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Hace no mucho tiempo, fui llamado de una planta de papel para diagnosticar una bobinadora con un cilindro que se movía a diferentes velocidades cada vez que el peso de su carga variaba. El cilindro estaba operado por una válvula proporcional, por lo que la velocidad debía de ser determinada solamente por la señal de mando aplicada sobre la válvula. Ahora bien, el propósito principal de una válvula proporcional es proporcionar un control de velocidad preciso.
Una válvula direccional estándar siempre estará completamente abierta o completamente cerrada, pero una válvula proporcional se abrirá en una cantidad proporcional a la señal electrónica de comando aplicada, de ahí su nombre. Cuanto más se abre el carrete de la válvula, mayor flujo se enviará al actuador y su movimiento será más rápido. Para mantener la producción hasta que se localizara el problema, la señal de comando hacia la válvula proporcional tuvo que ser ajustada manualmente cada vez que el peso de la carga sobre el cilindro cambiaba lo suficiente como para afectar negativamente su desempeño.
La primera acción que tomó el técnico fue la de remplazar la (muy costosa) válvula, suponiendo que la variación de la velocidad debió haber sido causada por un cambio incorrecto en el carrete de la válvula. Se sintió bastante decepcionado al descubrir que esto no había solucionado el problema. En realidad, este reemplazo innecesario del componente pudo haberse evitado fácilmente verificando la válvula en un banco de pruebas.
Esta válvula en particular estaba equipada con un transductor de desplazamiento variable lineal (LVDT, por sus siglas en inglés), que realimentaba electrónicamente la posición real del carrete de la válvula. En el banco de pruebas la válvula podría haber sido accionada por un controlador lógico programable (PLC, por sus siglas en inglés) o por una señal externa generada por el banco de pruebas y midiendo la retroalimentación del LVDT. Si la válvula se comportaba de la misma manera cuando era accionada por el banco de pruebas y la retroalimentación del LVDT correspondía correctamente con la señal de comando, sería poco probable que la válvula proporcional estuviese dañada.
Cuando llegué, probamos la válvula, su amplificador y la señal del PLC a la válvula. Encontramos que todos estaban funcionando correctamente. Entonces, ¿por qué el actuador se desaceleraba bajo cargas más pesadas y se aceleraba bajo cargas más livianas? El resultado fue que el hidrostato estaba descompuesto. Este no se había remplazado porque se suponía que el hidrostato era del tipo reductor de presión, de acuerdo con la simbología utilizada en hidráulica. Como la presión aguas abajo del cuerpo de válvulas parecía estar normal, pensaron que la válvula reductora de presión estaba funcionando correctamente.
Figura 1. (Izquierda) Instalación típica de una válvula reductora de presión
Figura 2. (Derecha) Configuración típica de un hidrostato
Entendiendo los hidrostatos
Los hidrostatos son a menudo malinterpretados y confundidos con válvulas reductoras de presión. El símbolo esquemático utilizado para identificar un hidrostato es, en efecto, el mismo utilizado para una válvula reductora de presión y, de hecho, es lo que es exactamente un hidrostato. Por eso es muy fácil pasar por alto la forma en que este se instala, particularmente en los planos de instalación de sistemas hidráulicos elaborados por los fabricantes de equipos.
En la Figura 1, se muestra la instalación típica de una válvula reductora de presión. En la Figura 2, se muestra una configuración típica de la instalación de un hidrostato. Observe que la tubería de descarga de la válvula reductora de presión va directamente al depósito, mientras que la tubería de drenaje del hidrostato está conectado en la tubería de llenado del pistón en el cilindro. Cualquier presión que se ejerza para extender el cilindro también se aplicará para mover el hidrostato hacia su posición de cerrado.
Por lo tanto, mientras más pesada es la carga sobre el cilindro, más presión será aplicada para cerrar el hidrostato. El resultado será que la caída de presión a través de la válvula proporcional será equivalente a la presión establecida del resorte del hidrostato.
Por ejemplo, si el peso de la carga requiere de una presión de 500 psi para moverse (como en la Figura 3), el ajuste del hidrostato será de 200 psi y el compensador de la bomba estará fijado en 1,500 psi, la presión aguas arriba de la válvula proporcional será regulada a 700 psi. Si el peso de la carga se incrementa a 1,100 psi (Figura 4), el hidrostato regulará la presión aguas arriba de la válvula proporcional a 1,300 psi.
Figura 3. (Izquierda) El peso de la carga requiere de 500 psi para moverse, el ajuste de la válvula de contrapresión es de 200 psi y el compensador de la bomba a 1,500 psi, la presión aguas arriba de la válvula proporcional está regulada a 700 psi.
Figura 4. (Derecha) Cuando el peso de la carga se incrementa a 1,100 psi, el hidrostato regula la presión aguas arriba de la válvula proporcional a 1,300 psi.
Utilizando un módulo hidrostático
Entonces, ¿qué tiene todo esto que ver con la velocidad del actuador? ¿No está la velocidad determinada por el volumen y no por la presión? Para comprender esto completamente, primero debe comprender cómo la caída de presión a través del orificio afecta el flujo. Esencialmente, mientras mayor sea la caída de presión a través del orificio, mayor será el flujo despachado a través de él. Una válvula proporcional funciona exactamente igual que un orificio de control de flujo.
Mientras mayor es la señal de comando, más se abrirá la válvula proporcional, más flujo se despachará y más rápido el actuador se moverá. Al igual que cualquier otro orificio, mientras mayor es la caída de presión a través del orificio, más flujo pasará. El uso eficiente de un modulo hidrostático convierte la válvula proporcional en una válvula de control de flujo compensado por presión, de modo que el flujo que pasa por la válvula no se verá afectado por los cambios de presión.
De regreso a la planta de papel, cuando tratamos de ajustar el hidrostato, encontramos que no se ajustaba. El carrete interno estaba atascado. Se reemplazó el hidrostato y el cilindro de la bobinadora se movió a una velocidad constante, independientemente del peso de la carga.
En conclusión, no desestime la importancia de los hidrostatos. Estos son esenciales para regular la presión cuando el peso de la carga cambia. Asegúrese de mantenerlos ajustados para la mínima caída de presión aceptable para que pueda asegurar que sus sistemas hidráulicos funciones sin problemas.
Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.