Una válvula rotativa (también llamada válvula de movimiento giratorio ) es un tipo de válvula en la que la rotación de un pasaje o pasajes en un tapón transversal regula el flujo de líquido o gas a través de las tuberías adjuntas. [1] La llave de paso común es la forma más simple de válvula rotativa. Las válvulas rotativas se han utilizado en numerosas aplicaciones, entre ellas:
En el contexto de los instrumentos de metal , las válvulas rotativas se encuentran en trompas , trompetas , trombones , fliscornos y tubas . La corneta derivó del posthorn , aplicándole válvulas rotativas en la década de 1820 en Francia. [3] Una alternativa a una trompeta de válvula rotativa sería una trompeta de válvula de pistón . [4] Muchos trompetistas europeos tienden a preferir las válvulas rotativas. [ cita necesaria ]
Las válvulas de fijación para trombón F suelen ser rotativas, y también se utilizan varias variaciones del diseño básico, como la válvula de flujo axial Thayer y la válvula Hagmann .
La válvula rotativa fue aplicada por primera vez a la bocina 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 sistemas de manipulación de materiales a granel, recolección de polvo o 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. Controlar el flujo de material ayuda a prevenir problemas como atascos, fugas de material y daños a 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 giratorias o proporcionan una combinación de funciones de esclusa de aire y medición.
En la industria farmacéutica, química y alimentaria se utiliza una válvula rotativa para dosificar y alimentar productos sólidos a granel dentro de los procesos. Las válvulas también se utilizan habitualmente en la construcción, los plásticos, el reciclaje, la agricultura y la silvicultura, o donde sea necesario transportar material de forma segura y eficiente de un punto a otro.
Una válvula rotativa tipo esclusa de aire recibe y dispensa material desde dos cámaras con diferentes niveles de presión. Sellan 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 material extraño se infiltre en la carcasa y evita que el material transportado escape del sistema. [7]
El motor de combustión de válvulas rotativas posee varias ventajas significativas sobre los conjuntos convencionales, incluidas 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 suelen estar combinados, se debe prestar especial atención al enfriamiento de las válvulas para evitar que el motor golpee .
Las válvulas rotativas se han utilizado en varios diseños de motores diferentes. En Gran Bretaña, la National Engine Company Ltd anunció 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 al pegarse o quemarse. [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 diámetro interior 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 válvula de asiento . Este diseño particular es de cuatro tiempos, con válvulas rotativas operadas por ejes en cabeza en lugar de árboles de levas en cabeza (es decir, en línea con un banco 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 utilizados en los coches deportivos de carreras y en los coches de carreras de F1 , en los que las válvulas de asiento tradicionales con resortes pueden fallar debido al flotador de la válvula y la resonancia del resorte y donde el engranaje de válvulas desmodrómicas es demasiado pesado. de gran tamaño y demasiado complejo para cronometrar y diseñar adecuadamente. Las válvulas rotativas podrían permitir un diseño de culata más compacto y liviano. Giran a la mitad de la velocidad del motor (o un cuarto) y carecen de las fuerzas de inercia de los mecanismos de válvulas alternativas. 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 corrió. 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 válvula rotativa fue comprada 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 válvula rotativa, como un Honda CRF 450 , que tenía un par mayor tanto a velocidades bajas (aumento del 17 %) como altas (aumento del 9 %), y también producía más caballos de fuerza de frenado hasta aproximadamente 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.
Una empresa del Reino Unido llamada Roton Engine Developments logró algunos avances en 2005 con un motor de motocicleta Husaberg monocilíndrico de dos rotores (uno para la entrada y otro para el escape). Solicitaron patentes y pusieron en funcionamiento un ejemplar en 2006, pero contaron con el respaldo de MG Rover , que posteriormente quebró, dejando a Roton sin fondos suficientes para continuar. Los diseños surgieron algunos años más tarde en Australia con Engine Developments Australia Pty Ltd. En 2013 se produjo un prototipo de fundición en una unidad gemela paralela Kawasaki Ninja 300 . Esta unidad todavía está en fase de desarrollo al momento de escribir este artículo, pero es importante ya que tiene el potencial de ejecutar relaciones de compresión mucho más altas que incluso otros motores de válvulas rotativas debido a un nuevo método de enfriamiento significativo pero no revelado de la cámara de combustión y la capacidad de eliminar acelera completamente, lo que lo hace mucho más económico a velocidades más bajas, según se afirma.
El difunto Ralph Ogden Watson de Auckland, Nueva Zelanda, construyó en 1989 un motor de válvula rotativa para automóviles de eficacia comprobada. El automóvil ha recorrido muchas millas sin problemas desde esa fecha y sigue en uso. [12] [13] El éxito se logró como resultado del enfoque académico de Watson al 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 disponibles recientemente. 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 con fácil búsqueda en Internet a partir de 2020. actualmente propiedad de Ray Ferner.
Una válvula rotativa en forma de disco plano, también conocida como válvula de disco, se utiliza en motores de motocicletas de dos tiempos , donde la disposición ayuda a evitar el flujo inverso que regresa al puerto de admisión durante la carrera de compresión. El fabricante austriaco de motores 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 usando válvulas de admisión rotativas en el sucesor del 532, el motor de producción actual de 64 hp (48 kW). ) Rotax 582 . [14]
La empresa británica RCV Engines Ltd utiliza la tecnología de camisas de cilindros giratorias como una forma especializada de válvula rotativa en algunos de sus modelos de motores de cuatro tiempos y de su gama de motores pequeños. [15] [16] RCV también utiliza válvulas rotativas horizontales y verticales en motores de cuatro tiempos en su gama actual de motores. [17]
RCV ha desarrollado un motor con camisa de cilindro giratoria de 125 cc, que incorpora una válvula giratoria en la camisa de cilindro, para aplicaciones de scooter. PGO Scooters de Taiwán estaba trabajando con RCV en el desarrollo del motor para sus aplicaciones. [18]
El Suzuki RG500 "Gamma" estaba propulsado por un motor de dos tiempos, válvula rotativa, doble manivela y cuatro cuadrados que desplazaba 498 centímetros cúbicos. La potencia de salida era de 93,7 caballos de fuerza al freno (69,9 kW) a 9.500 RPM.
Las válvulas rotativas se utilizan para cargar muestras en columnas utilizadas para cromatografía de líquidos o gases. Las válvulas utilizadas en estos métodos suelen ser válvulas rotativas de 6 puertos y 2 posiciones.