actuamos la válvula 1, el pistón avanza con una cierta velocidad cumpliendo su carrera de trabajo a plena potencia, dado que el otro lado, es decir en la sección anular que esta drenada al tanque no existe ninguna contrapresión que  contrarreste o disminuya la fuerza a todo empuje .

A todo esto, el volumen desalojado de la parte delantera del cilindro va descargado directamente al tanque.

Si , por el contrario actuamos las dos válvulas juntas , entonces el empuje de carga será menor dado que se verá contrarrestado por la presión actuante sobre la cara anual a contrapresión , pero al mismo tiempo, el volumen desalojado se unirá al volumen que envía la bomba, y se establecerá la ACCIÓN REGENERATIVA. En tal caso, el "thrust" será menor, pero la velocidad de avance será mayor.

Por lo dicho, es fácil ver que dos válvulas de tres vías, dos posiciones gobiernan un cilindro de doble efecto de una manera mucho más versátil que una válvula de cuatro vías.

Válvula de cuatro vías, dos posiciones con cilindro de doble efecto (Ver Fig..7.10.c y 7.10.d ) .

La Fig., 7.10c nos muestra  la válvula NO ACTUADA, encontrándose el cilindro en el momento que inicia su movimiento de avance .

La Fig. 7.10 d.  muestra a la válvula ACTUADA encontrándose el cilindro en el momento que inicia su movimiento de retroceso , EL CILINDRO NO PUEDE SER DETENIDO EN NINGÚN PUNTO  INTERMEDIO DE SU CARRERA, a menos que sea cortado el suministro de aceite desde la bomba.

Tipos constructivos : (Ver Fig. 7.10.e ; 7.10.f y 7.10.h )

Un cilindro de doble efecto conectado a una válvula de cuatro vías, tres posiciones de los diversos tipos constructivos; de corredera que se representaron anteriormente.

Los cuatro tipos son los más populares y prácticamente cubren las necesidades en cuanto a válvulas para control de dirección de flujo que se presentan en circuitería hidráulica, no obstante que existen tipos de correderas especiales para cubrir las necesidades de circuitos que en algunas casos presentan características menos comunes .

Válvulas Tandem. (Ver Fig. 7.10 e.)

Descarga automáticamente la bomba hidráulica ( by pass) cuando el pistón del cilindro está detenido , con la corredera de la válvula d en posición central o "neutral".

El pistón puede detenerse en cualquier punto intermedio de su carrera  tanto de avance como de retorno, con descarga libre de bomba. Ambas caras del pistón quedan completamente bloqueadas.

Válvula de centro cerrado: (Ver Fig. 7.10.f).

Se emplea cuando la bomba debe permanecer suministrando presión a otras partes del circuito con el cilindro detenidos En este caso la descarga de la bomba se opera a través de otras medios que veremos más adelante .

Válvula de centro flotante .

Permite que el cilindro quede flotando en el caso de que la válvula tenga su corredera en posición central, de manera que ya sea a  mano, si el cilindro es pequeño, o si la fricción de sus empaquetaduras y guarniciones lo permitieran; o bien moviendo los órganos de la máquina que él accione, el pistón, pueda moverse. Tal cosa es posible, pues la corredera en posición central, ambas caras del cilindro quedan totalmente descargadas al tanque, mientras que la entrada de presión ha sido bloqueada.

Válvula de centro abierto :  (Ver Fig. 7.10.h).

Con la corredera de la válvula en su posición central ,  todas las puertas del cuerpo de la válvula  P,T,A y B , quedan intercomunicadas y si no hay ninguna restricción después de la válvula en su descarga al tanque la bomba descargará libremente sin ninguna contrapresión . En este casco ambas caras del pistón se descargaran al tanque a presión cero conjuntamente con la bomba.

Al respecto cabe destacar algo muy importante:

Cuando en la descarga de la válvula al tanque existe algún tipo de restricción , aparece una contrapresión , cuyo valor actúa sobre ambas caras del pistón, al mismo tiempo que la bomba descarga a presión cero , sino al valor mismo de esa con . Es fácil ver entonces , que teniendo el pistón en un área diferencial, el cilindro avanzará lentamente hacia arriba. Por ejemplo supongamos que una restricción ha sido puesta en línea de descarga de la válvula de cuatro vías de centro abierta, y que la contrapresión ha sido regulada a un valor de 50 libras pulg.² , que será leída en un manómetro .

La misma presión actuará sobre ambas caras del pistón y desarrollara empujes opuestos respectivamente sobre cada cara del pistón como vemos en la Fig. 7.11. En este ejemplo , si el diámetro interno del cilindro es tal que la superficie sea igual a 4 pulg.² el empuje sobre la cara ciega será de 200 libras .

Si la contra cara anular del pistón tiene una superficie neta de 3 3 pulg.² el contra empuje será igual a 150 libras.

El empuje resultante que hará avanzar el cilindro, sería la diferencia de ambos empujes, o sean 50 libras, si este valor supera el rozamiento de las empaquetaduras .

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AUTOMATISMO RECIPROCO DE CILINDROS HIDRÁULICOS

Una de las aplicaciones más comunes de los cilindros hidráulicos en las maquinas herramientas es el de hacer desplazar horizontalmente la mesa de la máquina si se trata de una cepilladora , limadora o rectificadora plana. En este tipo de máquinas es necesario que la mesa tenga un movimiento alternativo y continuo , vale decir, que la mesa durante el tiempo que desee posea una movimiento continuo  de vaivén. 

Esto se logra fácilmente por medio de uno o dos cilindros hidráulicos, que accionados por un circuito determinado provean al funcionamiento deseado de la mesa de la máquina . Este movimiento cuando se logra por medio de un circuito y cilindros hidráulicos se llama automatismo recíproco.

