Distribución de válvula de Walschaerts

En mecánica, la distribución de válvula de Walshaerts (distribución de válvula de Heusinger) 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.

En Alemania, la distribución de válvula de Walschaerts suele llamarse distribución de válvula de Heusinger, debido a que Edmund Heusinger von Waldegg inventó el mecanismo en forma independiente en 1849. La distribución de válvula de 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.

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

Movimiento de avance

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

Movimiento de desfase (Método 1)

Orden de desfase (Control)
Orden	U	Componentes
Español		8	Manivela Excéntrica	9	Biela excéntrica
Inglés		8	Eccentric crank (Return crank (UK))	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 manivela excéntrica (8), que lo desfasa 90°, a la unión (U) biela de conexión (4) - biela tirante (5) - manivela 1 (6a).

Luego, esta manivela excéntrica (8) transmite el movimiento a una biela excéntrica (9) que puede accionar el eje de válvula (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 distribución de válvula de Walschaerts (Control)
Orden	Componentes
Español	10	Enlace de expansión	11	Biela de radio
	10.1	Guía curva	11.1	Corredera
			11.2		13	Palanca de combinación
			12	Enlace de unión	13	Palanca de combinación
Inglés	10	Expansion link	11	Radius rod
	10.1	Curved Guide	11.1	Die block
			11.2		13	Combination lever
			12	Union link	13	Combination lever

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 palanca 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 palanca 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.

Orden de Accionamiento de distribución de válvula de Walschaerts (Control)
Orden	Componentes
Español	16	Enlace elevador	17a	Brazo elevador
Español			17b	Brazo de reversa	18	Biela de alcance
Inglés	16	Lifting link	17a	Lifting arm
Inglés			17b	Reverse arm	18	Reach rod
17a y 17b: pertenecen al mismo elemento, un balancín.

Baker

Orden de distribución de válvula de Baker (Control)
Orden	Componentes
Español	10	Mecanismo Baker
	10.1	Soporte
	10.2	Yugo de reversa
	10.3	Barra de radio de columpio
	10.4	Enlace principal
	10.5	Manivela de campana	11	Biela de válvula	13	Palanca de combinación
			12	Enlace de unión	13	Palanca de combinación
Inglés	10	Baker's mechanisim
	10.1	Frame
	10.2	Reversing yoke
	10.3	Swinging radius bar
	10.4	Main link
	10.5	Bellcrank	11	Valve rod	13	Combination lever
			12	Union link	13	Combination lever

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 válvula (11). Note, que esta última ya no se llama biela de radio, pues ya no actúa en la circunferencia que describe el enlace de expansión en la Walschaerts.

Bagnall - Price

Orden de distribución de válvula de Bagnall - Price (Control)
Orden	Componentes
Español			10	Enlace de expansión
Español	11	Enlace de unión	12	Palanca de combinación
Inglés			10	Expansion link
Inglés	11	Union link	12	Combination lever

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 palanca 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 palanca 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 izquierdas 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 manivela excéntrica y la biela excéntrica.

Young

Orden de distribución de válvula de Young (Control)
Orden	Componentes
Español	8s	Enlace de unión	9s	Enlace de expansión	10s	Biela de radio	11t	Eje cruzado	13	Palanca de combinación
Español							12	Enlace de unión	13	Palanca de combinación
Inglés	8s	Union link	9s	Expansion link	10s	Radius rod	11t	Cross shaft	13	Combination lever
Inglés							12	Unión link	13	Combination lever
s: lado opuesto de la locomotora (derecho o izquierdo)
t: va de un lado de la locomotora al otro
11t: El eje cruzado tiene una palanca pequeña en cada extremo.

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 de válvula de Walschaerts tardó un tiempo en ganar popularidad. La distribución de válvula de Stephenson mantuvo la popularidad en las locomotoras del siglo XIX.

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

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 válvulas 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.