vÁlvulas solenoides hidrÁulicas

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  • 5/28/2018 VLVULAS SOLENOIDES HIDRULICAS

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    VLVULAS SOLENOIDES HIDRULICASLas necesidades crecientes que se presentaran y que se siguen presentando en el campo de laautomatizacin industrial en cuanto hace a la fabricacin de maquinarias, dispositivos ydiversoselementos accionados hidrulicamente, y la extrema. de sencillez con que se pueden disearcircuitos elctricos que funcionan automticamente comandados desde sencillosmicrocontactos finde carreras , microcontactos temporizadores , hasta los modernos programadores lgicosprogramables (PLCs) han hecho pensar a los Ingenieros Proyectistas hace algunas dcadasatrs lotil que resultara comandar circuitos hidrulicos va automatizaciones elctricas .Ello determin en su momento la creacin de la vlvula de control direccional accionada porsolenoides y/o electroimanes, y , actualmente, este tipo de vlvulas es el elementosindispensablepara comandar cualquier mquina hidrulica, automtica a no , por medio de cualquier tipo deaccionamiento elctrico y/o electrnico .Las vlvulas que a continuacin estudiaremos, son las ms populares en el campo de vlvula de

    control direccional de flujo hidrulico accionadas elctricamente .VLVULAS DE HIDRULICAS DE CUATRO VAS, OPERADASELCTRICAMENTE .En la Fig. 7.15.a. vemos una vlvula directamente accionada por solenoide , que es aquella enlacual el elemento motriz para accionar la corredera deslizante es nicamente un electroimn o unsolenoide.La accin de este, cuando se encuentra energizado, se traduce en un empuje o una traccin de lacorredera. En dicha figura tenemos una vlvula de cuatro vas, dos posiciones, de retorno por laaccin de un resorte antagonista, y accionada por el electroimn dibujado al costado derecho delavlvula. Cuando se energiza el solenoide la corredera es empujada por la accin de este hacia laizquierda, conectan da la presin a la cara 2 del cilindro mientras que la cara 1 queda drenada altanque. La corriente elctrica debe ser mantenida sobre el solenoide para que este a su vezmantenga a la corredera empujada totalmente hacia la izquierda. Cuando se corta la corriente 9y elsolenoide se desenergiza ,el resorte empuja enrgicamente a su vez a la corredera hacia laderechaconectndose entonces las puertas del cuerpo de la vlvula de la manera demostrada en lafigura.

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    LAS VLVULAS SOLENOIDES SIEMPRE SE REPRESENTAN EN LOS ESQUEMAS DECIRCUITERIA CON EL CONEXIONADO CORRESPONDIENTE A SU POSICINDESENERGIZADA .Las vlvulas directamente accionadas por solenoides se construyen usualmente de pequeotamaos

    para tubera no mayor 1/4", debido a las medidas fsicas que devienen muy grandes en lossolenoides cuando la vlvula tiene dimensiones mayores . Asimismo, la corriente elctricanecesariapara accionar solenoides mayores, toma valores muy grandes y paralelamente se presentanproblemas de calentamiento , los cuales deben ser vigilados con mucha atencin.En las vlvulas de control direccional directamente comandadas por solenoides, paradimensionesde tubera de 1/4" , cuando son manufacturadas por fabricantes acreditados permiten caudalesdepasaje de fluido de hasta 30 litros por minuto, para presiones de 1.000 libras por pulgadacuadrada.Fig. 7.15 b. Hablamos dicho refirindonos a la vlvula de cuatro vas, dos posiciones accionada

    porun solo solenoide y retornada por resorte antagonista que era necesario mantener la corrienteelctrica sobre el mismo durante todo el tiempo que la vlvula deba estar actuando.Algunas veces suele suceder, que la vlvula operada por un breve impulso elctrico y al casareste ,debe seguir la corredera permaneciendo en el lugar a la cual aquel la llev, Evidentemente eneste

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    caso no puede tolerarse la accin del resorte antagonista por tal motivo se reemplaza a este porotrasolenoide, de manera que la corredera es movida hacia un extremo o el otro de la vlvula por laaccin del empuje de uno u otro solenoide .Tal se ve en la figuras anteriores. La corredera permanece al extremo hacia la cual fue llevadohastael momento que se energiza el solenoide antagonista.

    Debe tomarse especial cuidado, cuando se trabaja con esta vlvula, de no montarla en ningunaotraparte o posicin que no sea la horizontal como tambin, si la vlvula se encuentra colocada enunamquina mvil de no fijarla nunca con la corredera paralela al sentido del movimiento. En elprimercaso la gravedad, y en el segundo la inercia misma de la corredera, en el caso de una frenadabruscade la mquinas podr descolocar la corredera de una posicin determinada, motivando la

    aparicinde inconvenientes a veces difciles de evaluar. Asimismo, cuidados deben ser tomados para queenningn caso ambos solenoides se energizan simultneamente .Fig. 7.15 c. En los casos vistos anteriormente, las vlvulas eran de 2 posiciones , pero si a lavlvulaaccionada por doble solenoide mediante dispositivos adecuados, le colocamos dos resortesexactamente iguales en ambos extremos de la corredera , la misma , cuando ningn solenoideestenergizado, se auto centrar por la accin del equilibrado provocado por ambos resortes en la posicin central de la vlvulas , tenemos as una vlvula de cuatro vas, tres posiciones,autocentrada por resortes .De la forma como la corredera est construidas tendremos.1.Vlvulas de centro cerrado.2.Vlvulas de centro abierto3.Vlvulas de centro flotante4.Vlvulas de centro tandem .Deben tomarse especiales cuidados que nunca ambos solenoides queden energizadossimultneamente.

    La corriente elctrica debe ser mantenida sobre el solenoide respectivo todo el tiempo deseadoparamantener la corredera en uno de sus extremos, Si el solenoide se energiza , permaneciendo elotrosolenoide desenergizando , los resortes automticamente llevan a la corredera a su posicincentral,Esta vlvula puede ser montada en cualquier posicin .VLVULAS DE CUATRO VAS, OPERADAS POR PILOTO HIDRULICO.Cuando por las dimensiones presentes en grandes vlvulas destinadas a manejar caudales de

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    consideracin, los esfuerzos fsicos de un operador para accionar manual mente la vlvuladevienenmuy grandes , entonces la corredera de la misma se acciona valindose de un agente intermedioquealivia el esfuerzo fsico del operador. Esto generalmente se logra con concurso de la mismapresindel circuito la cual, mediante dispositivos adecuados que pasee la misma vlvula, accionapequeospistoncitos , los cuales a su vez empujan la corredera en un sentido y hacia el extremo deseadode lavlvula sin ningn esfuerzo fsico por parte del operador.Se dice entonces que la vlvula est accionada por piloto hidrulico.Cuando el control direccional del piloto hidrulico se logra con el concurso de una pequeavlvulaauxiliar accionada por solenoide, la cual sirve para manejar la vlvula grande entonces statoma elnombre de: vlvula accionada por piloto elctricamente controlada.

    Estas vlvulas se construyen para medidas de tuberas desde 3/4" para adelante, o 3/4" , 1", 11/2" (a veces 1 l/4"); 2" , 2 1/2" , 3" y 4" . Indefectiblemente todas ellas son comandadas por unavlvula"piloto", de simple o doble solenoide, segn sea el caso de l/4", que hemos visto mas arriba . Las vlvulas controladas por solenoide y operadas por piloto hidrulico, (ver Fig. 7.16.a.)tienenalgunas importantes ventajas respecto de las vlvulas directamente operadas por solenoide.

    1 ) Debido a que pueden manejarse con pequeas vlvulas piloto operadas por solenoideminiaturaellas poseen operaciones muy silenciosas, Por otra parte los solenoides pequeos no tiene elzumbido de los grandes, ni tampoco los impactos de la alta intensidad que se hacen presentescuando la estructura del solenoide es mayor.2) La velocidad de desplazamiento de la corredera de la vlvula principal puede ser reguladaestrangulando convenientemente las entradas a la misma de la de los pilotos hidrulicos. Encambiola velocidad del desplazamiento del tragante del electroimn o del ncleo del solenoide NOpuedeser regulada, sin provocar el sobrecalentamiento de la bobina elctrica .