Se presenta un caso de automatismo recíproco que es necesario tener muy , en cuenta , pues de lo contrario indefectiblemente el mismo fallará, Esto se ilustra muy claramente a continuación . (Ver Fig. 7.12.a) . Un cilindro hidráulico de doble efecto lleva en el extremo libre del vástago una leva la cual cuando aquel se encuentra completamente extendido accionará el husillo de una válvula de cuatro vías dos posiciones, con placa manual de mando.

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La acción es como sigue: el operador empuja la palanca manual colocada en la válvula para que el cilindro comience a marchar hacia adelante, Cuando la carrera, de avance ha sido completada, la leva del vástago actúa sobre el rodillo de la corredera de la válvula  y esta comienza su movimiento de inversión. Cuando esta alcanza durante su retroceso a la posición central, en ese preciso momento todas las puertas quedan bloqueadas como muestra la pequeña ilustración a la izquierda.

Esto provoca el corte completo del suministro del aceite a presión enviado por la bomba deteniéndose el cilindro y, por ende quedando la corredera de la válvula detenida en su posición central sin que sea posible hacer pasar o mejor dicho, sobrepasar a la misma de dicha posición central. Por este motivo, el circuito hidráulico se encuentra " atascado". El operador entonces debe terminar de accionar a mano la corredera haciéndole completar su inversión de posición, para lograr que el cilindro reinicie nuevamente y complete su carrera de retorno . TAL COSA NO ES ACEPTABLE PUESTO QUE YA NO EXISTIRÁ UN AUTOMATISMO RECIPROCO DE INVERSIÓN DE MARCHA DEL PISTÓN DEL CILINDRO HIDRÁULICO

Todas las válvulas hidráulicas de dos posiciones, ya sean de centro abierto, o cerrado , cuando su corredera pase por su posición central, detendrán el cilindro, si la válvula es de centro cerrado , por las causas arriba mencionadas, si la corredera es de centro abierto , porque la bomba descargará enteramente su caudal al tanque, y no habrá entonces presión sobre la cara del pistón que en ese momento estaba actuando. Por tal motivo, para lograr un automatismo hidráulica recíproco., NUNCA DEBE INTENTARSE REALIZARLO POR MEDIO DE UNA VÁLVULA DE DOS POSICIONES QUE ACTUÉ COMO VÁLVULA PRINCIPAL . 

En la Fig. 7.12.b., se muestra la manera de ejecutar un circuito hidráulico confiable y seguro para lograr un automatismo recíproco , utilizando una válvula de dos posiciones como válvulas piloto, que a su vez acciona a una válvula principal, que es la que realmente gobierna el cilindro hidráulico . En el circuito dibujado, las causas suceden de la siguiente manera:

La válvula 1 principal, es una válvula de cuatro vías, dos posiciones, gobernada manualmente , pero en su lugar tiene un resorte antagonista , tiene para lograr su movimiento de inversión un piloto hidráulico, que no es otra cosa que un pequeño cilindro cuyo pistoncito , al recibir presión , contraempuja al husillo de la válvula principal  haciendo que este a su vez invierta el movimiento del cilindro , lográndose así el automatismo deseado. Por otra , la válvula principal, o sea que la conexión correspondiente se toma en la línea principal antes de la puerta P , de entrada a la válvula principal.

En estas condiciones y estando el cilindro todo atrás , cuando el operador acciona la palanca manual de la Válvula principal, invierte el conexionado mostrado en el dibujo, y entonces el cilindro comienza su movimiento de avance. Hasta el momento que el vástago del cilindro alcance su posición "todo fuera ", la válvula 2 tiene su entrada de presión bloqueada , al mismo tiempo que drena libremente al tanque el piloto de la válvula principal. Cuando la carrera de avance es completada, la leva del vástago acciona para abajo, ( en la posición del dibujo) el husillo de la válvula 2 y esta entonces conecta la presión de bomba con el piloto de la válvula 1; de inmediato la corredera de esta última accionada por aquel invierte instantáneamente su posición y el cilindro inicia su carrera de retorno hasta completarla, momento en el cual se detiene el mismo, habiendo concluido así el ciclo. Cuando tal cosa ha sucedido la leva de  la válvula principal que estaba montada, en el extremo de su vástago libera el rodillo montado en la parte superior de la corredera de la válvula 2 por lo cual la misma vuelve a bloquear su entrada de presión, al mismo tiempo  que drena nuevamente al tanque la presión del piloto de la válvula principal , el cual, al descargarse completamente permitirá la iniciación de un nueva ciclo, cuando el operador pueda actuar nuevamente libremente la palanca de mando de la válvula principal.

Cuando, como en el caso visto, el operador debe iniciar el ciclo, y el automatismo solamente se limita a invertir automáticamente la carrera del cilindro, entonces se dice que este circuito es de UN CICLO.

Los circuitos de automatismos recíproco de un ciclo, se logran con el concurso de una válvula de tres vías, y dos posiciones, con válvula piloto, y una válvula de cuatro vías dos posiciones, con conocimiento manual y retorno por piloto hidráulico , como válvula principal.

