¿Estás proyectando un sistema de elevación hidráulico y quieres evitar problemas de sincronización entre los cilindros? En este artículo analizamos un caso real que nos ha presentado un cliente y que pone de relieve un aspecto particular, a menudo subestimado de quien los diseña: la configuración de los volúmenes de las cámaras de los cilindros del divisor de caudal.
Veamos por qué puede causar el error de sincronización de los cilindros y cómo evitarlo.
La configuración elegida: circuito master-slave y MIA-FD de 2 elementos
El cliente – una empresa que opera en el sector de fabricación de equipos mecánicos y máquinas de elevación – estaba diseñando una plataforma de 4 columnas para la elevación de vehículos pesados equipada con 4 cilindros hidráulicos.
- 2 cilindros anteriores: 1A (izquierda) y 1B (derecha)
- 2 cilindros posteriores: 2A (izquierda) y 2B (derecha)
Las condiciones de trabajo eran las siguientes:
- Alrededor del 80% de la carga recaía sobre los cilindros anteriores
- Alrededor del 20% de la carga recaía sobre los cilindros posteriores
- Se preveían alrededor de 150 ciclos de trabajos diarios
- Era necesario que la plataforma permaneciera perfectamente nivelada al final de cada ciclo (ascenso y descenso)
No requería una precisión total durante el movimiento, pero la plataforma debía permanecer lo suficientemente nivelada en todo momento.
MIA-FD de 2 elementos
Para el control de los cilindros se escoió un divisor de caudal MIA-FD (Manifold Instantaneous Auto-compensating Flow Divider) de 2 elementos (modelo MVA0218), configurado de la siguiente manera:
- Salida 1: cilindros del lado izquierdo (1A + 2A)
- Salida 2: cilindros del lado derecho (1B + 2B)
- Fuente de presión (bomba hidráulica): 2800 psi (~ 190 atm) constante
El cliente había optado por un MIA-FD de Vivoil, ya que resulta especialmente adecuado para las aplicaciones de este tipo. De hecho, es capaz de compensar las diferencias de carga de los actuadores, y distribuir y alimentar distintas ramificaciones de un circuito con caudales constantes e independientes: una característica muy útil para la elevación de objetos de peso variable que deben mantenerse alineados.
La versión elegida por el cliente (MVA – divisor estándar) no incluía la válvula de control de presión ni el regulador de caudal unidireccional para el control de la fase de reunificación, características que sí están implementadas en la versión MVE.
Circuito de tipo master-slave
El circuito adoptado por el cliente era de tipo master-slave. Una configuración en la que con un único aporte de aceite, un cilindro master acciona un cilindro slave, permitiendo su extensión y retracción simultáneas.
En este tipo de circuito, la línea hidráulica está conectada al lado fondo del cilindro master, mientras que el lado vástago de este último está conectado al lado de sección plena del cilindro slave.
El problema detectado por el cliente: los cilindros del divisor no se alinean
Durante las pruebas del prototipo, el cliente observó un problema anómalo: en la fase de descenso, los cilindros anteriores llegaban al final de la carrera, mientras que los cilindros posteriores permanecían elevados aproximadamente 130 mm. Como consecuencia, la plataforma no quedaba alineada, a pesar de que los cálculos iniciales del circuito habían sido considerados correctos.
En ese momento, la duda del cliente no estaba relacionada con el correcto funcionamiento del MIA-FD, sino con la aplicación de este tipo de divisor de caudal en el circuito master-slave de la máquina que estaba diseñando.
Por ello, se puso en contacto con nosotros para verificar si el problema podría depender del uso del MIA-FD en esta configuración.
Análisis de Vivoil: el problema se encuentra en la configuración del circuito
Después de analizar los datos de diseño, identificamos la posible causa del problema que, como había supuesto el cliente, se encuentra en la configuración del circuito master-slave y, en particular, en los volúmenes de las cámaras de los cilindros.
De hecho, para que el sistema master-slave funcione correctamente, es necesario que el volúmen del lado vástago del cilindro master sea igual al volúmen del lado fondo del cilindro slave, y viceversa, como se muestra en la siguiente imagen:
Sin embargo, si se utilizan cilindros estándar, el volúmen del lado fondo es mayor que el volumen del lado vástago (debido a la presencia del vástago).
Por lo tanto, utilizando cilindros idénticos, no es posible lograr una coincidencia perfecta de los volúmenes, y por ello, en algunas fases del ciclo, el aceite no consigue llenar completamente una cámara o no logra vaciarla por completo.
El resultado es que uno de los cilindros no completa la carrera y esto causa una desalineación como la observada en el prototipo presentado por el cliente.
Los siguientes dos esquemas ilustran claramente el problema:
- Descenso: el cilindro no logra descargar completamente el aceite
Si al inicio del ciclo el lado fondo (foro lleno) del cilindro 1 está lleno de aceite (común en la fase de descenso), ese aceite debe fluir hacia el lado vástago del cilindro 2. Pero el volumen del lado vástago es menor que el volumen del lado fondo. Por tanto, el volumen de aceite que sale del cilindro 1 es superior al espacio disponible en el cilindro 2, y una parte del aceite no logra transferirse completamente. Resultado: el cilindro 2 no completa la carrera y ambos cilindros se desalinean.
- Ascenso: el cilindro no consigue llenarse completamente
En el caso opuesto, al inicio del ciclo el lado vástago del cilindro 2 está lleno (común en la fase de ascenso) y el aceite debe llenar el lado fondo del cilindro 1. Pero el volumen del lado fondo es mayor que el volumen del lado vástago y el aceite disponible que proviene del cilindro 2 es insuficiente, por lo que no logra llenar completamente la cámara del cilindro 1. Como consecuencia, también en este caso uno de los cilindros no completa la carrera y provoca un desalineamiento.
La solución: evitar el sistema master-slave, optar por otra configuración y redimensionar la instalación
Para resolver el problema, sugerimos al cliente eliminar el sistema master-slave y adoptar una configuración diferente: utilizar 4 cilindros independientes controlados por un divisor de caudal MIA-FD de 4 elementos.
De este modo no es necesario disponer de volúmenes equivalentes entre las cámaras de los cilindros, ya que el divisor MIA-FD de Vivoil es capaz de distribuir caudales constantes e independientes, compensando automáticamente las posibles diferencias de carga.
De hecho, el MIA-FD equilibra continuamente la carga, garantizando una división óptima del caudal incluso en presencia de fuertes desequilibrios, gracias a su sistema interno de engranajes y a la compensación mediante válvulas, que actúa de forma instantánea hasta el final de la carrera.
De este modo, la plataforma consigue mantenerse alineada tanto en ascenso como en descenso, incluso en presencia de cargas desequilibradas.
No obstante, para adoptar esta solución es necesario revisar el dimensionamiento del circuito hidráulico, trabajando con un mayor caudal y una presión más baja, de manera que el sistema pueda funcionar correctamente con las cuatro ramas independientes.
En los sistemas de elevación no basta solo con que los cálculos sean correctos
Este caso demuestra que, en los sistemas de elevación, no es suficiente con que los cálculos sean correctos. Una configuración y una tipología de circuitos inadecuada pueden alterar la sincronización de los cilindros del divisor de caudal.
En un contexto de este tipo, el MIA-FD es la solución más eficaz ya que, si la instalación está correctamente dimensionada, simplifica el control en comparación con configuraciones más complejas como el sistema master-slave.
¿Estás diseñando un sistema similar y quieres identificar la configuración más adecuada?
Contáctanos, te ayudaremos a encontrar la mejor solución para tu aplicación.