HIDRÁULICA I

1. FUNDAMENTOS:

Generalidades sobre la hidráulica. La hidráulica desde el punto de vista de la ingeniería, se entiende por hidráulica la transmisión y el control de fuerzas y movimientos mediante líquidos.

Las instalaciones y elementos hidráulicos están muy divulgados, se emplean por ejemplo en:- En la construcción de maquinarias pesadas – herramientas.- En la construcción de prensas,- En la construcción e instalación de dispositivos hidráulicos.- En la construcción de automóviles, camiones, etc.- En la construcción de barcos, armamentos militares, etc.- En la construcción de aviones, naves espaciales, etc.

HIDRAULICA EN EL SECTOR MOVIL ( RIQ MANNESMAN REXROTH )

MAQUINA ESTIBADORA PARA CARGA PESADA ( RIQ MANNESMAN REXROTH )

1

Las ventajas de la hidráulica residen en el hecho de que con pequeños elementos, fácilmente pilotables y regulables, pueden producirse y transmitirse fuerzas y potencias grandes.

La puesta en marcha de un objeto parado con máxima carga es posible con cilindros hidráulicos y con un motor hidráulico, disponiendo los correspondientes elementos de mando se puede invertir rápidamente la dirección de movimiento.

La hidráulica también tiene desventajas.

Ventajas y desventajas de la hidráulica.

Ventajas:

- FACILIDAD DE OBTENER GRANDES FUERZAS Y TORQUES: Los valores de fuerza a obtener son ilimitados; si se trabaja a las mismas presiones, solo se incrementa el área de los actuadores.

- EXACTITUD DE MOVIMIENTO Y DE POSECIONAMIENTO: Pueden lograrse grandes exactitudes y precisiones al trabajarse con un fluido hidráulico, ya que prácticamente es incomprensible. Además pueden controlarse electrónicamente en lazo abierto o lazo cerrado lográndose un control preciso de sus parámetros. Estas técnicas se aplican al utilizar válvulas proporcionales y servo válvulas.

- FACIL CONTROL Y REGULACIÓN: Las magnitudes de regulación y control de la hidráulica son la presión y el caudal las cuales con sus correspondientes parámetros de fuerza, torque, velocidad y aceleración son fáciles de controlar regulándose en niveles (digital) o en forma continua (analógica).

- RELACIONES: PESO / POTENCIA, INERCIA / POTENCIA y TAMAÑO / POTENCIA PEQUEÑAS:

Para la misma potencia mientras el peso de un motor hidráulico es como 1, el peso de un motor eléctrico es como 14. como consecuencia de esto, vemos el uso de la hidráulica, en los aviones, barcos y en general en los equipos móviles.Para la misma potencia un motor hidráulico tiene una inercia de 1 y un motor eléctrico como de 70. Como consecuencia los motores hidráulicos tienen un menor tiempo de respuesta, esto es ser más rápido, al ser menor su inercia.Mientras que para la misma potencia un motor hidráulico tiene un tamaño de 1, un motor eléctrico tiene un tamaño de 26.

- VELOCIDAD VARIABLE: La mayoría de los motores eléctricos funcionan a una velocidad constante. El actuador (lineal o rotativo) de un sistema hidráulico, sin embargo puede moverse a velocidades infinitamente variables, variando el caudal de la bomba o usando una válvula de control de caudal o una válvula proporcional. Además un motor eléctrico debe ser muy robusto (mayor cantidad de polos) para lograr “bajas” velocidades (1200 o 900 rpm), y la volante de un motor de combustión interna gira a 500 o 800 rpm, en ambos casos si se quiere lograr menores velocidades se debe de recurrir tradicionalmente a una caja reductora de velocidad *, en cambio con un motor hidráulico se pueden obtener cualquier gama de velocidades con mucha flexibilidad.

Actualmente los sistemas electrónicos de potencia pueden ser una alternativa al controlar mediante variadores de velocidad las RPM del motor eléctrico.

2

- REVERSIBILIDAD: Pocos actuadores son reversibles. Los que son reversibles

generalmente deben desacelerarse y luego acelerarse lentamente, en cambio un actuador hidráulico puede invertirse, instantáneamente, en pleno movimiento, sin problemas. Una válvula direccional o una bomba reversible proporcionan el control de la inversión, mientras una válvula limitadora de presión protege a los componentes del sistema contra las presiones excesivas.

- PUEDEN BLOQUEARSE (velocidad = 0): El bloqueo de un motor eléctrico causa daños o funde el fusible. Igualmente las maquinas no pueden bloquearse bruscamente e invertirse su sentido sin necesidad de arrancar de nuevo. Un actuador hidráulico, sin embargo, puede bloquearse sin que se produzcan daños, al estar sobre cargado, y arrancará inmediatamente en cuanto disminuya la carga.

- SON SISTEMAS AUTOLUBRICADOS: Tienen como principal fluido el aceite, el cual no solo transporta la energía sino también lubrica todas las partes del sistema.

Desventajas:

- ALTAS PERDIDAS EN FORMA DE ENERGÍA CALORÍFICA: Debido a la viscosidad del fluido y de la fricción con tuberías, mangueras y accesorios. La viscosidad del aceite es de 20 a 80 veces mayor a la viscosidad del agua, por ello las pérdidas cuando circula el fluido a través de mangueras, tuberías y accesorios, en general todo elemento hidráulico genera perdidas. Por ello la energía hidráulica no se puede trasladar a grandes distancias y tratan de ser circuitos muy compactos.