Si en cambio, se desea obtener un movimiento recíproco alternativo continuo de un cilindro hidráulico, es suficiente emplear dos válvulas de tres vías, y dos posiciones como válvulas inversoras piloto . Y una válvula de cuatro vías, dos posiciones accionadas por pilotos hidráulicos en sus dos extremos . Tal cosa se muestra en la Fig. 7.12.c. . En la misma, y tal como están dibujadas las conexiones de la válvula principal 1 , el cilindro está desarrollando su carrera de avance. Cuando la misma ha sido completamente lograda,  la leva montada en la extremidad del vástago del cilindro acciona el rodillo de la corredera de la válvula piloto 3 , la cual en ese momento, invierte su posición y conecta la presión de bomba al piloto "derecho" de la válvula 1,  este a su vez invierte por la acción del mismo su corredera y el cilindro inicia su carrera de retorno. Tan pronto la leva "suelte" el husillo de la válvula piloto 3 , la misma bloquea su entrada de presión , conecta el piloto derecho  " al tanque", quedando el mismo drenado y sin presión alguna. No obstante esta, la corredera de la válvula principal se mantiene en su posición . Ahora ya tenemos al cilindro desarrollando su carrera de retorno hacia la izquierda. Cuando dicha carrera de retorno ha sido completada la leva montada en la extremidad del vástago del cilindro accionará  ahora el rodillo de la corredera de la válvula piloto 2, la que permitirá a la presión de la bomba hacerse presente ahora en el piloto izquierda de la válvula 1 principal. Este piloto bajo la acción de la presión, accionará su pistoncito interno , y el mismo empujará ahora hacia la derecha la corredera de la válvula principal, la cual no tendrá ningún obstáculo dado que el piloto antagonista se encuentra descargado y drenado al tanque sin presión alguna .

Cuando el cilindro ahora en su carrera de avance nuevamente, llegue a completar la misma  el cilindro vuelve nuevamente a invertir su carrera, se dice entonces que el automatismo recíproco es continuo . Solamente se detiene cuando el operador corte el suministro de potencia hidráulica desde la bomba por algún medio. En el caso de la Fig. 7.12 c.  esto se logra cerrando la válvula de paso 4.

Por todo lo dicho, cuando se quieren lograr circuitos hidráulicos para automatismos recíprocos continuos, se deben utilizar dos válvulas de tres vías, dos posiciones , conectadas entre ellas en paralelo , y ambas a su vez conectadas también en accionamiento totalmente por piloto hidráulico  llevando el vástago del cilindro en su extremidad  libre de leva que actuará respectiva y alternadamente a ambas rodillos de las correderas de las válvulas de tres vías.

REGENERACIÓN EN CIRCUITOS HIDRÁULICOS

Con anterioridad vimos brevemente el principio de lo que se llama en hidráulica acción regenerativa.

Cuando un cilindro de doble efecto está conectado de tal manera que la cara ciega del pistón está conectada a la presión de bomba a través de algún tipo de válvula de control direccional , mientras que la contracara anular está conectada  directamente al circuito, de manera que cuando el cilindro está avanzando, esta al mismo tiempo venciendo una contrapresión que está actuando sobre la cara anular, se dice que el cilindro está conectado a contrapresión si el volumen desalojado va directamente drenado al tanque ,  pero si este volumen desalojado se une nuevamente al caudal de bomba que entra a la puerta de presión P de la válvula de mando, entonces a la cara ciega del pistón está llegando en ese momento el caudal de la bomba mas el caudal adicional proveniente del volumen desalojado por el cilindro en su movimiento de avance. Dicho volumen está también presurizado, y al sumarse al volumen suministrado por el caudal de la bomba que está entrando a la cara ciega del cilindro la suma de ambas dará como consecuencia un volumen mayor. Esto ocasiona que el cilindro desarrolle su carrera de avance a una mayor velocidad.

El volumen desalojado por el cilindro en su movimiento de avance se ha regenerado como un volumen de fluido capaz de suministrar un trabajo mecánico. TAL CIRCUITO ENTONCES ES UN CIRCUITO REGENERATIVO.

El propósito de un circuito regenerativo es incrementar la velocidad de la carrera de avance del cilindro . LA REGENERACIÓN NO PUEDE SER NUNCA LOGRADA EN LA CARRERA DE RETORNO.

FUERZA DE EMPUJE DEL CILINDRO

Dado que la misma presión de circuito está actuando sobre ambas caras del pistón, o sea sobre la cara ciega y sobre la cara anular, es evidente que el producto de esta presión por las respectivas superficies de ambas caras del pistón darán fuerzas resultantes de sentidos opuestos, cuya diferencia será el empuje total resultante ( thrust ) bajo el cual actuará el cilindro en su carera de trabajo. El empuje resultante será igual al producto de la presión por la superficie correspondiente a la sección del vástago .

VELOCIDAD DE AVANCE DEL CILINDRO

Dado que el volumen de aceite contenido en la parte delantera del cilindro y desalojado por el pistón en su carrera de avance llanada sobre el lado de la cara ciega un volumen equivalente al volumen total desplazado por el cilindro en su carrera de avance, respetando al mismo, el volumen ocupado por el vástago Por tal causa, cuando el cilindro está cumpliendo su movimiento de avance, la bomba solamente necesitará suministrar precisamente el volumen del vástago.

Por lo dicho, para calcular la velocidad de avance del cilindro cuando el mismo se encuentra bajo una acción regenerativa, basta solamente dividir el caudal de la bomba en litros/ minuto o en litros/segundo por el volumen del vástago en decímetros cúbicos. El resultado será la velocidad de avance del cilindro en decímetros / minutos o decímetros/segundo . Para ilustrar mejor lo dicho daremos a continuación un caso :

Sea un cilindro hidráulico que tenga un diámetro interior de 10 pulgadas, un vástago cuyo diámetro sea 7 pulgadas, la bomba tiene in caudal de 8 G.P.M. a una presión de 1200 libres/pul.² 

Se puede calcular: 

• El empuje del cilindro en su carrera de avance (thrust) 
• La velocidad' de la carrera de avance 
• La velocidad de la carrera de retorno 
• El flujo de aceite sobra la cara "A" y .
• El flujo de aceite sobra la cara "B"

EMPUJE DEL CILINDRO: Diámetro vástago 7". Superficie 38 pulg.² x 1200 psi. = 45.600 libras.

VELOCIDAD DE AVANCE: 8 G.P.M. x 231 pulg. 3 % 38 s.i. = 48" por minuto.

VELOCIDAD DE RETORNO: 8 G.P.M. x w3l pulg. 3% ( 78,5 – 38) s.i. = 46" por minuto.

