Doble acción vs.
De acción simple
Cilindros de elevación: guía completa

CILINDRO DE ELEVACIÓN DE SIMPLE EFECTO

Un cilindro elevador de simple efecto tiene un puerto hidráulico que alimenta únicamente la cámara del extremo ciego. La presión hidráulica extiende el vástago; cuando la válvula de control vuelve a la posición neutra y se conecta el suministro al depósito, el vástago se retrae por el peso de la carga acoplada (retorno por gravedad) o por un resorte de retorno dentro del cilindro.

La cámara del extremo del vástago respira libremente a través de una ventilación atmosférica; este es el puerto marcado con un filtro de ventilación en los cilindros de simple efecto. La contaminación que ingresa a través de esta ventilación es una causa común de rayaduras en el cilindro de elevación de simple efecto utilizado en entornos polvorientos; un respiradero sellado con un filtro fino es obligatorio para los cilindros de simple efecto utilizados en la construcción y la agricultura.

CILINDRO DE ELEVACIÓN DE DOBLE EFECTO

Un cilindro elevador de doble efecto tiene dos puertos hidráulicos: uno en la tapa y otro en el vástago. La presión hidráulica aplicada a la tapa extiende el vástago con una fuerza igual a la presión del sistema multiplicada por el área total del orificio. La presión hidráulica aplicada al extremo del vástago lo retrae con una fuerza igual a la presión del sistema multiplicada por el área anular (área del orificio menos área del vástago).

Debido a que la fuerza de retracción se genera por presión hidráulica en lugar de por gravedad, un cilindro elevador de doble efecto puede retraerse contra una carga que supera su propio peso, lo que permite empujar hacia abajo, sujetar y descender de forma controlada contra resistencia externa. Esto convierte al tipo de doble efecto en la única opción viable para cualquier aplicación que requiera fuerza de empuje en ambas direcciones.

CIRCUITO DEL CILINDRO DE ELEVACIÓN DE SIMPLE EFECTO

CIRCUITO DEL CILINDRO DE ELEVACIÓN DE DOBLE EFECTO

ACCIÓN SIMPLE
ENERGÍA

La bomba suministra energía únicamente durante la extensión. Durante la retracción, la energía potencial de la carga se disipa en forma de calor a través de la válvula de descenso, pero no se consume energía de la bomba. Para un cilindro elevador que realiza 100 ciclos por hora (50 extensiones y 50 retracciones), la bomba funciona a plena carga solo durante las 50 extensiones. Los otros 50 ciclos no consumen energía. Este es el modelo energético para los cilindros de mástil de carretillas elevadoras, los cilindros de plataformas elevadoras de tijera y los cilindros telescópicos de camiones volquete.

DOBLE ACCIÓN
ENERGÍA

La bomba debe suministrar energía en ambas direcciones. En el mismo ejemplo de 100 ciclos, la bomba funciona a plena carga en las 100 carreras, pero la carrera de retracción consume menos energía que la de extensión porque el área anular (que recibe aceite durante la retracción) es menor que el área del orificio (que recibe aceite durante la extensión). Con una relación vástago-orificio de 0,6, la retracción consume aproximadamente 64% de la energía de la extensión por milímetro de carrera. El consumo total de energía durante el mismo número de ciclos es aproximadamente 82% mayor que el de la bomba de simple efecto equivalente, una diferencia significativa en equipos móviles alimentados por batería y sistemas industriales fijos con costos de electricidad.

OPERADO POR EL PILOTO
COMPROBAR (POCV)

Se utiliza con cilindros de elevación de simple efecto. Una válvula POCV permite que el aceite fluya libremente hacia el cilindro (extensión) y bloquea su salida (impide la retracción) a menos que se aplique una señal piloto. Esta señal la proporciona la válvula de control direccional cuando el operador selecciona la función inferior. La carga se mantiene indefinidamente cuando el operador suelta el control, sin fugas ni deriva. La válvula POCV es a prueba de fallos: si se pierde la señal piloto, la carga permanece mantenida. Se instala en el puerto del extremo de la tapa, directamente en el cilindro si es posible, para minimizar el volumen de aceite entre la válvula y el cilindro, lo que podría provocar una deriva descendente si falla la línea entre ambos.

CONTRAPESO
VÁLVULA (CBV)

Se utiliza con cilindros de elevación de doble efecto. Una válvula de contrapeso mantiene una contrapresión constante en el lado de carga del cilindro (extremo de la tapa en el caso de un cilindro de elevación vertical), evitando un descenso incontrolado si la presión en el lado de carga disminuye. El ajuste de la válvula de contrapeso suele ser 1,3 veces la presión máxima de carga prevista en el extremo de la tapa: lo suficientemente alta como para soportar la carga contra el propio peso del cilindro y cualquier fuerza descendente externa, pero lo suficientemente baja como para que la presión de funcionamiento del vástago pueda guiarla para un descenso controlado. A diferencia de una válvula de control de presión de salida (POCV), la válvula de contrapeso permite un descenso controlado incluso si se pierde la presión piloto; la contrapresión que mantiene limita la velocidad de descenso. Por este motivo, las válvulas de contrapeso se utilizan en equipos móviles donde un descenso controlado tras un fallo del circuito es preferible a una posición de carga bloqueada.

