Válvulas hidráulicas: dirección, presión y caudal (con simulador)

¡Bienvenidos nuevamente al blog de Welectronic! En la hoja anterior (la 21, publicación 75) estudiamos los cilindros hidráulicos, los actuadores que convierten presión y caudal en fuerza y movimiento. Antes vimos los fundamentos de presión, caudal y potencia (publicación 73) y las bombas (publicación 74), y en el bloque de neumática ya conocimos el control con aire. Pero entre la bomba y el cilindro falta el eslabón que decide hacia dónde va el aceite, con cuánta presión y a qué velocidad: las válvulas hidráulicas. Esta es la hoja 22 de la serie de hidráulica y la cuarta del curso; en las siguientes hojas seguiremos con otros componentes del circuito.

Qué vas a aprender

• Cómo se lee una válvula direccional: vías, posiciones, puertos P, T, A y B y la designación 4/2, 4/3 y 3/2.
• Qué hacen los tres centros de la 4/3 (cerrado, tándem y en H) y por qué un centro cerrado con bomba de caudal fijo es una estufa.
• Cómo funciona la válvula de alivio paso a paso, la diferencia entre acción directa y pilotada, y cómo se ajusta con seguridad.
• Qué hace la válvula reductora, por qué necesita drenaje y cuándo no controla la presión.
• La ecuación del estrangulador Q = Kv·√Δp, por qué la velocidad cambia con la carga y qué arregla la compensación de presión.
• La regulación a la entrada, a la salida y por derivación, y qué hacer con cargas que arrastran.
• Cómo seleccionar una válvula y diagnosticar fallas: síntomas, causas y acciones, con medición antes de cambiar piezas.
• Las válvulas que la ficha no muestra pero que verás en cualquier planta: antirretorno, pilotada, contrabalance y secuencia.

Mapa visual del tema

Léelo como una pregunta que se hace en tres tiempos. Primero la dirección: ¿hacia dónde debe ir el aceite y cuándo debe detenerse? (válvulas direccionales). Después la presión: ¿cuánta fuerza admite el sistema y cuánta quiero en cada rama? (alivio para el máximo, reductora para ramas de menor presión). Por último el caudal: ¿a qué velocidad se mueve el actuador? (estranguladores y reguladoras). Las dos ramas inferiores del mapa, selección y diagnóstico, son las que más se usan en el trabajo diario. El hilo conductor de todo el tema es una sola idea: una válvula hidráulica no crea energía, solo decide dónde se gasta. Cada vez que el aceite pasa por una restricción o por un alivio, la presión que se pierde se convierte en calor (P = p·Q/600 en kW).

1. Control direccional

Una válvula direccional controla el inicio, la parada y el sentido del flujo de aceite. No regula la presión ni el caudal (eso lo hacen otras); solo abre, cierra y conecta caminos entre los puertos.

1.1 Cómo leer el nombre: vías y posiciones

1. El primer número son las vías (los puertos de trabajo que tiene): 2, 3 o 4.
2. El segundo número son las posiciones que puede tomar el carrete: 2 o 3.
3. Los puertos tienen letra fija: P (presión, viene de la bomba), T (tanque), A y B (conexiones al actuador). Las líneas de pilotaje se marcan con X e Y y el drenaje del carrete con L (validar según el fabricante).
4. Una 4/3 tiene cuatro puertos (P, T, A, B) y tres posiciones; una 4/2 tiene los mismos puertos y dos posiciones; una 3/2 tiene tres puertos (P, A, T) y dos posiciones.

El símbolo se dibuja con una caja por posición. Las conexiones se dibujan en la caja que está sobre los puertos; las otras cajas son lo que ocurriría al mover el carrete. Los extremos muestran cómo se accionan (solenoide, palanca, resorte, piloto).

1.2 Válvula 4/2: dos posiciones, sin parada

1. Posición 1 (accionada): P se conecta con A y B con T. El cilindro de doble efecto extiende.
2. Posición 2 (reposo, por resorte): P se conecta con B y A con T. El cilindro retrae.
3. No hay posición de parada intermedia: el cilindro siempre se está moviendo hacia un extremo (o está en él). Para detenerlo hay que cortar el caudal por otro medio.

Es la válvula típica de un movimiento simple de ida y vuelta, como una prensa o un sujetador que solo abre y cierra.