FLUJO SOBRE "A": 48" / min, x 78,5 s.i.  % 231 16,3 G.P.M.

FLUJO SOBRE "B":          16,3 = 8 GPM ( de la bomba)= 8,3 G.P.N. (flujo regenerativo)

Como se ha visto,  para calcular los caudales necesarios sobre ambas caras primeramente se calculó qué caudal sería necesario suministrar a la cara ciega del pistón para que el mismo se desplazara a la velocidad calculada, SI EL CIRCUITO NO FUERA REGENERATIVO. Luego , el caudal  así calculado , restamos el caudal de la bomba , y la diferencia es el caudal regenerativo suministrado por el circuito.

EJEMPLOS DE CIRCUITOS REGENERATIVOS

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Una válvula de cuatro vías , dos posiciones puede ser usada para lograr regeneración .Para ello conéctese el retorno del cilindro directamente al circuito clausurándose la puerta B de la válvula que corresponderla a la cara anular del pistón , si el circuito no fuera regenerativo.

La otra puerta de la válvula A, conéctese a la cara ciega del pistón .

Este circuito regenerativo actuará de una manera enteramente similar al mostrado en la Fig. 7.13 a. , visto en páginas anteriores en el cual la válvula de tres vías de dos posiciones accionaba el cilindro hidráulico con una acción regenerativa. 

El circuito dibujado en la Fig. 7.10 b. , también es regenerado cuando actúan sobre ambas caras del cilindro la presión de la bomba al mismo tiempo.

Utilizando una válvula de cuatro vías , tres posiciones de centro flotante normal, también se obtiene un circuito regenerativo SI SE CONECTA AMBAS CARAS DEL CILINDRO CON LAS PUERTAS A y B y LA PRESIÓN DE BOMBA SE CONECTA A LA PUERTA DE DESCARGA T DE LA VÁLVULA , mientras que la puerta P de la misma , SE CONECTA A LA DESCARGA DEL TANQUE.

Cuando la corredera de la válvula se encuentra en su posición central ( como está dibujado en la figura) se establece la acción regenerativa. Cuando se actúa la válvula de manera que opera el bloque de la izquierda, el cilindro cumple su carrera de retorno , cuando se invierte la corredera de manera que actué el bloque de la derecha , el cilindro avanza bajo el empuje completo de la presión SIN acción regenerativa. En este circuito, NO es posible detener el pistón en ninguna posición intermedia de su carrera tanto de avance como de retroceso. Así mismo con la válvula de corredera flotante conectada al revés , la bomba no descarga en ninguna posición de la misma a través de la corredera. Por tal motivo, la descarga de la bomba se efectuará independientemente de esta válvula por otros medios.

En la Fig. 7,13.b, se ve otro circuito regenerativo , en la Fig. 7.14 logrado con una válvula de cuatro vías tres posiciones de tipo tandem , centrada por doble resorte y accionada por solenoide, utilizada como válvula principal. 

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Esta válvula (1) empleada como válvula principal no es otra cosa que una válvula de control direccional tandem , descarga a la bomba en descarga libre al tanque cuando la corredera se encuentra en su posición central. También controla el movimiento hacía adelante y hacia atrás del cilindro hidráulico.

La válvula 2 , es una válvula de tres vías, dos posiciones actuada por un solo solenoide y resorte antagonista.

Cuando la válvula 2, NO ESTA ENERGIZADA , ( caso de la figura) la válvula  actúa normalmente, y el circuito NO ES REGENERATIVO, actuando el cilindro bajo condiciones normales , cuando la presión de la bomba actúa libremente sobre ambas caras del pistón del cilindro.

Sí el solenoide de la válvula 2 está conectado en paralelo con el solenoide la derecha de la válvula 1 , al energizar a ambos SIMULTÁNEAMENTE el cilindro avanza con acción regenerativa.

Si todos los solenoides están desenergizados , la bomba descarga libremente al tanque y el cilindro queda bloqueado en cualquier posición intermedia de su carrera, tanto de avance como de retroceso.

Si en cambio, y por error es el solenoide de la izquierda de la válvula 1 el que está conectado al solenoide de la válvula 2, el sistema NO FUNCIONA da ninguna manera . Si estando los solenoides desenergizados , se ENERGIZA SOLAMENTE el de la izquierda de la válvula 1 , el cilindro retoma como ya se dijo más arriba, de la manera clásica.

Si finalmente incluimos un presostato accionado por la presión existente en el interior del cilindro durante su carrera de avance, de manera que aquello la actué cuando el cilindro ha retrocedido completamente, y provoque el cierre de un switch de contactos normalmente abiertos, en ese momento el presostato energizará el solenoide de la válvula 2 y estando este conectado en paralelo al solenoide de la derecha de la válvula principal por medio del mismo presostato entonces el cilindro avanzará con acción regenerativa. Cuando se completa la carrera de avance, la presión en la cámara delantera del cilindro cae a cero, el presostato se desenergizá hidráulicamente , corta el contacto cerrado desconectando así los solenoides de la de la válvula principal y de la válvula 2, y así con un puente inversor conectado , ahora el solenoide de la izquierda de la válvula 1, el cilindro retrocederá libremente, estableciéndose así un automatismo con acción regenerativa , y con la alternativa de detener al cilindro en cualquier posición intermedia de su carrera, con descarga libra de la bomba al tanque.

El circuito estudiado, es el más completo para automatismos recíprocos regenerativos con parada en cualquier punto y descarga libre de bomba.

Los cilindros empleados en circuitos regenerativos generalmente son de relación 2:1, lo que significa que la superficie de la cara ciega del pistón es el doble de la superficie anular. En consecuencia, y bajo acción regenerativa, cuando el pistón avanza lo hace que un empuje igual a la mitad del empuje completo, cuando NO EXISTE estado regenerativo . En el primer casas el pistón avanza con el doble de la velocidad que tendría si no existiera esta regenerativo.

