Una válvula rotativa (también llamada válvula de movimiento rotativo ) es un tipo de válvula en la que la rotación de un paso o pasos en un tapón transversal regula el flujo de líquido o gas a través de las tuberías conectadas. [1] La llave de paso común es la forma más simple de válvula rotativa. Las válvulas rotativas se han aplicado en numerosas aplicaciones, entre ellas:
En el contexto de los instrumentos de viento metal , las válvulas rotativas se encuentran en trompas , trompetas , trombones , fliscornos y tubas . La corneta se derivó de la trompa de posta , al aplicarle válvulas rotativas en la década de 1820 en Francia. [3] Una alternativa a una trompeta de válvula rotativa sería la trompeta de válvula de pistón . [4] Muchos trompetistas europeos tienden a preferir las válvulas rotativas. [ cita requerida ]
Las válvulas de conexión del trombón en F suelen ser rotativas, aunque también se utilizan algunas variaciones del diseño básico, como la válvula de flujo axial Thayer y la válvula Hagmann .
La válvula rotatoria fue aplicada por primera vez al cuerno en 1824 por Nathan Adams (1783-1864) de Boston y patentada en 1835 por Joseph Riedl. [5]
Las válvulas rotativas para la fabricación industrial se utilizan a menudo en la manipulación de materiales a granel, la recolección de polvo o los sistemas de transporte neumático, según la aplicación. La válvula se utiliza para regular el flujo de un producto o material manteniendo un caudal constante adecuado al proceso. El control del flujo de material ayuda a evitar problemas como atascos, fugas de material y daños en la propia válvula. [6] Las aplicaciones típicas son para alimentar una tolva pesada o para alimentar un molino que puede obstruirse con el producto.
Las válvulas son parte del proceso de intercambio de materiales y funcionan en aplicaciones de medición o alimentación, funcionan como esclusas de aire rotativas o proporcionan una combinación de funciones de esclusa de aire y medición.
En la industria farmacéutica, química y alimentaria, las válvulas rotativas se utilizan para dosificar y dosificar productos sólidos a granel en los procesos. Las válvulas también se utilizan habitualmente en la construcción, los plásticos, el reciclaje, la agricultura y la silvicultura, o en cualquier lugar donde sea necesario transportar material de un punto a otro de forma segura y eficiente.
Una válvula rotativa tipo esclusa de aire recibe y dispensa material de dos cámaras con diferentes niveles de presión. Sella el flujo de aire entre la entrada y la salida de la válvula para mantener un diferencial de presión constante, lo que promueve un flujo de material eficiente. La cámara presurizada de la válvula evita que el material extraño se infiltre en la carcasa y evita que el material transportado escape del sistema. [7]
Hagerty Media publicó un artículo que explica los beneficios básicos de las válvulas rotativas en los motores de combustión interna aquí: enlace
El motor de combustión de válvulas rotativas posee varias ventajas significativas sobre los conjuntos convencionales, incluyendo relaciones de compresión y rpm significativamente más altas, lo que significa más potencia, una culata mucho más compacta y liviana y una complejidad reducida, lo que significa mayor confiabilidad y menor costo. Como la admisión y el escape generalmente se combinan, se debe prestar especial atención a la refrigeración de las válvulas para evitar el golpeteo del motor .
Las válvulas rotativas se han utilizado en varios diseños de motores diferentes. En Gran Bretaña, la National Engine Company Ltd promocionó su motor de válvula rotativa para su uso en los primeros aviones, en una época en la que las válvulas de asiento eran propensas a fallar por atascamiento o quema. [8]
A finales de la década de 1930, Frank Aspin desarrolló un diseño con una válvula rotativa que giraba sobre el mismo eje que el orificio del cilindro, pero con un éxito limitado. [9]
La empresa estadounidense Coates International Ltd ha desarrollado una válvula rotativa esférica para motores de combustión interna que sustituye al sistema de válvulas de asiento . Este diseño particular es de cuatro tiempos, con válvulas rotativas accionadas por ejes en cabeza en lugar de árboles de levas en cabeza (es decir, en línea con una bancada de cilindros). La primera venta de un motor de este tipo fue parte de un motor-generador de gas natural . [10]
Las válvulas rotativas son potencialmente muy adecuadas para motores de altas revoluciones, como los que se utilizan en los coches deportivos de competición y los coches de carreras de F1 , en los que las válvulas de asiento tradicionales con muelles pueden fallar debido a la flotación de la válvula y la resonancia del muelle y donde el mecanismo de válvulas desmodrómicas es demasiado pesado, de gran tamaño y demasiado complejo para cronometrar y diseñar correctamente. Las válvulas rotativas podrían permitir un diseño de culata más compacto y ligero. Giran a la mitad de la velocidad del motor (o un cuarto) y carecen de las fuerzas de inercia de los mecanismos de válvulas recíprocas. Esto permite velocidades del motor más altas, ofreciendo aproximadamente quizás un 10% más de potencia. El motor MGN W12 F1 de la década de 1980 usaba válvulas rotativas pero nunca compitió. Entre 2002 y 2004, el desarrollador australiano Bishop Innovation y Mercedes-Ilmor probaron válvulas rotativas para un motor F1 V10. [11]
La patente de Bishop Innovations para el motor de válvulas rotativas fue adquirida por BRV Pty Ltd, propiedad de Tony Wallis, uno de los diseñadores originales de las válvulas. BRV ha construido varios motores funcionales utilizando la tecnología de válvulas rotativas, como una Honda CRF 450 , que tenía un mayor par motor tanto a bajas (un aumento del 17 %) como a altas (un aumento del 9 %), y también producía más potencia de freno hasta alrededor de un 30 % más a velocidades funcionales del motor. [11] El motor también era considerablemente más pequeño y ligero, ya que el conjunto de la culata no era tan grande.
