Inicio > Hidráulica, mantenimiento industrial, oleohidráulica > Cuaderno de Hidráulica: Sincronización de actuadores hidráulicos

Cuaderno de Hidráulica: Sincronización de actuadores hidráulicos

Son muchas las ocasiones en las que es necesario el movimiento sincronizado de varios cilindros hidráulicos. Se entiende por movimiento sincronizado que ambos actuadores hidráulicos comiencen a moverse y se detengan exactamente en el mismo instante y que, además, lo hagan con la misma velocidad lineal. Las aplicaciones de esta técnica son múltiples, la encontramos sobre aquellos mecanismos que son accionados por más de un actuador hidráulico. Como ejemplo podemos mencionar prensas, cizallas, movimiento de plataformas, movimiento de palas en maquinaria móvil, movimiento de cubiertas retráctiles, etc. Por su parte, en la industria papelera encontramos este tipo de movimientos sincronizados a la hora de accionar compuertas, movimientos de rodillos en la sección de formación, cajas de aspiración de zona húmeda, manejo de mandriles en la enrolladora, etc.

Existen diversas alternativas a la hora de diseñar un sistema hidráulico accionado por un movimiento sincronizado. Principalmente debemos pensar en el tipo de aplicación y en el grado de precisión que necesitamos. No es lo mismo tratar de sincronizar los actuadores hidráulicos para la apertura de una compuerta de 8 m de longitud que, por ejemplo, los diversos cilindros hidráulicos de la cubierta de un polideportivo de 110 m de largo. Dependerá del grado de exactitud que necesita el mecanismo para proporcionar un movimiento suave y, por supuesto, del grado de precisión en la alineación del mecanismo. Habrá ocasiones simples en las que el movimiento sincronizado se obtendrá implementando un sistema mecánico como pueda ser un eje de giro rígido que, uniendo dos palancas, proporcionará el movimiento sincronizado de ambas. En este caso el grado de precisión y exactitud del movimiento depende de la rigidez mecánica que queramos emplear. En otras ocasiones se podrá emplear el conexionado en serie o en paralelo de los actuadores hidráulicos junto con reguladores de caudal que proporcionen el sincronismo deseado, en este caso el grado de precisión es muy bajo. Vamos a ver, en esta ocasión, el empleo de los llamados divisores rotativos de caudal. Estos dispositivos hidráulicos dividen, de forma proporcional, un caudal procedente de nuestra central hidráulica en dos o más caudales de trabajo que serán empleados para el accionamiento de dos o más actuadores hidráulicos. El grado de precisión dependerá de la forma constructiva pudiéndose alcanzar valores de hasta ±0,5%. Os muestro dos ejemplos, en cada uno de ellos se emplea un tipo distinto de divisor de caudal en función de la precisión necesaria del mecanismo accionado.

Como primer ejemplo os muestro el esquema hidráulico que proporciona el movimiento vertical de una compuerta de protección contra salpicaduras en la sección de prensas. Este movimiento se produce mediante dos cilindros hidráulicos situados a cada lado de la misma y a través de unas guías paralelas en ambos extremos. La compuerta tiene aproximadamente 9 m de longitud y el mecanismo necesita que ambos cilindros se muevan de manera sincronizada para que la compuerta no se cruce y se quede trabada, impidiendo que se produzcan daños en sistema de guiado.

