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¿Qué es un cilindro distribuidor sincrónico y por qué permite un control preciso del volumen en los sistemas hidráulicos?
Estos cilindros funcionan con sistemas hidráulicos para garantizar que se suministre el volumen correcto de fluido hidráulico a cada actuador. Esto se logra mediante una distribución de caudal basada en el desplazamiento. Lo que distingue a los cilindros distribuidores sincrónicos de los divisores de caudal con compensación de presión es que estos cilindros pueden utilizar cámaras de pistón para dividir un caudal en múltiples caudales iguales. Cada cámara toma parte del caudal de salida y desplaza una cantidad igual de fluido por ciclo, lo que significa que cada actuador conectado al cilindro recibe el mismo volumen de fluido hidráulico, independientemente de la carga contra la que esté trabajando. Esto elimina la necesidad de control electrónico en muchas aplicaciones. Los cilindros distribuidores sincrónicos permiten un control preciso de la posición, requisito indispensable en la fabricación. Si la posición varía incluso un 1 %, puede provocar el fallo del sistema que se está ensayando o fabricando.
Principio fundamental: la distribución del flujo basada en el desplazamiento garantiza una distribución de volumen igual entre dos y ocho cilindros.
El mecanismo central consiste en una serie de pistones conectados a un eje común. Cuando el fluido hidráulico entra en la cámara de entrada, el eje acciona todos los pistones distribuidores. Cada pistón desplaza un volumen predeterminado hacia su correspondiente puerto de salida. Una vez que los pistones están conectados y todos tienen las mismas dimensiones, entonces, por cada rotación (o carrera), cada salida recibe el mismo volumen de fluido. Este diseño compensa automáticamente las variaciones de presión aguas abajo. Si cualquiera de los cilindros presenta una presión elevada, el pistón distribuidor genera la presión adicional necesaria, y posteriormente el fluido se desplaza hacia dicho cilindro, pero el volumen permanece invariable. Como resultado, los actuadores de cada cilindro se desplazarán de forma sincronizada, con una tolerancia de ±0,5 % en el volumen, en sistemas bien equilibrados. Este método resulta eficaz en un amplio rango de caudales, desde 10 hasta 150 litros por minuto, y permite controlar hasta ocho cilindros sin errores acumulados significativos. Este tipo de distribuidor se emplea en aplicaciones tales como elevación pesada, elevación sincronizada y conformado de metales, donde el control preciso y la repetibilidad en la posición son de importancia crítica.
Por qué los divisores de caudal compensados por presión fallan bajo desequilibrio de carga
Los divisores de caudal regulan el flujo al cerrar y controlar el tamaño de apertura de los orificios de paso en función de la presión aguas abajo. En condiciones de carga equilibrada, los divisores de caudal suelen funcionar correctamente. En situaciones de desequilibrio de carga, como en una aplicación de prensa descentrada, el divisor cierra el orificio hacia el cilindro de baja presión y abre el orificio hacia el cilindro de alta presión. Esta respuesta es lenta y no lineal, lo que provoca que los pistones reciban un caudal altamente desigual. Este error aumenta proporcionalmente con el número de cilindros y puede superar el 5 % en sistemas de cuatro cilindros sometidos a un desequilibrio de carga del 30 %. Además, los divisores compensados por presión se ven afectados por los cambios de viscosidad y la contaminación del aceite hidráulico, lo que reduce aún más su precisión. Por el contrario, el cilindro distribuidor sincrónico compensa la relación interna de volúmenes. Esto significa que incluso un desequilibrio de carga del 50 % no influirá en la salida de volumen del sistema. Para lograr una sincronización precisa y repetible en numerosos sistemas hidráulicos, esta tecnología constituye el único método pasivo capaz de alcanzar un error inferior al 1 % en ausencia de corrección electrónica activa.
Alcanzar una precisión volumétrica de ±0,5 % en cilindros de 2 a 8: directrices de instalación y pruebas de rendimiento
Método: normas rigurosas para la simetría en las tuberías, el purgado de aire y la alineación de los cilindros, con el fin de controlar el error volumétrico parásito
Lograr la precisión volumétrica deseada de ±0,5 % exige tener en cuenta cada componente del circuito hidráulico. El primer paso es lograr la simetría en la tubería: las longitudes y los diámetros de las tuberías, así como los dobleces de estas entre el cilindro distribuidor y cada uno de los actuadores, deben ser idénticos. Si existe una diferencia del 2 % en las longitudes, se producirán errores volumétricos del 1 %. Tras garantizar la simetría, debe evacuarse todo el aire de las tuberías y los cilindros. El aire atrapado en las tuberías se comprimirá bajo la carga del cilindro y provocará desplazamientos inconsistentes y pérdidas volumétricas aparentes. El último paso de este método consiste en alinear todas las varillas y pistones de los cilindros con los accesorios de montaje con una tolerancia de 0,1 mm por cada metro de carrera. Cuando las varillas y los pistones no están correctamente alineados, las cargas laterales deformarán los sellos y alterarán el desplazamiento efectivo. Los tres pasos —simetría, purga y alineación— eliminarán las parasitaciones mecánicas que afectan a la fidelidad volumétrica.
Metodología de validación: ensayos conformes a la norma ISO 10770-1 y resultados de campo que muestran márgenes de error de ±0,3 % en aplicaciones de prensas de 4 cilindros
Como parte de la validación del rendimiento, se cumplió estrictamente con la norma ISO 10770-1 mediante la medición del volumen real suministrado a cada uno de los cilindros durante diez carreras consecutivas, a la presión y caudal máximos nominales. Los sistemas fueron aceptados si cumplían con el valor objetivo de volumen ±0,5 %. En una prueba de campo realizada en una prensa de cuatro cilindros, los circuitos instalados rigurosamente según las especificaciones alcanzaron un error medio de ±0,3 %, es decir, la mitad de la tolerancia permitida. Este resultado es consecuencia directa de haber ejecutado la instalación con disciplina. La mayoría de los mismos circuitos, cuando no se instalaban con dicha disciplina, mostraron un error medio de ±1,2 % debido a un desequilibrio de carga en la prensa. La conclusión que se desprende es que, cuando un sistema incorpora componentes de alto rendimiento y alta precisión, dichos componentes no funcionarán al nivel previsto a menos que se instalen con el mismo grado de precisión.
Preguntas frecuentes
¿Qué es un cilindro distribuidor sincrónico?
Un cilindro distribuidor sincrónico es un cilindro hidráulico que suministra el mismo volumen de fluido a múltiples actuadores de forma sincronizada y puede soportar diferencias de presión sin recurrir a electrónica.
¿Cómo garantiza un distribuidor sincrónico la precisión?
Un distribuidor sincrónico utiliza un sistema de acoplamiento mecánico de émbolos para regular el caudal. Dicho sistema asegura que se suministre el mismo volumen a cada una de las salidas del distribuidor, independientemente de las presiones aguas abajo.
¿Cuáles son las ventajas frente a los divisores de caudal compensados por presión?
Los cilindros distribuidores sincrónicos garantizan un error volumétrico inferior al 1 % y son completamente inmunes a los desequilibrios de carga, a la viscosidad del aceite y a correcciones electrónicas, en comparación con los divisores compensados por presión.
¿Cuáles son las mejores prácticas para la instalación?
Para lograr la máxima precisión mediante un distribuidor sincrónico, es necesario aplicar simetría en la tubería, purgar el circuito de aire y alinear correctamente los cilindros para eliminar errores mecánicos.
¿Cómo se determina la precisión?
Las pruebas que se ajustan a la norma ISO 10770-1 evalúan el volumen de fluido suministrado a cada cilindro para determinar si se encuentra dentro del valor objetivo con un margen de error de ± 0,5 %.
