Divisores de caudal de engranajes

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Divisores de caudal de engranajes

Introducción.

Los divisores de engranajes se utilizan en aplicaciones donde, por medio de una bomba de un solo caudal, se pueden alimentar 2 o más circuitos hidráulicos independientes donde la suma de caudales de cada uno de ellos es igual al caudal de la bomba.

Las aplicaciones más típicas de los divisores de engranajes son con el objetivo de mover al unísono varios cilindros hidráulicos o, también, varios motores hidráulicos a la misma velocidad de rotación.

divisor de caudal de engranajes grupo 0 de 4 cuerpos con válvulas integradas

Ejemplos donde se pueden utilizar los divisores de caudal de engranajes.

divisor de caudal montado en instalación hidráulica de elevación de escenarios

Características constructivas de los divisores de caudal.

Un divisor de caudal de engranajes rectos está formado por 2 o más elementos modulares (secciones) donde cada módulo dispone de una pareja de engranajes que está unida mecánicamente a las demás parejas de engranajes de los otros módulos. De esta forma se consigue que todos los engranajes giren a la misma velocidad.

divisor de caudal de engranajes despiece

Funcionamiento y ventajas del divisor de caudal de engranajes.

La naturaleza de movimiento de un divisor de caudal es igual a la de los motores hidráulicos, es decir, los engranajes del divisor se mueven a partir de la entrada de un caudal de aceite bajo presión y alimenta de forma paralela a cada elemento del divisor.

El divisor, a su vez, alimenta a través de sus salidas a los distintos actuadores del sistema hidráulico. La porción de caudal utilizado por cada elemento del divisor está determinado por su correspondiente cilindrada. A diferencia de los divisores estáticos, los de engranajes no provocan una disipación de energía elevada por lo que son mucho más precisos.

divisor de caudal de engranajes trabajando

De tal forma, cuando las cilindradas de los elementos del divisor de engranajes son iguales, se consigue que los caudales de salida sean iguales y, de esta forma, se puede conseguir que cilindros del mismo tamaño se puedan mover a la misma velocidad o motores hidráulicos de igual cilindrada puedan tener la misma velocidad de rotación.

Otra ventaja es que el uso de divisores de engranajes reduce el número de bombas hidráulicas necesarias y, a su vez, la necesidad de complejas uniones mecánicas que conllevan un alto coste económico y de pérdidas energéticas.

Los divisores de caudal también pueden ser utilizados como amplificadores de presión. Este punto es particularmente interesante cuando la presión necesaria en el actuador de un circuito (cilindro o motor hidráulico) es mayor que la presión máxima que puede ofrecer el sistema. Este apartado lo veremos más en detalle en otro artículo más adelante.

Variantes en los divisores de caudal de engranajes.

En función de la aplicación y de la precisión requerida, existen distintos tipos de divisor de caudal de engranajes:

Versión divisor sin válvulas.

Es la versión estándar. Permite dividir y unificar el caudal pero no permite la corrección de fase.

En función del caudal de aceite recomendado por elemento, existen distintos tamaños.

Para caudales recomendados por elemento entre 0.4 y 5 litros/minutos existen los divisores de engranajes con cuerpo de aluminio del grupo 0:

Divisores de caudal de engranajes del grupo 0 sin válvulas

divisor de caudal de engranajes grupo 0 de 3 elementos sin válvulas

En el siguiente tamaño disponemos del divisor de caudal con cuerpo de aluminio del grupo 1 para caudales por elemento recomendados entre 2 y 20 litros/minuto:

Divisores de caudal de engranajes del grupo 1 sin válvulas

divisor de caudal de engranajes grupo 1 sin válvulas

Y para caudales recomendados por elemento entre 7 y 71 litros/minutos existen los divisores del grupo 2:

Divisores de caudal de engranajes del grupo 2 sin válvulas

divisor de caudal de engranajes grupo 2 sin válvulas

Versión divisor con una válvula común para todos los elementos del divisor.

Esta versión dispone de una sola válvula de corrección de fase para todos los elementos del divisor. Esto permite la corrección de fase solo en la dirección de la división de caudales pero no en la dirección de la reunificación.

divisor de caudal de engranajes con 1 válvula común para todos los elementos

Esta válvula común del divisor debe regularse a un valor al menos 15-20 bar por debajo del valor al que esté regulada la válvula limitadora de la bomba de la instalación hidráulica.

Versión divisor con válvula en cada uno de los elementos.