En 2005, una empresa del Reino Unido llamada Roton Engine Developments hizo algunos avances con un motor de motocicleta Husaberg monocilíndrico de dos rotores (uno para la admisión y otro para el escape). Presentaron patentes y consiguieron que funcionara un ejemplar en 2006, pero recibieron el apoyo de MG Rover, que posteriormente quebró, dejando a Roton sin fondos suficientes para continuar. Los diseños aparecieron algunos años más tarde en Australia con Engine Developments Australia Pty Ltd. En 2013 se produjo un prototipo de fundición en una unidad bicilíndrica paralela Kawasaki Ninja 300. Esta unidad todavía está en fase de desarrollo en el momento de escribir este artículo, pero es importante porque tiene el potencial de funcionar con relaciones de compresión mucho más altas que incluso otros motores de válvulas rotativas debido a un nuevo método de refrigeración significativo pero no revelado de la cámara de combustión y la capacidad de eliminar el acelerador por completo, lo que lo hace mucho más económico a velocidades de motor más bajas, según se afirma.
En 1989, el difunto Ralph Ogden Watson, de Auckland (Nueva Zelanda), construyó un motor de válvulas rotativas para automóviles que demostró ser completamente exitoso. El automóvil ha recorrido muchos kilómetros sin problemas desde esa fecha y sigue en uso. [12] [13] El éxito se logró como resultado del enfoque académico de Watson sobre el problema del sellado, su estudio de diseños anteriores y su particular combinación de conocimiento de materiales, habilidades de mecanizado, experiencia con motores, perseverancia y expectativas realistas. No se utilizaron materiales nuevos o recién disponibles. Los detalles completos del desarrollo del automóvil y el motor aparecen en el libro "Ralph Watson Special Engineer", publicado por primera vez en 2004, ISBN O-476-01371-2 y disponible de forma gratuita y fácil de buscar en Internet a partir de 2020. El automóvil es actualmente propiedad de Ray Ferner.
Las desventajas de las válvulas rotativas en el pasado se debían a la alta fricción o al rendimiento de sellado. Durante más de 100 años, los inventores han intentado crear un sistema de sellado que pueda soportar las altas temperaturas de combustión y la expansión térmica relacionada de los diversos sellos y válvulas rotativas. Esta expansión de la válvula provoca una desalineación en la interfaz válvula-sello a medida que un motor pasa de la temperatura ambiente a la temperatura de funcionamiento completa. Si los sellos se presionan contra la válvula con mayor presión para adaptarse a esta expansión, se produce una alta fricción y pérdida de potencia, además de altos índices de desgaste. [14]
Una empresa estadounidense llamada VAZTEC ha creado un sistema de sellado de válvula rotativa compatible que resuelve los problemas de fricción y sellado de los diseños anteriores. [15] Han construido diez prototipos de motores, desde un V-8 de 5,3 L hasta un cuatro tiempos portátil de 28 cc. VAZTEC también ha construido un exitoso motor diésel que contenía las altas presiones de compresión de un motor de encendido por compresión (relación de compresión de 20:1, presión de combustión de 100 bar). Están trabajando con varios fabricantes de equipos originales para comercializar su diseño. [16] Varias patentes cubren el sello compatible, incluida la patente estadounidense 9.903.239. Se puede ver un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) de la válvula rotativa VAZTEC en este enlace.
En los motores de dos tiempos de motocicletas se utiliza una válvula rotativa en forma de disco plano, también conocida como válvula de disco, donde la disposición ayuda a evitar el flujo inverso hacia el puerto de admisión durante la carrera de compresión. El fabricante de motores austríaco Rotax utilizó válvulas de admisión rotativas en su diseño de motor de dos tiempos Rotax 532 de 64 hp (48 kW), ahora fuera de producción , y continúa utilizando válvulas de admisión rotativas en el sucesor del 532, el Rotax 582 de 64 hp (48 kW) de producción actual . [17]
La empresa británica RCV Engines Ltd utiliza tecnología de camisa de cilindro rotativa como una forma especializada de válvula rotativa en algunos de sus motores de cuatro tiempos y en su línea de motores pequeños. [18] [19] RCV también utiliza válvulas rotativas horizontales y verticales en motores de cuatro tiempos en su gama actual de motores. [20]
RCV ha desarrollado un motor de 125 cc con camisa de cilindro rotativa, que incorpora una válvula rotativa en la camisa del cilindro, para aplicaciones de scooter. PGO Scooters de Taiwán estuvo trabajando con RCV en el desarrollo del motor para sus aplicaciones. [21]
La Suzuki RG500 "Gamma" estaba equipada con un motor de cuatro cilindros en línea, de dos tiempos, con válvulas rotativas y cigüeñal doble, que tenía una cilindrada de 498 centímetros cúbicos y una potencia de 93,7 caballos de fuerza (69,9 kW) a 9.500 rpm.
Las válvulas rotativas se utilizan para cargar muestras en columnas utilizadas para cromatografía líquida o de gases. Las válvulas utilizadas en estos métodos suelen ser válvulas rotativas de 6 puertos y 2 posiciones.