La denominación de las válvulas direccionales se realiza en base al número de conexiones de trabajo y al número de las posiciones factibles (las conexiones de pilotaje y lubricación no intervienen).
Una válvula con dos conexiones y dos posiciones se denomina entonces "Válvula Direccional 2/2"
P = Conexión de Presión (Bomba)
T = Tanque
A, B = Conexiones hacia implementos
Las indicación de las conexiones se hace siempre en la posición en que la válvula no esta accionada.
Las válvulas direccionales se pueden, por su construcción, dividir en 2 grupos:
- Válvula direccional de asiento
- Válvula direccional de corredera
Además pueden ser de accionamiento mecánico, manual y/o eléctrico, o por pilotaje dependiendo en primera instancia de las fuerzas necesarias para su accionamiento y con ello del tamaño nominal.
Válvulas Direccionales de Asiento
Se diferencian de sus similares de corredera fundamentalmente por la capacidad de brindar un cierre sin fugas. Esto no es posible en las válvulas de corredera debido al juego necesario entre carcasa y corredera para permitir el movimiento de esta.
El elemento de cierre es una bola (1), que en la posición inicial es apretada por el resorte (2) al asiento (3).
Las conexiones P y A están comunicadas y la conexión T está cerrada. El cambio a la otra posición se realiza por medio de un Solenoide o de forma Manual.
El núcleo del Solenoide empuja la palanca (5) (alojada en el adaptador (4)) y ésta desplaza el vástago de ataque (6) que levanta a la bola de su asiento y lo empuja contra el resorte (2). Ahora la conexión P ésta cerrada y la comunicación entre A y T está establecida.
Por medio de un canal interno se conectó la parte posterior del vástago de ataque con la presión P.
Así se logra compensar la fuerza que resulta de la presión que actúa sobre la superficie expuesta de la bola. Las fuerzas en el vástago están en equilibrio y la fuerza necesaria del solenoide para el cambio de posición es menor.
Dos retenes impiden las fugas en el vástago de ataque. La presión de servicio es hasta de 630 bar.
Durante la conmutación las conexiones se encuentran comunicadas entre si durante un corto tiempo.
En estas válvulas no se logra la diversidad de posibilidades de influir sobre el flujo como en las de corredera; la razón es de índole constructivas.
Si se quiere invertir posiciones de la válvula de 1 bola, se deben utilizar la válvula de 2 bolas (Fig. siguente)
En la posición inicial de la válvula de 2 bolas todas las conexiones A y T están comunicadas y la conexión P ésta cerrada.
La presión en P y el resorte aprieta a la bola de la derecha contra su asiento.
En la otra posición la bola derecha es levantada de su asiento y la bola izquierda es apretada con su respectivo asiento por el vástago de ataque.
La palanca ésta diseñada en función del solenoide. En las válvulas con solenoides de corriente alterna la palanca es elástica; en las válvulas con solenoide de corriente continua la palanca es más rígida.
Válvula Direccional de Corredera
Pueden ser de corredera lineal (Émbolo) y de corredera giratoria. Dada las múltiples ventajas que ofrece el sistema de corredera lineal, es el más utilizado:
Ventajas:
- Construcción relativamente sencilla
- En comparación a la giratoria, muy buen rendimiento
- Buena compensación de presiones y con ello fuerzas reducidas de accionamiento
- Reducidas perdidas
- Múltiples espectros de funciones
En la carcasa (1) hay una perforación longitudinal y una serie de canales periféricos a ésta (2). Los canales interrumpen a la perforación longitudinal formándose así cantos de control (3).
Una corredera de control (4) se mueve axialmente en la perforación estableciendo o interrumpiendo conexiones en los cantos de control. Los canales periféricos están comunicados con las conexiones al exterior.
El establecimiento y la interrupción de conexiones son sincronizados y el proceso se puede determinar exactamente.
Las diferentes funciones de control se logran de manera relativamente sencilla, utilizando correderas de distintas forma.En general la carcasa permanece invariable.
En nuestro ejemplo la válvula se encuentra en la posición inicial (no actúa ninguna fuerza externa sobre la corredera) y las conexiones P, T, A y B están interrumpidas. Si ahora movemos la corredera y carcasa adopta la función de junta. Sin embargo no es posible lograr una hermeticidad total, como en las válvulas de asiento.