Incorporan válvula de corrección de fase y válvula de anticavitación en cada módulo del divisor. Con ello se consigue la corrección del caudal durante la fase de división y durante la reunificación. Por otra parte, se pueden ajustar las válvulas limitadoras a diferentes valores para cada elemento del divisor de engranajes.

divisor de caudal de engranajes grupo 1 de 2 cuerpos con válvulas integradas

Al igual que el divisor con una sola válvula común, las válvulas de cada uno de los elementos del divisor deben regularse a un valor al menos 15-20 bar por debajo del valor al que esté regulada la válvula limitadora de la bomba de la instalación.

Divisor con motor hidráulico incorporado.

Este tipo de divisores además de los distintos elementos que lleve (con o sin válvulas), incorporan un motor hidráulico de engranajes reversible. Dicho motor ayuda a girar al divisor en condiciones de arranque desfavorables.

Presión mínima de trabajo del divisor.

Dado que los divisores de caudal de engranajes requieren una presión mínima para empezar a girar, en algunas aplicaciones puede que no se alcance dicha presión mínima (principalmente en la fase de reunificación de caudales). En tal situación, una solución podría ser la utilización de la versión de divisor con motor hidráulico para que se suministre un par suficiente para que el divisor empiece a girar.

Un ejemplo donde puede darse tal situación de no llegar a la presión mínima es en la bajada de los cilindros de simple efecto. Si el peso que hace bajar los cilindros no es suficiente para ejercer una presión mínima de unos 15-50 bar sobre el divisor (según cilindrada y modelo de divisor), el divisor no podrá empezar a girar y a ejercer su función de unificación de caudales correctamente.

También puede darse el caso de no llegar a dicha presión mínima en instalaciones hidráulicas donde la válvula limitadora de la bomba esté regulada a una presión baja (por debajo de los 40-60 bar). En tal situación, el divisor (según modelo y cilindrada) podría no llegar a trabajar correctamente ni en la fase de repartición de caudales ni en la fase de reunificación.

Condiciones de trabajo adecuadas en el divisor.

Lo primero es determinar la cilindrada correcta en función del caudal de entrada y del número de módulos del divisor. Lo ideal es que el régimen de velocidad esté alrededor de las 1600-2200 revoluciones por minuto (según modelo de divisor y cilindrada).

También es muy importante tener en cuenta el caudal de retorno en cilindros de doble efecto ya que este caudal, en función de la relación diámetro pistón vs diámetro de vástago, puede ser bastante mayor que el caudal de la bomba hidráulica.

Otro aspecto es asegurar que la presión de trabajo del divisor de engranajes nunca es mayor a la presión de trabajo máxima para el que esté diseñado cada modelo de divisor (confirmar en catálogo).

Para que el divisor trabaje de forma eficiente, es necesario que la diferencia de presión entre los elementos del divisor no sea superior a 30-40 bar. De esta forma se consigue que la precisión esté dentro del 3% (según fabricante y modelo).

Si por necesidades de la propia aplicación, dicho diferencial de presión es superior a los 30-40 bar, existe la versión MIA del fabricante Vivoil que está diseñada para mantener una precisión entre elementos por debajo del 1-2% incluso con diferenciales de presión superiores a 170 bar.

divisor de caudal de engranajes tipo MIA FD para aplicaciones con requerimientos de muy alta precisión

Veáse el siguiente vídeo:

Vídeo divisor Vivoil MIA FD

En el vídeo se puede observar como el divisor reparte el caudal entre 3 cilindros donde cada uno tiene una carga distinta: uno está trabajando apenas sin presión, otro cilindro está trabajando a 125 bar y el tercero a unos 80 bar. Durante la carrera de 500 mm se observa que al finalizar el ciclo los cilindros han hecho el recorrido a la vez y los 3 están dentro de unos 5 mm de margen de precisión (1% del total del recorrido).

Esquemas hidráulicos de montaje del divisor.

En el siguiente esquema hidráulico se observa un montaje sencillo de un divisor de caudal de engranajes alimentando a 2 cilindros de doble efecto.

divisor de caudal en esquema hidráulico alimentando a 2 cilindros de doble efecto para que se muevan a la vez

En Hidráulica Hidraoil nos dedicamos al asesoramiento y suministro especializado de todo tipo componentes oleohidráulicos incluyendo los divisores de caudal de engranajes en cualquiera de sus versiones. No dude en contactarnos para explicarnos su proyecto, estaremos encantados de atenderle.