VÁLVULAS SOLENOIDES HIDRÁULICAS

Las necesidades crecientes que se presentaran y que se siguen presentando en el campo de la automatización industrial en cuanto hace a la fabricación de maquinarias, dispositivos y diversos elementos accionados hidráulicamente, y la extrema. de sencillez con que se pueden diseñar circuitos eléctricos que funcionan automáticamente comandados desde sencillos microcontactos fin de carreras , microcontactos temporizadores , hasta los modernos programadores lógicos programables (PLCs)  han hecho pensar a los Ingenieros Proyectistas hace algunas décadas atrás lo útil que resultaría comandar circuitos hidráulicos vía automatizaciones eléctricas .

Ello determinó en su momento la creación de la válvula de control direccional accionada por solenoides y/o electroimanes, y , actualmente, este tipo de válvulas es el elementos indispensable para comandar cualquier máquina hidráulica, automática a no , por medio de cualquier tipo de accionamiento eléctrico y/o electrónico .

Las válvulas que a continuación estudiaremos, son las más populares en el campo de válvula de control direccional de flujo hidráulico accionadas eléctricamente .

VÁLVULAS DE HIDRÁULICAS DE CUATRO VÍAS, OPERADAS ELÉCTRICAMENTE .

En la Fig. 7.15.a. vemos una válvula directamente accionada por solenoide , que es aquella en la cual el elemento motriz para accionar la corredera deslizante es únicamente un electroimán o un solenoide.

La acción de este, cuando se encuentra energizado, se traduce en un empuje o una tracción de la corredera. En dicha figura tenemos una válvula de cuatro vías, dos posiciones, de retorno por la acción de un resorte antagonista, y accionada por el electroimán dibujado al costado derecho de la válvula. Cuando se energiza el solenoide la corredera es empujada por la acción de este hacia la izquierda, conectan da la presión a la cara 2 del cilindro mientras que la cara 1 queda drenada al tanque. La corriente eléctrica debe ser mantenida sobre el solenoide para que este a su vez mantenga a la corredera empujada totalmente hacia la izquierda. Cuando se corta la corriente 9 y el solenoide se desenergiza ,el resorte empuja enérgicamente a su vez a la corredera hacia la derecha conectándose entonces las puertas del cuerpo de la válvula de la manera demostrada en la figura. 

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LAS VÁLVULAS SOLENOIDES SIEMPRE SE REPRESENTAN EN LOS ESQUEMAS DE CIRCUITERIA CON EL CONEXIONADO CORRESPONDIENTE A SU POSICIÓN DESENERGIZADA .

Las válvulas directamente accionadas por solenoides se construyen usualmente de pequeño tamaños para tubería no mayor 1/4", debido a las medidas físicas que devienen muy grandes en los solenoides cuando la válvula tiene dimensiones mayores . Asimismo, la corriente eléctrica necesaria para accionar solenoides mayores, toma valores muy grandes y paralelamente se presentan problemas de calentamiento  , los cuales deben ser vigilados con mucha atención. 

En las válvulas de control direccional directamente comandadas por solenoides, para dimensiones de tubería de 1/4" , cuando son manufacturadas por fabricantes acreditados permiten caudales de pasaje de fluido de hasta 30 litros por minuto, para presiones de 1.000 libras por pulgada cuadrada. 

Fig. 7.15 b. Hablamos dicho refiriéndonos a la válvula de cuatro vías, dos posiciones accionada por un solo solenoide y retornada por resorte antagonista que era necesario mantener la corriente eléctrica sobre el mismo durante todo el tiempo que la válvula debía estar actuando.

Algunas veces suele suceder, que la válvula operada por un breve impulso eléctrico y al casar este , debe seguir la corredera permaneciendo en el lugar a la cual aquel la llevó, Evidentemente en este caso no puede tolerarse la acción del resorte antagonista por tal motivo se reemplaza a este por otra solenoide, de manera que la corredera es movida hacia un extremo o el otro de la válvula por la acción del empuje de uno u otro solenoide .

Tal se ve en la figuras anteriores. La corredera permanece al extremo hacia la cual fue llevado hasta el momento que se energiza el solenoide antagonista. 

Debe tomarse especial cuidado, cuando se trabaja con esta válvula, de no montarla en ninguna otra parte o posición que no sea la horizontal como también, si la válvula se encuentra colocada en una máquina móvil de no fijarla nunca con la corredera paralela al sentido del movimiento. En el primer caso la gravedad, y en el segundo la inercia misma de la corredera, en el caso de una frenada brusca de la máquinas podrá descolocar la corredera de una posición determinada, motivando la aparición de inconvenientes a veces difíciles de evaluar. Asimismo, cuidados deben ser tomados para que en ningún caso ambos solenoides se energizan simultáneamente .

Fig. 7.15 c. En los casos vistos anteriormente, las válvulas eran de 2 posiciones , pero si a la válvula accionada por doble solenoide mediante dispositivos adecuados, le colocamos dos resortes exactamente iguales en ambos extremos de la corredera , la misma , cuando ningún solenoide está energizado, se auto centrará por la acción del equilibrado provocado por ambos resortes en la posición central de la válvulas , tenemos así una válvula de cuatro vías, tres posiciones, autocentrada por resortes . 

De la forma como la corredera está construidas tendremos. 

• Válvulas de centro cerrado. 
• Válvulas de centro abierto 
• Válvulas de centro flotante 
• Válvulas de centro tandem .

Deben tomarse especiales cuidados que nunca ambos solenoides queden energizados simultáneamente.