Las fugas que siempre existen, dependen del juego, de la presión y de la viscosidad del fluido. Es por ello que estas válvulas no son aptas para funcionar con agua, pero con aceite de la hermeticidad que se alcanza es suficiente.
Posiciones de Trabajo
Las distintas funciones de control de flujo son logradas con el empleo de las respectivas correderas y pueden ser representadas esquemáticamente. Cada compartimento representa una posición de la corredera.
Como ejemplo mostramos los esquemas o símbolos más comunes que han sido denominados con letras.
Las posiciones con la flechas paralelas y cruzadas son las llamadas "Posiciones de Trabajo".
Las posiciones centrales en las válvulas con 3 posiciones se llaman "Posiciones Iniciales".
Todas las conexiones, por ejemplo, pueden estar interrumpidas (E) o todas comunicadas (H); muchas combinaciones de ambos casos son posibles.
Cual posición inicial se adopta depende de la instalación y del efecto deseado en los consumidores.
Superposición, Posiciones Intermedias
Es importante conocer cuál es la función cuando la válvula está en una posición intermedia. Esta función depende de la superposición.
Se distinguen 3 tipos de superposiciones:
- Posición Intermedia Positiva
- Posición Intermedia Negativa
- Posición Intermedia Nula
Al moverse la corredera hacia la derecha, se cierra la conexión entre P y T antes de que se establezca la conexión entre P y A. Durante el cambio de posición están cerradas transitoriamente todas las conexiones.
Se produce una elevación de presión, cuya magnitud depende del caudal y del tiempo necesario para el cambio.
Ventaja: un consumidor solicitado con una carga no se podrá mover; una presión piloto tomada antes de la válvula queda mantenida.
Posición Intermedia Negativa:
Aquí la conexión entre A y P se establece antes de que quede interrumpida la conexión entre P y T. Durante el cambio de posición las conexiones están comunicadas transitoriamente entre si.
El resultado es un cambio suave del flujo, pero pueden llegar a aparecer movimientos indeseados por la bomba.
El resultado es un cambio suave del flujo, pero pueden llegar a aparecer movimientos indeseados por la bomba.
La superposición nula es el caso intermedio, los espacios son iguales, ello significa que el mismo momento en que se interrumpe la conexión entre P y T se establece entre P y A.
Esta superposición se utiliza generalmente en servo-válvulas, en las cuales se desea que ya un pequeño movimiento de la corredera influya en el flujo.
Dado que en la elección correcta de una válvula se debe tener en cuenta también las posiciones intermedias, se integro a estás en la representación.
Como no son posiciones estables sino de transición, la representación se hace con lineas finas y de trazos.
La corredera de estas válvulas es comandada directamente, el cual puede ser mecánico, hidráulico, neumático o eléctrico. El dispositivo de mando está montado lateralmente a la válvula.
Válvula de Corredera con Mando Mecánico
En el corte de la figura se muestra el mando por medio de una palanca (1). La corredera está fija al dispositivo de mando (2) y sigue al movimiento de éste.
El retorno de la corredera a su posición inicial se produce por medio de los resortes (3) (cuando los dispositivo de mando no actúa ninguna fuerza: soltar la palanca).
Si la válvula está equipada con anclaje, se puede trabar una de las posiciones de trabajo. Solamente con una fuerza externa se puede regresar a la posición inicial (no es posible en el mando de rodillo).
Válvula de Corredera con Mando Hidráulico y/o Neumático
En el siguiente corte se muestra una válvula de dos posiciones
Por medio de una presión sobre el émbolo de mando (2), se empuja la corredera (1) hacia la posición derecha. Allí queda fijada con el mecanismo de anclaje (3).
La corredera no está unida con el émbolo de mando. En las válvulas con dos posiciones con anclaje o sin retorno por resorte, así como en las válvulas de tres posiciones, se necesitan siempre dos émbolos de mando.
Un solo émbolo de mando se necesita cuando la válvula es de dos posiciones y el retorno a la posición inicial se realiza por medio de resorte.
Válvula de Corredera con Mando Eléctrico
Este mando es el más común por ser el más apto para los procesos actuales automatizados.
Existen 4 modelos básicos de solenoides o electroimanes:
El solenoide o electroimán de corriente alterna se caracteriza por la alta velocidad del núcleo. Si el núcleo no llega hasta la posición final, se quema después de un cierto tiempo (1 a 1 1/2 horas.)
El solenoide o electroimán que funciona en aceite es apto para instalaciones en la interperie y en climas húmedos. El núcleo se mueve en aceite, lo que provoca un reducido desgaste, buena evacuación del calor y un funcionamiento amortiguado.
El solenoide o electroimán en seco, es la construcción más simple.
Para una mejor comparación se enfrentaron en la imagen siguiente un solenoide seco de corriente alterna (1), a la izquierda, y un solenoide seco de corriente continua (2), a la derecha.
En este ejemplo la válvula es de 2 posiciones y sobre la corredera no actúan resortes de retorno. Es una denominada "Válvula de Impulso"
Al excitar al electroimán o solenoide (1), el núcleo se desliza y empuja a la corredera por medio del vástago de control, hacia la derecha, que es la posición indicada en el corte.
El núcleo de los solenoides secos, está aislado del aceite del canal T por la juntas en el casquillo (3).
Aquí los resortes tienen la función de sujetar a los casquillos hacia afuera.
En la imagen se muestra a la izquierda, un solenoide húmedo de corriente continua (4), y a la derecha un solenoide húmedo de corriente alterna (5). El núcleo está siempre comunicado con el canal T y sumergido en aceite. Esta es una válvula de 3 posiciones.
Los resortes (6) se apoyan contra las carcasas de los solenoides y por medio de un casquillo y una arandela, se ubican a la corredera en su posición central.
La corredera es plana en sus extremos y a diferencia de las válvulas de solenoide seco, el vástago de mando no está unido a la corredera sino al núcleo.
En las imágenes antes mencionadas se muestran también el accionamiento auxiliar manual (7); desde el exterior se puede mover así la corredera. De esta manera es simple de controlar el funcionamiento de los solenoides.
Las válvulas de correderas, hasta ahora tratadas, son de 3 cámaras. Los canales P, A y B están aislados entre sí por los cantos de la carcasa. El canal T no está aislado, sino que tiene comunicación al exterior y es aislado recién con el montaje del dispositivo de mando.
En la válvula de cinco cámaras también el canal T están aislado en ambos extremos, así como las cámaras P, A y B.
Las 2 cámaras externas están comunicadas entre sí por un canal (Amarillo). Al moverse la corredera, el fluido es desplazado de una cámara hacia la otra por medio de una tobera en el canal de comunicación se puede regular la velocidad del desplazamiento de la corredera en función del diámetro de la tobera.
Válvulas de tamaños nominales grandes, es decir, con gran capacidad hidráulica son pilotadas.
La razón es la elevada fuerza que se necesita para mover la corredera y las consiguientes dimensiones que tendrían los solenoides o electroimanes. Es por ello que las válvulas de tamaño nominal mayor que 10 son pilotadas. Una excepción son las válvulas con mando directo por palanca, que llegan hasta (1500 l/min - 350 bar), con las consiguientes dimensiones de la palanca.
Una válvula pilotada está compuesta de la válvula principal (1) y de la piloto (2). La válvula piloto es amplificada hidráulicamente y mueve a la corredera principal.
En las válvulas (hasta 7000 l/m) la válvula principal es a su vez una válvula pilotada, es este caso la razón del doble pilotaje no son las fuerzas sino los caudales de mando necesarios.
Válvula de Direccional o de Corredera con Mando Electro-hidráulico, centrado por resortes
La válvula piloto es una válvula direccional 4/3 con mando eléctrico.
La corredera principal (3) en la versión de centrado por resortes, es mantenida en su posición central por resortes (4). En la posición inicial (central), ambas cámaras en donde están alojados los resortes (amarillo), están descomprimidas hacia el tanque (azul) por la válvula piloto.
La válvula de pilotaje es alimentada con fluido por el canal de pilotaje (5). La alimentación puede ser externa o interna.