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¿Es posible convertir un cilindro de elevación de simple efecto en uno de doble efecto añadiéndole un segundo puerto?

En la mayoría de los casos, no, no sin un mecanizado significativo. Un cilindro elevador de simple efecto tiene una tapa de extremo de vástago sellada con un respiradero atmosférico; para convertirlo a doble efecto, la tapa del extremo del vástago debe mecanizarse para aceptar un puerto hidráulico, el respiradero debe eliminarse y la abertura resultante debe sellarse o reutilizarse como puerto, y el sello entre la tapa del extremo del vástago y el cilindro debe actualizarse de una junta tórica estática (adecuada para la presión atmosférica) a un sello dinámico clasificado para la presión hidráulica completa. Además, el sello del pistón, que en un cilindro de simple efecto suele ser un sello de un solo labio diseñado para retener aceite solo en el lado de la tapa, debe reemplazarse por un sello de pistón de doble labio capaz de soportar la presión desde ambos lados. El costo de estas modificaciones generalmente se acerca o supera el costo de reemplazar el cilindro elevador con una especificación de doble efecto correcta, lo que hace que la conversión no sea económicamente viable para los tamaños de diámetro estándar disponibles en stock.

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¿Por qué mi cilindro elevador de doble efecto se retrae más rápido de lo que se extiende, a pesar de que he configurado el mismo control de flujo en ambas líneas?

Este comportamiento es correcto y esperado, no una falla. Debido a que el área anular del extremo de la varilla es menor que el área del orificio completo, el mismo volumen de aceite que ingresa al extremo de la varilla produce una mayor velocidad lineal de la varilla que el mismo volumen que ingresa al extremo de la tapa. Una válvula de control de flujo ajustada al mismo valor en ambas direcciones permite el paso del mismo caudal volumétrico; sin embargo, el área menor convierte ese volumen en una mayor velocidad durante la retracción. Para lograr velocidades de extensión y retracción iguales, el control de flujo del extremo de la varilla debe ajustarse a un caudal menor que el control del extremo de la tapa, en la relación entre el área anular y el área del orificio. Para un cilindro con un diámetro de 100 mm y una varilla de 60 mm, la relación es: π/4×(100²−60²) / π/4×100² = 6 400/10 000 = 0,64 — por lo que el control de flujo del extremo de la varilla debe ajustarse a 64% del ajuste de control de flujo del extremo de la tapa para lograr velocidades iguales en ambas direcciones.

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¿Qué es un circuito regenerativo y cuándo se utiliza con un cilindro de elevación de doble efecto?

Un circuito regenerativo conecta el puerto del extremo del vástago de un cilindro elevador de doble efecto a la línea de suministro del extremo de la tapa, de modo que el aceite expulsado del extremo del vástago durante la extensión se suma al flujo de la bomba que entra en el extremo de la tapa. Esto aumenta la velocidad de extensión efectiva más allá de lo que la bomba por sí sola puede proporcionar, a costa de una reducción en la fuerza de extensión disponible. La velocidad de extensión en modo regenerativo es igual al flujo de la bomba dividido por el área del vástago (no el área del orificio), que puede ser de 2 a 4 veces la velocidad de extensión estándar para relaciones típicas de vástago/orificio. La fuerza disponible en modo regenerativo se reduce a la presión multiplicada por el área de la sección transversal del vástago (solo el vástago, no el área anular). Los circuitos regenerativos se utilizan en aplicaciones de cilindros horizontales donde la velocidad de extensión rápida es más importante que la fuerza máxima, y ​​donde la carga es lo suficientemente ligera como para ser movida por la fuerza regenerativa reducida. No son adecuados para aplicaciones de elevación vertical donde se necesita la fuerza total del área del orificio para vencer la gravedad; un circuito regenerativo en un cilindro elevador vertical reduciría la fuerza de elevación disponible hasta el punto en que el cilindro no pueda soportar la carga nominal durante la extensión.

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¿Es mejor un cilindro de elevación de simple o doble efecto para una plataforma vertical donde el personal trabaja en altura?

Ambos tipos se utilizan para plataformas de personal, pero con arquitecturas de seguridad diferentes. Los cilindros de elevación de simple efecto predominan en las plataformas elevadoras de tijera porque el circuito es más simple y la característica de retorno por gravedad es predecible: la plataforma siempre desciende cuando se interrumpe el suministro hidráulico, lo que la válvula POCV y el fusible de velocidad evitan que se vuelva incontrolable. Los cilindros de elevación de doble efecto se utilizan en plataformas elevadoras de pluma articulada y algunas plataformas de mástil donde la geometría de la pluma hace que la gravedad por sí sola no pueda bajar la plataforma de forma fiable desde todas las posiciones; se necesita la presión del extremo del vástago para empujar la plataforma hacia abajo en algunas geometrías. Independientemente del tipo de accionamiento, cada cilindro de elevación de plataforma de transporte de personal debe tener una válvula de retención de carga montada directamente en el puerto del cilindro para evitar el descenso si falla la manguera entre la válvula y el cilindro, y debe cumplir con la especificación de velocidad de descenso de la plataforma de la norma aplicable (normalmente EN 280 para plataformas elevadoras de tijera, EN 13000 para plataformas de tipo grúa). La elección del tipo de accionamiento no sustituye este requisito de la válvula de seguridad; se trata de un requisito adicional que se aplica a ambos.