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CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN A LA OLEOHIDRÁULICA 3
PRINCIPIOS BÁSICOS 4 VENTAJAS DE LOS SISTEMAS OLEOHIDRÁULICOS 5
CAPÍTULO II HIDROSTÁTICA 8
PRESIÓN DE UN FLUIDO 8 TRANSMISIÓN HIDRÁULICA 9
CAPÍTULO III HIDRODINÁMICA 11
ECUACIÓN DE UN FLUJO 11 TIPOS DE FLUJOS 14
CAPÍTULO IV FLUIDOS HIDRÁULICOS 15
OBJETIVOS DE LOS FLUIDOS 15 REQUERIMIENTO DE CALIDAD 17 PROPIEDADES DEL FLUIDO 18 LÍQUIDOS HIDRÁULICOS 21
CAPÍTULO V TUBERÍAS HIDRÁULICAS Y ESTANQUIEDAD 23
TUBERÍAS HIDRÁULICAS 23 ESTANQUEIDAD 30
Í N D I C E
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CAPÍTULO VI DEPÓSITOS OLEOHIDRÁULICOS 32
CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO 34
CAPÍTULO VII FILTROS 36
FACTORES QUE INCIDEN 36 MATERIALES FILTRANTES 36 INDICADORES DE OBTURACIÓN 41
CAPÍTULO VIII ACCESORIOS 42
PRESOSTATOS 42 MANÓMETROS 43 ACTUADORES HIDRÁULICOS (CILINDROS) 47
CAPÍTULO IX VÁLVULAS 53
CLASIFICACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS 53
CAPÍTULO X ACUMULADORES HIDRÁULICOS 62
FUNCIONES 62 TIPOS DE ACUMULADORES 63
CAPÍTULO XI BOMBAS HIDRÁULICAS 66
CAPÍTULO XII MOTORES HIDRÁULICOS 72
MISIÓN Y CARACTERÍSTICAS 72 TIPOS DE MOTORES 74
CAPÍTULO XIII CIRCUITOS OLEOHIDRÁULICOS 77
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CAPÍTULO I / INTRODUCCIÓN A LA OLEOHIDRÁULICA
La Oleohidráulica estudia la transmisión de la potencia a través del aceite que fluye por conductos y orificios hacia los actuadores impulsado por una bomba que es un generador de caudal. Basada en un principio descubierto por el científico francés Pascal se refiere al empleo de fluidos confinados para transmitir energía, multiplicando la fuerza y modificando el movimiento. La ley de Pascal, enunciada dice:
Todos los sistemas oleohidráulicos basan su trabajo en este principio. Lo que podemos concluir que la presión se distribuye uniformemente en todos los sentidos y es igual en todos lados. La figura estaría demostrando este principio.
"La presión aplicada a un fluido confinado se transmite íntegramente en todas las direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales, actuando estas fuerzas perpendicularmente a las paredes del recipiente".
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PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA OLEOHIDRÁULICA
La oleohidráulica esta basada en los siguientes principios:
Los líquidos no tienen forma propia.
Los líquidos adquieren la forma del recipiente que lo contiene. Debido a esta condición el aceite de cualquier sistema oleohidráulico puede circular en cualquier dirección y a través de tuberías y canalizaciones de cualquier diámetro o sección.
Los líquidos son incomprimibles.
La figura muestra la condición anterior. Al llenar una botella con cualquier líquido
colocarle un tapón y tratar de comprimir el líquido a través del tapón, esto no se
conseguirá a menos que la botella se rompa por la presión ejercida.
Los líquidos transmiten en todas las direcciones la presión que se les aplica.
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Los líquidos permiten multiplicar la fuerza aplicada.
VENTAJAS DE LOS SISTEMAS OLEOHIDRÁULICOS INDUSTRIALES
Las más importantes son:
VELOCIDAD VARIABLE. LOS ACTUADORES YA SEAN LINEALES O ROTATIVOS DE UN SISTEMA OLEOHIDRÁULICO
PUEDEN MOVERSE A VELOCIDADES INFINITAMENTE VARIABLE. REVERSIBILIDAD. LOS ACTUADORES OLEOHIDRAULICOS PUEDEN INVERTIRSE INSTANTÁNEAMENTE, EN
PLENO MOVIMIENTO SIN NINGÚN RIESGO. LAS VÁLVULAS LIMITADORAS PROTEGEN LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA.
PROTECCIÓN CONTRA SOBRE CARGA. LAS VÁLVULAS LIMITADORAS DE PRESIÓN, EN FUNCIÓN DE SEGURIDAD, PROTEGEN A
LOS CIRCUITOS DE LA SOBRECARGA. PROPORCIONAN TAMBIÉN EL MEDIO DE REGLAJE DEL PAR O DE LA FUERZA SUMINISTRADA POR LOS ACTUADORES.
DIMENSIONES REDUCIDAS. LOS COMPONENTES OLEOHIDRAULICOS, DEBIDO A SU ELEVADA VELOCIDAD Y SU
CAPACIDAD DE PRESIÓN, PROPORCIONAN ELEVADAS POTENCIAS DE SALIDA CON PESO Y TAMAÑO REDUCIDO.
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Magnitudes fundamentales Sistema internacional de unidades SI Definiciones:
Masa: Cantidad de materia que ocupa un cuerpo, su unidad, kilogramo (Kg).
Fuerza: Según la ley de Newton: Fuerza = masa x aceleración [Kg m/s²].
Según el sistema SI, la fuerza se expresa en Newton (N).
Otra unidad de la fuerza es el kilopondio (Kp) = 9,81 N. Presión: es una de las dimensiones más importantes en un sistema oleohidráulico y se define como una fuerza por unidad de superficie.
P = F/A P = presión N/m².
F = fuerza en N. A = superficie en m².
1 N/m² = 1 Pascal 1 N/m² = 1 Pa.
F = m x a [kg m /s²]
1 N = 1 kg x 1 m/s² = 1 kg m /s²
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Equivalencia En la práctica 1 Pascal es una unidad muy pequeña por lo tanto se utiliza el bar, 1 bar = 100000 Pa.
1 bar = 100 K Pa 1 bar = 14,5 psi. 1 bar = 1,02 daN/cm²
Longitud : Espacio recorrido, unidad: el metro, (m). Superficie : Signo A, unidad: metro cuadrado, (m²). Volumen : Signo V, unidad: metro cúbico, (m³). Velocidad : Signo v, unidad: metro por segundo, (m/s). Caudal : Signo Q, unidad: metros cúbicos por segundo, (m³/s).
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CAPÍTULO II / HIDROSTÁTICA
PRESIÓN DE UN FLUIDO
Una columna de líquido ejerce, por su propio peso, una presión sobre la superficie en que actúa. La presión es función de la altura(h) de la columna de líquido, de la densidad del líquido y de aceleración de gravedad (g).
Si se toma recipiente de forma distinta llenos con el mismo líquido la presión será función solamente de la altura de la columna de líquido.
Definición:
La hidrostática es la ciencia que estudia los fluidos en reposo ρ
P = h x ρ x g
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Presión hidrostática.
TRANSMISIÓN HIDRÁULICA DE FUERZA
Dado que la presión se distribuye uniformemente en el líquido, la forma del recipiente no tiene ninguna importancia. La figura muestra este principio.
Las fuerzas son directamente proporcionales a las superficies.
A2
S2 A1 F1 S2 A1 F1
= =
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Principio de la transmisión de presión
En los transmisores de presión las presiones son inversamente proporcionales a las superficies esto es:
La figura demuestra este principio Transmisión de presión
P1 x A1 = F1
P2 x A2 = F2 luego P1/P2 = A2/A1
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CAPÍTULO III / HIDRODINÁMICA
Es la ciencia que estudia los fluidos en movimiento.