1.3 Válvula 4/3: tres posiciones, con parada

Las dos posiciones extremas son las mismas de la 4/2 (extender y retraer). La tercera, la del centro, se alcanza con resortes centradores y determina lo que ocurre cuando no se manda ningún movimiento. La ficha solo muestra el centro cerrado, pero hay otros dos muy usados:

• Centro cerrado: los cuatro puertos están bloqueados. El cilindro queda detenido, pero la bomba no tiene a dónde descargar: la presión sube hasta el alivio y todo el caudal sale por él. Con una bomba de caudal fijo, esa energía se convierte en calor. Solo tiene sentido con bombas de caudal variable (presión compensada) o con acumuladores.
• Centro tándem: P está unida a T (la bomba descarga a tanque con solo 2 a 5 bar) y A y B están bloqueados. El cilindro queda detenido y casi no hay calor. Es la solución más usada con bomba de caudal fijo. Su límite es que no se pueden alimentar otras válvulas en serie con la presión de la misma bomba.
• Centro en H: los cuatro puertos están unidos: la bomba descarga y el cilindro queda libre (flotante). Sirve para mover a mano o para un motor hidráulico que debe girar libre. Con una carga suspendida, cae.

Con una bomba de 60 L/min y un alivio a 150 bar, el centro cerrado disipa 150 · 60 / 600 = 15,0 kW en calor continuo; con centro tándem (4 bar de caída) son solo 0,4 kW. En seis horas de espera al día la diferencia es de 88 kWh de calor (el cálculo está en el problema resuelto 5).

1.4 Válvula 3/2: simple efecto

Tiene tres puertos: P, A y T. En reposo (resorte), P queda bloqueada y A descarga a T; al accionarla, P pasa a A y T se bloquea. Controla un actuador de simple efecto (el que el resorte o la carga devuelve, como el cilindro de simple efecto de la hoja anterior) o sirve como válvula de corte y de pilotaje. En la ficha aparece con palanca manual, pero se fabrica también con solenoide y piloto.

1.5 Cómo se acciona una direccional

• Manual (palanca, pulsador, pedal): la de la ficha. Sencilla; ideal para máquinas con operador.
• Solenoide (eléctrica): una bobina empuja el carrete directamente. Las bobinas de corriente continua (24 V) son las más comunes en control con PLC; las de corriente alterna dan más fuerza inicial, pero se queman si el carrete se pega (la corriente de arranque se mantiene alta).
• Pilotada (de dos etapas): una pequeña válvula de solenoide dirige aceite a presión (piloto) para mover el carrete principal. Es lo que se usa con caudales altos, porque un solenoide no tiene fuerza para mover un carrete grande.
• Resorte de retorno o de centrado: determina la posición segura cuando falta la señal. Defínela siempre antes de elegir la válvula: qué debe hacer el cilindro si se corta la energía.

1.6 Tamaños, carretes y fuga: lo que el catálogo dice

• Las direccionales se montan sobre placas (subbase) normalizadas (ISO 4401, validar): tamaños NG6 (CETOP 3 o D03), NG10 (CETOP 5 o D05), NG16 (CETOP 7) y NG25 (CETOP 8), con caudales máximos del orden de 40 a 80, 100 a 150, 250 y 600 L/min respectivamente (valores orientativos, validar con el catálogo).
• Una válvula de carrete trabaja con un juego muy pequeño (micras) entre el carrete y el cuerpo. Eso produce una fuga interna (de décimas de litro por minuto) que crece con la presión y con la temperatura. Por eso un carrete no sostiene una carga indefinidamente: el cilindro "se desliza" lentamente.
• El solape es cuánto cubre el carrete a un puerto antes de abrir el siguiente. Con solape positivo hay una pequeña zona en que todo está bloqueado; con solape negativo (centro abierto) hay una pequeña fuga cruzada; con solape cero se busca la respuesta más fina (válvulas proporcionales).
• Cada válvula tiene una curva de caída de presión frente al caudal. Cuanto más caudal, más caída (Δp crece con el cuadrado del caudal); una válvula pequeña con mucho caudal es una resistencia que calienta el aceite y limita la velocidad.

Cuando hay que mantener una carga (compuerta, plataforma, carga suspendida) se añade una válvula antirretorno pilotada o de contrabalance montada en el cilindro, que sella sin fuga (asiento, no carrete). Lo veremos en la sección 6.

