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Cuaderno de Hidráulica: La regulación de presión en circuitos hidráulicos.

Después de un tiempo sin hablar sobre el tema, vuelvo a publicar una nueva entrada de la serie “Cuaderno de Hidráulica”. Esta vez con un esquema en el que se representa un mecanismo de izado de un sistema que aplica una carga de forma suave y controlada, sin superar en ningún momento un valor preestablecido y regulado de antemano. En este ejemplo podremos comprobar una vez más, que la tecnología oleohidráulica posee múltiples posibilidades dentro de un entorno industrial. El ejemplo muestra el sistema hidráulico deĺ mecanismo situado al final de la máquina de papel, concretamente en la enrolladora, y que permite la aplicación de un cepillo sobre el rollo de papel en el justo momento del cambio automático del mismo con el fin de eliminar el aire que queda embolsado entre las diversas capas de papel y, de esta forma, permitir un cambio de rollo minimizando el número de roturas producidas en esta zona.

La fuerza ejercida por el mecanismo sobre la superficie de la hoja de papel que está enrollándose en el mandril debe ser la suficiente para que el sistema realice su cometido, sin superar en ningún momento un límite establecido para no dañar la hoja de papel o producir rotura de la misma. No voy a entrar en detalle sobre la cinemática del mecanismo, simplemente sobre su sistema hidráulico.

Cepillo en reposo bajo el rollo de papel

El esquema hidráulico en cuestión se muestra en la siguiente figura. Podemos apreciar que la disposición de los elementos presentados en este circuito sigue el patrón habitual al que estamos acostumbrados, es decir, en la parte inferior aparecen los elementos de distribución, en la parte superior los elementos de potencia o consumidores y entre ambos los elementos de regulación y control. Me gusta hacer hincapié en este detalle aparentemente sin importancia pero que proporciona al esquema hidráulico claridad y comprensión.

Esquema hidráulico del sistema

Este es un buen ejemplo de la utilización de válvulas reductoras de presión de mando directo y válvulas reductoras de presión pilotadas. La función de una válvula reductora de presión, a diferencia de la válvula limitadora que regula y mantiene el valor de la presión de entrada (presión de la bomba), es influir sobre la presión de salida. Con el uso de estas válvulas puede reducirse el valor de la presión de entrada y mantenerse constante la presión de salida a un valor siempre por debajo de la presión reinante en el circuito principal. La diferencia esencial entre válvulas reductoras de mando directo y válvulas reductoras pilotadas estriba en el máximo caudal que puede atravesarlas. En las siguientes figuras pueden apreciarse las diferencias entre ambas, en el caso de la válvula pilotada existe una válvula principal (mayor diámetro y mayor capacidad) que está comandada o pilotada por una válvula mas pequeña, si queréis mas información al respecto podéis hacer click más adelante sobre la referencia de las válvulas descritas en el circuito para obtener el manual correspondiente.

Válvula reductora de presión de mando directo

Válvula reductora de presión de 3 vías, precomandada

Como puede apreciarse en la secuencia que aparece en la esquina superior derecha del esquema hidráulico, el mecanismo pasa por tres fases distintas: subir, aplicar la carga sobre el rollo y, por último, bajar. Durante la producción del rollo de papel el cepillo se encuentra en la posición inferior, esta será la posición de reposo. En el momento en que se inicia la secuencia del cambio automático, es decir, la retirada del rollo producido y la introducción de un nuevo mandril para comenzar a enrollar la hoja de papel sobre él, es cuando el cepillo entra en acción, primeramente inicia la secuencia de subida y posteriormente aplica la presión necesaria sobre el rollo.