Esquema hidráulico ejemplo 1

En este esquema vemos que el bloque de distribución es simple. En el armario hidráulico encontramos primeramente la válvula limitadora de presión 23PV4765 cuya función consiste en reducir la presión de nuestro sistema de elevación a 50 bar. Si por cualquier circunstancia, como por ejemplo un aumento de carga en cualquiera de los cilindros, se produce un aumento de presión, esta válvula se encarga de cerrar la alimentación primeramente y, si el aumento de presión sigue produciéndose, abre un canal directo al tanque a través de la línea T para aliviar la presión hasta que ésta posea el valor regulado de 50 bar. A continuación encontramos la válvula 23XV4765, se trata de un distribuidor 4/2, es decir, de cuatro canales y dos posiciones, accionada mediante señal eléctrica y con enclavamiento de la posición, es decir, la válvula mantiene la posición aún cuando la señal eléctrica que la ha accionado haya desaparecido y mantendrá dicha posición hasta que reciba una señal eléctrica en la bobina contraria. Esta válvula distribuidora o bien alimenta con la presión P el canal A para subir la compuerta (nótese que cuando los cilindros salen, la compuerta baja), o bien el canal B para bajarla. A continuación, aunque físicamente es lo primero que aparece montado sobre el bloque de distribución, encontramos el conjunto 23FV4765, compuesto por dos reguladores de caudal, uno para cada canal y que sirven para regular el caudal que retorna a la salida de los cilindros con la finalidad de regular la velocidad de subida y bajada de la compuerta.

Montaje físico del bloque distribuidor

Ahora fijémonos en el elemento hidráulico 23FFC4765, se trata de un divisor de caudal Power Hydraulik tipo PR 202-T. Cuando se produce señal eléctrica en la bobina a del distribuidor 4/2, el caudal de aceite suministrado, a través del canal B, hacia los actuadores hidráulicos llega hasta este dispositivo y a partir del mismo se divide en dos líneas que alimentan ambos cilindros para producir su carrera de salida y así bajar la compuerta, el aceite de retorno o salida de los cilindros (de la cámara contraria) llega a la válvula distribuidora a través del canal A y de aquí va al tanque a través del canal T. En el otro caso, cuando la válvula distribuidora está conmutada en la otra posición mediante una señal eléctrica sobre la bobina b, el caudal alimentado por el distribuidor 4/2 a través del canal A llega hasta ambos cilindros para producir la subida de la compuerta y es el aceite de retorno de ambos cilindros el que llega, en este caso, hasta el elemento 23FFC4765 integrándose ambos caudales en uno solo que avanza hasta el distribuidor a través del canal B y de aquí, a través de T, pasa al tanque hidráulico. La función del divisor de caudal consiste por tanto en dividir un caudal de aceite de entrada en dos caudales proporcionales o, como en este caso, exactamente iguales. Así, el control de marcha/paro y velocidad de los actuadores hidráulicos será exactamente el mismo para ambos, sincronizándose de esta forma su movimiento. En el sentido contrario, cuando dos caudales de aceite de entrada lleguen al dispositivo, éste sólo admitirá que pasen a través de cada módulo caudales exactamente iguales, integrándolos en un único caudal de salida.

¿Cómo funciona el divisor de caudal rotativo de engranes? Para realizar su función, el divisor de caudal rotativo de engranes está compuesto de parejas de engranajes, dispuestas de manera modular, una para cada caudal de salida, exactamente iguales a las que podemos encontrar en una bomba hidráulica de engranes. Cada pareja consta de una rueda dentada conductora (accionada mediante caudal de aceite) y una conducida. Los engranes conductores de los diversos módulos se encuentran todos unidos de manera solidaria mediante un eje, de esta forma, cada módulo es un dispositivo volumétrico que deja pasar una cierta cantidad de aceite por vuelta. Como necesariamente deben girar a la misma velocidad puesto que están unidos todos los engranes conductores, el caudal de aceite que pasa por cada módulo será exactamente el mismo, sincronizándose así la actuación de los cilindros hidráulicos.

Un módulo deldvisor de caudal

Divisor de caudal montado en el armario

Como segundo ejemplo de uso de un divisor de caudal volumétrico os voy a mostrar un curioso circuito hidráulico para el movimiento de un rodillo en la sección de formación de nuestra máquina de papel. Este movimiento es necesario cuando se efectúa el cambio de tela. Se realiza por medios hidráulicos con dos actuadores sincronizados con un divisor de caudal rotativo. Son dos las posiciones del rodillo, puede estar en posición retraída o de cambio de tela y en posición de servicio, esta última será cuando ambos cilindros hidráulicos estén fuera.