1.7 Los símbolos, uno a uno

• Flechas dentro de las cajas: indican el sentido del flujo; una línea con un travesaño (T) es un puerto bloqueado.
• Línea continua: línea de trabajo (incluido el retorno a tanque); trazos: pilotaje o drenaje.
• Zigzag: resorte; cuadrado con diagonal: solenoide.

Corrección técnica 1 (leyenda y símbolos): la ficha usa trazos para "Drenaje / Retorno". En la norma ISO 1219 el retorno a tanque es una línea de trabajo y se dibuja continua; los trazos están reservados al pilotaje y al drenaje del cuerpo o del carrete. Además, los símbolos dibujados en la ficha son esquemáticos y no son rigurosos: en el 4/3 las flechas del centro se ven mezcladas y no se aprecian claramente los cuatro puertos bloqueados que describe el texto. Para dibujar o leer planos usa los símbolos de la norma, no los de la ficha. Y de la 4/3 conviene aclarar que "el actuador se detiene" pero la bomba sigue trabajando: con centro cerrado sale todo el caudal por el alivio (calor); con otros centros no.

2. Válvula de alivio

La válvula de alivio es el seguro del sistema: limita la presión máxima en la línea aguas arriba, es decir, en el lado donde está la bomba. Sin ella, una bomba de desplazamiento positivo seguiría empujando aceite contra un cilindro detenido hasta reventar la manguera, el sello o el propio equipo.

2.1 Cómo funciona, paso a paso

1. Reposo (válvula cerrada): un resorte empuja un obturador (bola, cono o carrete) contra su asiento. La presión del sistema llega al obturador desde la entrada, pero es menor que la fuerza del resorte: no pasa aceite.
2. Presión sube: el actuador se detiene (fin de carrera o carga alta) y la bomba sigue entregando; la presión crece.
3. Apertura: cuando la fuerza de la presión sobre el área del obturador iguala la del resorte (p · A = F_resorte), la válvula empieza a abrir. Esa es la presión de apertura (cracking).
4. Descarga: el aceite sale hacia el tanque. Si todo el caudal de la bomba pasa por el alivio, la presión se estabiliza en un valor un poco mayor que el de apertura (sobrepresión o override).
5. Cierre: al bajar la presión, el resorte cierra de nuevo la válvula.

El ajuste se hace variando la compresión del resorte con la perilla o tornillo que se ve a la derecha del corte de la ficha.

2.2 Acción directa o pilotada

• Acción directa: el resorte actúa directamente sobre el obturador. Es simple y responde muy rápido, por eso se usa como protección contra picos de presión, pero para caudales grandes necesita resortes grandes y la presión sube bastante con el caudal (sobrepresión alta, a veces 10 a 20 % del ajuste; valores orientativos, validar).
• Pilotada (de dos etapas): una pequeña válvula piloto controla la presión de una cámara que mantiene cerrado el carrete principal. Cuando el piloto abre, el principal sube y descarga. Mantiene una presión casi constante desde pequeños hasta grandes caudales (sobrepresión baja, unos pocos por ciento) y permite descarga remota (desde otra válvula).

2.3 Cómo ajustar un alivio sin riesgo

1. Calcula antes de ajustar: la presión que exige la carga más pesada (p = F·100/(A·η)) y suma un margen del orden de 10 a 15 %. No ajustes por intuición.
2. Conoce el límite del componente más débil (cilindro, manguera, bomba, válvula). El alivio nunca debe ajustarse por encima de él.
3. Instala un manómetro en la línea, con amortiguador (snubber) y en buen estado de calibración.
4. Afloja el tornillo hasta la presión mínima, arranca la bomba y sube poco a poco mientras mantienes el actuador contra su tope (con la carga segura).
5. Lee el valor estable en el manómetro, fija con la contratuerca y coloca un precinto o una etiqueta con la fecha y el valor.
6. Registra el valor y la fecha en el plan de mantenimiento.

2.4 El calor del alivio

Cada L/min que sale por el alivio a p bar disipa p/600 kW. Si hay 28 L/min saliendo a 180 bar, son 8,4 kW de calor. Un tanque de 200 L sin enfriador subiría su temperatura a razón de unos 91 °C por hora (aceite con ρ = 870 kg/m³ y c_p = 1,9 kJ/kg·K). Por eso un sistema bien diseñado no pasa mucho tiempo con el alivio abierto: el alivio se dimensiona como protección, no como regulador de proceso.

Corrección técnica 2 (alivio): la ficha dice que el alivio "mantiene la presión por debajo del ajuste". En rigor, el alivio empieza a abrir al llegar al ajuste y, con todo el caudal pasando, la presión sube algo por encima (sobrepresión). Además, la alerta final habla de "válvulas de seguridad o alivio" como si fueran lo mismo: la válvula de alivio de un circuito hidráulico no es una válvula de seguridad certificada. Los recipientes a presión y los acumuladores requieren válvulas de seguridad certificadas con su propia norma (validar la normativa aplicable en cada instalación). Y nunca se ajusta un alivio por encima del límite de los componentes "para que funcione": primero se busca la causa.

3. Reducción de presión

Un circuito casi siempre trabaja a una presión alta (la del alivio principal), pero a veces una rama necesita menos presión: una pinza de sujeción que no debe aplastar la pieza, un circuito de control, un sensor, una válvula que no soporta la presión de la bomba. La válvula reductora de presión entrega una presión regulada aguas abajo para esa rama.

3.1 Cómo funciona, paso a paso

1. Normalmente abierta: mientras la presión de salida es menor que el ajuste, el carrete deja pasar el aceite libremente; salida ≈ entrada.
2. Sensado aguas abajo: un pequeño conducto de pilotaje lleva la presión de salida al extremo del carrete, que se opone al resorte de ajuste.
3. Cierre parcial: cuando la presión de salida alcanza el ajuste, el carrete se mueve y cierra parcialmente el paso, estrangulando para que la salida no suba más.
4. Equilibrio: si la presión aguas abajo tiende a subir o a bajar (por carga o porque cambia la presión de entrada), el carrete se reposiciona y mantiene el valor.
5. Drenaje: el aceite que se cuela por el carrete hacia la cámara del resorte se envía al tanque por una línea de drenaje externa. Si el drenaje se cierra, la cámara se llena y la válvula deja de regular.

La función de la reductora es regular aguas abajo (la salida), mientras que el alivio regula aguas arriba (la entrada). El símbolo lo recuerda: en la reductora la flecha está alineada (normalmente abierta), el pilotaje viene de la salida y hay una línea de drenaje a tanque.

3.2 Un ejemplo: la sujeción

Una pinza con cilindro de 50 mm de émbolo (A = 19,63 cm²) debe sujetar con 12 kN, con η = 0,92. Presión necesaria: p = 12 · 100 / (19,63 · 0,92) = 66,4 bar. La reductora se regula a 70 bar y la fuerza máxima de sujeción es 12,6 kN, aunque el sistema trabaje a 160 bar (que daría 28,9 kN y aplastaría la pieza).

Corrección técnica 3 (reductora): la ficha afirma que la reductora "mantiene una presión constante aguas abajo independiente de las variaciones de carga o presión aguas arriba". Es cierto con tres condiciones: (1) la presión aguas arriba debe ser mayor que el ajuste (una reductora no puede aumentar la presión); (2) la presión de salida tiene que ser originada por la propia bomba, porque si una fuerza externa empuja el cilindro y hace subir la presión aguas abajo por encima del ajuste, una reductora simple no puede aliviarla (hace falta una reductora con alivio incorporado o un alivio aparte); (3) el drenaje debe ir a tanque sin contrapresión: cualquier contrapresión en esa línea se suma al ajuste. Además, la etiqueta "DRENAJE (RETORNO)" mezcla dos cosas: el drenaje externo de la reductora es una línea separada y no es el retorno del circuito. Y la reductora regula en un solo sentido: para el flujo inverso lleva una válvula antirretorno en paralelo.

4. Regulación de caudal

La velocidad de un actuador depende del caudal que recibe (v = Q/A). Si la bomba entrega siempre el mismo caudal, para moverlo más lento hay que dejar pasar menos aceite hacia el actuador, y para eso se usa un estrangulador (un paso de sección regulable).

4.1 De dónde sale la ecuación del estrangulador

1. El aceite pasa por un orificio de área A. La caída de presión Δp acelera el fluido: Δp = ½·ρ·v² (Bernoulli, sin pérdidas).
2. Despejando la velocidad en el orificio: v = √(2·Δp/ρ). El caudal es área por velocidad, corregida con un coeficiente de descarga C_d (0,6 a 0,7 en orificios de borde agudo): Q = C_d · A · √(2Δp/ρ).
3. En unidades prácticas (Q en L/min, A en mm², Δp en bar, ρ = 870 kg/m³): Q ≈ 0,91 · C_d · A · √Δp. Para un estrangulador dado, C_d · A es constante y se agrupa en un coeficiente: Q = K_v · √Δp.

Ejemplo: un orificio de 4 mm² con C_d = 0,65 y Δp = 25 bar deja pasar 11,83 L/min; con Δp = 100 bar, 23,65 L/min. Si la caída de presión se cuadruplica, el caudal solo se duplica.

4.2 El problema: la velocidad depende de la carga

En un cilindro con estrangulador, la caída de presión Δp en la válvula es la presión disponible menos la que exige la carga. Si la carga sube, Δp baja y el caudal baja aunque nadie toque la válvula. Con Kv = 7 L/min por √bar, bomba de 30 L/min y alivio a 100 bar, a una presión de carga de 40 bar el estrangulador pasa 54,2 L/min (más que la bomba: no regula) y a 90 bar solo 22,1 L/min: la velocidad cae un 26 %. Por eso un estrangulador simple no da una velocidad "estable"; solo da una velocidad estable si la carga no cambia.

4.3 La solución: compensación de presión

• Reguladora de caudal de dos vías (compensada): un segundo elemento (el compensador, un carrete con resorte) mantiene la caída de presión constante sobre el orificio de regulación (típicamente unos 6 bar). Como Δp es fijo, el caudal queda fijo: Q = K · área. El exceso de caudal sale por el alivio principal.
• Reguladora de tres vías: el compensador desvía el sobrante a tanque a la presión de la carga (en vez de a la presión del alivio), por lo que genera menos calor.
• Compensación de temperatura: la viscosidad cambia con la temperatura y afecta al caudal; hay válvulas con compensación térmica.
• Para regular con mucha precisión se usan válvulas proporcionales o bombas de caudal variable, no estranguladores.

4.4 Dónde se coloca el estrangulador

1. A la entrada (meter-in): estrangula el aceite que entra al actuador. Funciona bien con cargas que se oponen al movimiento. El exceso sale por el alivio (calor). No controla cargas que arrastran (el cilindro "se escapa" y se cavita la cámara motriz).
2. A la salida (meter-out): estrangula el aceite que sale, creando contrapresión en el lado de retorno. Controla también las cargas que arrastran. A cambio, la presión en la cámara de salida se intensifica (hasta p · A₁/A₂ en la extensión) y hay más calor.
3. Por derivación (bleed-off): se desvía parte del caudal de la bomba a tanque sin pasar por el alivio. Poco calor y mejor rendimiento, pero la velocidad es muy sensible a la carga.

4.5 Unidireccional y bidireccional

La reguladora unidireccional lleva un estrangulador en paralelo con una válvula antirretorno: regula en un sentido y deja pasar libremente en el contrario. Es lo habitual: el cilindro sale lento (regulado) y vuelve rápido (libre). La bidireccional solo tiene el estrangulador y regula en los dos sentidos.

Corrección técnica 4 (caudal): (1) La ficha dibuja los dos símbolos con válvula antirretorno, incluido el de la "reguladora bidireccional": es una contradicción, porque lo que distingue a la bidireccional es precisamente que no lleva antirretorno. (2) El recuadro de función dice que la reguladora controla la velocidad "de manera estable y suave". Eso solo es cierto con compensación de presión; un estrangulador simple cambia de velocidad con la carga y con la temperatura (sección 4.2). (3) La regulación a la entrada y a la salida son dos montajes distintos con consecuencias distintas (sección 4.4); la ficha no los diferencia. Y en un circuito con carga que arrastra, la ficha no avisa de que se necesita contrabalance o regulación a la salida.

5. Selección y diagnóstico

5.1 Seleccionar una válvula, paso a paso

1. Función requerida: ¿dirección, presión o caudal? Una válvula hace una función principal.
2. Tipo de actuador y condiciones: cilindro de doble o simple efecto, motor; carga que se opone o arrastra; qué hacer sin energía (posición segura).
3. Presión y caudal máximos: la presión nominal de la válvula debe superar la del alivio y el caudal máximo del circuito (incluido el caudal de retorno, que puede ser mayor que el de la bomba; ver hoja 21). Mira la curva Δp-Q.
4. Tamaño y montaje: NG6, NG10, NG16...; montaje en placa, en línea o en cartucho; puertos compatibles.
5. Mando: manual, solenoide (24 V continua es lo habitual con PLC), piloto, proporcional.
6. Ajustes dentro de la especificación: rango de presión de la válvula; no usar un alivio de 0 a 50 bar para ajustar 160.
7. Fluido y limpieza: el aceite debe ser compatible y estar limpio (código ISO 4406; direccionales de carrete suelen pedir clases del orden 19/17/14 y las proporcionales más limpias, validar con el catálogo).