La corriente eléctrica debe ser mantenida sobre el solenoide respectivo todo el tiempo deseado para mantener la corredera en uno de sus extremos, Si el solenoide se energiza , permaneciendo el otro solenoide desenergizando , los resortes automáticamente llevan a la corredera a su posición central, Esta válvula puede ser montada en cualquier posición .

VÁLVULAS DE CUATRO VÍAS, OPERADAS POR PILOTO HIDRÁULICO.

Cuando por las dimensiones presentes en grandes válvulas destinadas a manejar caudales de consideración, los esfuerzos físicos de un operador para accionar manual mente la válvula devienen muy grandes , entonces la corredera de la misma se acciona valiéndose de un agente intermedio que alivia el esfuerzo físico del operador. Esto generalmente se logra con concurso de la misma presión del circuito la cual, mediante dispositivos  adecuados que pasee la misma válvula, acciona pequeños pistoncitos , los cuales a su vez empujan la corredera en un sentido y hacia el extremo deseado de la válvula sin ningún esfuerzo físico por parte del operador.

Se dice entonces que la válvula está accionada por piloto hidráulico .

Cuando el control direccional del piloto hidráulico se logra con el concurso de una pequeña válvula auxiliar accionada por solenoide, la cual sirve para manejar la válvula grande entonces ésta toma el nombre de: válvula accionada por piloto eléctricamente controlada .

Estas válvulas se construyen para medidas de tuberías desde 3/4" para adelante, o 3/4" , 1", 1 1/2" ( a veces 1 l/4"); 2" , 2 1/2" , 3"  y 4" . Indefectiblemente todas ellas son comandadas por una válvula "piloto", de simple o doble solenoide, según sea el caso de l/4", que hemos visto mas arriba .

Las válvulas controladas por solenoide y operadas por piloto hidráulico, (ver Fig. 7.16.a.) tienen algunas importantes ventajas respecto de las válvulas directamente operadas por solenoide. 

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1 ) Debido a que pueden manejarse con pequeñas válvulas piloto operadas por solenoide miniatura ellas poseen operaciones muy silenciosas, Por otra parte los solenoides pequeños no tiene el zumbido de los grandes, ni tampoco los impactos de la alta intensidad que se hacen presentes cuando la estructura del solenoide es mayor.

2) La velocidad de desplazamiento de la corredera de la válvula principal puede ser regulada estrangulando convenientemente las entradas a la misma de la de los pilotos hidráulicos. En cambio la velocidad del desplazamiento del tragante del electroimán o del núcleo del solenoide NO puede ser regulada, sin provocar el sobrecalentamiento de la bobina eléctrica .

Al poder regular la velocidad de la corredera de la válvula principal, podremos evitar choques ylo golpes de ariete en las tuberías mayores del circuito hidráulico . En la Fig. 7.16.a. , hemos representado en A el corte esquemático de una válvula operada por piloto controlada por solenoide. La válvula principal es de cuatro vías , 2 posiciones, de la misma manera que la válvula piloto , accionada por simple solenoide y retornada por resorte antagonista de la misma manera vista en párrafos anteriores .

El flujo principal de aceite es manejado por la corredera de la válvula principal que está dibujada en la parte inferior de la estructura de la válvula . Esta corredera no esta montada con resorte, ella está potenciada en ambas direcciones por la presión del piloto hidráulico que viene dirigido desde el conjunto superior del dibujo. El drenaje del piloto debe siempre conectarse a la descarga del tanque independientemente de la descarga de la válvula principal, no debe nunca existir en él ninguna contrapresión . De haberla , ocasionaría por una parte una carga extra en el esfuerzo de empuje del solenoide, y por otra parte , y esto es la más importante , se motivarían dificultades para accionar libremente la corredera de la válvula principal, Si el solenoide tuviera que trabajar sobrecargado por existir una contrapresión en el drenaje del piloto , lo más probable es que se quemara por sobrecalentamiento en muy pocos segundos de tiempo.

En la parte B de la Fig. 7.16 se ha representado el símbolo completa USASI de la válvula, La válvula principal  esta dibujada en la parte inferior del conjunto, mientras que la válvula piloto la está en la parte superior del mismo. Se indica asimismo el conexionado entra ambas válvulas , representando las líneas punteadas por los conductos internos de la presión piloto .

El recuadro en trazos punteados, gruesos, que encierra a las dos válvulas, simboliza que ambas se encuentran montadas sobre un mismo conjunto físico. Debido al hecho de que dibujar en el circuito hidráulico este tipo de válvulas con su símbolo completo demandarla mucho tiempo , es que se permite en la práctica la representación gráfica de la circuitería hidráulica, y representar el conjunto completo de esta válvula con el símbolo simplificado parte C de la figura  . Este símbolo simplificado es el mismo que el utilizado para una válvula de las mismas características directamente accionada por solenoide .

VÁLVULA OPERADA POR PILOTO, CONTROLADA POR DOBLE SOLENOIDE ( Fig. 7.16.b.)

Cuando el solenoide de una válvula como la vista en anteriores figuras, debe actuar durante un cierto tiempo , habíamos visto que era necesario mantener durante ese lapso de tiempo la corriente eléctrica del mismo, por tal motivo, cuando se trataba de operar la válvula con un breve impulso eléctrico, era necesario recurrir a una válvula accionada por doble solenoide.

En el caso de tratarse de una válvula cerrada por piloto, y que trabaje con las mismas características de aquélla , será imprescindible accionar también la válvula Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar"piloto con doble solenoide como se ha representado en la figura.