El primer elemento distribuidor que nos encontramos es la válvula direccional 4/3 (4 vías y 3 posiciones) señalada con el tag 23XV6263.1. Se trata de una válvula de corredera de mando directo accionada por solenoides de Rexroth 4WE6J6X/EG205N9K4 y puede decirse que se trata de la válvula distribuidora principal ya que acciona directamente los dos cilindros hidráulicos de doble vástago montados en paralelo. La bobina a de la válvula recibe señal eléctrica para subir el mecanismo alimentando hidráulicamente el canal B de salida y, por el contrario,  la bobina o solenoide b recibe la señal eléctrica para bajarlo al presurizar el canal A. A continuación, montada en placa bajo la anterior, encontramos la primera de las válvulas reductoras de presión. Se trata de la válvula Rexroth ZDR6DA2-4X/75Y señalada como 23PV6263.1 y su función es la de reducir la presión hidráulica en el canal de salida A, desde un valor P1 hasta el valor, según esquema, de 37,5 bar. Este valor de presión es usado para bajar el mecanismo cuando alimentamos a través del canal A excitando el solenoide b. Por último, montada también en placa, aparece la válvula antiretorno Rexroth Z2S6B3-6X, desbloqueable hidráulicamente y señalada como 23GC6263 cuya función es la de mantener el sistema fijo sin que pueda caer, se encuentre en la posición que se encuentre, en caso de corte de energía eléctrica.

Montaje físico en placa del distribuidor 23XV6263.1

El segundo distribuidor hidráulico que podemos encontrar es la válvula direccional de corredera 4/2 (4 vías y dos posiciones) marcada con el tag 23XV6263.2. En este caso se trata de una válvula de mando directo Rexroth 4WE6UA6X/EG205N9K4 accionada por solenoide y retorno por muelle. Esta válvula tiene dos funciones, por un lado cuando excitamos su único solenoide a, lo que estamos haciendo es alimentar su canal de salida B para presurizar el canal Y de la segunda válvula reductora de presión, por otro lado, conectamos también el canal A con la línea de retorno a tanque T. Es decir, por un lado presurizamos el canal Y de la válvula reductora de presión pilotada Rexroth 3DR10P5-6X/100Y/00M marcada con el tag 23PV6263.2 con lo cual ésta deja de realizar su función reductora ya que para que esta función se produzca es necesario que dicho canal Y se encuentre con presión nula y por otro lado conducimos a través de esta válvula el aceite de retorno de ambos cilindros hidráulicos, controlando su velocidad de avance mediante la válvula de control de caudal con antiretorno marcada con el tag 23FV263.2, este regulador de caudal al igual que los otros dos existentes en el circuito son reguladores Rexroth FK16C12-2X montados directamente en el bloque hidráulico.

Válvula distribuidora 4/2 23XV6263.2

Montaje de la válvula reductora de presión pilotada 23PV6263.2

Montaje sobre el bloque de los tres reguladores de caudal con antiretorno

Por tanto, una vez conocida la función de los diversos distribuidores hidráulicos montados en el sistema podemos definir la secuencia de funcionamiento. Para SUBIR el mecanismo activamos el solenoide a de 23XV6263.1 y para hacerlo con toda la presión suministrada por la bomba anulamos la capacidad reductora de la válvula 23PV6263.2 excitando la bobina a del segundo distribuidor 23XV6263.2, el mecanismo se mueve con la velocidad regulada por 23FV6263.2. Para APLICAR el cepillo sobre el rollo necesitamos controlar la presión para que lo haga suavemente y de forma limitada, es cuando volvemos a obtener la capacidad reguladora de la válvula 23PV6263.2 anulando la señal eléctrica de la bobina a del distribuidor 23XV6263.2, en este caso la velocidad para aplicar el cepillo la controlamos con el regulador 23FV6263.1. Por último, para BAJAR el mecanismo activamos el solenoide b del distribuidor 23XV6263.1, la presión de bajada estará regulada mediante la válvula reductora 23PV6263.1 y la velocidad de bajada controlada por el regulador de caudal 23FV6263.3. El presostato electrónico 23PS6263 se utiliza como medio de lectura para saber cuando el cepillo se apoya sobre el rollo de papel, en ese momento indicará una presión cero (por debajo de 5 bar emite una señal), se trata de un presostato Hydac tipo EDS345-1-250-000.

Presostato electrónico Hydac

Es todo de momento, espero que cuando menos os resulte didáctico. Se trata de un sencillo esquema en el que existe una serie de elementos de regulación de presión y caudal entre los distribuidores y los elementos de potencia y que, al fin y al cabo podemos encontrar en multitud de esquemas o sistemas hidráulicos similares. Por favor, dejadme vuestros comentarios o dudas al respecto. Gracias.

Un saludo

mecantech@gmail.com
  1. Marcos
    05/01/2013 a las 17:10

    Me parece que esta muy bien desarrollado el ejemplo y no me costo mucho entenderlo. Soy estudiante de ingeniería Mecánica y me estoy introduciendo en la Hidráulica.
    Tengo una duda respecto al funcionamiento de la valvular reguladoras de presión. Referida al momento en que son circuladas en sentido inverso. Es decir cuando se retorna por ella en la descarga del actuador. En este momento ¿se produce regulación alguna por ella? o ¿queda totalmente liberado de regulación el retorno que la atraviesa?

    • 06/01/2013 a las 01:49

      Hola Marcos, pues principalmente sí, queda liberada en el retorno. Ten en cuenta que la válvula necesita mayor presión a la entrada para poder regular a un menor valor a la salida y cuando el aceite retorna esta circunstancia no se produce por lo que queda abierta. Si la válvula no lo permitiese por lo que sea, por su diseño, etc. y quisiéramos que sí lo hiciese se deberá montar una válvula antiretorno en paralelo para implementar esta función. Depende del tipo de válvula, ten en cuenta que es posible regular igualmente la presión de retorno de cualquier actuador. Gracias por tu comentario. Un saludo.

      • 06/01/2013 a las 07:04

        Gracias por responder tan rápido. Te molesto por una cosa mas. ¿Como puedo indagar mas en cuanto a diseño de circuito y tipos de componentes hidráulicos? Siento que vi muchas cosas, pero siempre hay mas válvulas y mas formas de conexionado. Quisiera tener una base mas fuerte y especifica para no confundirme con tanta variedad. Espero no sea demasiado extravagante mi pedido.

      • 06/01/2013 a las 11:17

        Hola, la respuesta no es fácil. El avance de la técnica es rápido y a veces es difícil estar al día. La experiencia y el contacto con proveedores de hidráulica que también suelen tener algún que otro manual (Rexroth, Vickers, etc.) es la mejor solución, suelen ofrecer igualmente cursos de formación en distintos niveles. En internet no existe de forma habitual material como el que puedas encontrar en este blog…es todo bastante más básico y repetitivo, una lástima. Gracias. Un saludo.

  2. ismael reyes reyes
    05/08/2014 a las 01:21

    tengo un montacargas eléctrico quisiera que se me apoyara en asesoría tecnica

    • 05/08/2014 a las 06:31

      Hola Ismael, este blog está principalmente destinado a difundir informaciones sobre asuntos mecánicos y esta entrada en particular trata sobre hidráulica. Por favor, trata de plantear tu pregunta en otro foro más adecuado, seguramente yo no pueda resolver tu duda. Gracias, espero que lo entiendas. Un saludo.

  3. Pedro
    28/01/2015 a las 13:56

    Buenos días, una duda. En un esquema sencillo para el control de un cilindro hidráulico doble efecto he empleado para su control una válvula direccional (4/3) con centro en tandem y accionamiento manual (ademas de válvulas de presión, caudal…), es decir, que descarga al deposito en situación de reposo. Si durante el ciclo de trabajo he alcanzado una presión, digamos de 200bar; una vez pongamos la válvula direccional en la posición de centro, ¿El vástago del actuador sigue ejerciendo esos 200bar de presión?. Con algunos simuladores hidráulicos así me lo marca, pero entiendo que en caso de querer mantener una presión constante durante un determinado tiempo, de ser cierto esto podría incluso apagar la bomba. ¿Es eso posible?
    Muchas gracias!

    • 28/01/2015 a las 20:41

      Hola Pedro, si la posición intermedia de la válvula de comando comunica ambas cámaras del cilindro con la central, no es posible mantener la presión ni seguir ejerciendo esfuerzo alguno con el actuador hidráulico. El esfuerzo se mantendrá siempre y cuando la válvula 4/3 que mencionas se encuentre accionada, en cuanto alcance la posición central (se deje de actuar sobre la válvula), la presión en ambas cámaras desaparecerá. No es conveniente parar la bomba por varias causas, pero una de ellas es que aun con la válvula de comando actuada si paras la bomba te quedas sin presión en el actuador hidráulico. Espero que te ayude la explicación. Un saludo.

  4. Pedro
    29/01/2015 a las 01:25

    Meridianamente explicado. Es lo que me imaginaba, pero el FluidSim me estaba confundiendo. Muchas gracias!

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