Esquema hidráulico ejemplo 2

En este caso, se ha incluido la válvula manual bloqueable 23XV3301.3 como elemento de seguridad ya que a la hora de efectuar el cambio de tela o cualquier trabajo de mantenimiento existe un riesgo cierto de atrapamiento en esta zona. En cuanto al bloque de mando o distribuidor, vemos que es similar al del ejemplo anterior, la línea de presión P pasa a través de la válvula reductora de presión en placa intermedia 23PV3301 que limita la presión del circuito a 60 bar, llega a la válvula distribuidora 4/3 23XV3301.1 accionada mediante señal eléctrica y retorno con muelles hasta la posición intermedia. Esta válvula conmuta entre las posiciones de cambio, servicio y parada. A continuación, la salida de aceite del distribuidor atraviesa las válvulas de retención desbloqueables 23GC3301.1 montadas en placa intermedia y cuya función es la de asegurar la posición del rodillo en caso de falta de energía. En el esquema hidráulico también encontramos varios elementos de control, los reguladores de caudal con válvula de retención 23FC3301.1 y 23FC3301.2 para la regulación de la velocidad de movimiento de los actuadores en ambos sentidos, el regulador de caudal 23FV3301 cuya función veremos un poco mas adelante y los antiretornos pilotados 23GC3301.2 y 23GC3301.3 que tienen como función la de asegurar el movimiento sin obstáculos hacia la posición de servicio, si uno de los cilindros se bloquea o se impide su movimiento por lo que sea, el otro quedará igualmente bloqueado ya que estas válvulas de retención necesitan un pilotaje, en este caso procedente de la línea contraria, para poder permanecer desbloqueadas.

Montaje en armario de los tres reguladores de caudal

Ahora veamos como actúa el divisor de caudal 23FFC3301 junto con la válvula 23XV3301.2. Se trata de un distribuidor de aceite rotativo de émbolos radiales Jahns tipo MT-GM1-100/100-FG. Al igual que en el ejemplo anterior, es un dispositivo volumétrico de dos etapas, unidas entre sí mediante un eje, y que suministra la misma cantidad de aceite por vuelta y por etapa. En este caso su funcionamiento es similar al de un motor de émbolos radiales en estrella.

Montaje del divisor de caudal de Jahns

Es un divisor de caudal con mucha precisión, del orden del 0,7% – 0,9%, aún así, la posición y alineación de este rodillo es muy crítica. Es necesario que el rodillo quede en la misma posición de servicio, fijo y atornillado contra sus topes mecánicos. Si esto no fuera así el buen funcionamiento de la máquina se vería afectado. Es aquí donde entra en juego la válvula 23XV3301.2, cuya función es la de hacer de by-pass del divisor de caudal rotativo al final de ambas carreras de movimiento del rodillo, tanto cuando va hacia la posición de cambio de tela como cuando se mueve hasta la posición de servicio con el fin de corregir posibles errores de sincronización de marcha. Insisto, sólo actúa al final de ambas carreras y lo hace mediante señal eléctrica en la bobina a de la válvula, así se comunican el canal P con los canales A y B de la misma. El regulador de caudal 23FV3301 simplemente actúa como limitador del caudal de aceite de “relleno”.

Es todo por el momento. Por favor, mandarme vuestros comentarios o dudas al respecto. Espero que el carácter formativo que quiero darle a este tipo de entradas os ayude a comprender mejor vuestros esquemas hidráulicos. Gracias.

Un saludo.

mecantech@gmail.com
  1. Cui
    20/03/2014 a las 18:53

    Muy explicito, para comprender mejor estos sistemas, gracias.

    • 20/03/2014 a las 20:23

      Gracias a ti por entrar y comentar. Un saludo.

  2. CHARLY
    17/06/2014 a las 23:30

    ES MUY BUENO TRANSMITIR ESTOS CONOCIMIENTOS EN HIDRAULICA,FELICIDADES.