Se observa en la misma que la corredera de la válvula piloto está centrada por doble resorte. La actuación de un breve impulso eléctrico sobre un solenoide determinado ocasionará el rápido desplazamiento de la corredera de válvula principal 1.3 que permanecerá en esa posición hasta tanto no sea desenergizado el solenoide motriz, En este caso la corredera de la válvula piloto se encuentra totalmente desenergizada su corredera se encuentra centrada  permitiendo el drenaje al tanque de ambos pilotos hidráulicos de la válvula principal , la cual mantendrá su corredera posicionada por medio de dos enclaves – uno para cada posición – que generalmente se logran haciendo sendas ranuras semicirculares en el entornos de una de las colas de la corredera mas larga que su opuesta. Sobre estas ranuras encaja una esfera mantenida contra el fondo de la misma por medio de un pequeño resorte, como está dibujado en la parte A de la Fig. 7.16. b. .

Esta válvula, debido a la retención mecánica de su corredera principal, puede estar montada en cualquier posición .

Aquí también el drenaje del piloto se conectará al tanque independientemente del o de los retornos de las válvulas principales, puesto que, volviendo a insistir DEBEN EXISTIR CONTRAPRESIONES EN LA DESCARGA DEL PILOTO.

En la figura 7.16. b., la parte B se ha dibujado él símbolo completo USASI, de la válvula de cuatro vías , dos posiciones operada por piloto, y eléctricamente controlada.

VÁLVULA DE CUATRO VÍAS TRES POSICIONES , OPERADAS POR PILOTO , DOBLE SOLENOIDE (Ver fig, 7.16.c.).

En la Fig. 7.16.c. , la parte A, se dibujado esquemáticamente el corte completo de toda la válvula mostrando tanto la válvula principal ,  así como la válvula piloto.

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Ambas tienen sus respectivas correderas centradas por resortes auto-centrantes. Aquí también la corredera de la válvula piloto es del tipo "centro flotante " mientras que la de la válvula principal puede ser cualesquiera de los cuatro tipos vistos anteriormente.

Hasta aquí nos hemos referido a los dispositivos eléctricos motrices  para operar las correderas de las válvulas piloto como solenoides . 

VÁLVULA DE 4 VÍAS, 3 POSICIONES DOBLE SOLENOIDE, CENTRADA POR PRESIÓN (ver Fig. 7.16 d) .

En estas válvulas, el centrado de la corredera principal no se realiza por la acción de la misma presión del sistema piloto de la válvula.

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La corredera principal, en el caso de estas válvulas , esta potenciada por dos respectivos y opuestas pequeños pistoncitos hidráulicos , uno en cada extremo de la corredera. Estos pistoncitos están conectados a la entrada de la presión piloto antes da la entrada de esta a la puerta de entrada de la válvula piloto propiamente dicha. Ellos tienen la misma acción que los resortes auto-centrantes pero desarrolla esfuerzos mayores .

Para dibujos simplificados en el esquema del circuito hidráulico, estas válvulas tienen el mismo símbolo que las válvulas auto-centradas por resorte, vistas anteriormente . 

ALIMENTACIÓN DE LA PRESIÓN PILOTO EN VÁLVULAS ELÉCTRICAMENTE CONTROLADAS.

Muchas válvulas de cuatro vías, de dos o tres posiciones, con correderas de centro cerrado toman la alimentación de la presión piloto desde la misma entrada de presión de la válvula principal.

A menos que la presión piloto sea suministrada por alguna fuente de suministro auxiliar, o independientemente del circuito principal, como ser una pequeña bomba independiente de la principal se podrá tomar la alimentación de la presión piloto desde el mismo circuito, sin ninguna dificultad si la corredera de la válvula principal es de centro cerrado, pero si en cambio es de centro abierto, de centro flotante o de centro tandem , es evidente que cuando la válvula se encuentre en la posici6n central , la bomba descargará libremente al tanque y en ese punto, no será posible obtener presión para accionar los pilotos , de manera que será imposible accionar la válvula y descolocarla de su posición central.

Cuando resulte posible, corno sucede en los circuitos hidráulicos que accionan máquinas destinadas a movimiento de tierras, en los cuales se manejan grandes caudales es común proveer la fuente de alimentación de la presión de los pilotos por medio de una pequeña bomba independiente de la bomba principal.

Este sistema NO causa ninguno o en todo caso muy poca generación de calor.

En la figura 7.17.a.  se ha dibujado el símbolo completo USASI de una válvula de control direccional de cuatro vías , tres posiciones, centro tandem, accionada por doble piloto hidráulico y auto-centrada por resorte, comandada por una electroválvula de cuatro vías , tres posiciones, centro flotante, con doble solenoide, auto-centrada por resortes, con alimentación de la presión piloto suministrada Por una bomba independiente .

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FUENTE DE ALIMENTACIÓN PILOTO POR RESTRICCIÓN DE LA ENTRADA (Ver Fig. 7.17.b .)

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La presión piloto puede ser generada colocando en la línea de entrada de la válvula principal una válvula antirretorno con su resorte ubicado de tal manera que el mismo provoque una caída de presión de 50 a 100 libres por pulgada cuadrada. Inmediatamente antes de este válvula, llamada restrictora se deriva una pequeña tubería auxiliar por la cual se toma la presión piloto para alimentar a su vez a la válvula piloto accionada por doble solenoide.

Cuando la válvula principal esta en cualquiera de sus posiciones extremas, es evidente el valor de la presión de línea , pero cuando la válvula principal pase por su posición central, en ese momento el valor de la presión piloto caería hasta el mismo valor que el restrictor , al valor de 50/100 libras por pulg. cuadrada , suficiente para accionar los pilotos hidráulicos de la válvula principal. Como se dijo anteriormente el drenaje de la válvula piloto debe ser directa e independientemente conectado al tanque.

Evidentemente la caída de presión producida por el restrictor , ocasionará o generará una cierta cantidad de calor, que debe ser disipada so pena de experimentar después de algún tiempo de funcionar sobrecalentamiento del sistema  , lo cual aparejará los inconvenientes ya conocidos .

FUENTE DE ALIMENTACIÓN PILOTO POR RESTRICCIÓN A LA SALIDA – (Ver Fig., 7,17 c) .

