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Centro América y CaribeJack Weeks, GPM Consultoría Hidráulica. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América
Los divisores de flujo son componentes comunes en los sistemas hidráulicos. Se utilizan siempre que sea importante entregar el mismo caudal a dos o más actuadores o conjuntos de actuadores en serie. Hay dos tipos de divisores de flujo: el de tipo motor y el de tipo orificio. Este artículo se centrará en el de tipo motor, como se muestra en la figura 1.
Tipo de motor
El de tipo motor se compone de dos o más motores (generalmente motores de engranajes) que comparten un mismo eje. Hay una sola entrada compartida por los motores y una salida para cada uno. El símbolo hidráulico se puede ver en la Figura 2.
Si un divisor de flujo tiene dos motores, cada uno con la misma cilindrada, se denomina divisor de flujo 50-50, ya que entrega a cada motor la mitad del flujo que entra. Sin embargo, este tipo de divisor de flujo puede configurarse con tantos motores como sea necesario, y el desplazamiento de cada motor puede ser diferente.
Por ejemplo, si un motor tiene una cilindrada tres veces mayor que la del segundo motor, se denominaría divisor de flujo 75-25. Se puede diseñar cualquier combinación, pero las más comunes son aquellas con motores de igual cilindrada por lo que el caudal de entrada se reparte por igual entre cada salida a los actuadores. Si los actuadores también tienen el mismo desplazamiento, esto asegurará que todos se muevan a la misma velocidad.
El problema con los divisores de flujo es que incluso los actuadores nuevos desviarán diferentes cantidades de flujo a cada motor. Independientemente de cuán minúscula pueda ser esta diferencia en el desvío, los actuadores pueden estar significativamente desincronizados después de solo una pequeña cantidad de ciclos de la máquina debido a la extrema estanqueidad del divisor de flujo. Aquí es donde entran en juego los ajustes.
Válvulas de alivio de puerto cruzado
Los ajustes se realizan a través de válvulas de alivio de puerto cruzado. Mucha gente asume que el propósito de estas válvulas es absorber los impactos. Si bien de hecho absorberán los impactos, su propósito principal es permitir cierto deslizamiento para mantener que los actuadores se muevan de forma sincronizada.
Cuando el actuador que se desvía en menor cantidad alcanza su límite de carrera, el actuador que se desvía un poco más no llegará a su límite. Cuando se cuenta con válvulas de alivio de puerto cruzado, se puede acumular presión en la línea del actuador que ha llegado al final de su carrera hasta que se abre la puerto cruzadota. Luego, el flujo puede continuar hacia el actuador más lento y permitir que alcance su límite.
Muchos divisores de flujo vienen con válvulas de alivio de puerto cruzado incorporadas, pero algunos no. Si los actuadores están conectados mecánicamente, generalmente es recomendable comprar un divisor de flujo con válvulas de alivio de puerto cruzado incorporadas o agregar un juego de puertos cruzados al conjunto.
Mientras hablaba en una conferencia hace unos años, conocí a una mujer del Departamento de Transporte (DOT, por sus siglas en inglés). Al concluir mi presentación, ella se presentó y dijo que había asistido a la conferencia con la esperanza de encontrar a alguien que pudiera ofrecer algún consejo sobre una rampa para transbordadores que se había instalado recientemente. Dado que mi tema incluía la resolución de problemas hidráulicos, pensó que podría ayudar.
La rampa del transbordador era un sistema hidráulico relativamente simple pero de un diseño bastante único y costoso. Se montaron dos enormes cilindros en el fondo del océano para subir y bajar la rampa. Dado que los buzos tuvieron que instalar los cilindros, cada uno de los cilindros costó más de US $ 1 millón de dólares.
Después de la instalación, la rampa del transbordador funcionó muy bien. La rampa se levantaría, el transbordador se movería debajo de ella y luego la rampa descendería sobre el transbordador para que los vehículos pudieran subir a bordo. Una vez que se cargó el ferry, se levantó la rampa y el ferry se dirigió a la isla.
Después de solo un par de meses, se observó una vibración significativa. En poco tiempo, la rampa tuvo que cerrarse por temor a que la infraestructura mecánica se dañara porque giraba hacia un lado. Se hicieron planes para reemplazar uno de los cilindros de un millón de dólares después de solo unos meses de funcionamiento.
La representante del DOT ahora me preguntaba si tenía alguna idea de algo más que pudiera estar causando la vibración. Acepté ayudar y le pregunté si podía proporcionarme algunos esquemas del sistema. Ella me envió por correo electrónico un archivo con el esquema.
El diseño mostraba lo que esperaba. Aguas abajo de la fuente de alimentación y la válvula direccional de cuatro vías, se mostraban un divisor de flujo y dos cilindros, similares a la ilustración de la figura 4.
Lo que no vi en el esquema fue un conjunto de válvulas de alivio de puerto cruzado en el divisor de flujo. A menudo, las válvulas de alivio de puerto cruzado pueden no estar dibujadas en el esquema aunque estén instaladas, así que le pedí que verificara su presencia. Resultó que se habían omitido los puertos cruzados del sistema y la pequeña diferencia en la derivación del cilindro los había dejado fuera de sincronía.
Recomendé instalar un conjunto de puertos cruzados para que cuando el primer cilindro llegara al final de su recorrido, el puerto cruzado asociado se abriera y permitiera que el segundo cilindro completara su recorrido antes de detener el movimiento de la rampa, como se ilustra en la figura 5.
Una vez que se agregaron las válvulas de alivio de puerto cruzado, los cilindros se sincronizaron y cesaron todas las vibraciones. Se evitó un reemplazo de cilindros de un millón de dólares al instalar un juego de puertos cruzados de US $200 dólares.
Precauciones y recomendaciones
Si los puertos cruzados están integrados en el divisor de flujo, es probable que vengan ajustados de fábrica. Esto funcionará bien para la mayoría de las aplicaciones, pero es posible que no respondan tan bien como le gustaría. El daño del actuador también es posible a altas presiones porque los divisores de flujo tienden a amplificar la presión hacia un lado.
Por lo general, cuando el divisor de flujo y los puertos cruzados son parte del diseño original, se proporcionará su configuración recomendada. A falta de especificaciones del diseñador, recomiendo que las válvulas de alivio de puerto cruzado se ajusten aproximadamente a 200-400 libras por pulgada cuadrada por encima de la presión requerida para mover la carga más pesada en cada salida del divisor de flujo.