VÁLVULAS CONTRABALANCE

• Introducción:

Las válvulas contrabalance son una de las válvulas más difíciles de entender y ajustar en un equipo. Las válvulas contrabalance pertenecen al grupo de válvulas de control de movimiento. Las válvulas contrabalance son una combinación de dos válvulas, una válvula de retención unidireccional (“válvula check”) y una válvula de alivio piloteada para abrir (“válvula relief piloteada normalmente cerrada).

• Aplicación:

Las válvulas contrabalance son usadas para los siguientes

requerimientos: � Flujo libre en una dirección. � Protección contra la ruptura de mangueras. � Sostener carga sin fugas. � Protección contra elevaciones de presión causadas por fuerzas

externas. � Control suave y modulado del movimiento cuando la válvula

direccional es repentinamente cerrada. � Control del movimiento libre de cavitación generada por movimientos

rápidos cuando se pierde el control de la carga.

• Funcionamiento:

La siguiente figura muestra el diagrama esquemático de funcionamiento de una válvula contrabalance:

La válvula de retención unidireccional permite el flujo libre desde el puerto 2 a 1 teniendo sólo la restricción generada por el pequeño resorte que contiene. En el sentido desde el puerto 1 a 2 la válvula contrabalance alivia la presión generada por la carga al valor ajustado en el regulador superior.

La válvula contrabalance tiene un puerto de pilotaje 3 que genera una baja en la regulación de la presión de alivio, permitiendo que comience el movimiento. Cuando la carga genera una velocidad alta, el puerto 3 disminuye la presión de pilotaje, permitiendo que el ajuste de la válvula de alivio sea mayor. Esto previene que la carga se mueva con velocidades altas permitiendo un efectivo control del movimiento.

La válvula contrabalance de Sauer-Danfoss modelo CP440-1 se muestra físicamente en corte en la siguiente figura: La válvula contrabalance Sauer-Danfoss CP440-1 es generalmente montada en cuerpos de aluminio (presiones hasta 3000 PSI), o en cuerpos de acero (presiones hasta 5000 PSI). La siguiente figura muestra la ubicación de los puertos en el cuerpo: Como regla general se utiliza un ajuste de presión de alivio de un 30% sobre la presión generada por la carga en el inicio del movimiento. Con esto se elimina la histéresis generada por la válvula (alrededor del 85%)

Las válvulas contrabalance tienen diferentes razones de pilotaje los cuales permiten diferentes respuestas en las válvulas y generan diferentes presiones de pilotaje. Use bajas razones de pilotaje (3:1 y 4.5:1) para aplicaciones donde la carga puede variar ampliamente. Las razones de pilotaje bajas requieren de presiones de pilotaje altas, por lo que son menos eficientes, pero proveen estabilidad y control preciso del movimiento con cargas variables.

Use bajas razones de pilotaje (8:1 y 10:1) para aplicaciones donde la carga son relativamente constantes. Las razones de pilotaje altas requieren de presiones de pilotaje bajas, por lo que generan altas respuestas y son más eficientes, pero pierden estabilidad y control preciso del movimiento con cargas variables.

Gire en sentido contrario a las manecillas del reloj para aumentar la presión. Gire en sentido de las manecillas del reloj para reducir la presión.

Localice las válvulas contrabalance lo más cerca como sea posible del actuador. Esto proveerá una máxima protección contra las eventuales fallas en líneas hidráulicas.

Nunca utilizar válvulas contrabalance con válvulas direccionales de centro cerrado o centro tándem. La presión atrapada entre la válvula direccional y el actuador puede pilotear la válvula contrabalance para abrir, con lo que se pueden generar movimientos indeseados.

La presión requerida para pilotear la válvula contrabalance puede ser calculada mediante las siguientes ecuaciones:

A

T

PA

PAA

R

P

RR

PPRP +

+⋅−⋅=1

)( (Cuando la carga retrae el cilindro hidráulico)

A

T

AP

VA

R

P

RR

PPP +

+−= (Cuando la carga extiende el cilindro hidráulico)

22

2

VP

PA

DD

DR

−=

202.1

4

P

PD

WP

⋅⋅⋅=π

)(02.1

422

VP

VDD

WP

−⋅⋅⋅=

π

Donde: :P Presión de pilotaje [bar]. :AR Razón de áreas. :AP Presión de alivio [bar]. :PP Presión generada cuando la carga retrae el cilindro [bar]. :VP Presión generada cuando la carga extiende el cilindro [bar].

:PR Razón de pilotaje. :TP Presión de retorno [bar]. :PD Diámetro del pistón [cm].

:VD Diámetro del vástago [cm]. :W Carga [Kgf].

Note que las ecuaciones presentadas anteriormente consideran los efectos causados por altas presiones de retorno. Estas presiones pueden disminuir la presión de pilotaje necesaria para abrir la válvula contrabalance.

• Ajuste de la válvula Sauer-Danfoss CP440-1:

El modo de determinar una ecuación que nos permita conocer la presión exacta que se obtiene al girar el regulador de la válvula contrabalance Sauer-Danfoss CP440-1 es de importancia relevante, puesto que nuestro equipo utiliza este modelo de válvula.

Se desarrolla el siguiente método para hallar esta ecuación con los siguientes datos:

241 [bar] � Todo el regulador de la válvula afuera. 172 [bar] � 5 vueltas del regulador hacia adentro.

Ya que el regulador de la válvula de alivio piloteada actúa sobre un

resorte, y este se comporta linealmente podemos usar las siguientes ecuaciones:

12

12

xx

yym

−−= (Pendiente de la Recta)

)( 00 xxmyy −⋅=− (Ecuación de la Recta)

Dada las ecuaciones anteriores podemos ingresar los datos conocidos de regulación de la válvula contrabalance y encontrar la función que rige el comportamiento de ésta:

145

69

05

241172

12

12 −=−=−−=

−−=xx

yym

xy

xy

xxmyy

⋅−=−⋅−=−

−⋅=−

14241

)0(14241

)( 00

Ahora hemos encontrado una función representativa del comportamiento de la válvula contrabalance:

nPA ⋅−= 14241 Donde: :AP Presión de alivio [bar]. :n Número de vueltas en sentido de las manecillas del reloj del regulador.

La siguiente gráfica muestra el comportamiento de la válvula contrabalance Sauer-Danfoss CP440-1: