14. VÁLVULAS DE CARTUCHO

14.1 Generalidades  

Llamadas así por su construcción y forma de montaje. Cuando los caudales empleados en el sistema hidráulico son considerables, el volumen y tamaño de las válvulas necesarias para su accionamiento suele ser también bastante considerable y engorroso para su manejabilidad, conexionado, por el espacio necesario para la instalación de las mismas, etc. Para evitar estos problemas se han diseñado las válvulas de cartucho.

Las válvulas de cartucho son aquellas en que un cartucho (formado por un pistón, un muelle y una tapa de cierre) se inserta sobre un alojamiento especialmente diseñado en un bloque. El principio del funcionamiento de estas válvulas es el mismo de los antirretornos pilotados y, combinadas con distintos mandos, pueden emplearse para regulación de presión, de caudal y como válvulas direccionales.

Así, un solo bloque mecanizado, en el que se insertan diversas válvulas de cartucho, consiguen realizar funciones de válvula de seguridad, reguladora de caudal, direccional, etc.

La principal ventaja de este tipo de válvulas es su economía y el hecho de que permiten la circulación de grandes caudales con un mando (válvula) hidráulico de pequeño tamaño. Al hablar de economía se entiende la del cartucho, comparado con el coste de las válvulas tradicionales para grandes caudales. El coste del bloque y principalmente de su diseño queda diluido en las fabricaciones en serie. 

Este tipo de válvulas se empezaron a usar principalmente en maquinaria de inyección de plásticos, prensas de gran tonelaje y algunas aplicaciones marinas, sistemas típicos en los que se emplean grandes caudales. Sin embargo en la actualidad sus aplicaciones se han extendido a todo tipo de maquinaria, aun con caudales reducidos, gracias a las múltiples ventajas que presentan.

14.2  Funcionamiento

Hay dos tipos básicos de válvulas de cartucho que se diferencian por la relación entre las áreas del pistón (A y B) que son de 1:1 (áreas iguales) o de 1:<1 (entre 1,1 y 2).

Esta relación de áreas es muy importante a la hora de definir el tipo de válvula necesario para cada aplicación.

Como se ha visto en la animación del capitulo anterior, el funcionamiento de estas válvulas es similar al de los antirretornos pilotados, pero en este caso, además de pilotar el cartucho, y en función de la tapa que se instale, se puede utilizar la válvula para regular el caudal, la presión, la dirección del flujo, etc.

Si en la tapa del cartucho se instala un dispositivo mecánico que permita regular la fuerza del muelle, se convierte la válvula en una de seguridad, regulable por medio de este mecanismo; si se instala un dispositivo regulable que limite la carrera del cartucho, se convierte la válvula en una limitadora de caudal; si se instala una válvula de seguridad en la tapa, está regulará la presión del pilotaje del cartucho, convirtiéndolo en una válvula de seguridad.

Así pues la función de la válvula de cartucho dependerá del tipo de elemento que se instale en la tapa (o control), pudiendo incluso incorporar elementos proporcionales.  

Un factor muy importante en el montaje y puesta en funcionamiento de este tipo de válvulas es la sección del pilotaje; un pilotaje de paso excesivamente pequeño reducirá la velocidad de funcionamiento de la válvula, pero un pilotaje con un diámetro excesivo producirá un movimiento demasiado rápido del cartucho, que ocasionará golpes y marcas o desgaste en el asiento.

14.3  Combinación como válvulas direccionales  

Para utilizar una válvula de cartucho como válvula direccional (por ejemplo con mando eléctrico) bastaría colocar una electroválvula de dos vías (abierta-cerrada) en el pilotaje de la válvula; cuando la presión de pilotaje está conectada al depósito (no hay presión), la presión de las vías de trabajo puede desplazar el cartucho y abrir el paso entre la entrada y la salida. Cuando hay presión de pilotaje, el cartucho se cierra y se mantiene cerrado, cortando la circulación de fluido entre la entrada y la salida de la válvula.

Con cuatro válvulas de cartucho pilotadas por una válvula direccional de cuatro vías y tres posiciones se obtiene un sistema equivalente a una válvula direccional de cuatro vías y tres posiciones.

Con una electroválvula de pequeño tamaño para el pilotaje se consigue una válvula direccional para grandes caudales.

Como se verá en el capítulo siguiente, cada uno de estos cartuchos puede, a su vez, hacer otras funciones como válvula de seguridad, reguladora de caudal, etc.

14.4  Combinación como válvulas reguladoras

14.4.1 Reguladoras de presión  

Sustituyendo la tapa de pilotaje por otra que disponga de un sistema hidráulico o mecánico de regulación de presión, se convierte la válvula de cartucho en una válvula reguladora de presión.

La figura siguiente muestra una válvula de cartucho asociada a una válvula de seguridad que controla la presión de pilotaje interno del cartucho. Así, cuando la presión en la válvula de pilotaje supera a la de taraje, ésta se abre, despresurizando la línea; esta disminución en la presión de pilotaje del cartucho hace que este se desplace, abriendo el paso de la línea de presión hacia el depósito.