Si, por ejemplo excitamos al solenoide izquierdo, la corredera de la válvula piloto se moverá hacia la derecha; sobre la cámara (7) actuará la presión piloto y la cámara (6) estará conectada con el tanque (descomprimida).
La presión piloto actúa sobre la corredera y la empuja contra el resorte (4.1) hacia la izquierda hasta la tapa. Así en la válvula principal se establece la conexión de P con A y de B con T.
Al liberar el solenoide, la corredera piloto se centrará y la cámara (7) es comunicada con el tanque, descomprimiéndose . El resorte (4.1) empujará a la corredera principal hacia la derecha hasta el platillo del resorte (4.2). La corredera estará centrada. El fluido de la cámara (7) es evacuado hacia el tanque a través de la válvula piloto por el canal y, siendo la evacuación entonces externa.
También puede ser interna, el proceso para la otra posición es similar para mover la corredera principal, se necesita según la función y la construcción distintas presiones pilotos.
Válvula de Direccional o de Corredera con Mando Electro-hidráulico, centrado por presión
En la versión con centrado por presión, en la posición central, ambas cámaras (6) y (7) están sostenidas con presión.
La corredera principal es mantenida en su posición central por la acción simultanea de la presión sobre la cara (3), el casquillo de centrado (8) y el vástago de centrado (9).
Si se excita el solenoide derecho de la válvula piloto, la corredera piloto se moverá hacia la izquierda. La cámara (6) queda comunicada con la presión y la cámara (7) es descomprimida hacia el tanque. El casquillo de centrado (8) está apoyado contra la carcasa y el vástago de centrado (9) empuja a la corredera hacia la derecha hasta el tope.
Los resortes en las cámara (6) y (7) están previstos para mantener a la corredera en su posición central cuando la válvula está montada verticalmente. Al liberar el solenoide, la corredera piloto retorna a su posición central y la cámara (7) es comunicada nuevamente con la presión.
La superficie (3) de la corredera es mayor que la del vástago de centrado (8). La corredera principal se moverá hacia la izquierda hasta el canto (10) se apoye sobre el casquillo de centrado. La suma de las superficies del casquillo y el vástago es mayor que la superficie de la corredera, quedando ésta detenida en su posición central.
Si se excita el solenoide izquierdo, la corredera piloto se moverá hacia la derecha. La cámara (7) queda comunicada con la presión y la (6) es descomprimida hacia el tanque.
La presión sobre la superficie (3) mueve a la corredera principal hacia la izquierda hasta que el vástago de centrado (8) toque la tapa. El casquillo (8) también es desplazado. La posición deseada en la válvula se ha logrado. Al liberar el solenoide, la corredera piloto vuele a su posición central y la cámara (6) es comunicada nuevamente con la presión.
La suma de las superficies de casquillo (8) y el vástago (9), es mayor que la superficie (3) de la corredera y ésta se mueve hacia la derecha hasta que el casquillo se apoya contra la carcasa. Ahora la superficie (3) de la corredera es mayor que la del vástago (9) y la corredera queda detenida en su posición central.
Para descomprimir la cámara entre la corredera y casquillo está prevista la conexión necesaria L (morada).
Esta superposición se utiliza generalmente en servo-válvulas, en las cuales se desea que ya un pequeño movimiento de la corredera influya en el flujo.
Representación de las posiciones intermedias
Dado que en la elección correcta de una válvula se debe tener en cuenta también las posiciones intermedias, se integro a estás en la representación.
Como no son posiciones estables sino de transición, la representación se hace con lineas finas y de trazos.
Válvula de Corredera con Mando Directo
La corredera de estas válvulas es comandada directamente, el cual puede ser mecánico, hidráulico, neumático o eléctrico. El dispositivo de mando está montado lateralmente a la válvula.
Válvula de Corredera con Mando Mecánico
En el corte de la figura se muestra el mando por medio de una palanca (1). La corredera está fija al dispositivo de mando (2) y sigue al movimiento de éste.
El retorno de la corredera a su posición inicial se produce por medio de los resortes (3) (cuando los dispositivo de mando no actúa ninguna fuerza: soltar la palanca).
Si la válvula está equipada con anclaje, se puede trabar una de las posiciones de trabajo. Solamente con una fuerza externa se puede regresar a la posición inicial (no es posible en el mando de rodillo).
