Una válvula de impacto es una válvula dentro de un motor de pistón , utilizada para controlar la admisión del fluido de trabajo . [1] Son válvulas accionadas directamente, operadas por contacto entre el pistón y la punta de la válvula.
Las válvulas Bash tienen la ventaja de una gran simplicidad en su fabricación y funcionamiento. Sus desventajas son que sus tiempos de apertura y cierre son controlados de forma relativamente rudimentaria, en comparación con otros tipos de mecanismos de válvulas .
La válvula suele estar construida como una válvula de asiento circular con un asiento cónico que se inserta en el cilindro desde el exterior. El pistón golpea una protuberancia en el interior cuando se acerca al punto muerto superior , lo que fuerza la apertura de la válvula.
Las válvulas de descarga normalmente se mantienen cerradas por la presión del fluido en el depósito que se encuentra detrás de ellas. Puede haber un resorte ligero para ayudar a cerrarlas cuando el depósito está vacío. Por este motivo, se utilizan como válvulas de entrada, no de escape. Una válvula de descarga de escape tendría la presión del cilindro y el accionamiento del pistón actuando para abrirla, sin nada que la cierre.
Las válvulas de impacto 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 único ; a diferencia de las máquinas de válvulas de corredera y de pistón más comunes con sus puertos de flujo bidireccional, las máquinas de flujo único utilizan puertos de entrada en los extremos del cilindro y un escape cerca del centro.
Aunque el tiempo de apertura de una válvula bash es fijo, se controla de forma imprecisa y siempre se produce cerca del punto muerto superior, esto no es un inconveniente 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 motores de flujo único han utilizado una válvula mecánica y electromagnética combinadas para hacer esto. La válvula se abre mecánicamente y luego se sujeta mediante un electroimán . Esto requiere menos energía eléctrica simplemente para sujetar la válvula que para abrirla. En 1968, Sturtevant obtuvo una patente para un motor de este tipo. [2]
La misma idea ha sido recientemente recuperada como característica principal de una máquina de vapor Uniflow avanzada. En esta máquina, también se utiliza una segunda válvula para fines de escape en la última parte del ciclo, aunque esta se cierra con un golpe en lugar de abrirse.
Las válvulas de protección también se han utilizado para la conversión ad hoc de pequeños motores de gasolina comunes , como cortadoras de césped , en motores 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 protección accionada por pistón, junto con la válvula de escape original. El rendimiento y la eficiencia no son una necesidad en tales proyectos. [1]
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Una aplicación exitosa de las válvulas bash ha sido en los motores neumáticos . Debido a las características de la energía neumática del 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 está representada únicamente por la presión del aire y 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, que depende de una sincronización precisa de las válvulas y de un cierre temprano de las mismas. Durante la fase de expansión, el vapor no se expande de manera isotérmica simple , sino que lo hace de manera adiabática , y gran parte de la energía se suministra como 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, los tiempos de las válvulas son más largos y menos cruciales, por lo que una válvula simple puede ser suficiente.
Para proporcionar tiempos de apertura prolongados, la válvula bash normalmente incorpora algún tipo de mecanismo de taqué . En lugar de una válvula que se mantiene abierta directamente por el pistón, la válvula se convierte en una válvula de doble efecto y se abre por el impacto del pistón en un extremo de la carrera y se cierra por otro impacto en el otro extremo de la carrera. El taqué y la válvula suelen estar separados, lo que permite que la válvula permanezca en una posición completamente abierta bien definida durante toda la carrera, sin embargo, el pistón hace rebotar el taqué.
Cuando se produce una acción recíproca, como en el caso de un taladro de roca , la válvula puede ser accionada por la inercia del marco o por el movimiento del pistón de trabajo. A medida que el pistón golpea 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. [3] Una forma de esto, la válvula de taqué de arco, fue una característica importante del taladro de roca Ingersoll , el primer taladro de roca de aire comprimido exitoso para su uso en minería y túneles. [3] Este utilizaba una válvula que giraba en un ligero arco, en lugar de deslizarse. La válvula era de doble acción, controlando el suministro de aire tanto para la potencia como para la carrera de retorno. La innovación que hizo que esta válvula fuera tan confiable, y por lo tanto exitosa, fue un taqué separado que era accionado por el pistón al pasar en la mitad de la carrera, en lugar de ser golpeado por un impacto directo sacudido del pistón. El accionamiento a mitad de la carrera también abría los conductos de la válvula antes, antes del punto muerto superior, lo que permitía la entrada de aire que proporcionaba un efecto de amortiguación. Esto mejoró aún más la acción del taladro, proporcionando un golpe potente al pistón de trabajo y a la varilla de perforación, pero con un martilleo menos dañino para el marco del taladro. [3]
En estos motores no se utilizan válvulas de descarga, ya que 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 Bash también se utilizan en situaciones de "disparo único", en las que una válvula se abre una vez y permanece abierta hasta que se libera el contenido de un recipiente a presión . Estas 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 que hay debajo de ellas es suficiente para mantener la válvula elevada y, por lo tanto, permanece abierta hasta que el depósito de presión se vacía. A continuación, la válvula se cierra mediante un resorte ligero.