Distribución de válvula de Walschaerts

En mecánica, la distribución de válvula de Walshaerts de una máquina de vapor, es un tipo de mecanismo que acciona la válvula que regulan el paso del vapor de agua a los cilindros. Sirve para locomotoras de vapor, puede hacer que la apertura de válvula se adelante (ir más rápido), se atrase (ir más lento), se detenga y cambie de dirección (ir en reversa).

Etimología

La distribución de válvula de Walshaerts, también es conocida sin la "s" final, Walshaert, debido a que fue patentada incorrectamente con ese nombre.

Animación mostrando los cambios en la distribución al invertir la marcha.

Movimiento de avance

Orden de Movimiento de avance (Potencia) de Ferrocarril
Orden	Movimiento de avance								Ferrocarril
Español	1	Pistón	2	Biela de pistón	3	Cruceta	4	Biela de conexión	5	Biela tirante
									6a	Manivela 1	6b	Manivela 2
									7a	Rueda 1	7b	Rueda 2
Inglés	1	Piston	2	Piston rod	3	Crosshead	4	Connecting rod	5	Tie rod
									6a	Crank 1	6b	Crank 2
									7a	Wheel 1	7b	Wheel 2
U: Unión de la Biela de conexión (4), la Biela tirante (5) y la Manivela 1 (6a); y también la Excéntrica (8).
La Manivela (6) en la realidad es la misma Rueda (7), solo que la unión no es en el eje sino que esta excéntricamente.

Movimiento de desfase (Método 1)

Orden de Movimiento de desfase (Control)
Orden	U	Movimiento de desfase
Español		8	Excéntrica	9	Biela excéntrica
Inglés		8	Eccentric	9	Eccentric rod

El movimiento de distribución de válvula se genera del movimiento de avance pero tiene que estar desfasado (primero se mueve el eje de válvula, entra el vapor, luego se mueve el pistón (1)), así que se agrega una excéntrica (8), que lo desfasa 90°, a la unión (U) biela de conexión (4) - biela tirante (5) - manivela 1 (6a).

Luego, esta excéntrica (8) transmite el movimiento a una biela excéntrica (9) que puede accionar el eje de válvula (14) (Después de transformarlo en movimiento colineal). Pero hace falta un control del operario sobre la máquina, para ello es la distribución Walschaerts.

Walschaerts

Orden de Movimiento de distribución de válvula de Walschaerts (Control)
Orden	Distribución de válvula de Walschaerts
Español	10	Enlace de expansión	11	Biela de radio	13	Biela de combinación
Español			12	Enlace de unión	13	Biela de combinación
Inglés	10	Expansion link	11	Radius rod	13	Combination rod
Inglés			12	Union link	13	Combination rod

Para que el eje de válvula abra más, la biela excéntrica (9) tiene que empezar a abrir antes (ser más corta) y a la vez terminar de cerrar después (ser más larga o llegar más lejos) y si quiere abrir menos, viceversa (esto es la amplitud del movimiento). Esto se logra con un balancín, si una persona se mantiene en la misma posición, siempre se elevará la misma altura, pero si otra persona se acerca o aleja del pivote (eje) pues se elevara a diferente altura cada vez. Luego, el mecanismo tiene: la biela excéntrica (9) (quien esta en la misma posición), enlace de expansión (10) (el balancín) y la biela de radio (11) (quien puede cambiar de posición), este último lo mueve de posición, el operario con una palanca.

El enlace de expansión (10) tiene su pivote fijo a la estructura (no se mueve) y, una corredera interior por la cual puede cambiar de posición la biela de radio (11).

Ahora bien, el movimiento de la biela de radio (11) no es colineal con el eje de válvula y su cambio de posición lo hace el operario, no la máquina, por eso tienen que coordinarse los movimientos. Esto se hace con la biela de combinación (13), que une la cruceta (3) (movimiento de avance), la biela de radio (11) (movimiento de distribución de válvula) y el eje de eje de válvula (movimiento combinado), que funciona como pivote.

Finalmente, la cruceta (3) mantiene al pistón (1) en un movimiento rectilíneo y el de la biela de combinación (13) no lo es (pivota, es circular), así que se agrega un eslabón intermedio, el enlace de unión (12).

Luego, están los efectos del balancín, si la biela de radio (11) se acerca al pivote pues desacelerará la máquina y si se pasa al otro lado del pivote, el cilindro funcionará a la inversa y la máquina ira en retroceso.

Baker

Orden de Movimiento de distribución de válvula de Baker (Control)
Orden	Distribución de válvula de Baker
Español	10	Mecanismo Baker	11	Biela de radio	13	Biela de combinación
Español			12	Enlace de unión	13	Biela de combinación
Inglés	10	Baker's mechanisim	11	Radius rod	13	Combination rod
Inglés			12	Union link	13	Combination rod

Es una modificación de la distribución de válvula de Walschaerts, en la cual se utiliza un sistema de dos balancines con soporte, en lugar del enlace de expansión. Con ello se busca eliminar el uso de corredera interior (que trae muchos problemas) mediante el cambio de la posición del pivote del balancin 1, a voluntad del operario para modificar la amplitud.

Simétricamente, a cada lado del balancín 1, tiene un muñón en el pivote y otro muñón en el soporte (fijo), que sin accionar el mecanismo están colineales, cada uno tiene una bieleta, luego estas se unen por su otro extremo a un eje común que no está fijo al soporte, cuando el operario mueve este eje, se abre el mecanismo a modo de tijera (moviendo la posición del pivote).

La biela excéntrica (9) acciona al balancín 1, el cual tiene en su otro brazo, una horquilla que pasa un eje, con el cual acciona el balancín 2, el cual tiene forma de esquina y con su otro extremo acciona la biela de radio (11).