Válvula de Corredera con Mando Hidráulico y/o Neumático
En el siguiente corte se muestra una válvula de dos posiciones
La corredera no está unida con el émbolo de mando. En las válvulas con dos posiciones con anclaje o sin retorno por resorte, así como en las válvulas de tres posiciones, se necesitan siempre dos émbolos de mando.
Un solo émbolo de mando se necesita cuando la válvula es de dos posiciones y el retorno a la posición inicial se realiza por medio de resorte.
Válvula de Corredera con Mando Eléctrico
Este mando es el más común por ser el más apto para los procesos actuales automatizados.
Existen 4 modelos básicos de solenoides o electroimanes:
- Solenoide de Corriente Continua, Funcionamiento en Seco; también se los denomina "Solenoides Secos"
- Solenoide de Corriente Continua, Funcionamiento en Aceite; también se los denomina "Solenoides Húmedos". El núcleo está sumergido en aceite a presión
- Solenoide de Corriente Alterna, Funcionamiento en Seco
- Solenoide de Corriente Alterna, Funcionamiento en Aceite
El solenoide o electroimán de corriente alterna se caracteriza por la alta velocidad del núcleo. Si el núcleo no llega hasta la posición final, se quema después de un cierto tiempo (1 a 1 1/2 horas.)
El solenoide o electroimán que funciona en aceite es apto para instalaciones en la interperie y en climas húmedos. El núcleo se mueve en aceite, lo que provoca un reducido desgaste, buena evacuación del calor y un funcionamiento amortiguado.
El solenoide o electroimán en seco, es la construcción más simple.
Para una mejor comparación se enfrentaron en la imagen siguiente un solenoide seco de corriente alterna (1), a la izquierda, y un solenoide seco de corriente continua (2), a la derecha.
En este ejemplo la válvula es de 2 posiciones y sobre la corredera no actúan resortes de retorno. Es una denominada "Válvula de Impulso"
Al excitar al electroimán o solenoide (1), el núcleo se desliza y empuja a la corredera por medio del vástago de control, hacia la derecha, que es la posición indicada en el corte.
El núcleo de los solenoides secos, está aislado del aceite del canal T por la juntas en el casquillo (3).
Aquí los resortes tienen la función de sujetar a los casquillos hacia afuera.
En la imagen se muestra a la izquierda, un solenoide húmedo de corriente continua (4), y a la derecha un solenoide húmedo de corriente alterna (5). El núcleo está siempre comunicado con el canal T y sumergido en aceite. Esta es una válvula de 3 posiciones.
Los resortes (6) se apoyan contra las carcasas de los solenoides y por medio de un casquillo y una arandela, se ubican a la corredera en su posición central.
La corredera es plana en sus extremos y a diferencia de las válvulas de solenoide seco, el vástago de mando no está unido a la corredera sino al núcleo.
En las imágenes antes mencionadas se muestran también el accionamiento auxiliar manual (7); desde el exterior se puede mover así la corredera. De esta manera es simple de controlar el funcionamiento de los solenoides.
Las válvulas de correderas, hasta ahora tratadas, son de 3 cámaras. Los canales P, A y B están aislados entre sí por los cantos de la carcasa. El canal T no está aislado, sino que tiene comunicación al exterior y es aislado recién con el montaje del dispositivo de mando.
Válvula de Corredera de Cinco Cámaras
En la válvula de cinco cámaras también el canal T están aislado en ambos extremos, así como las cámaras P, A y B.
Las 2 cámaras externas están comunicadas entre sí por un canal (Amarillo). Al moverse la corredera, el fluido es desplazado de una cámara hacia la otra por medio de una tobera en el canal de comunicación se puede regular la velocidad del desplazamiento de la corredera en función del diámetro de la tobera.
Válvula de Corredera con Mando Indirecto (Pilotadas
Válvulas de tamaños nominales grandes, es decir, con gran capacidad hidráulica son pilotadas.
La razón es la elevada fuerza que se necesita para mover la corredera y las consiguientes dimensiones que tendrían los solenoides o electroimanes. Es por ello que las válvulas de tamaño nominal mayor que 10 son pilotadas. Una excepción son las válvulas con mando directo por palanca, que llegan hasta (1500 l/min - 350 bar), con las consiguientes dimensiones de la palanca.
