Neumtica e Hidrulica 157

CAPTULO 3

ACTUADORES HIDRULICOS

3.1 GeneralidadesLos actuadores hidrulicos, que son los ms usuales y de mayor antigedad en

las instalaciones hidrulicas, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de ope-racin, y aprovechan la energa de un circuito o instalacin hidrulica de forma me-cnica, generando movimientos lineales.

Los cilindros hidrulicos pueden ser de simple efecto, de doble efecto y teles-cpicos.

En el primer tipo, el fluido hidrulico empuja en un sentido el pistn del cilin-dro y una fuerza externa (resorte o gravedad) lo retrae en sentido contrario.

'Cifindro hidrulico de simpleefecto, retorno por muelle

Cilindro hidrulico de simpleefecto, retorno por gravedad

Cilindro hidrulico de doble efecto

Fig. 3.1 Tipos de cilindros hidrulicos. Fuente: MEGA (Melchor Gabilondo S.A.)

158 Actuadores hidrulicos

El cilindro de accin doble utiliza la fuerza generada por el fluido hidrulicopara mover el pistn en los dos sentidos, mediante una vlvula de solenoide.

El cilindro telecpico contiene otros de menor dimetro en su interior y se ex-panden por etapas, muy utilizados en gras, etc.

Los actuadores hidrulicos proporcionan pares y fuerzas elevados y un buencontrol del movimiento y sta es su principal ventaja frente a los sistemas neumticosy elctricos. Los fluidos hidrulicos son virtualmente incompresibles y gracias a lasaltas presiones con que trabajan (35a 350bar) permiten un control del caudal lo sufi-cientemente preciso para el actuador. Sus desventajas son el coste elevado y la nece-sidad de acondicionar, contener y filtrar el fluido hidrulico a temperaturas seguras yen centrales hidrulicas o unidades de potencia (power pack). Las aplicaciones tpi-cas residen en vehculos, elevadores, gras hidrulicas, mquinas herramientas, si-muladares de vuelo, accionamiento de timones en los aviones, etc.

Fluidoempuja

Fluidohidrulico BombaResorte

Cilindros desimple efecto Fluido+ hidrulico

rF.~:::;;;;;;,;;;;;;;;;;;;,;;;;;Iia;"J Fluidotira

TanqueAire

Resorte

Cilindro de doble efecto

Cilindro de doble efecto

Fig.3.2 Cilindro hidrulico de simple efecto y de doble efecto

Neumtica e Hidrulica 159

Fig. 3.3 Cilindro hidrulico telescpico

3.2 Cilindro hidrulico3.2.1 Generalidades

Los cilindros hidrulicos de movimiento lineal son utilizados comnmente enaplicaciones donde la fuerza de empuje del pistn y su desplazamiento son elevados(figura3.4).

Los cilindros hidrulicos de movimiento giratorio (figura 3.5) pueden ser depistn-cremallera-pin y de dos pistones con dos cremalleras en los que el movimientolineal del pistn es transformado en un movimiento giratorio mediante un conjuntode pin y cremallera y el cilindro de aletas giratorias de doble efecto para ngulos en-tre 0y 270.

3.2.2 Clculo del cilindro3.2.2.1 Tamao del cilindro

Las fuerzas generadas en un cilindro en la extensin del pistn son:

160 Actuadores hidrulicos

Siendo

Cilindro yjuntas

Manguito y juntasdel vstago

Fig.3.4 Cilindro hidrulico simple

tt "D2 n:" D2Fextensin(Newton) = P (MPa) * * 0,9 = P (bar) * * 0,9

4 40

r*(D2 _d2) r*(D2 _d2)Fretraccin(Newton) = P (MPa) * * 0,9 = P (bar) * * 0,9

4 40

P = Presin de operacin (MPa o bar)D = Dimetro interior del cilindro (rnm)d = Dimetro del vstago del pistn (rnm)0,9 = Coeficiente de rozamiento de rodamiento s, juntas y partes

mviles del cilindro

Neumtica e Hidrulica 161

Eje giratoriode salida

El factor de carga es la relacin entre la carga real y la fuerza terica de salida delcilindro. La tabla 3.1 indica la relacin entre el factor de carga y la velocidad del pistn.

Fig. 3.5 Actuador hidrulico giratorio

Tabla 3.1 Relacin entre el factor de carga y la velocidad del pistn

Velo~ida~del pistn (m~ls)1 Factor mximo de carga

8a 100 L 70%_~~~~10~1~a~2_0_0~==~_II=__~_~~--3-00-~~;=_=_~._~.~1

__ I201a300 10%Ejemplo:

Sea un cilindro con los datos:

162 Actuadores hidrulicos

Carga = 5.000 NPresin de servicio = 10 MPa = 100 barVelocidad del pistn = 150 mm/ sFactor de carga = 30%

, .La fuerza de salida del cilindro es:

5.000/0,3 = 16.667 N

y de la frmula de la fuerza de extensin del cilindro se deduce:

D= 4 * FexlensinI------'==:..:....- =0,9 * n:" P(A1Pa)

40* F1__ ------'ex=l=ens=i::..:...n_ =0,9 * 7r *P(bar)

4*16.667 = 48 5 mm0,9 * 7r * 1O(A1Pa) ,

Se considera un dimetro interior comercial del cilindro de 50 mm.

Como comprobacin, la fuerza generada sera de:

7r*D2 7r*502F .. (Newton) = P(A1Pa)* *09 = 10* *09 = 17662 Nextension 4' 4'

y en el caso de que la fuerza de salida del cilindro se refiriera a la de retraccin,con un dimetro del vstago de 28 mm.

4 *16.667 + 282 = 56 05 mm0,9*7r*10(A1Pa) ,

D= 1 __4_*_F-'ex=le=nS=in"----_ + d2 =

0,9 * 7r * P(A1Pa)40*F extensin + d2 =

0,9 * 7r * P(bar)

El dimetro interior comercial del cilindro sera de 63mm.

Como comprobacin la fuerza generada sera de:

7r * (D2 - d2) 7r * (632 - 282)F,'etracCin (Newton) = P (A1Pa) * *0,9 = 10* * 0,9 = 22.513 N4 4

Neumtica e Hidrulica 163

Los fabricantes proporcionan tablas y grficos con las fuerzas de extensin yretraccin del pistn en el cilindro de acuerdo con la presin de servicio, el dimetrointerior del cilindro y el dimetro del vstago.