Bagnall - Price

Orden de Movimiento de distribución de válvula de Bagnall - Price (Control)
Orden	Distribución de válvula de Bagnall - Price
Español			10	Enlace de expansión
Español	11	Enlace de unión	12	Biela de combinación
Inglés			10	Expansion link
Inglés	11	Union link	12	Combination rod

Es una modificación de la distribución de válvula de Walschaerts, en la cual se elimina la biela de radio. La longitud de la biela de radio, no influye mucho, pues la amplitud la controla el enlace de expansión (10).

Así, la unión de la biela de radio con la biela de combinación se traslada para formar en su lugar, la unión del enlace de expansión (10) y la biela de combinación (12) (que ahora se desliza en la corredera).

De esta manera, el eje de válvula se hace más largo. El enlace de unión (11) y la biela de combinación (12) pasan al otro lado de la cruceta (3). (del lado de la biela del pistón (2) al lado de la biela de conexión (4))

Movimiento de desfase (Método 2)

En la locomotora, las ruedas izquierda están desfasadas 90° respecto a las derechas (primero funciona un cilindro, después el otro). Al utilizar esto para la distribución de válvula se elimina la excéntrica (8) y la biela excéntrica (9).

Young

Orden de Movimiento de distribución de válvula de Young (Control)
Orden	Distribución de válvula de Young
Español	3s	Cruceta	8s	Enlace de expansión	9s	Biela de radio	10	Eje cruzado	12	Biela de combinación
Español					3	Cruceta	11	Enlace de unión	12	Biela de combinación
Inglés	3s	Crosshead	8s	Expansion link	9s	Radius rod	10	Cross shaft	12	Combination rod
Inglés					3	Crosshead	11	Unión link	12	Combination rod
s: lado simétrico (derecho o izquierdo)

Deeley

La distribución Walschaerts, cuando está correctamente diseñada, provee un avance de válvulas correcto, independientemente del corte elegido tanto en marcha adelante como en reversa. Con el pistón en el punto muerto delantero o trasero, el enlace de expansión debe estar vertical y al mover el bloque muerto hacia arriba y abajo no debe alterarse la posición del vástago de la válvula.

La cantidad de avance siempre está determinada por las proporciones de la palanca de la combinación y el diseño de la válvula. Sólo puede ser cambiado al modificar las proporciones de estos componentes.

La operación de la distribución combina dos movimientos: uno es el movimiento de avance y el otro es el movimiento direccional requerido para una distribución (o "marcha") completa. Para entender la operación, se debe considerar el corte en media marcha. Dado que el bloque muerto no se mueve, el extremo de la barra de enlace (radius rod) es, en efecto, un punto fijo sobre el que pivota la barra de combinación (combination lever), por lo que el movimiento de la válvula es causado directamente por el movimiento de la cabeza de cruce (cross head) actuando a través de la barra de unión (union link) y la barra de combinación.

Si este fuera el único movimiento hecho por la válvula, la máquina arrancaría solo cuando el pistón estuviera cerca del centro, e incluso la dirección dependería de si está una fracción antes o después de la mitad de su recorrido.

Historia

Fue inventada por el ingeniero mecánico de ferrocarriles belga Egide Walschaerts en 1844. Se usó ampliamente en locomotoras de vapor desde fines del siglo XIX hasta el final de la era del vapor.

La distribución Walschaerts tardó un tiempo en ganar popularidad. El accionamiento de la distribución de tipo Stephenson mantuvo la popularidad en las locomotoras del siglo XIX. El accionamiento Walschaerts tenía la ventaja de que podía ser montado enteramente en el exterior de la locomotora, dejando libre el espacio entre los largueros del chasis; por esta razón, fue adoptado primeramente en las locomotoras articuladas. La locomotora tipo Boje Mason fue la primera en usar la distribución Walschaerts en América del Norte.

La primera aplicación en Gran Bretaña fue una Fairlie simple 0-4-4T, exhibida en París en 1878 y comprada por el Swindon, Marlborough and Andover Railway en 1883. Según Ahrons,^[1] la locomotora estuvo en servicio muy poco tiempo, ya que nadie parece haber sabido manejar el sistema, lo cual condujo a un enorme consumo de carbón.

En el siglo XX, el accionamiento Walschaerts^[2] fue el tipo más utilizado, especialmente en locomotoras grandes. En Europa, su uso fue casi universal, mientras que en América del Norte, el Walschaerts superó a su competidor más cercano, el accionamiento de la distribución de tipo Baker, por un amplio margen.

En Alemania, la distribución Walschaerts suele llamarse distribución Heusinger, debido a que Edmund Heusinger von Waldegg inventó el mecanismo en forma independiente en 1849. La distribución Heusinger fue más cercana a la forma generalmente usada, pero las autoridades aceptan que la invención de Walschaerts es lo suficientemente parecida a la forma final.

Véase también

Distribución de válvula de Stephenson, inventado en 1841 por dos empleados de Robert Stephenson.
Distribución de válvula de Baker, inventado por ingenieros estadounidenses en 1903 y ampliamente utilizado en América del Norte.
Distribución de válvula de Caprotti, inventado a principios de la década de 1920 por el arquitecto e ingeniero italiano Arturo Caprotti; basado en las válvulas de automóviles, usa árboles de levas y váluvlas de asiento. Es considerado más eficiente que los otros sistemas.

Referencias

↑ E.L. Ahrons, "Locomotive and Train working in the latter part of the 19th Century" (Cambridge, UK: Heffer, 1953), Vol. 4 P 122
↑ «Danbury Railway Museum, the reversing bar». Archivado desde el original el 9 de agosto de 2007. Consultado el 20 de julio de 2007.