ECUACIÓN DE UN FLUJO
Sí un líquido fluye por un tubo de sección variable, el volumen que pasa en una unidad de tiempo es el mismo, independiente de la sección.
El caudal, Q = Volumen / tiempo [litros / minuto]
Q = V / t [l / min]
V = A x s reemplazamos el volumen en caudal y nos queda: Q = A x s / t se sabe que velocidad es: v = s / t luego:
Q=A x v Q = Caudal [l / min. O m³ /min]
V = Volumen en l.
T = tiempo en min. A = superficie de la sección.
s = espacio.
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En la figura el caudal que entra en la tubería (Q1) es igual al caudal que sale (Q2), por lo tanto, la velocidad en el tramo de mayor diámetro es menor que en el tramo de menor diámetro luego las velocidades son inversamente proporcionales a los diámetros de las tuberías.
LA VELOCIDAD DEL FLUJO VARÍA EN RELACIÓN INVERSA ALA SECCIÓN DE LA TUBERÍA
Ecuación de continuidad:
Q1 = Q2
A1 x v1 = A2 x v2 = constante.
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Ecuación de la energía (Bernoulli). La ecuación de la energía o de Bernoulli relaciona la energía potencial o de posición la energía cinética o de movimiento y la energía de presión o presión estática. Esto es:
Conclusión
Pérdida de energía por fricción Las pérdidas de energía por fricción:
La longitud de la tubería. La rugosidad de la tubería. Cantidad de codos y curvas. Sección de la tubería. Velocidad del flujo.
P1 / ρ + v²1/ 2g + z1 = P2 / ρ + v²1 / 2g +z2
Observando las ecuaciones de continuidad y de Bernoulli se puede deducir cuando se disminuye la sección de los conductos, aumenta la velocidad y por lo tanto la energía cinética también aumenta.
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TIPOS DE FLUJO
Flujo Laminar Las partículas del liquido en este tipo de flujo se mueven formando capas que se deslizan ordenadamente hasta una cierta velocidad.
Flujo turbulento Si aumenta la velocidad y la sección de pasaje no varía, cambia la forma del flujo. Se hace turbulento y arremolinados y las partículas no se deslizan ordenadamente en un sentido. La velocidad a la que el flujo se desordena se llama "velocidad critica"
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CAPÍTULO IV / FLUIDOS HIDRÁULICOS
OBJETIVOS DEL FLUIDO
Transmisión de potencia. Lubricación de las piezas móviles. Disipación del calor producido. Protección contra la corrosión.
Transmisión de potencia El fluido debe poder circular fácilmente por las tuberías y orificios de los elementos, al objeto de transferir, con pequeñas perdidas, la energía de la bomba a los motores o cilindros.
Lubricación Los elementos móviles de los sistemas hidráulicos son lubricados por el fluido para protegerlos del desgaste.
Disipación del calor o enfriamiento La circulación del aceite a través de las líneas y alrededor de las partes del deposito.
Protección contra la corrosión Ningún órgano de la instalación hidráulica deberá ser atacado químicamente por el fluido.
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Enfriamiento del sistema
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REQUERIMIENTOS DE CALIDAD
Además de las funciones fundamentales, los fluidos hidráulicos pueden tener otros requerimientos de calidad tales como:
Impedir la oxidación. Impedir la formación de lodo, goma y barniz. Reducir la formación de espuma. Mantener su propia estabilidad, y por consiguiente, reducir el costo del cambio del fluido. Mantener un índice de viscosidad relativamente estable entre amplios limites de temperatura. Impedir la corrosión y la formación de picaduras. Separar el agua. Compatibilidad con cierres y juntas.
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PROPIEDADES DEL FLUIDO
Para valorar cualquier tipo de fluido hidráulico hay que considerar las propiedades que les permiten realizar sus funciones fundamentales y cumplir con algunos o todos su requerimiento de calidad.
Viscosidad Es la medida de la resistencia del fluido a su desplazamiento o circulación del mismo. Un fluido que circula con dificultad tiene una viscosidad alta, se puede decir también que es un fluido grueso. Un fluido que circula con facilidad, tiene una vi scosidad baja, se puede decir también que es un fluido delgado o fino.
Las viscosidades tienen por unidades las siguientes:
• La viscosidad absoluta en poise. • La viscosidad cinemática en centistokes. • La viscosidad relativa en Segundos Universales Saybolt (SUS) y números SAE.
Formas de viscosidad
Viscosidad dinámica. Viscosidad cinemática. Viscosidad SUS.
Viscosidad dinámica Considerando la viscosidad como la resistencia que ofrece una capa de fluido para deslizar sobre otra, es fácil medir la viscosidad dinámica en un laboratorio. Viscosidad cinemática El concepto de viscosidad cinemática es una consecuencia de la utilización de una columna de liquido para producir una circulación del mismo a través de un tubo capilar.
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Viscosidad SUS La viscosidad relativa SUS se mide el tiempo en que demora una cierta cantidad de liquido en fluir a través de un orificio normalizado a una temperatura determinada. Estas temperaturas son generalmente 100º F o 210º F que equivalen a 37, 8º C o 98,9º C respectivamente. Para aplicaciones industriales la viscosidad del aceite acostumbra a ser del orden de 150 SUS a 100º F. ÍNDICE DE VISCOSIDAD El índice de viscosidad es un numero arbitrario que indica el cambio de viscosidad del fluido al variar la temperatura.
PUNTO DE FLUIDEZ El punto de fluidez es la temperatura más baja a la que un liquido puede fluir. Como regla general en un sistema hidráulico el punto de fluidez debe estar 10º C por debajo de la temperatura más baja de la utilización. Capacidad de lubricación las piezas móviles de un sistema hidráulico es deseable que tengan una holgura suficiente para que puedan deslizarse sobre una película de fluido denominándose esta condición
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lubricación completa. Si el fluido tiene una viscosidad deseada, las pequeñas imperfecciones de las superficies de las piezas metálicas no se tocaran.
La película del lubricante impide el contacto entre metales
Resistencia a la oxidación La oxidación es un factor importante que reduce la vida o duración de un fluido. Los aceites derivados del petróleo son particularmente susceptibles a la oxidación los productos de oxidación que son insolubles taponan orificios, aumentan el desgaste y hacen que las válvulas se agarroten. Catalizadores El calor, la presión, los contaminantes, el agua, las superficies metálicas y la agitación, todos ellos aceleran la oxidación una vez que este empieza. Es por ello que hay siempre un numero de catalizadores de oxidación en el sistema hidráulico. Los fabricantes de aceites hidráulicos añaden aditivos para resistir a la oxidación. Estos aditivos impiden que la oxidación continua una vez iniciada y reducen el efecto de catadores de oxidación, son del tipo desactivador mecánico.
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Desemulsibilidad El agua en el aceite facilita la acumulación de descontaminantes que pueden originar el agarrotamiento de las válvulas y la aceleración del desgaste. Con adecuados aditivos se puede conseguir que un aceite hidráulico tenga la capacidad para separar el agua.
Oxidación y corrosión por la humedad y la formación de ácidos en el aceite hidráulico
LÍQUIDOS HIDRÁULICOS UTILIZADOS
Agua
El agua pura presenta unos defectos que condenan su empleo. Se congela a 0ºC, sus caudales lubricantes son nulas, es oxidante en presencia del aire y su pequeña viscosidad crea problemas de estancamiento. No obstante, debido a su bajo costo, su ininflamabilidad y su incomprensibilidad, todavía se emplea en prensas de fuerte potencia. Aceite soluble
El agua mezclada con aceite soluble presenta los mismos defectos, pero atenuados. Se mejoran así las cualidades lubricantes del agua, pero su inconveniente reside en la formación de corrosiones bioquímicos, debido a fermentaciones anaerobias.
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Aceites vegetales
Los aceites vegetales, basado en aceites de ricino y de alcohol, encontraron, antes de la segunda guerra mundial, un gran caucho vegetal en las juntas de cualidades superiores al sintético pero se modifican con el tiempo y llegan a ser oxidantes.
Aceites minerales Son los líquidos mas usados en los mandos hidráulicos. Son de producción abundante y fácil y ciertas propiedades pueden ser mejoradas mediante el empleo de aditivos adecuados. No obstante, obligan a utilizar los cauchos sintéticos y la temperatura limite de utilización no sobrepasa los 150ºC.
Líquidos sintéticos
Son productos químicos sintetizados en el laboratorio, que son, por sí mismo, menos inflamables que los aceites minerales, índice de viscosidad elevado, buenas cualidades lubricantes, etc. SE DIVIDEN EN DOS CLASES: 1. Hidrocarburos clorados, algo tóxico no biodegradables, y que en algunos países están prohibido o
desaconsejados por las leyes sanitarias. 2. Fosfatos-ésteres, menos tóxicos, y más biodegradables que los anteriores. Los fluidos sintéticos son los mas caros del mercado y no son compatibles con las juntas corrientes del nitrilo (buna) y neopreno. Funciona bien a altas temperaturas y son muy adecuados para sistemas de alta presión. Si son resistentes al fuego no funcionan bien en sistemas a baja temperatura y puede ser necesario el precalentamiento. Estos fluidos son los de mayor peso especifico y las condiciones de entrada a la bomba requieren un cuidado especial.
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CAPÍTULO V / TUBERÍAS HIDRÁULICAS Y ESTANQUEIDAD
TUBERÍAS HIDRÁULICAS
Tuberías es un término general que engloba las diferentes clases de líneas de conducción que transportan el fluido hidráulico entre los componentes así como las conexiones utilizadas entre los conductores. Los sistemas hidráulicos utilizan principalmente, hoy en día, tres tipos de líneas de conducción:
Tubos de gas. Tubos milimétricos. Mangueras flexibles.
Son más convenientes para hacer conexiones y para el mantenimiento de las instalaciones. En el futuro aparecerá probablemente la tubería de plástico que está usando gradualmente en ciertas aplicaciones. Tubos gas Los tubos de hierro y de acero fueron los primeros conductores que se utilizaron en los sistemas hidráulicos industriales y todavía se usan ampliamente debido a su bajo costo. La tubería de acero sin soldadura se recomienda para los sistemas hidráulicos, con su interior libre de óxido, cascarilla y suciedad. DIMENSIONES DE LOS TUBOS GAS Los tubos gas y sus accesorios se clasifican según sus dimensiones nominales y el espesor de sus paredes. Originalmente, un tubo de gas de tamaño determinado tenia un solo espesor de pared y el tamaño indicado era el diámetro interior. Más tarde, los tubos gas se fabricaron con distintos espesores de pared: estándar, grueso y extragrueso no obstante, el diámetro exterior no se modificaba. Para aumentar el espesor de la pared se modificaba el diámetro interior. Por lo tanto, el diámetro nominal de un tubo gas por si solo no indicaba mas que el tamaño de rosca para las conexiones.
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Las roscas de tubería hidráulicas de tipo cónico son de "cierre seco"
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CIERRE DE LOS TUBOS GAS
Las roscas de los tubos de gas son cónicas al contrario de las de los tubos milimétricos y algunas conexiones de mangueras que tienen roscas cilíndricas.
Las uniones se cierran mediante una adaptación entre las roscas macho y hembra al apretar la tubería. Esto crea uno de los principales inconvenientes de los tubos gas. Cuando una unión se rompe, debe apretarse más el tubo para volver a cerrar.
Frecuentemente esto requiere sustituir parte del tubo con secciones algo mas de largas. Sin embargo, esta dificultad ha sido superada en cierto modo, utilizando cinta de teflón u otros elementos para volver a cerrar las uniones de los tubos.
Se requieren tapones especiales para roscar los tubos y accesorios del sistema hidráulicos. Las roscas son del tipo de "cierre seco" que difieren de las roscas estándar en que las bases y crestas de las roscas encajan antes de los flancos evi tándose así una holgura espiral.
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Racores que unen los componentes y las tuberías a gas
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Tubos milimétricos
Los tubos de acero sin soldaduras presentan ventajas significativas sobre los tubos gas en los sistemas hidráulicos. Los tubos milimétricos pueden doblarse de cualquier forma, son más fáciles de trabajar y pueden utilizarse una y otra vez sin problema de cierre. Generalmente el número de uniones es reducido. En los sistemas de bajo volumen, aguantan presiones y caudales mas elevados con dimensiones y pesos menores sin embargos son mas caros así como también lo son los accesorios necesarios para las conexiones. DIMENSIONES DE LOS TUBOS MILIMÉTRICOS Las especificaciones de los tubos milimétricos se refieren siempre al diámetro exterior. Las medidas disponibles varían en incrementos 1/16" desde 1/8" hasta 1" y en incrementos de 1/4" desde 1" en los tubos métricos van desde 4 hasta 80 mm. Hay disponibles varios gruesos de pared para cada tamaño. El diámetro interior, tal como se observó anteriormente, es igual al diámetro exterior menos dos veces el espesor de la pared. ACCESORIOS DE LOS TUBOS MILIMÉTRICOS Los tubos milimétricos nunca se cierran mediante roscas sino mediante varios tipos de accesorios. Algunos de estos accesorios hacen el cierre mediante contacto metal-metal y son conocidos como accesorios de compresión y pueden ser abocardados o sin abocardar. Otros accesorios utilizan juntas tóricas o similares. Además de los accesorios roscados hay también disponibles bridas para soldar a los tubos de mayor tamaño.
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ACOPLAMIENTOS ABOCARDADOS El acoplamiento abocardado (o unión simple) de 37 grados es la más corriente para los tubos que pueden ser abocardados. Los acoplamientos efectúan el cierre apretando, mediante una tuerca, el extremo abocardado del tubo contra una superficie troncocónica existente en el cuerpo de acoplamiento. Un manguito o proporción de la tuerca soporta el tubo para amortiguar las vibraciones. El acoplamiento estándar de 45grados se utiliza para presiones muy elevadas. Hay también un diseño con roscas machos en la tuerca de compresión. ACOPLAMIENTOS Y CONEXIONES ROSCADAS UTILIZADAS EN LOS TUBOS MILIMÉTRICOS
Mangueras flexibles Las mangueras flexibles se utilizan cuando las líneas hidráulicas están sometidas a movimiento, por ejemplo, las líneas que van a un motor de cabezal de taladro. La manguera se fabrica con capaz de caucho sintético y trenzado de tejido o alambre. El trenzado de alambre permite naturalmente presiones más elevadas. La capa interna de la manguera debe ser compatible con el fluido utilizado. La capa externa es generalmente de caucho para proteger el trenzado. La manguera debe tener como mínimo, tres capas, siendo una de ellas el trenzado, o puede tener múltiples capas según la presión de funcionamiento. Cuando hay capas múltiples de alambre, pueden ir alternadas con capas de caucho o pueden estar colocadas directamente unas encimas de otras.
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CONEXIONES PARA MANGUERA Los accesorios para manguera son esencialmente los mismos que para los tubos. Existen conexiones para los extremos de la mayoría de las mangueras, aunque hay uniones roscadas y enchufes rápidos que pueden volver a utilizarse es generalmente deseable conectar los extremos de las mangueras con uniones simples que tengan cuentas giratorias. La unión esta generalmente montada en el conector pero puede también incorporarse a la manguera. Una manguera corta puede roscarse a un conectar rígido de un extremo antes de conectar a otro. Una manguera nunca hay que instalarla torcida.
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ESTANQUEIDAD
La estanqueidad se necesita para mantener la presión, para impedir la perdida de fluido y la contaminación. Hay varios métodos para hacer estancos los componentes hidráulicos, según se trate de estanqueidad positiva o no positiva, o si la aplicación es de estanqueidad estática o dinámica, o de la presión de funcionamiento y de otros factores.
Una estanqueidad positiva impide que la más mínima cantidad de fluido se escape.
Una estanqueidad no positiva permite que una pequeña cantidad de líquido escape, tal como en la holgura de una corredora en su alojamiento, para suministrar una película lubricante
Estanqueidad dinámica Los elementos de estanqueidad dinámicos se instalan en piezas que se mueven una en relación con la otra. Así, por lo menos una de las piezas debe frotar contra el cierre y, por consiguientes, los elementos dinámicos están sometidos a desgastes. Esto hace, naturalmente, que su diseño y aplicación sean más difíciles Juntas tóricas "O" Probablemente el elemento de estanqueidad, más utilizado en los modernos equipos hidráulicos es la junta tórica "O".
La junta tórica "O" se instala en una ranura anular mecanizada en una de las piezas componentes en la instalación, esta junta es comprimida tanto en el diámetro interno como en el externo. Es un elemento dinámico actuado tanto por presión como por compresión. La presión fuerza la junta contra uno de los lados de su ranura y hacia fuera en ambos diámetros.
Una junta tórica es un cierre de caucho sintético moldeado que tiene una sección recta y redonda en estado de reposo.
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De esta manera se efectúa un cierre positivo contra dos superficies anulares y una superficie plana. El aumento de presión da como resultado una fuerza mayor contra la superficie de cierre la junta, por consiguiente, es capaz de contener presiones extremadamente alta.
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CAPÍTULO VI / DEPÓSITOS OLEOHIDRÁULICOS
Un depósito industrial típico está construido con chapas de acero, fundición acerada o aluminio, en cualquiera de los casos los depósitos pueden ser: abiertos a la atmósfera cerrados bajo presión objetivos del deposito:
Almacenar el fluido de transmisión de potencia. Compensar fugas (siempre son posibles). Actuar como regulador térmico. Proteger el fluido contra la suciedad y cuerpos extraños. Permitir que el fluido se decante y sé desemulsiones. Complementar las funciones de filtrado. Entre otras.
Perspectiva seccionada de un depósito normal para instalaciones fijas de pequeña potencia.
Tapa de inspección superior. Tapón de llenado con filtro de aire. Control de nivel. Placa deflectora. Tubería de retorno. Concavidad para retener las impurezas y facilitar el vaciado. Tapón de drenaje. Espiga magnética. Tubería de aspiración. Coladores de aspiración. Tapa de inspección general.
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CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO
El depósito se diseña para que la mantención del fluido sea fácil. El fondo del tanque tiene una inclinación con el objeto que se pueda vaciar completamente por medio de la válvula de drenaje. Es muy importante que este tanque posea una o más tapas de registro para efectuar limpieza interna por lo menos una vez al año. Es recomendable el uso de nivel visuales u otros sistemas de control de niveles. En boca de llenado se instala un colador para evitar que se introduzca partículas extrañas en el momento de llenado. Esta boca de llenado posee una tapa que es un filtro de aire para el caso de los depósitos abiertos. Por medio de la placa deflectora se divide el depósito en dos cámaras (una para aspiración y otra para retorno) interconectados por pequeñas perforaciones que obliga al fluido a recirculos por pasos bien determinados. De esta forma la placa desviadora cumple por ejemplo con evitar las turbulencias, permite que las partículas extrañas se sedimentan en el fondo y ayuda a separar el aire del fluido. Las tuberías de alimentación y retorno deben quedar los más separados que sea posible y bastante bajo del nivel del aceite, para que el aire no se mezcle con el aceite y forme espumas. Por otro lado, las líneas que terminan cerca del fondo y que no llevan coladores, deben tener un corte de 45º para facilitar la aspiración en el caso de la bomba y dirigir el caudal hacia las paredes en el caso de retorno para disipar el calor y alejar este retorno de la línea de entrada de la bomba. Con respecto al tamaño del tanque es deseable que este sea siempre lo suficientemente grande para facilitar el enfriamiento y la separación de los contaminantes. Como mínimo el depósito debe contener todo el fluido que requiere el sistema y mantener el nivel lo suficientemente alto para evitar torbellinos, calor y partículas en suspensión. En los equipos industriales se acostumbra a emplear depósitos cuya capacidad sea por lo menos 2 a 3 veces la capacidad de la bomba en litros por minuto. Cuando las condiciones ambientales lo requieren el depósito tendrá calentador o será cerrado por efecto de contaminación.
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Las características generales explicadas son aplicables a depósitos cerrados o abiertos y tomando en cuenta la utilización, se podrá implementar con una serie de elementos que permita mejorar sus funciones.
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CAPÍTULO VII / FILTROS
La confiabilidad de una instalación hidráulica depende fundamentalmente de la limpieza de está, es decir, del filtraje.
FACTORES QUE INCIDEN
Tipo de partícula (tamaño, contextura). Número de partículas. Velocidad del flujo en los distintos elementos. Presión, caídas de presión. Juegos, características constructivas.
MATERIALES FILTRANTES
Según el grado de filtración existen los más variados tipos. En general todos tienen un plegado circunsferencial de manera que se obtiene una gran superficie de filtraje en un espacio reducido y una buena rigidez, los elementos más usados son:
Malla de alambre : El alambre que se utiliza es de acero aliado. Papel : El elemento de filtraje es un velo de papel. El grado de filtraje es de
10/um. Con el armazón y el plegado circunstancial se logra una rigidez aceptable.
La función de un filtro es de mantener el nivel de impureza en un valor reducido y de está manera evitar un desgaste prematuro de los elementos.
Grado de filtraje absoluto: Bajo este término se denomina al valor que corresponde a la mayor impureza esférica y rígida que puede pasar por el filtro.
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Los filtros de papel son elementos desechables ya que no se pueden limpiar. Se los utiliza para la puesta en servicio inaugural de las instalaciones o para el enjuague y limpieza de mantenimiento de las mismas. Filtros de fibra metálica Ventajas:
Gran capacidad de absorción de impureza en relación con la superficie. Prolonga vida útil, filtraje en profundidad. Independencia de la temperatura. Elevada presión. Gran rigidez.
Situación en el circuito hidráulico
Según su ubicación en el sistema, se pueden diferenciar los siguientes tipos: • Filtro en la tubería de aspiración. • Filtro en la tubería de presión. • Filtro en la tubería de retorno. • Filtro de aire y de carga.
Filtros en la tubería de aspiración
El filtro de aspiración va instalado en la línea de aspiración de la bomba. El elemento filtrante está provisto de una roca de conexión 2. El fluido es aspirado a través del elemento 3, de manera que al sistema solo llega accesibilidad para el mantenimiento, dificultando además el proceso de aspiración, por lo cual no es apto para todo tipo de bomba. El grado de filtraje es normalmente del orden de 100/um. Para que no se presenten dificultades de aspiración cuando el fluido está frío o el filtro está obturado por suciedad, se pueden instalar paralelamente válvulas by- pass. La presión de apertura de estas es de 0,2 bar.
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Filtro en la tubería de presión El filtro de presión va instalado en la línea de presión de un circuito hidráulico. Se lo puede ubicar después de una bomba o antes de una servoválvula o un regulador de flujo calibrado a un caudal muy reducido. Generalmente se lo instala como protección, justo delante de un dispositivo de mando o de reglaje. El filtro está compuesto por una carcasa 1, un pote enroscable 2, como deposito de las impurezas y el elemento filtrante 3. Dado que está expuesto a las presiones de servicio máximas, debe ser muy rígido. Este filtro admite una diferencia de presiones de 315 bar.
El filtro está compuesto por:
Una carcasa 1
Un pote enroscable 2, como deposito
de las impurezas.
Elemento filtrante 3.
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Filtro en la tubería de retorno El filtro de retorno es el más usado. Se le instala en la línea de retorno, implicando ello que el fluido del sistema es filtrado antes de ser devuelto al tanque. Este filtro existe en la versión parta ser conectado en línea o para ser montado sobre el tanque. El que se muestra en la figura es parta ser montado sobre el tanque y sujetado por medio de la brida 1. La parte 2, con la salida del fluido, se introduce directamente en el tanque. Una gran ventaja de este tipo de filtro es el fácil mantenimiento. Desmontando la tapa 3 se puede sacar directamente el elemento filtrante 5. Otra característica importante es el pote de impurezas 4 que rodea al elemento filtrante. Al retirar el elemento también se retira el pote, impidiendo de esta manera que las impurezas depositadas se vuelquen hacia el tanque. Para evitar una parada de la instalación por un filtro obturado se utilizan filtros dobles. Se trata de 2 filtros dispuestos en paralelo. Al obturarse un filtro se desvía el flujo hacia el otro, y se desmonta el primero por su limpieza, sin tener que detener la instalación.
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Filtro de aire y de carga El filtro de aire y de carga está previsto para ser montado sobre el tanque. Debe cumplir con 2 funciones:
1.- Como filtro de aire: al variar el nivel de fluido, por ejemplo, por consumos diferentes, se debe compensar el aire. El aire entrante es filtrado.
2.- Como filtro de carga: al cargar el tanque con fluido, el filtro impide que entren partículas grandes que luego irían al circuito. La carga tiene que realizarse
El filtro 1 va montado sobre la tapa del tanque 2. Para la carga se desenrosca la tapa 3 que está asegurada contra extravío por una cadena 4.
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INDICADORES DE OBTURACIÓN
La obturación puede ser detectada por la creciente resistencia. La presión delante del filtro actúa sobre un pistón y con el aumento de la presión este se desplaza contra el resorte. Este desplazamiento puede ser tomado directamente como indicación óptica de obturación. Otra posibilidad es que el pistón actúe sobre un contacto eléctrico obteniéndose así una indicación eléctrico-óptica de obturación.
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CAPÍTULO VIII / ACCESORIOS
El término accesorios cubre una serie de elementos que son igualmente imprescindibles en cualquier circuito hidráulico. A continuación se analizan algunos de ellos.
PRESOSTATOS
Los presostatos hidroeléctricos se utilizan para la conexión de un circuito eléctrico en función de la presión. Se los emplea como dispositivo de mando o como dispositivo de control; es decir, como emisores de alguna señal, acústica (campanilla) o eléctrica (lámpara).
Presostato típico
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MANÓMETROS
Los manómetros son necesarios para ajustar las válvulas de control de presión y para determinar las fuerzas ejercidas por un cilindro o el par desarrollados por los motores. La mayoría de los manómetros indican 0 a la presión atmosférica y según él si deberán ser calibrados en bar o pascal.
Manómetro tubo de Bourdon
Manómetro selector de presiones Los manómetros selectores de presiones son válvulas de corredera giratoria. Permiten medir la presión en distintos puntos de la instalación hidráulica.
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Manómetro selector de presiones Válvula de protección de manómetro
La válvula de protección es una válvula de corredera 3 vías accionadas manualmente por un botón. Permite conectar el manómetro para medir esporádicamente la presión. Tiene dos posiciones de trabajo:
El manómetro está conectado hacia el tanque. Esta posición se alcanza con el tanque 1.
El manómetro está conectado con el circuito. Esta posición se alcanza apretando el botón. La conexión hacia el tanque interrumpida.
El manómetro puede ir montado directamente sobre la válvula o separadamente. Intercambiadores de calor En los circuitos hidráulicos, parte de la impotencia instalada se transforma en calor al pasar el fluido por tuberías y válvulas; es decir, el fluido se calienta. Si el tanque no logra irradiar la cantidad de valor producido, se tendrá un aumento de temperatura de fluido y está estará sobre la temperatura de servicio deseada. El fluido debe ser refrigerado adicionalmente por medio de un intercambiador de calor. Refrigeración del fluido REFRIGERADOR DE AIRE El fluido, antes de retornar al tanque, pasa por un serpentín que esta expuesto a un fluido de aire refrigerante creado por un ventilador. Este refrigerador de aire esta diseñado de manera que actúa, adicionalmente, como protección del acople motor/bomba. El ventilador esta unido al eje del motor y el aire fluye del centro hacia fuera lamiendo al serpentín por el cual circula al fluido a refrigerar y que es llevado hacia el tanque.
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REFRIGERADOR DE AGUA Por el serpentín de estos refrigeradores, que esta bañado de agua, circula el aceite de manera que se logra un intercambio de calor del aceite hacia el agua. Los refrigeradores de agua permiten evacuar una mayor cantidad de calor que los de aire, dado que, normalmente, la diferencia de temperatura disponible es mayor. La utilización de estos refrigeradores depende de la disponibilidad del medio refrigerante, es decir del agua.
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Calefactores Para calentar el fluido de trabajo a la temperatura de servicio se deben utilizar calefactores. Estos calefactores son varas con una resistencia eléctrica que se introducen en el tanque. Hay que tener en cuenta que el fluido no debe sufrir calentamientos locales elevados, ya que esto ocasionaría una descomposición y una deposición carbónica sobre la vara. Termostato, termómetro Para el control de la temperatura de servicio de fluido se utilizan termómetros en las más diferentes versiones, que son introducidos en el tanque. Si se desea mantener la temperatura de servicio del fluido constante, se pueden utilizar termómetros de conexión o termostatos que según el caso, ponen en funcionamiento el sistema de refrigeración o el de calefacción. Interruptor flotante Los interruptores flotantes se utilizan para controlar el nivel del fluido en el tanque. Se puede controlar el nivel máximo, el nivel mínimo o ambos. Si es alcanzado alguno de los niveles extremos, el flotante emite una señal por medio de un contacto que es regulable en su altura. Esta señal es elaborada y provocada; por ejemplo, la para da de la instalación cuando el nivel es mínimo.
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ACTUADORES HIDRÁULICOS
CILINDROS Los cilindros son actuadores lineales. Por lineal queremos decir que el trabajo de un cilindro se realiza en línea recta. TIPOS DE CILINDRO:
Cilindros de simple efecto o de doble efecto. Cilindros diferenciales y no diferenciales.
Las variaciones incluyen pistón liso o pistón con vástago, siendo este sólido o telescópico.
CILINDRO TIPO BUZO. Quizá sea el actuador más sencillo de todos. Existe sólo una cámara para el fluido y puede ejercer fuerza únicamente en una sola dirección. La mayoría de estos cilindros se montan verticalmente y el retorno se efectúa por la acción de la gravedad. Son adecuados para aplicaciones que requieren carreras largas tales como elevadores y gatas para levantar automóviles.
Cilindros tipo buzo
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CILINDRO TIPO TELESCÓPICO
Se utiliza un cilindro telescópico cuando su longitud comprimida tiene que ser menor que la que se obtiene con un cilindro estándar. Pueden utilizarse hasta cuatro o cinco camisas. La mayoría de estos cilindros son de simple efecto, pero también los hay disponibles de doble efecto.
CILINDRO ESTÁNDAR DE DOBLE EFECTO Se denomina así por que es accionado por el fluido hidráulico en ambos sentidos, lo que significa que puede ejercer fuerza en cualquiera de los dos sentidos del movimiento. Un Cilindro estándar de doble efecto se clasifica también como cilindro diferencial por poseer áreas desiguales, sometidas a la presión, durante los movimientos de avance y retorno esta diferencia de áreas es debida al área del vástago. En estos el movimiento de avance es más lento que el de retorno, pero pueden ejercer una fuerza mayor.
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CILINDRO DE DOBLE VÁSTAGO Los cilindros de doble vástago se utilizan donde es ventajoso acoplar una carga a cada uno de los extremos del vástago cuando sea necesario que la velocidad en los dos sentidos de movimiento sea la misma. Son también cilindros de doble efecto pero no son cilindros diferenciales, con áreas iguales a ambos lados del pistón, estos cilindros suministran velocidades y fuerzas iguales en ambas direcciones. Cualquier cilindro de doble efecto puede utilizarse como de simple efecto drenando el lado inactivo a tanque.
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Cilindro de doble vástago
MONTAJES DE CILINDRO. Varios tipos de montajes para cilindros proporcionan flexibilidad para la instalación de los mismos. Generalmente los extremos de los vástagos están roscados para unirlos directamente a la carga o están ligados a un acoplamiento.
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Montajes de cilindro
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CAPACIDAD DE LOS CILINDROS La capacidad de un cilindro viene determinada por su tamaño y su resistencia a la presión. La mayoría llevan un vástagos normalizado, pero hay disponibles, además vástagos pesados y extrapesados. El tamaño del cilindro viene definido por el diámetro del pistón y por la carrera del vástago. La velocidad del cilindro, la fuerza disponible y la presión necesaria para una carga dada depende del área del pistón utilizado.
π x d² (A = = 0.7854 x d² )
4
EN EL MOVIMIENTO DE RETORNO DEBE TENERSE EN CUENTA EL ÁREA DE VÁSTAGO.
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CAPÍTULO IX / VÁLVULAS
Las válvulas son elementos que gobiernan los sistemas hidráulicos. Por medios de ellas se regula la presión, se distribuye el aceite y se regula su caudal a través de los circuitos hidráulicos.
CLASIFICACIÓN DE LAS VÁLVULAS
Válvulas reguladoras de la presión del aceite. Válvulas distribuidoras de aceite. Válvulas reguladoras de caudal de aceite.
Los tres tipos fundamentales de las válvulas hidráulicas
VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESIÓN Las válvulas reguladoras de presión se emplean para limitar o reducir la presión dentro del sistema, para descargar la bomba o para fijar la presión de entrada del aceite a un determinado circuito. Son válvulas reguladoras de presión, las válvulas de alivio o válvulas de seguridad, las válvulas reductoras, las válvulas repartidoras secuenciales y las válvulas de descarga.
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La función de las válvulas de presión es influir sobre la presión en un sistema o en parte de él. Estas válvulas pueden ser clasificadas en tres tipos según la función que cumplen:
Válvulas limitadoras de presión. Válvulas reductoras de presión (reguladoras). Válvulas limitadoras de presión o válvulas de alivio.
Estas válvulas son válvulas de seguridad que descargan la presión cuando ésta pasa de un determinado limite.
Válvulas limitadoras de presión, mando directo Principio básico de funcionamiento: Un elemento de cierre 1 es apretado por el resorte 2 con una fuerza que depende del tamaño y de la pretensión, contra el asiento 3. La cámara del resorte está descomprimida hacia el tanque. La presión del sistema actúa sobre la superficie del elemento de cierre y del producto presión X superficie, resulta una fuerza que actúa contra el resorte. Al aumentar la presión, aumenta también la fuerza. Mientras la fuerza del resorte es mayor, el elemento de cierre queda apoyado contra el asiento. Cuando la "fuerza de la presión" es mayor que la del resorte, el elemento de cierre se levanta de su asiente y abre la conexión. El fluido en exceso fluye hacia el tanque y la energía hidráulica se transforma en energía térmica siendo
W = p x q x t
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si por ejemplo, el consumidor no necesita fluido, este debe ser alejado en su totalidad a través de la válvula. La válvula permanece abierta hasta que la "fuerza de la presión" y del resorte se igualen. La magnitud de la carrera de apertura del elemento de cierre depende del caudal evacuar. La presión correspondiente a la fuerza del resorte no es superada nunca.
Particularidades constructivas de este tipo de válvulas
En el esquema anterior se analizó solamente a las fuerzas, es decir, la estática de la válvula. Pero desde el punto de vista dinámico se debe considerar que es un sistema masa-resorte que oscila. Estas oscilaciones repercuten en la presión y deben ser eliminadas por un amortiguador.
ESTAS VÁLVULAS TAMBIÉN SON LLAMADAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD.
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Posibilidades de amortiguación son:
Émbolo de amortiguación con una tobera. Émbolo de amortiguación con una faceta plana. Émbolo de amortiguación con juego grande.
El émbolo esta unido rígidamente con el elemento de cierre. Con cada movimiento, el fluido debe pasar por la tobera o de un lado al otro del émbolo. Se produce así una fuerza de amortiguación, contrario al sentido del movimiento. Válvulas reductoras de presión A estas válvulas también se las suele denominar "válvulas reguladoras de presión". Con una válvula reductora se controla la presión secundaria, es decir, la presión de salida de la válvula. La presión secundaria es independiente de la presión primaria y es mantenida constante cuando la presión de entrada (primaria) sobrepasa al valor graduado. Es decir que en unja parte del circuito se puede reducir la presión del sistema a un valor más bajo.
Válvula reductora de presión, mando directo.
El elemento de mando es una corredora 1 que esta alojada en la cascada 2 y es empujada a su posición inicial por el resorte 3. En contraposición a las válvulas limitadoras y a la de conexión de presión. Las válvulas reductoras están abiertas en su posición inicial.
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El sentido del flujo es de P hacia A. La presión secundaria (A) actúa por la perforación 4 sobre la cara izquierda de la corredora. Si la presión en A alcanza al valor graduado en el resorte, la corredora se desplaza hacia la derecha y disminuye el flujo de P hacia A. Sólo pasa el caudal que necesitaba el consumidor sin que se eleve la presión. Si el consumidor no necesita más fluido, la válvula cierra. Si se trata de una válvula de 3 vías, de tiene un control adicional de la posición secundaria, de manera que cuando este aumenta por la acción de una fuerza externa, la corredora es empujada más hacia la derecha; se establece la conexión entre A y L y se evacua el fluido necesario para mantener la presión en su valor graduado. Para el retorno libre del fluido del consumir se instalo en paralelo un antirretorno 5. VÁLVULAS DISTRIBUIDORA DE CAUDAL Controlan el sentido del flujo del aceite por el sistema hidráulico. A este tipo de válvulas pertenecen las válvulas:
Rotativas. De carrete. Rotativas.
Válvulas Antirretorno o de retención.
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Función Las válvulas de cierre tienen la función, en un circuito hidráulico, de un interrumpir el flujo en un sentido y permitir el flujo libre en el otro. También se los llama antirretorno. Las válvulas de cierre son construidas con cierre por asiento y por consiguiente no permiten fugas. Como elemento de cierre se utiliza generalmente una bola o un cono. La sección muestra un antirretorno simple, en el cual el elemento de cierre es un cono 1 que es apretado por el resorte 2 contra el asiento 3. La posición de montaje es indiferente, ya que el resorte mantiene siempre al cono apoyado contra el asiento. Cuando el sentido del flujo es el de las flechas, el cono se levanta por la presión y permite flujo libre. En el sentido opuesto, el cono es apretado por el resorte y la presión sobre el asiento y el flujo se interrumpe. La presión de la apertura depende del resorte elegido, la presión de éste y de la superficie solicitada del cono. Según las necesidades la presión de apertura está entre 0,5 y 3 bar. Al ser utilizadas como válvulas By-pass, por la posible obturación de un filtro por suciedad, se toma válvulas de apertura, por ejemplo de 3 bar. Los antirretornos sin resortes deben ser montados verticalmente para que el elemento de cierre se apoye sobre el asiento por su propio peso.
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Antirretornos con apertura hidráulica
Las válvulas antirretorno pilotadas están diseñadas para permitir el paso libre del fluido en una dirección y para bloquear el caudal de retorno en dirección opuesta hasta que la válvula se abre debido a la acción de un pilotaje externo. Usos:
Para cerrar un circuito de trabajo con presión. Como segura contra caída de una carga por rotura de una tubería. Para evitar avances lentos en consumidores hidráulicos.
Funcionamiento En el sentido de A hacia B el flujo es libre; de b hacia A, el cono principal 2 y el cono de descompresión 3 son apretados por el resorte 4 y por la presión del sistema contra el asiento. Al actuar una presión piloto en la conexión X, el pistón de mando 1 se desliza hacia la derecha y levanta, primero al cono de descompresión 3 y luego al cono principal 2, de sus asientos. Ahora el líquido puede fluir de B hacia A.
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Por el cono de descompresión se realiza una descompresión del fluido amortiguado y libre de golpe. Válvulas rotativas Las válvulas rotativas se suelen emplear como válvulas pilotos para dirigir el aceite a otras válvulas. El cuerpo de la válvula lleva unos orificios que quedan frentes a las canalizaciones de un rotor. Las válvulas de distribución rotativas pueden ser de dos, o tres o cuatros direcciones. Ello depende de la situación de los orificios y de las canalizaciones del rotor. Estas válvulas se suelen emplear en sistemas de baja presión y poco caudal
Válvulas de distribución rotativas
Válvulas de carrete de distribución. El carrete de está válvulas distribuye el aceite por uno u otro circuito, al ser corrido hacia delante o hacia atrás. Cuando esta clase de válvulas se emplea como válvula de control, permite gobernar con ella las distintas unidades de fuerza de los modernos sistemas hidráulicos. Hay una infinidad de variantes de esta clase de válvulas. Las hay para dos, cuatro y seis circuitos y suelen construirse de forma que puedan "apilarse". Todas estas válvulas se pueden accionar, en forma manual, en forma mecánica, por señal eléctrica, pilotaje neumático y pilotaje hidráulico.
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Válvula de corredera de distribución
Válvula de corredera de distribución
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CAPÍTULO X / ACUMULADORES HIDRÁULICOS
FUNCIONES
1.- Absorber un cierto volumen de fluido a presión y entregarlo cuando se lo necesita. Estando
conectado a un sistema hidráulico se lo puede utilizar para que cumpla con distintos cometidos:
2.- Como reserva de fluido de presión, cuando en el sistema se necesita, durante un corto tiempo, un caudal mayor.
3.- De esta manera se puede instalar una bomba relativamente pequeña. El acumulador es llenado
cuando el consumo del sistema en el ciclo del trabajo es menor que el caudal que la bomba suministra.
4.- Cuando el caudal a consumir es mayor que el que la bomba puede suministrar, la diferencia es
obtenida del acumulador. Si no se instala el acumulador, la bomba tendría que ser lo suficientemente grande para suministrar el caudal máximo, que en realidad se utiliza solo durante un corto tiempo.
5.- La utilización del acumulador no solo permite el empleo de una bomba pequeña, si no que además
el motor es mas reducido; la potencia instalada es menor. 6.- Como equipo auxiliar, para terminar un ciclo de trabajo cuando se presentan averías, ya sea en la
bomba o en el motor. 7.- Como compensación de fugas, para mantener durante mayor tiempo una presión. 8.- Como compensación de volumen, cuando existen diferencias de temperaturas en circuitos
cerrados. 9.- Para eliminar puntas de presión que se presentan en los procesos de conmutación. 10.- Para amortiguar pulsaciones, disminuir irregularidades de la presión de la bomba. 11.- Para aprovechar la energía de frenado.
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TIPOS DE ACUMULACIÓN HIDRÁULICOS
Los acumuladores de peso y de resorte prácticamente no se emplean en la industria. Los más utilizados son aquellos en los cuales se comprime un gas (Nitrógeno), siendo este en realidad el elemento que acumula energía. Según la construcción se distinguen los acumuladores de pistón, de vejiga y de membrana. Acumulador de pistón Los acumuladores de pistón se adaptan principalmente para grandes volúmenes. El gas y el fluido están separados por un pistón que se mueve libremente dentro de un cilindro. La aislación entre gas y fluido se logra por medio de retenes. La presión inicial del gas debe ser 5 bar menos que la presión mínima de servicio. La relación máxima de presiones, es decir, entre la presión del gas y la presión máxima de trabajo es de 1:10.
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Acumuladores de membrana Son utilizadas cuando los volúmenes necesarios son pequeños, por ejemplo, para eliminar puntas de presión, amortiguar pulsaciones o para la alimentación de un circuito de pilotaje. La membrana separada fluido y gas y tiene una forma ondulada. También aquí la relación máxima de presiones es de 1:10.
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Acumulador de vejiga Se caracteriza por una hermeticidad absoluta, gran reacción y muy baja inercia.
En los acumuladores de vejiga, el nitrógeno y el fluido están separados por una vejiga cerrada y elástica. El gas esta dentro de la vejiga, la relación máxima de presiones es 1:4. El acumulador de vejiga esta compuesto por un recipiente de acero(1); una conexión (2); válvula de plato (3); vejiga (4); y válvula de gas (5). Según figura.
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CAPÍTULO XI / BOMBAS HIDRÁULICAS
Consideraciones generales, las bombas y motores hidráulicos representan dos órganos dotados de funciones perfectamente simétricas en una transmisión hidrostática de la energía. En efecto las primeras convierten la energía mecánica en energía hidráulica; los segundos efectúan la conversión de la energía hidráulica en energía mecánica. Las bombas se fabrican en muchos tamaños y formas, con muchos mecanismos diferentes de bombeos y para aplicaciones muy distintas. Las bombas se clasifican en dos categorías básicas:
HIDRODINÁMICA E HIDROSTÁTICA
Las bombas hidrodinámica tales como los tipos centrífugos o de turbina se usan principalmente para transferir fluidos donde la única resistencia que se encuentra en la creada por el peso del fluido y el rozamiento. Las Bombas hidrostática o de desplazamiento positivo suministran una cantidad determinada de fluido en cada carrera, revolución o ciclo. La bomba es, un generador de caudal. La transformación de energía de una bomba ya sea hidrodinámica o hidrostática se hace en dos tiempos aspiración y compresión en un primer tiempo la acción mecánica produce un vacío, permitiendo a la presión atmosférica reinante en él deposito obligar al líquido a remontar por la canalización de aspiración hasta la bomba. Las bombas se clasifican generalmente por su presión máxima de funcionamiento y por su caudal de salida en litros por minuto a una velocidad de rotación determinada. La presión nominal de una bomba viene determinada por el fabricante y esta basada en una duración razonable en condiciones de funcionamiento determinadas. Una bomba viene caracterizada por su caudal nominal en litros por minuto, por ejemplo 30 l/min.
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Rendimiento volumétrico En teoría una bomba suministra una cantidad de fluido igual a su desplazamiento por ciclo o revolución. En realidad el desplazamiento efectivo es menor, debido a las fugas internas. A medida que aumenta la presión, las fugas desde la salida de la bomba hacia la entrada o el drenaje también aumentan y el rendimiento volumétrico disminuye. El rendimiento volumétrico es igual al caudal al caudal real de la bomba dividido por el caudal teórico. Se expresa en forma de porcentaje.
Por ejemplo, si una bomba debe dar teóricamente un caudal de 40 l/min, pero da realmente solo 36 l/min, a una presión de 70 kp/cm², su rendimiento volumétrico, a esta presión, será del 90 %.
Bomba de engranaje externo Una bomba de engranaje suministra u caudal transportando el fluido entre los dientes de dos engranajes bien acoplados. Uno de los engranajes es accionado por el eje de la bomba y hace girar al otro. Las cámaras de bombeo formadas entre los dientes de los engranajes, están cerradas por el cuerpo de la bomba y las placas laterales llamadas placas de presión o de desgaste. Los engranajes giran en direcciones opuesta, creando un vació parcial en la cámara de entrada de la bomba. El fluido se introduce en el espacio vacío y es transportado por la parte exterior de los engranajes, a la cámara de salida. Cuando los dientes vuelven a entrar en contacto el fluido vuelve a ser impulsado hacia fuera. La figura muestra una bomba típica de engranajes de exteriores.
Rendimiento volumétrico = 9 = 0,9 o 90% 10
Rendimiento volumétrico = caudal real caudal teórico
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Bomba de engranaje interno En este modelo, las cámaras de bombeo también están formadas entre los dientes de los engranajes. Una pieza de separación, en forma de media luna esta mecanizada en medio de los engranajes y situada entre los edificios de entrada y salida donde la holgura de los dientes de los engranajes es máxima. La figura muestra una bomba de engranaje internos. En la misma familia de las bombas de engranajes se incluye la bomba de motor en formas de lóbulos. Esta bomba funciona según el mismo principio de la bomba de engranaje externo pero tiene un desplazamiento mayor. La figura muestra una bomba de lóbulos.
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Bombas de Lóbulos
Bombas de Paletas El principio dl funcionamiento de una bomba de paleta se puede describir de la siguiente manera, un rotor ranurado esta acoplado al eje de accionamiento y gira dentro de un anillo ovalado. Dentro de las ranuras del rotor están colocadas las paletas que siguen la superficie interna del anillo mientras cuando el rotor gira. La fuerza centrifuga y la presión aplicada en la parte inferior de las paletas las mantienen apoyadas contra el anillo. Las cámaras de bombeo se forman entre las paletas, rotor, anillo y las dos placas laterales.
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Un vacío parcial se crea a la entrada de la bomba a medida que va aumentando el espacio comprendido entre el rotor y el anillo. El aceite que entra en este espacio queda encerrado en las cámaras de bombeo y es impulsado hacia la salida cuando este espacio disminuye. La figura muestra una bomba de paletas no equilibrada hidráulicamente.
Bomba de Pistones Todas las bombas de pistones funcionan según el principio de que un pistón moviéndose alternativamente dentro de un orificio, aspirara fluido al retraerse y lo expulsara en su carrera hacia delante. Los dos diseños básicos son las bombas de pistones axiales y bombas de pistones radiales. Una bomba de unidades axiales los pistones son paralelos entre si y con el eje entre barrilete. Una bomba radial tiene los pistones dispuestos radialmente en bloque de cilindros o barrilete. La figura muestra una bomba de pistones en líneas o axiales
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Bomba de pistones
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CAPÍTULO XII / MOTORES HIDRÁULICOS
MISIÓN Y CARACTERÍSTICAS
Los motores hidráulicos tienen la misión de transformar la potencia hidráulica, recibida de la bomba, en potencia mecánica. Esta potencia es suministrada bajo la forma de un PAR y una VELOCIDAD de rotación.
EL PAR Se denomina también momento de giro o torque, es el esfuerzo circular desarrollado por el motor y depende de la presión y la cilindrada del mismo. Se expresa en (da num).
LA VELOCIDAD DE ROTACIÓN Depende del caudal de alimentación y cilindrada del motor. Se expresa en (r.p.m.). .
POTENCIA Es el producto del par por la velocidad de rotación. Se expresa en (K.W.). Las formulas de cálculos son las siguientes: Consumo Q = v *n 1 1000 *?vol min
Número de n = Q * vol * 1000 [min -¹ ] revoluciones v
Momento M= p * v * hm [ daNm] de giro 2 * * 100
Potencia P = p * Q * tot. [kw] 600
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EN LAS CUALES:
Q = caudal ( 1 ) min
V = caudal geométrico (bomba) consumo geométrico (motor)
N = número de revoluciones (r.p.m.) o (min-¹)
Pacc = potencia de accionamiento de la bomba (kw)
P = presión de servicio (bar) o ( da N ) cm²
tot. = rendimiento total (0,8 ??0,85)
vol = rendimiento volumétrico (0,9 ? 0,95)?
hm = rendimiento hidráulico-mecánico (0,9 ? 0,95)
M = momento de giro (par motor) (da Nm)
p = diferencia de presiones entrada y salida del motor (bar) o (da N ) cm²
P = potencia del motor (kw)
Motores cilindrada fija Motores cilindrada variable
Tipos de motores hidráulicos
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TIPOS DE MOTORES HIDRÁULICOS
En los motores de cilindrada fija, la velocidad sólo se puede variar modificando el caudal de alimentación al motor. Manteniendo constante la presión y aumentando el caudal de alimentación se tendrá:
PAR de salida constante. La POTENCIA de salida crece con la velocidad.
En los motores de cilindrada variable es posible variar la velocidad, variando la cilindrada. Manteniendo constante la presión:
El PAR de salida disminuye al aumentar la velocidad. La POTENCIA de salida se mantiene constante.
No obstante se prefiere distinguir los motores según la tecnología constructiva de los elementos que son desplazados por el líquido. De esta forma podemos clasificar los motores en:
Motores de engranajes. Motores de paletas. Motores de pistones.
Sólo los motores de paletas y pistones pueden ser de cilindrada variable. Los motores de engranajes se construyen de engranajes externos e internos y tienen la misma tecnología constructiva que las bombas. Su principio de funcionamientos se esquematiza en la figura inferior, y es inverso al de una bomba de engranaje. También existen motores de lóbulos.
Motores de engranajes externos, internos y de lóbulos. Funcionamiento de un motor de engranaje externo.
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Características normales de construcción
Potencia de hasta 118 CV. Caudales requeridos hasta 382 l/min. Presiones máximas de trabajos en servicio continuo 140 a 175 bar. Par motor de hasta 42 Kg-m. Velocidad de 2000 a 3600 rpm. Arranque a temperatura ambiente entre -20º a + 60º C. Funcionamiento silencioso aún a plena potencia.
Características del aceite a utilizar
Viscosidad a la temperatura de trabajo entre 3 y 4,5º E. Indice de viscosidad no inferior a 90. Máxima viscosidad a la temperatura de arranque 185º E. Temperatura máxima para un buen rendimiento 65º C. Grado de filtración del aceite no superior a 60 micrones.
Motores de pistones El funcionamiento de los motores de pistones es inverso a de las bombas del mismo tipo. Existen fundamentalmente dos grupos:
Motores de pistones axiales. Motores de pistones radiales.
Los primeros permiten velocidades rápidas por, sobre las 4000 rpm. Mientras que los segundos no llegan a 500 rpm.
Motores de pistones axiales. Su construcción es idéntica a las de las bombas del mismo tipo. Las figura muestra un motor de este tipo. Motores hidráulicos.
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Motores Hidráulicos
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CAPÍTULO XIII / CIRCUITOS OLEOHIDRÁULICOS
Circuito con válvula de estrangulación y antirretorno, regulable
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Circuito con avance del émbolo sin sacudida