  3. jose pinto
    09/02/2015 a las 22:27

    Y electronicamente, alguna vez lo hiciste?

    • 09/02/2015 a las 23:42

      Hola José, no…nunca. Podrías por favor explicar que materiales se utilizan y cuál es la mejor forma de implementarlo electrónicamente. Gracias

  4. Leonel López
    30/04/2015 a las 22:34

    Como podría poner a trabajar 5 cilindros hidráulicos que bajan una viga de acero que tiene unos punteros de cobre para soldar y deben todas juntarse con la barra fija para soldar.
    Si tengo valvulas parker tipo abiertas como es mejor hacerlo.
    Si no me suple explicar lo puedo repetir con tus orientaciones.
    Gracias
    Leonel López

    • 30/04/2015 a las 22:48

      Hola Leonel, ¿porqué tienes 5 cilindros?, ¿no te vale con dos más grandes?. En este último caso puedes sincronizarlos cómodamente, en el caso de que no sea poible y debas usar los cinco por estabilidad, guiado o control de la carga, puedes utilizar varios sincronizadores de caudal y una única válvula de control para todos ellos. Un saludo.

  5. Leonel Lopez
    01/05/2015 a las 14:30

    Los 5 me salian mas baratos que 2 grandes, pero al no tener mucho conocimiento del manejo al mismo tiempo de los 5, estoy pagando el aprendisaje. gracias por tus informaciones.
    otra pregunta, para los 2 o 3 divisores, tengo que poner solo una linea de entrada para los 3 diriamos y una valvula reguladora de caudal antes de la entrada a los 3.
    disculpa mi ignorancia pero estoy aprendiendo cosas que no se.
    saludos

    • 03/05/2015 a las 00:06

      Hola Leonel, eso es, una sola válvula con su regulador de caudal y que alimenta a los diversos sincronizadores de caudal. Un saludo.

  6. Leonel López
    02/05/2015 a las 06:20

    Si tengo 5 valvulas parker abiertas todas juntas en un manifold, como puedo usar varios divisores hidráulicos de flujo, ya que las valvulas están sobre el manifold y sólo tengo una entrada de la presion (P), un retorno (R) y las salidas A y B de cada valvulas, total 10
    Gracias

    • 03/05/2015 a las 00:08

      Hola, debes usar una misma válvula de control para todos ellos, es decir, calcula una válvula que sea capaz de gestionar el caudal necesario para los 5 cilindros. Un saludo.

  7. Jon
    21/05/2015 a las 12:52

    Muy buen artículo. Pero tengo una duda: ¿El divisor de caudal trabaja también como colector de caudal obligando a que los dos caudales recogidos sean iguales? Buscando en algunos Datasheet de divisores de caudal, como por ejemplo los de Jahns, hablan de que no trabajan como colector propiamente y que el divisor si es obligado, girará a la velocidad del cilindro más rapido (en caso de tener uno mayor resistencia al movimiento que otro) produciendo cavitación en la camara del divisor del cilindro que no avanza. Espero que pueda aclararme algo de esta duda. Muchas gracias!

    • 21/05/2015 a las 22:44

      Hola Jon, nunca me lo había planteado. Esos divisores que comentas los he visto trabajar sincronizando actuadores en los dos sentidos de trabajo. No sé hasta que punto puede producirse un efecto de cavitación en caso de que uno de los caudales tire del otro, supongo que el propio fabricante cuando lo indica es porque lo ha comprobado en bancos de prueba. De todas las maneras creo que son temas distintos, los divisores pueden trabajar sincronizando caudales de retorno sin mayor problema siempre y cuando las presiones sean similares para ambos actuadores, date cuenta que para que se de ese caso debes tener presión en la cámara contraria a la cámara de retorno de uno de los actuadores que conecta con el divisor y prácticamente presión 0 bar en la misma cámara del actuador contrario o una carga que tire de un actuador y no del otro, en este caso podrían aparecer presiones cercanas o por debajo de la presión de vapor del fluido y aumentar la probabilidad de aparición del efecto de la cavitación, creo que el fabricante puede referirse a ese hipotético y creo que evitable caso. En mi experiencia no he encontrado ese tipo de problema. Un saludo.