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    Al poder regular la velocidad de la corredera de la vlvula principal, podremos evitar choquesylogolpes de ariete en las tuberas mayores del circuito hidrulico . En la Fig. 7.16.a. , hemosrepresentado en A el corte esquemtico de una vlvula operada por piloto controlada porsolenoide.La vlvula principal es de cuatro vas , 2 posiciones, de la misma manera que la vlvula piloto ,accionada por simple solenoide y retornada por resorte antagonista de la misma manera vista enprrafos anteriores .El flujo principal de aceite es manejado por la corredera de la vlvula principal que estdibujada enla parte inferior de la estructura de la vlvula . Esta corredera no esta montada con resorte, ellaestpotenciada en ambas direcciones por la presin del piloto hidrulico que viene dirigido desde elconjunto superior del dibujo. El drenaje del piloto debe siempre conectarse a la descarga deltanqueindependientemente de la descarga de la vlvula principal, no debe nunca existir en l ningunacontrapresin . De haberla , ocasionara por una parte una carga extra en el esfuerzo de empuje

    delsolenoide, y por otra parte , y esto es la ms importante , se motivaran dificultades paraaccionarlibremente la corredera de la vlvula principal, Si el solenoide tuviera que trabajarsobrecargado porexistir una contrapresin en el drenaje del piloto , lo ms probable es que se quemara porsobrecalentamiento en muy pocos segundos de tiempo.En la parte B de la Fig. 7.16 se ha representado el smbolo completa USASI de la vlvula, Lavlvula principal esta dibujada en la parte inferior del conjunto, mientras que la vlvula pilotolaest en la parte superior del mismo. Se indica asimismo el conexionado entra ambas vlvulas ,representando las lneas punteadas por los conductos internos de la presin piloto .El recuadro en trazos punteados, gruesos, que encierra a las dos vlvulas, simboliza que ambasseencuentran montadas sobre un mismo conjunto fsico. Debido al hecho de que dibujar en elcircuitohidrulico este tipo de vlvulas con su smbolo completo demandarla mucho tiempo , es que sepermite en la prctica la representacin grfica de la circuitera hidrulica, y representar elconjuntocompleto de esta vlvula con el smbolo simplificado parte C de la figura . Este smbolosimplificado es el mismo que el utilizado para una vlvula de las mismas caractersticasdirectamente accionada por solenoide .VLVULA OPERADA POR PILOTO, CONTROLADA POR DOBLE SOLENOIDE (

    Fig.7.16.b.)

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    Cuando el solenoide de una vlvula como la vista en anteriores figuras, debe actuar durante uncierto tiempo , habamos visto que era necesario mantener durante ese lapso de tiempo lacorrienteelctrica del mismo, por tal motivo, cuando se trataba de operar la vlvula con un breve

    impulsoelctrico, era necesario recurrir a una vlvula accionada por doble solenoide.En el caso de tratarse de una vlvula cerrada por piloto, y que trabaje con las mismascaractersticasde aqulla , ser imprescindible accionar tambin la vlvula piloto con doble solenoide como seharepresentado en la figura.

    Se observa en la misma que la corredera de la vlvula piloto est centrada por doble resorte. Laactuacin de un breve impulso elctrico sobre un solenoide determinado ocasionar el rpidodesplazamiento de la corredera de vlvula principal 1.3 que permanecer en esa posicin hasta

    tantono sea desenergizado el solenoide motriz, En este caso la corredera de la vlvula piloto seencuentratotalmente desenergizada su corredera se encuentra centrada permitiendo el drenaje al tanquedeambos pilotos hidrulicos de la vlvula principal , la cual mantendr su corredera posicionadapormedio de dos enclaves - uno para cada posicin - que generalmente se logran haciendo sendasranuras semicirculares en el entornos de una de las colas de la corredera mas larga que suopuesta.Sobre estas ranuras encaja una esfera mantenida contra el fondo de la misma por medio de unpequeo resorte, como est dibujado en la parte A de la Fig. 7.16. b. .

    Esta vlvula, debido a la retencin mecnica de su corredera principal, puede estar montada encualquier posicin .Aqu tambin el drenaje del piloto se conectar al tanque independientemente del o de losretornosde las vlvulas principales, puesto que, volviendo a insistir DEBEN EXISTIRCONTRAPRESIONES EN LA DESCARGA DEL PILOTO.En la figura 7.16. b., la parte B se ha dibujado l smbolo completo USASI, de la vlvula decuatro

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    vas , dos posiciones operada por piloto, y elctricamente controlada.VLVULA DE CUATRO VAS TRES POSICIONES , OPERADAS POR PILOTO ,DOBLESOLENOIDE (Ver fig, 7.16.c.).En la Fig. 7.16.c. , la parte A, se dibujado esquemticamente el corte completo de toda lavlvulamostrando tanto la vlvula principal , as como la vlvula piloto

    Ambas tienen sus respectivas correderas centradas por resortes auto-centrantes. Aqu tambinlacorredera de la vlvula piloto es del tipo "centro flotante " mientras que la de la vlvulaprincipalpuede ser cualesquiera de los cuatro tipos vistos anteriormente.Hasta aqu nos hemos referido a los dispositivos elctricos motrices para operar las correderasdelas vlvulas piloto como solenoides .Se los llama SOLENOIDESpor estar accionados con corriente continua, cuando estnaccionadospor corriente alterna , se llaman ELECTROIMANES

    Los electroimanes comnmente utilizados son del tipo "AIR GAP" , esto significa que cuandoelelectroimn est energizado, el "tragante" tiene su circuito magntico abierto a travs del aire.Cuando la bobina del electroimn recibe corriente elctrica, el tragante del mismo esviolentamenteatrado hacia el interior del electroimn hasta que los ramales de la T del tragante tocan elfrente dela armadura, cerrndose el circuito magntico. En el momento que el electroimn, estandoabierto,se energiza, la corriente inicial es de un valor muy alto , aunque de una duracin de algunosmilisegundos . Cuando el electroimn ha cerrado su entrehierro o "air gap " y permanece as , la

    corriente baja a un valor sumamente bajo, con lo cual el electroimn zumba muy poco o nada, y adems el sobrecalentamiento es mnimo. Cuando se disean circuitos elctricos para accionarvlvulas comandadas por electroimn, debe tenerse mucho cuidado que si estas son dobles , noseenergicen por cualquier motivo simultneamente , pues si tal cosa ocurriera , algunos de los dossolenoides opuestos NO se cerrara a travs de su entrehierro , y es suficiente que el tragantequedeabierto algunas dcimas de milmetro , para que la bobina se queme al cabo de pocos segundosde

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    tiempo. Las vlvulas de cuatro vas , de tres posiciones, operadas por piloto y controladas pordoblesolenoide,:centrada por resorte, deben mantener energizado el electroimn respectivo todo eltiempoque sea necesario operar la vlvula .VLVULA DE 4 VAS, 3 POSICIONES DOBLE SOLENOIDE, CENTRADA PORPRESIN (ver Fig. 7.16 d) .En estas vlvulas, el centrado de la corredera principal no se realiza por la accin de la mismapresin del sistema piloto de la vlvula.

    La corredera principal, en el caso de estas vlvulas , esta potenciada por dos respectivos yopuestaspequeos pistoncitos hidrulicos , uno en cada extremo de la corredera. Estos pistoncitos estnconectados a la entrada de la presin piloto antes da la entrada de esta a la puerta de entrada delavlvula piloto propiamente dicha. Ellos tienen la misma accin que los resortes auto-centrantes

    perodesarrolla esfuerzos mayores .Para dibujos simplificados en el esquema del circuito hidrulico, estas vlvulas tienen el mismosmbolo que las vlvulas auto-centradas por resorte, vistas anteriormente .ALIMENTACIN DE LA PRESIN PILOTO EN VLVULAS ELCTRICAMENTECONTROLADAS.Muchas vlvulas de cuatro vas, de dos o tres posiciones, con correderas de centro cerradotoman laalimentacin de la presin piloto desde la misma entrada de presin de la vlvula principal.A menos que la presin piloto sea suministrada por alguna fuente de suministro auxiliar, oindependientemente del circuito principal, como ser una pequea bomba independiente de laprincipal se podr tomar la alimentacin de la presin piloto desde el mismo circuito, sinningunadificultad si la corredera de la vlvula principal es de centro cerrado, pero si en cambio es decentroabierto, de centro flotante o de centro tandem , es evidente que cuando la vlvula se encuentreen laposici6n central , la bomba descargar libremente al tanque y en ese punto, no ser posibleobtener

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    presin para accionar los pilotos , de manera que ser imposible accionar la vlvula ydescolocarlade su posicin central.Cuando resulte posible, corno sucede en los circuitos hidrulicos que accionan mquinasdestinadasa movimiento de tierras, en los cuales se manejan grandes caudales es comn proveer la fuentedealimentacin de la presin de los pilotos por medio de una pequea bomba independiente de labomba principal.Este sistema NO causa ninguno o en todo caso muy poca generacin de calor.En la figura 7.17.a. se ha dibujado el smbolo completo USASI de una vlvula de controldireccional de cuatro vas , tres posiciones, centro tandem, accionada por doble pilotohidrulico yauto-centrada por resorte, comandada por una electrovlvula de cuatro vas , tres posiciones,centro

    flotante, con doble solenoide, auto-centrada por resortes, con alimentacin de la presin pilotosuministrada Por una bomba independiente .

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    FUENTE DE ALIMENTACIN PILOTO POR RESTRICCIN DE LA ENTRADA(VerFig. 7.17.b .)

    La presin piloto puede ser generada colocando en la lnea de entrada de la vlvula principalunavlvula antirretorno con su resorte ubicado de tal manera que el mismo provoque una cada depresin de 50 a 100 libres por pulgada cuadrada. Inmediatamente antes de este vlvula, llamadarestrictora se deriva una pequea tubera auxiliar por la cual se toma la presin piloto paraalimentara su vez a la vlvula piloto accionada por doble solenoide.Cuando la vlvula principal esta en cualquiera de sus posiciones extremas, es evidente el valorde lapresin de lnea , pero cuando la vlvula principal pase por su posicin central, en ese momentoel

    valor de la presin piloto caera hasta el mismo valor que el restrictor , al valor de 50/100 librasporpulg. cuadrada , suficiente para accionar los pilotos hidrulicos de la vlvula principal. Como sedijo anteriormente el drenaje de la vlvula piloto debe ser directa e independientementeconectadoal tanque.

    Evidentemente la cada de presin producida por el restrictor , ocasionar o generar una ciertacantidad de calor, que debe ser disipada so pena de experimentar despus de algn tiempo de

    funcionar sobrecalentamiento del sistema , lo cual aparejar los inconvenientes ya conocidos .FUENTE DE ALIMENTACIN PILOTO POR RESTRICCIN A LA SALIDA - (VerFig.,7,17 c) .La presin para el piloto tambin puede ser generada colocando el restrictor a la salida de lavlvulaprincipal en la tubera de retorno al tanque .

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    El restrictor est aqu mostrado , dentro del smbolo completo USASI , como vlvula 2, y debeserdimensionada con gran tamao puesto que la misma debe permitir no solamente pasar el caudaldela bomba, sino tambin el caudal proveniente del retorno de los cilindros , los cuales debenpasarcon toda libertad a travs de! restrictor 2.En este sistema es imperativo que el drenaje de la vlvula piloto sea directamente descargado altanque. De no hacerlo as, no ser posible accionar la vlvula piloto bajo ninguna condicin .Cuando se toma la presin piloto de entrada de la presin a la vlvula principal existiendo unrestrictor en la lnea de descarga , la generacin de calor es mayor que en el caso anterior,cuando secolocaba el restrictor a la entrada de la presin de lnea a la vlvula principal.CONTROL DIRECCIONAL DE CILINDROS NEUMTICOSSimple EfectoEn la Fig., n 3.46 vemos dos vlvulas de dos vas accionado un cilindro de simple efecto, para

    que el cilindro se extienda debemos cerrar la vlvula 1 y abrir la 2 que admitir airecomprimido.Para retractar el cilindro cerramos la vlvula 2 y la 1 es abierta al escape permitiendo entoncesqueel resorte retracte el cilindro

    En la Fig. n 3.47 accionamos el cilindro de simple efecto con una vlvula de tres vas que nosevitael inconveniente de tener que actuar dos vlvulas como en el caso anterior, en la posicin que

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    aparece el dibujo la vlvula est conectando el cilindro con la atmsfera y la alimentacin deaireest bloqueada , cuando actuamos la vlvula admitimos aire en el cilindro con la que este seeleva.CONTROL DIRECCIONAL DE CILINDROS DE DOBLE EFECTOEn la Fig.3.48 A. Para mover un cilindro de doble efecto debemos aplicar aire a una de suscaras yconectar la otra al escape, en la Fig. A vemos que las vlvulas de dos vas permiten la entradadeaire a la cara delantera del cilindro y conectan la trasera al escape con lo cual el cilindro no seretracta, En la posicin B ocurre lo contrario es decir, hacemos avanzar el cilindro , comopodemosapreciar esta disposicin obliga a actuar cuatro vlvulas .

    En la Fig. n 3.49 A y B : Cilindro de doble efecto controlado por dos vlvulas de tres vas .En A podamos observar que las vlvulas estn actuadas de tal forma que admitimos aire en lacaratrasera del cilindro con lo cual este avanza , en B sucede exactamente lo contrario. Si bienhemoslogrado accionar el cilindro con dos vlvulas en lugar de cuatro vas como en el caso anterior ,podemos simplificar an ms si lo hacemos con una sola vlvula de cuatro vas .Sin embargo el accionamiento de un cilindro de doble efecto, con dos vlvulas de tres vasaporteciertas ventajas especiales, si observamos detenidamente la Fig. n 3.49 podremos ver queaccionando una sola de las vlvulas de tres vas podemos dejar ambas caras del cilindroconectadas

    al escape o ambas caras sometidas a presin, el primer caso mencionado permite accionar elcilindro por medios mecnicos en caso de ausencia de aire u otras fallas.En el caso de someter a ambas caras a presin del cilindro se mover en el sentido del avance,perolo har con una fuerza que es igual a la diferencia que existe entre la presin y la superficie delpistn menos la presin por la superficie libre del lado del vstago , hecho este que podramosaprovechar cuando necesitamos un movimiento de avance a baja fuerza.CIRCUITO ESTABLE - Fig. 3.50 .

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    Este circuito nos permite detener el cilindro en cualquier punto de su carrera en forma muyestable.Esto tambin puede lograrse con una vlvula de cuatro vas con posicin intermedia bloqueada,pero en ese caso una vez centrada la vlvula el cilindro seguir desplazndose hasta que laspresiones en sus dos caras sean iguales , esto se debe a la diferencia de superficies existentes entodo cilindro de simple vstago .

    Este hecho dificulta la labor del operario que debe detener el cilindro pues nunca puede lograrunamisma posicin .En el circuito de la Fig. n 3.50 este problema se resuelve utilizados dos vlvula de tres vas delasiguiente forma: la cara delantera del cilindro se alimenta a la presin de lnea , mientras que la trasera se alimenta a travs de la vlvula reductora a una presin menor para compensar ladiferencia de superficies existentes, esto quiere decir que cuando ambas caras estn sometidas a

    presin las fuerzas que ejercern estas presiones sern de igual magnitud y contrarias por la queelcilindro se detendr sin ninguna variacin .Las vlvulas de retencin que aparecen antes de la alimentacin de cada vlvula tienen unamisinmuy importante y es la de no permitir retornos de flujo, lo cual hara variar la posicin dedetencindel cilindro en cuestin .CILINDRO ELEVADOR VERTICAL. Fig. 3.51

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    Los cilindros de doble efecto utilizados como elevadores verticales son usualmente controladosporvlvulas de tres vas presentando este control dos ventajas con respecto al empleo de vlvulasdecuatro vas .

    1) Ventaja:La alimentacin permanente de aire a la cara inferior del cilindro le da a ste unaaccin de contra balanceo, accin que ayuda al operario al control eficaz del descenso de lacarga .

    2) Ventaja : El consumo de aire del cilindro queda reducido por el siguiente motivo: eldescenso dela carga se produce a una realimentacin de la cara delantera a la trasera despejndosenicamenteel volumen de aire contenido en la parte trasera del cilindro. La fuerza de elevacin de uncilindrode ste tipo se calcula por el rea neta ( rea pistn - rea del vstago) por la presin de lnea