Válvula de impacto

Una válvula de control de presión es una válvula dentro de un motor de pistón , utilizada para controlar la admisión del fluido de trabajo . ^{[ 1 ]} Son válvulas de accionamiento directo, operadas por contacto entre el pistón y la punta de la válvula.

Las válvulas de descarga tienen la ventaja de una gran simplicidad, tanto en su fabricación como en su funcionamiento. Sus desventajas radican en que sus tiempos de apertura y cierre se controlan de forma relativamente imprecisa, en comparación con otros tipos de mecanismos de distribución .

La válvula suele ser de tipo asiento circular con base cónica, insertada en el cilindro desde el exterior. Una protuberancia en el interior es golpeada por el pistón al acercarse al punto muerto superior , lo que fuerza la apertura de la válvula.

Las válvulas de descarga suelen mantenerse cerradas por la presión del fluido en el depósito situado detrás de ellas. Pueden tener un pequeño resorte que facilita el cierre cuando el depósito está vacío. Por esta razón, se utilizan como válvulas de admisión, no de escape. En una válvula de descarga de escape, tanto la presión del cilindro como la actuación del pistón actuarían para abrirla, sin ningún mecanismo que la cerrara. ^{[ 2 ]}

Las válvulas de descarga no se utilizan ampliamente en las máquinas de vapor , aunque se conocen. La mayoría de los ejemplos se aplicaron a algún tipo de máquina de vapor de flujo unidireccional ; a diferencia de las máquinas más comunes con válvulas de corredera y de pistón, que tienen puertos de flujo bidireccional, las máquinas de flujo unidireccional utilizan puertos de entrada en los extremos de los cilindros y un escape cerca del centro.

Aunque el tiempo de apertura de una válvula de descarga es fijo, se controla de forma imprecisa y siempre ocurre cerca del punto muerto superior, esto no representa una desventaja importante para una máquina de vapor. Un requisito más importante es la capacidad de controlar con precisión el tiempo de cierre de la válvula y que su duración sea ajustable para "accionar" la máquina según la carga variable. Algunos diseños de máquinas de flujo unidireccional han utilizado una válvula combinada mecánica y electromagnética para lograr esto. La válvula se abre mecánicamente y luego se mantiene en su lugar mediante un electroimán . Esto requiere menos energía eléctrica para simplemente mantener la válvula abierta que para abrirla. Sturtevant obtuvo una patente para una máquina de este tipo en 1968. ^{[ 3 ]}

Esta misma idea se ha recuperado recientemente como característica principal de una máquina de vapor de flujo unidireccional avanzada . En esta máquina, también se utiliza una segunda válvula para la evacuación de gases en la última parte del ciclo, aunque esta se cierra a presión en lugar de abrirse.

Las válvulas de descarga también se han utilizado para la conversión improvisada de pequeños motores de gasolina comunes , como los de las cortadoras de césped , en máquinas de vapor para aficionados. El orificio de montaje de la bujía del motor de gasolina original se utiliza como ubicación para una nueva válvula de descarga accionada por pistón, junto con la válvula de escape original. El rendimiento y la eficiencia no son una necesidad en este tipo de proyectos. ^{[ 1 ]}

Una aplicación exitosa de las válvulas de descarga ha sido en los motores neumáticos . Debido a las características de la energía neumática de aire comprimido , su simplicidad es valiosa y sus ineficiencias con otros fluidos son menos importantes.

El aire comprimido se suministra frío al motor. ^{[ nota 1 ]} La energía se representa únicamente por la presión del aire, no, a diferencia del vapor, por la combinación de presión y temperatura. El funcionamiento eficiente de una máquina de vapor depende de la expansión del vapor durante la carrera del pistón, lo cual depende de una sincronización precisa de las válvulas y un cierre temprano de las mismas. Durante la fase de expansión del vapor, este no se expande de forma isotérmica simple , sino adiabáticamente , ya que gran parte de la energía se suministra en forma de calor en lugar de presión.

El motor de aire comprimido es termodinámicamente más simple. Utiliza una expansión isotérmica simple. ^{[ nota 2 ]} Esto significa que la expansión es menos importante, por lo que los tiempos de las válvulas son más largos y menos cruciales, y una válvula simple puede ser suficiente.

Para proporcionar tiempos de apertura prolongados, la válvula de descarga suele incorporar algún tipo de mecanismo de taqué . En lugar de una válvula que se mantiene abierta directamente por el pistón, esta se convierte en una válvula de doble efecto: se abre con el impacto del pistón en un extremo de la carrera y se cierra con un nuevo impacto en el otro extremo. El taqué y la válvula suelen estar separados, lo que permite que la válvula permanezca en una posición completamente abierta y bien definida durante toda la carrera; sin embargo, el pistón ejerce presión sobre el taqué.

Cuando se produce un movimiento alternativo, como en una perforadora de roca , la válvula puede accionarse por la inercia del bastidor o por el movimiento del pistón. A medida que el pistón se mueve hacia adelante y hacia atrás, impacta un pequeño taqué, que a su vez mueve la válvula de aire y, por lo tanto, invierte el flujo de aire hacia el pistón. ^{[ 4 ]} Una variante de esto, la válvula de taqué de arco, fue una característica importante de la perforadora de roca Ingersoll , la primera perforadora de roca de aire comprimido exitosa para su uso en minería y construcción de túneles. ^{[ 4 ]} Esta utilizaba una válvula que giraba en un ligero arco, en lugar de deslizarse. La válvula era de doble efecto, controlando el suministro de aire tanto para la carrera de potencia como para la de retorno. La innovación que hizo que esta válvula fuera tan fiable y, por ende, exitosa, fue un taqué independiente que era accionado por el pistón al pasar a la mitad de la carrera, en lugar de ser golpeado por un impacto directo y brusco del pistón. La actuación a mitad de carrera también abría los conductos de la válvula antes, antes del punto muerto superior, permitiendo la entrada de aire que proporcionaba un efecto de amortiguación. Esto mejoró aún más el funcionamiento del taladro, proporcionando un potente golpe al pistón de trabajo y a la varilla de perforación, pero con un menor daño al armazón del taladro. ^{[ 4 ]}

En este tipo de motores no se utilizan válvulas de descarga. Las presiones máximas en los cilindros de un motor de ciclo Otto son demasiado altas para que una válvula de este tipo permanezca en su asiento.

Las válvulas de descarga también se utilizan en situaciones de "disparo único", donde una válvula se abre una vez y permanece abierta hasta que se libera el contenido de un recipiente a presión . Este tipo de válvulas se utilizan en algunos extintores y rifles de aire comprimido precargados .

Estas válvulas están dispuestas de tal manera que, una vez levantadas de su asiento, la presión debajo de la válvula es suficiente para mantenerla abierta hasta que se vacía el depósito de presión. Posteriormente, la válvula se cierra mediante un resorte ligero.

• Engranaje de válvulas