Una válvula pilotada está compuesta de la válvula principal (1) y de la piloto (2). La válvula piloto es amplificada hidráulicamente y mueve a la corredera principal.
En las válvulas (hasta 7000 l/m) la válvula principal es a su vez una válvula pilotada, es este caso la razón del doble pilotaje no son las fuerzas sino los caudales de mando necesarios.
Válvula de Direccional o de Corredera con Mando Electro-hidráulico, centrado por resortes
La válvula piloto es una válvula direccional 4/3 con mando eléctrico.
La corredera principal (3) en la versión de centrado por resortes, es mantenida en su posición central por resortes (4). En la posición inicial (central), ambas cámaras en donde están alojados los resortes (amarillo), están descomprimidas hacia el tanque (azul) por la válvula piloto.
La válvula de pilotaje es alimentada con fluido por el canal de pilotaje (5). La alimentación puede ser externa o interna.
Si, por ejemplo excitamos al solenoide izquierdo, la corredera de la válvula piloto se moverá hacia la derecha; sobre la cámara (7) actuará la presión piloto y la cámara (6) estará conectada con el tanque (descomprimida).
La presión piloto actúa sobre la corredera y la empuja contra el resorte (4.1) hacia la izquierda hasta la tapa. Así en la válvula principal se establece la conexión de P con A y de B con T.
Al liberar el solenoide, la corredera piloto se centrará y la cámara (7) es comunicada con el tanque, descomprimiéndose . El resorte (4.1) empujará a la corredera principal hacia la derecha hasta el platillo del resorte (4.2). La corredera estará centrada. El fluido de la cámara (7) es evacuado hacia el tanque a través de la válvula piloto por el canal y, siendo la evacuación entonces externa.
También puede ser interna, el proceso para la otra posición es similar para mover la corredera principal, se necesita según la función y la construcción distintas presiones pilotos.
Válvula de Direccional o de Corredera con Mando Electro-hidráulico, centrado por presión
En la versión con centrado por presión, en la posición central, ambas cámaras (6) y (7) están sostenidas con presión.
La corredera principal es mantenida en su posición central por la acción simultanea de la presión sobre la cara (3), el casquillo de centrado (8) y el vástago de centrado (9).
Si se excita el solenoide derecho de la válvula piloto, la corredera piloto se moverá hacia la izquierda. La cámara (6) queda comunicada con la presión y la cámara (7) es descomprimida hacia el tanque. El casquillo de centrado (8) está apoyado contra la carcasa y el vástago de centrado (9) empuja a la corredera hacia la derecha hasta el tope.
Los resortes en las cámara (6) y (7) están previstos para mantener a la corredera en su posición central cuando la válvula está montada verticalmente. Al liberar el solenoide, la corredera piloto retorna a su posición central y la cámara (7) es comunicada nuevamente con la presión.
La superficie (3) de la corredera es mayor que la del vástago de centrado (8). La corredera principal se moverá hacia la izquierda hasta el canto (10) se apoye sobre el casquillo de centrado. La suma de las superficies del casquillo y el vástago es mayor que la superficie de la corredera, quedando ésta detenida en su posición central.
Si se excita el solenoide izquierdo, la corredera piloto se moverá hacia la derecha. La cámara (7) queda comunicada con la presión y la (6) es descomprimida hacia el tanque.
La presión sobre la superficie (3) mueve a la corredera principal hacia la izquierda hasta que el vástago de centrado (8) toque la tapa. El casquillo (8) también es desplazado. La posición deseada en la válvula se ha logrado. Al liberar el solenoide, la corredera piloto vuele a su posición central y la cámara (6) es comunicada nuevamente con la presión.
La suma de las superficies de casquillo (8) y el vástago (9), es mayor que la superficie (3) de la corredera y ésta se mueve hacia la derecha hasta que el casquillo se apoya contra la carcasa. Ahora la superficie (3) de la corredera es mayor que la del vástago (9) y la corredera queda detenida en su posición central.
Para descomprimir la cámara entre la corredera y casquillo está prevista la conexión necesaria L (morada).
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