5.2 Diagnóstico: síntoma, causa y primera acción

5.3 Acciones recomendadas, con su método

1. Verificar el ajuste según la especificación: comparar el valor del manómetro con el de la hoja de ajuste del equipo.
2. Inspeccionar y limpiar o reemplazar la válvula: una válvula no se desarma "a ver qué tiene"; se hace en banco limpio, con kit de sellos y pares del fabricante.
3. Revisar fugas y conexiones: aceite externo y calor localizado.
4. Verificar la filtración y el estado del aceite: la contaminación causa la mayoría de los atascos.
5. Probar en condiciones controladas: a baja presión y con la carga soportada.

Corrección técnica 5 (diagnóstico): la ficha lista causas y acciones sin ordenarlas. En la práctica el orden importa: primero mide (presión, caudal, temperatura), después cambia piezas. Falta en la lista de causas el aire en el aceite, causa frecuente de ruido y movimiento errático, y los problemas eléctricos de los solenoides (tensión, bobina quemada, conector). En las alertas, "no bloquear ni modificar las válvulas de seguridad o alivio" es correcto, y conviene añadir: no aumentar el ajuste para compensar una falla, no puentear una válvula con un tapón y despresurizar y bloquear la energía antes de aflojar una conexión. Y "verificar fugas antes de operar" nunca se hace con la mano: un chorro fino puede inyectar aceite bajo la piel (emergencia médica).

6. Válvulas que la ficha no muestra (pero verás en planta)

• Antirretorno (check): deja pasar el aceite en un solo sentido y sella en el contrario con un asiento, sin fuga apreciable. Su resorte tiene una presión de apertura de unas décimas de bar (hay valores de 0,5 a 5 bar, validar).
• Antirretorno pilotado: sella igual, pero una presión de piloto lo abre en el sentido contrario. Es la forma habitual de sostener una carga (compuertas, plataformas) sin la fuga del carrete. Se monta pegado al cilindro.
• Válvula de contrabalance (counterbalance): un alivio con antirretorno que mantiene contrapresión en la salida para frenar cargas que arrastran. Se tara por encima de la presión que genera la carga (con un margen típico de 1,3 veces, validar).
• Válvula de secuencia: abre cuando se alcanza una presión y permite que un segundo actuador se mueva después de que el primero termine (por ejemplo sujetar y luego taladrar).
• Válvula de descarga: pone la bomba a tanque cuando se alcanza una presión (se usa con acumuladores).
• Proporcionales y servoválvulas: dan un caudal o una presión proporcional a una señal eléctrica. Son las que usan los sistemas de control con PLC y lazo cerrado, pero exigen aceite mucho más limpio y mantenimiento especializado.

7. Recomendación técnica

La ficha cierra con una idea de seguridad y confiabilidad: seleccionar, instalar y ajustar correctamente cada válvula según la aplicación, mantener el aceite limpio, respetar las especificaciones del fabricante y realizar inspecciones periódicas. Traducido a hábitos concretos:

1. Selección: función, presión, caudal, tamaño y posición segura sin energía definidos antes de comprar.
2. Instalación: montaje en placa limpia, pernos con el par del fabricante, juntas nuevas, drenaje de la reductora a tanque sin contrapresión.
3. Ajuste: con manómetro calibrado, calculado y registrado; alivios precintados.
4. Aceite: limpio (ISO 4406), a temperatura de trabajo y con aire purgado.
5. Inspección: fugas, calor localizado, ruido y registro de presiones cada cierto tiempo.

8. Casos reales de planta

Los siguientes casos son ilustrativos (situaciones típicas de plantas portuarias, de graneles y talleres de mantenimiento, con cálculos de referencia del modelo de esta hoja).

9. Errores comunes que conviene evitar

• Ajustar el alivio por encima del límite de los componentes "para que funcione".
• Usar una 4/3 de centro cerrado con bomba de caudal fijo sin pensar en el calor.
• Pensar que un carrete mantiene una carga suspendida sin fuga.
• Conectar el drenaje de la reductora al retorno general (contrapresión que modifica el ajuste).
• Creer que una reductora puede aumentar la presión o aliviar el exceso que empuja desde el actuador.
• Regular a la entrada una carga que arrastra: se pierde el control y se cavita.
• Usar un estrangulador simple esperando una velocidad constante con carga variable.
• Dimensionar la válvula con el caudal de la bomba y olvidar el caudal de retorno.
• Cambiar piezas sin medir presión, caudal y temperatura.
• Aflojar una conexión con presión residual o buscar fugas con la mano.

10. Resumen rápido (cheat-sheet)

Glosario breve

• Vías: puertos de trabajo de la válvula.
• Posiciones: estados que puede tomar el carrete.
• Carrete (spool): pieza cilíndrica que se desliza dentro de la válvula y abre o cierra caminos.
• Centro: conexión de la posición central de una 4/3.
• Presión de apertura (cracking): presión a la que el alivio empieza a abrir.
• Sobrepresión (override): aumento de presión del alivio al pasar el caudal total.
• Pilotaje: señal de presión que mueve un carrete o un obturador.
• Drenaje: línea que devuelve a tanque el aceite que se fuga dentro de la válvula.
• Kv: coeficiente de caudal del estrangulador (L/min por √bar).
• Compensación: mecanismo que mantiene constante la caída de presión sobre el orificio.
• Contrabalance: válvula que frena cargas que arrastran con contrapresión en la salida.

Normas y datos a validar

• ISO 1219-1 e ISO 1219-2: símbolos gráficos y esquemas de circuitos hidráulicos (validar la edición).
• ISO 4401: interfaces de montaje de válvulas direccionales (tamaños NG6, NG10, NG16, NG25 o CETOP 3, 5, 7, 8); validar las dimensiones con el catálogo.
• ISO 4413: requisitos de seguridad de sistemas hidráulicos; ISO 4406: código de limpieza del fluido; ISO 6264: interfaz de válvulas de alivio (validar números y ediciones).
• Valores usados aquí (típicos, validar con el catálogo): C_d = 0,6 a 0,7; ρ = 870 kg/m³; c_p = 1,9 kJ/kg·K; caída de presión del compensador ≈ 6 bar; sobrepresión del alivio de acción directa del 10 al 20 %; clases de limpieza ISO 4406 por tipo de válvula; caudales máximos por tamaño; margen del contrabalance (1,3 veces); presiones de apertura de antirretornos; caída de 2 a 5 bar del centro tándem.
• Las reglas de seguridad de recipientes a presión y acumuladores dependen de la normativa local: no sustituir una válvula de seguridad certificada por un alivio de circuito.

11. Banco de válvulas: dirección, presión y caudal

El simulador reúne la hoja en un solo circuito: bomba de caudal fijo, alivio principal, reductora, válvula 4/3 con tres tipos de centro, estrangulador (a la entrada o a la salida, simple o compensado) y un cilindro de 63/36 mm con carga. Cambia un ajuste y la animación muestra por dónde va el aceite, a qué presión, cuánto sale por el alivio y cuánto calor se genera. Una gráfica muestra cómo cambia la velocidad con la carga. Una segunda pestaña dibuja los símbolos ISO 1219 de cada válvula con una explicación.

• Pulsa Reposo con centro cerrado y luego Reposo con centro tándem: pasas de 8 kW a 0,15 kW de calor.
• Con Regular a la entrada (sin compensar) sube la carga y mira la gráfica: la velocidad cae. Con Misma regulación, compensada queda plana.
• Carga que arrastra: a la entrada pierde el control; a la salida lo recupera a costa de presión en el lado del vástago.
• La reductora a 60 bar limita la fuerza máxima de la pinza; con un alivio mal ajustado a 50 bar, la carga no se mueve.
• Usa Pausar animación y Siguiente paso para avanzar a tu ritmo; con "reducir movimiento" activado la animación arranca en pausa.

Qué hace el modelo: A₁ = π·D²/400 y A₂ = π·(D² − d²)/400 (cm²); v = Q/(6·A) (m/s); estrangulador Q = K_v·x·√Δp con K_v = 20 L/min por √bar al 100 % de apertura; compensado Q = 40·x·mín(1, √(Δp/6)); equilibrio del cilindro p_ent·A_ent − p_sal·A_sal = F·100/η; reductora y alivio fijan la presión máxima y el sobrante sale por el alivio principal; potencia P = p·Q/600. Es un modelo didáctico en régimen estático, no de un fabricante.

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