      • Jon
        21/05/2015 a las 22:55

        Muchas gracias por la respuesta! Te lo comento por que me he encontrado con un problema que me hace pensar que el problema está en el trabajo como colector del divisor de caudal. En un montaje muy similar al comentado, en este caso para abrir una tapa que es accionada por 2 cilindros, cuando todo funciona correcto no hay problemas, pero por el sitio donde está montada muchas veces la tapa se encuentra con suciedad y cachos de metal embutidos en la rodadura, lo que en ocasiones genera que uno de los cilindros presente mucha más resistencia que el otro. En el caso en el que trabaja como divisor, el divisor se encarga de mantener caudales iguales y de meter más presión al cilindro que más resistencia opone. Sin embargo, cuando trabaja como colector y se encuentra con problemas en la rodadura, la tapa tiende siempre a descuadrarse y descarrilarse. Muchas gracias de nuevo! Un placer.

      • 22/05/2015 a las 06:39

        Hola Jon, he visto un efecto parecido en un circuito con un divisor de caudal trabajando en el retorno pero el cual montaba a su vez unas válvulas de seguridad que no eran más que limitadoras de presión, ambas líneas las montaban y en caso de extrema resistencia lo que hacía era descuadrarse. Un saludo.

  8. Fran
    30/03/2016 a las 20:56

    Hola, 1ro gracias por la informacion es muy valiosa, bueno mi consulta es que necesito sincronizar 8 cilindros de simple efecto retorno por carga esto no es posible cambiar, me serviría un válvula de este tipo la 1ra para dividir 4 y 4 y luego otra para dividir una de 4 2 en 2 y así sucesivamente hasta la división final. Que me sugieres, considerar además que la carga que están sometida no es igual y aleatoria.

    • 30/03/2016 a las 22:04

      Hola Fran, perdóname pero no entiendo muy bien cuál es la idea. Te refieres a usar los cilindros como amortiguadores ¿no?, es decir, siempre están presurizados y una determinada carga los hace retroceder, ¿o te refieres a la carga del muelle? Pero el asunto es que deben retroceder sincronizados, ¿es así? Un saludo.

      • Fran
        30/03/2016 a las 22:53

        Son cilindros de simple efecto, no usan muelle, trabajan verticalmente, cuando se presurizan por la parte inferior, la punta del vastago levantan y bajan la maquina y está operación se requiere hacerlo sincronizado.
        Hoy está operación se realiza saliendo uno 1ro el de menor resistencia hasta completar los 8, produciendo daño en los vástagos.
        Se podría solucionar instalando algún tipo de estas o otras válvulas??
        Saludos. Ojalá se halla comprendido.

      • 31/03/2016 a las 22:49

        Es decir que el movimiento sincronizado tiene que ser tanto al levantar como al bajar. Sí, claro que podrías utilizar sincronizadores de caudal. Me queda duda respecto a la válvula direccional que estás utilizando para el control de los cilindros, ¿se trata de una 3/2?. Un saludo.

      • Fran
        01/04/2016 a las 04:55

        Gracias nuevamente por tu apoyo.
        Si. es con una válvula 3/2 que alimenta los 8 cilindros a la vez, debería entonces instalar una válvula de reductora presión antes de las 3/2 y luego los divisores de caudal?? Existe alguno que divida 8 a la vez.
        Saludos

      • 01/04/2016 a las 06:47

        Efectívamente, así podría ser. Creo que si, que hay sistemas para dividir para 8 y más. En el documento que cuelga de esta entrada aparecen, si no mira este enlace http://www.jahns-hydraulik.de/fileadmin/data/kat-mto-a17-sp.pdf la traducción no es excelente pero puede leerse. Tiene que haber más fabricantes, echa un vistazo por la red. Un saludo.

  1. No trackbacks yet.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s

A %d blogueros les gusta esto: