Ing. Miguel Gutierrez Ayquipa

ELECTROHIDRÁULICA

Ing. Miguel Gutierrez Ayquipa

Contenido• Introducción• Principios básicos de la hidráulica• Elementos de instalaciones

hidráulicas• Simbología de los elementos

hidráulicos• Construcción de circuitos de

hidráulicos

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Introducción

• La hidráulica solo comenzó a utilizarse en el siglo XVII.

• El estudio de la hidráulica concierne al empleo y características de los líquidos.

• Se le atribuye el significado de transmisión y control de fuerzas y movimiento por medio de líquidos

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• Ventajas de la Hidráulica Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o mementos de giro El aceite empleado en el sistema es fácilmente recuperable Velocidad de actuación fácilmente controlable Instalaciones compactas Protección simple contra sobrecargas Cambios rápidos de sentido

• Desventajas de la Hidráulica El fluido es mas caro. Perdidas de carga. Personal especializado para el mantenimiento. Fluido muy sensible a la contaminación.

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Principales campos de aplicación• Industria metal mecánica • Industria siderúrgica• Industria Eléctricas y Electromecánica• Industria Química • Industria Textil• Industria de la madera y el papel• Industria Naval

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EJEMPLOS DE APLICACIÓNMaquinas herramientas

Copiador hidromecánico Mesa giratoria

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EJEMPLOS DE APLICACIÓNIndustrias

Acerías ( Alto horno ) Prensas

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EJEMPLOS DE APLICACIÓNIndustrias y embarcaciones

Acerías ( Alto horno) Servo motor

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Palas mecánicas Elevadores

EJEMPLOS DE APLICACIÓNMaquinaria móvil

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EJEMPLOS DE APLICACIÓN

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EJEMPLOS DE APLICACIÓN

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hidráulicos• Construcción de circuitos de

hidráulicos

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Fundamentos Físicos

Es el resultado de una fuerza aplicada a la superficie de un cuerpo (N/m2).

Su unidad según el S.I. es el Pascal (Pa), aunque también se suele expresa en:

» N/m2= 1 Pa» bares→ 1 bar= 105Pa» Psi(libra por pulgada cuadrada) = 0.06895 bar» Kg /cm² ~  Kp/cm²  ~ bar

El manómetro es el instrumento que se usa para medir la presión.

• LA PRESIÓN (P)

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“La presión existente en un líquido confinado (encerrado) actúa igualmente en todas direcciones, y lo hace

formando ángulos rectos con la superficie del recipiente".

Esta es la ley más elemental de la física referida a la hidráulica.

P1

P2 P3

P4

P5

P1 = P2 = P3 = P4=P5

• PRENCIPIO DE PASCAL

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Joseph Bramah, utilizó el descubrimiento de Pascal para fabricar una prensa hidráulica.

• Si una pequeña fuerza, actúa sobre un área pequeña, ésta creará una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor.

Propagación de la presión.Multiplicación de la fuerza.Multiplicación de la presión.Multiplicación de la distancia.

• Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah

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Es el volumen de un liquido que fluye a través de un tubo por un tiempo conocido.

Q=V/t

Para un cilindro:

V=AxS→ Q=(AxS)/t

Q: caudal V: volumen t: tiempo A: área S: carrera

o El caudal volumétrico de un líquido que fluye por un tubo de varios diámetros es igual en cualquier parte del tubo. Esto significa que el fluido a traviesa los segmentos más pequeños con mayor velocidad.

• CAUDAL VOLUMÉTRICO

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El flujo de fluidos en tuberías•Flujo laminar

Las capas de fluido se mueven en forma paralela una a la otra, las próximas a las paredes internas de la tubería lo hacen más lentamente, mientras que las cercanas al centro lo hacen rápidamente.

•Flujo turbulento

Las partículas de fluido se mueven en forma desordenada con respecto a la dirección del flujo.

Excesos de velocidad de circulación

Cambios bruscos del diámetro de tubería

Rugosidad interna de la tubería

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• Función del fluido oleohidráulico

Las finalidades esenciales de un fluido oleohidráulico son:

I. Ser el medio transmisor de energía.

II. Lubrificar los componentes que constituyen el sistema.

III. Minimizar las fugas.

IV. Disipar el calor generado en el sistema

Además de estas funciones: Impedir la corrosión (oxidación). Reducir la formación de espuma. Compatibilidad con los elementos de estanqueidad. Mantener un índice de viscosidad relativamente estable en un amplio rango de

temperatura. Resistencia al fuego. No ser tóxico

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• Clasificación de los Fluidos

Desde 1977 la clasificación internacional adoptada para los aceites industriales (por el I.S.O.), está basada en la viscosidad a 40 gC en

centiestokes. Las distintas normas (AFNOR, DIN, CETOP, ISO)definen 4 tipos de fluidos:

» HH : aceite mineral no inhibido. » HL : aceite mineral poseedor de propiedades antioxidantes y

anticorrosión. » HM : fluido de categoria HL con características antidesgaste. » HV : fluido de categoria HM con propiedades viscosidad-

temperatura mejoradas.

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• Propiedades de los fluidos

o Densidad.

En la práctica, se puede asimilar al peso específico y proporciona, en algunos casos, una referencia en cuanto al origen del aceite.

La densidad se expresa en gramos por centímetro cúbico.

La densidad varia con la temperatura en 6x10-4 g/cm3 aproximadamente, por grado centígrado.

Cuanto mayor es el grado API, menor es la densidad.

La escala API va de 0 (que corresponde a 1076g/cm3) y 100 (que corresponde a 0,6112g/cm3).

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o Viscosidad La viscosidad es la resistencia del fluido a derramarse o fluir por el interior de un

conducto. Puede ser determinada midiendo el tiempo que tarda el fluido en fluir a través de un orificio normalizado a una determinada temperatura. Esta temperatura suele ser 100 gF y 210 gF (37.8 gC y 98.9 gC). En general, se definen dos tipos de viscosidad:

-La viscosidad dinámica

Donde τ es la tensión tangencial (se opone al movimiento) y es la dirección normal al movimiento. La unidad fundamental es al poise (en la práctica centipoise).

-La viscosidad cinemática

Donde ρ es la densidad del fluido. Su unidad fundamental es el stoke (en la práctica centistoke, cst).

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Variación de la viscosidad:

• Temperatura, la viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad, que tiene lugar al aumentar la temperatura.

• Presión, la viscosidad no se ve afectada ante presiones moderadas pero se han encontrado grandes incrementos a presiones sumamente elevadas.

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• Efectos a los que son sometido los fluidos

Un aumento de temperatura provoca un efecto de expansión en liquido y gases. La expansión del aceite hidráulico en un circuito cerrado es un problema, ya que la presión interna puede alcanzar valores de 1400 kg/cm2.

Todos los materiales son compresibles en mayor o menor grado (ya sean líquidos, gases o sólidos). El diseñado hidráulico debe tener en cuenta la compresibilidad de los líquidos para prevenir los golpes de ariete.

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Elementos de una instalación hidráulica

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LAS BOMBAS HIDRÁULICASSon los elementos encargados de impulsar el aceite o líquido hidráulico,

transformando la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica.El proceso de transformación de energía se efectúa en dos etapas:

aspiración y descarga.Clasificación de las Bombas:

Caudal constante (cilindrada constante) Caudal variable (cilindrada variable)

Cilindrada : Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolución.

» D = Diámetro mayor del engranaje» d = Diámetro menor del engranaje» l = Ancho del engranaje» Unidad: cm3/rev

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Caudal Teórico :Es el caudal que de acuerdo al diseño, debiera entregar la bomba (caudal Ideal)

C = Cilindrada (cm3/rev) N = Rpm (1/rev)

Rendimiento Volumétrico

QR = Caudal Real QT = Caudal Teórico

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TIPOS DE BOMBAS

Tipos de bombas

Engranajes

Dientes externos

Dientes internos

Lóbulos

Paletas

Desequilibradas

Equilibradas

Pistones

Axiales

Radiales

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Bombas de engranajesDe dientes externos:

Están compuestas por un par de engranajes que trabajan dentro de un cuerpo de aluminio.

El aceite atrapado entre los dientes de los engranajes y las paredes de la caja, es llevado hacia la boca de salida.

Gracias a los dientes opuestos impiden que el aceite retroceda, por lo tanto el aceite es obligado a circular por todo el sistema.

De dientes internos:

Estas también constan de dos engranajes, pero en ella el engranaje recto gira dentro de otro más grande de dientes internos.

El principio de funcionamiento es el mismo que el de la bomba de engranajes externos, con la diferencia que en ésta ambos engranajes giran en la misma dirección.

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• Engranaje de lóbulo:

Esta bomba funciona siguiendo el principio de la bomba de engranajes de dientes externos, ambos elementos giran en sentidos opuestos.

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Bombas de paleta

Desequilibradas:

Tiene un solo ciclo de trabajo a cada revolución del motor esta solo tiene una boca de entrada y una boca de salida y el rotor esta descentrado en relación con el estator.

Al tener la bomba una sola zona de alta presión se originan fuerzas que no son compensadas, lo que indica que la bomba se trata de una bomba desequilibrada.

Equilibradas:

El rotor y el anillo están ubicados concéntricamente.

Posee dos zonas de aspiración y dos de descarga, por lo tanto la aspiración y descarga se realiza dos veces en cada revolución.

Su caudal es fijo. Las fuerzas resultantes se anulan, por lo

tanto la bomba es equilibrada

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Bombas de pistones

Axiales:

El vaivén de los pistones se consigue por el ángulo que forman el eje de accionamiento de la placa con el eje longitudinal del bloque de cilindros bombeando el aceite.

Radiales:

Estas son las más ingeniosas de todas permite obtener altas presiones, grandes caudales, grandes velocidades y caudal variable .

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VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS

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VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS

VÁLVULA 2/2 VÁLVULA 3/2

3/3

VÁLVULA 4/2

4/3

VÁLVULA 5/2

5/3

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• El fluido que circula por el sistema hidráulico debe ser dirigido convenientemente a los diversos cilindros, actuadores, o motores, de acuerdo a las exigencias y secuencias del trabajo que se deba realizar.

• Las válvulas direccionales más elementales son las de dos, tres y cuatro vías .

• Los accionamientos suelen ser iguales a los usados en sistemas neumáticos (pulsadores, rodillos, solenoides, etc.) pero en hidráulica se ejecutan por la derecha.

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Válvulas reguladoras de caudal

• Las aplicaciones de los reguladores de caudal no están limitadas a la reducción de la velocidad de los cilindros o actuadores en general, pues además tienen gran aplicación en accionamientos retardados, temporizaciones, impulsos, etc.

• Los reguladores de caudal pueden

se unidireccionales y bidireccionales.

Válvula de aguja

Válvula de compuerta

Válvula de esfera

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Simbología de válvulas reguladoras de caudal

a) Reguladora de caudal bidireccional

b) Reguladora de caudal unidireccional

c) Reguladora de caudal compensada

d) Válvula de estrangulación de diafragma

e) Válvula de estrangulación de diafragma

unidireccional

f) Válvula de estrangulación de diafragma ajustable

g) Válvula de estrangulación de diafragma ajustable

unidireccional

h) Reguladora de caudal en alimentación

i) Controles de caudal

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Válvulas reguladoras de presión

Una válvula reguladora de presión tiene por misión mantener en línea sistema un valor de presión constante, aún si la red de alimentación tiene presiones de valor oscilante y consumos variables.

Estas válvulas pueden tener un ajuste fijo o regulable, por lo que pueden ser con muelle o sin este.

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Simbología de válvulas reguladoras de presión

a) Limitadora de presión

b) Limitadora de presión con piloto externo

c) Reductora de presión

d) Válvula de descarga

e) Reductora de presión con piloto externo

f) Válvula de secuencia

g) Válvula de secuencia con piloto externo

h) Limitadora de presión preaccionada

i) Válvula de descarga con antirretorno

j) Válvula de descarga con piloto externo

k) Válvula de secuencia con antirretorno

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Válvulas de seguridad

La válvula de seguridad es un elemento indispensable en las instalaciones hidráulicas y es el aparato que más cerca debe ponerse de la bomba, su misión es limitar la presión máxima del circuito para proteger a los elementos de la instalación.

Esta válvula, también conocida como válvula de descarga, de alivio, de sobrepresión o VLP, actúa cuando se alcanza el valor de la presión regulada en el resorte.

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Válvulas de retención

• También llamadas de bloqueo, antirretorno, check o clapet.

• Es una válvula que permite la circulación del fluido en un solo sentido, en la dirección contraria se cierra impidiendo el paso.

• La obturación del paso puede lograrse con una bola, disco, cono, etc., impulsada por la propia presión de trabajo o bien con la ayuda complementaria de un muelle.

Sin precarga

Con resorte de precarga

Desbloqueable

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ACTUADORES

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a) Retorno por resorte

b) Extensión por resorte

c) Retorno por fuerza externa

d) Con vástago simple( general)

e) Con amortiguación ajustable

f) A vías múltiples

g) Diferencial

h) Compresión

i) Telescópico

j) A tracción

k) Telescópico doble efecto

Cilindros Hidráulicos

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Elementos de una unidad hidráulica

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Depósitos

Los depósitos de fluidos hidráulicos son fabricados con láminas de aceros, fundiciones especiales y aluminio.

Se clasifican en dos grandes grupos:

los abiertos al aire libre los cerrados bajo presión

Y pueden ir instalados: Con tubería que desemboca por

encima del nivel del fluido. Con tubería que desemboca por

debajo del nivel del fluido (caso corriente).

Con tubería en carga.

Propósito de los depósitos:

Almacenar el fluido de transmisión

de potencia.

Compensar las fugas.

Permitir que el fluido se desecante

y se desemulsione.

Actuar como un regulador térmico.

Completar la función de filtrado.

Proteger al fluido contra la

suciedad y cuerpos extraños.

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Acumuladores

Los acumuladores son dispositivos hidráulicos que pueden realizar la misma función que una bomba, es decir, actúan como “generadores de energía”.

Propósitos de los acumuladores:

Acumulador de energía Antigolpe de ariete Antipulsaciones Compensador de fugas Fuerza auxiliar de emergencias Amortiguador de vibraciones Transmisor de energía de un fluido a

otro

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Tipos de acumuladores

• Acumulador de contrapeso • Acumulador cargado por muelle

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• Acumulador de Pistón

• Acumulador de Diafragma

• Acumulador de gas no separado

• Acumulador de vejiga

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Equipos de medición y otros componentes

Filtros a) manómetros.

b) Termómetro.

c) Medidor de caudal.

d) Enfriador

e) Enfriador – calentador

f) Enfriador por aire

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Conexiones

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Medición y Mantenimiento

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Medición y Mantenimiento

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Bombas y Compresores

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Cilindros

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Motores

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Válvulas

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Válvulas

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Accionamientos

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Accionamientos

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Válvulas de Bloqueo y Flujo

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Válvulas de Presión

Limita la presión de trabajo a un valor máximo admisible.

Dispositivo de protección contra sobrecargas.

Válvulas de seguridad.

Reduce la presión de salida respecto a una presión superior de entrada.

La presión de salida deberá ser siempre constante.

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Circuito diferencial

• Es el circuito donde se consigue que un cilindro tenga la misma velocidad de avance y retroceso.

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Cuadro comparativo

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Circuito con dos actuadores en serie

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Circuito con actuadores en paralelo

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¡Muchas Gracias!