La presión para el piloto también puede ser generada colocando el restrictor a la salida de la válvula principal en la tubería de retorno al tanque .

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El restrictor está aquí mostrado , dentro del símbolo completo USASI , como válvula 2,  y debe ser dimensionada con gran tamaño puesto que la misma debe permitir no solamente pasar el caudal de la bomba, sino también el caudal proveniente del retorno de los cilindros ,  los cuales deben pasar con toda libertad a través de! restrictor 2.

En este sistema es imperativo que el drenaje de la válvula piloto sea directamente descargado al tanque.  De no hacerlo así, no será posible accionar la válvula piloto bajo ninguna condición . Cuando se toma la presión piloto de entrada de la presión a la válvula principal existiendo un restrictor en la línea de descarga , la generación de calor es mayor que en el caso anterior, cuando se colocaba el restrictor a la entrada de la presión de línea a la válvula principal. 

CONTROL DIRECCIONAL DE CILINDROS NEUMÁTICOS 

Simple Efecto

En la Fig., n° 3.46 vemos dos válvulas de dos vías accionado un cilindro de simple efecto ,  para que el cilindro se extienda debemos cerrar la válvula 1 y abrir la 2 que admitirá aire comprimido. Para retractar el cilindro cerramos la válvula 2 y la 1 es abierta al escape permitiendo entonces que el resorte retracte el cilindro.

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En la Fig. n° 3.47 accionamos el cilindro de simple efecto con una válvula de tres vías que nos evita el inconveniente de tener que actuar dos válvulas como en el caso anterior, en la posición que aparece el dibujo la válvula está conectando el cilindro con la atmósfera y la alimentación de aire está bloqueada , cuando actuamos la válvula admitimos aire en el cilindro con la que este se eleva.

CONTROL DIRECCIONAL DE CILINDROS DE DOBLE EFECTO

En la Fig.3.48 A. Para mover un cilindro de doble efecto debemos aplicar aire a una de sus caras y conectar la otra al escape, en la Fig. A vemos que las válvulas de dos vías permiten la entrada de aire a la cara delantera del cilindro y conectan la trasera al escape con lo cual el cilindro no se retracta, En la posición B ocurre lo contrario es decir, hacemos avanzar el cilindro , como podemos apreciar esta disposición obliga a actuar cuatro válvulas .

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En la Fig. n° 3.49 A y B : Cilindro de doble efecto controlado por dos válvulas de tres vías . 

En A podamos observar que las válvulas están actuadas de tal forma que admitimos aire en la cara trasera del cilindro con lo cual este avanza , en B sucede exactamente lo contrario. Si bien hemos logrado accionar el cilindro con dos válvulas en lugar de cuatro vías como en el caso anterior , podemos simplificar aún más si lo hacemos con una sola válvula de cuatro vías .

Sin embargo el accionamiento de un cilindro de doble efecto, con dos válvulas de tres vías aporte ciertas ventajas especiales, si observamos detenidamente la Fig. nº   3.49 podremos ver que accionando una sola de las válvulas de tres vías podemos dejar ambas caras del cilindro conectadas al escape o ambas caras sometidas a presión, el primer caso mencionado permite accionar el cilindro por medios mecánicos en caso de ausencia de aire u otras fallas.

En el caso de someter a ambas caras a presión del cilindro se mover en el sentido del avance, pero lo hará con una fuerza que es igual a la diferencia que existe entre la presión y la superficie del pistón menos la presión por la superficie libre del lado del vástago , hecho este que podríamos aprovechar cuando necesitamos un movimiento de avance a baja fuerza. 

CIRCUITO ESTABLE – Fig.  3.50 .

Este circuito nos permite detener el cilindro en cualquier punto de su carrera en forma muy estable. Esto también puede lograrse con una válvula de cuatro vías con posición intermedia bloqueada , pero en ese caso una vez centrada la válvula el cilindro seguirá desplazándose hasta que las presiones en sus dos caras sean iguales , esto se debe a la diferencia de superficies existentes en todo cilindro de simple vástago .

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Este hecho dificulta la labor del operario que debe detener el cilindro pues nunca puede lograr una misma posición .

En el circuito de la Fig. n° 3.50 este problema se resuelve utilizados dos válvula de tres vías de la siguiente forma: la cara delantera del cilindro se alimenta a la presión de línea , mientras que la trasera se alimenta a través de la válvula reductora a una presión menor para compensar la diferencia de superficies existentes, esto quiere decir que cuando ambas caras están sometidas a presión las fuerzas que ejercerán estas presiones serán de igual magnitud y contrarias por la que el cilindro se detendrá sin ninguna variación .

Las válvulas de retención que aparecen antes de la alimentación de cada válvula tienen una misión muy importante y es la de no permitir retornos de flujo, lo cual haría variar la posición de detención del cilindro en cuestión .

CILINDRO ELEVADOR VERTICAL. Fig. 3.51

Los cilindros de doble efecto utilizados como elevadores verticales son usualmente controlados por válvulas de tres vías presentando este control dos ventajas con respecto al empleo de válvulas de cuatro vías .

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1) Ventaja: La alimentación permanente de aire a la cara inferior del cilindro le da a éste una acción de contra balanceo,  acción que ayuda al operario al control eficaz del descenso de la carga .

2) Ventaja : El consumo de aire del cilindro queda reducido por el siguiente motivo: el descenso de la carga se produce a una realimentación de la cara delantera a la trasera despejándose únicamente el volumen de aire contenido en la parte trasera del cilindro. La fuerza de elevación de un cilindro de éste tipo se calcula por el área neta ( área pistón – área del vástago) por la presión de línea .

Bibliografía y Sitios WEB de interés para Ingenieros Industriales

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¿Qué es la Filosofía?

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Trabajo Enviado y Elaborado por:

Iván Escalona Moreno