- SENSIBILIDAD A LA SUCIEDAD: El principal motivo de la falla de un sistema hidráulico con una probabilidad del 70 al 80 % (cifras mundiales) es la suciedad que se introduce en el sistema hidráulico. Debemos tomar en cuenta que visualmente no podemos cuantificar la suciedad, tomando en cuenta que la vista humana puede distinguir partículas a partir de tamaños de 40 micras y que las partículas que más daños causan a los sistemas hidráulicos son del orden de 1 a 10 micras que es juego en los elementos internos de las bombas, válvulas y actuadores.

- DEPENDEN DE LA TEMPERATURA: La viscosidad del aceite depende de la temperatura, lo que hace que los sistemas hidráulicos dependan de la temperatura. Si el aceite tiene alta o baja viscosidad no lubricara apropiadamente las partes metálicas entrando en contacto metal – metal, produciéndose rozamientos y desgaste.

- FUGAS INTERNAS: Ocasionan perdidas de velocidad y precisión.- PELIGROS DE EXPLOSIÓN Y ACCIDENTES, se presentan al trabajar con

elevadas presiones.

MAGNITUDES FÍSICAS Y UNIDADES DE LA HIDRÁULICA.

Para Comprender mejor la hidráulica, deben mencionarse las magnitudes físicas que se presentan.

En la técnica, por magnitudes físicas se entienden como las propiedades que tienen los cuerpos, así como los procesos o estados que se pueden medir. Por ejemplo, son

3

magnitudes físicas la velocidad, la presión, el tiempo y la temperatura. Los colores no son magnitudes físicas.

Existen diferentes unidades para cada una de las magnitudes. Por ejemplo, para la fuerza tenemos el Newton en el sistema internacional de unidades, el kilogramo-fuerza en el sistema ingles. Actualmente la mayoría de países utilizan el sistema internacional de unidades. Para la descripción de la hidráulica son necesarias las siguientes magnitudes y sus unidades:

- Longitud en metros (m).- Masa en kilogramos (K.g.)- Tiempo en segundos (s).- Temperatura en grados kelvin (k) ò en grados Celsius (°C).

De ellas pueden derivarse las demás magnitudes físicas importantes para la hidráulica, como son, fuerza, superficie, volumen, caudal, presión y velocidad.

Fuerza: Una fuerza es cualquier causa o influencia capaz de producir un cambio en el movimiento de un cuerpo.

La fuerza puede cambiar el movimiento de un cuerpo básicamente en tres formas:1- Ocasiona que un cuerpo se mueva.2- Puede retardar o parar completamente un cuerpo en movimiento.3- Puede cambiar de dirección de movimiento.

La unidad de la fuerza se da cuando la unidad de la masa se combina con la aceleración de la gravedad.

Fuerza = Masa X aceleración

F = m . a

Representada como ecuación de unidades: 2Fuerza = kg. m/s. 2

Como unidad de fuerza, tenemos la unidad derivada, kg. m/s , llamada en forma abreviada Newton (símbolo N) 21 N = 1 Kg. m/ s

La unidad de fuerza Newton puede demostrarse de la siguiente manera: tomemos una pesa y colguémosla de un hilo.

La pesa tira del hilo con una fuerza de un newton.

Explicación:

Fuerza = Masa X aceleración. 2

Para la aceleración hay que aplicar la aceleración de la gravedad (g = 9,81 m/ s ), puesto que si soltásemos la pesa, se caería al suelo debido a esta aceleración.

4

En este caso se trata de una fuerza producida por el peso.

Esta tiene dos características:

1) Su línea de acción es siempre vertical.2) Su causa es el campo de la gravitación terrestre.

Fuerza = Masa X aceleración de la gravedad.

La masa se elige = 0,102 Kg ( 102 g ) 2

La fuerza producida por el peso = 0,102 kg X 9,81 m / s 2

Fuerza producida por el peso = 1 kg. m / s

Fuerza producida por el peso = 1 N.

Este ejemplo, muestra también que sólo en nuestro planeta tierra una pesa de 102g., origina una fuerza de 1N, pues hemos aplicado la aceleración de la gravedad terrestre.

En la luna, la misma pesa sólo produciría una fuerza de: 0,166 N, porque la gravedad de 2la luna en m / s, sólo es 1/6 de la gravedad de la tierra.

Para determinar la fuerza total ejercida sobre una superficie, es necesario conocer la presión o fuerza sobre la unidad de área.

Presión: La presión es una medida de la intensidad de la fuerza dividida entre el área o superficie.

F NP = ------, en ------- A m

En esta relación: 2

P es la presión en (libras por pulgada - psi) ò (bar)

F es la fuerza en (libras) ò (newtons) 2 2

A es la superficie (pulgadas ) ò (metros )

Según esto, puede verse que un aumento o disminución de la carga dará como resultado un incremento o disminución similar en la presión de trabajo.

En otras palabras, la presión es proporcional a la carga, y una lectura del manómetro indica la carga de trabajo en un momento dado. 2

La unidad SI derivada para la presión es por lo tanto, N / m , llamada pascal ( Pa)

5

La presión de 1 pascal es muy pequeñísima, por lo que se suele emplear un múltiplo, el kilo pascal ( kPa ) =(1000) del pascal o el múltiplo cien por kilopascal, el bar (símbolo bar) 5 2

1 bar = 10 Pa = 100 kPa = ( 10 N / cm ) -51N = 10 bar.

Los datos de la presión se entiende que están relacionados con una presión de referencia, la presión atmosférica que depende de los fenómenos climatológicos, varía.

Ejemplo:

Resistencia: A cualquier fuerza que pueda detener del todo, o retardar el movimiento de un cuerpo la llamaremos resistencia.

Energía: Cuando un cuerpo está en condiciones de moverse o realmente se mueve, por la aplicación de una fuerza, se dice que posee energía.

Ley de conservación de la energía: El principio de conservación de la energía dice que la energía no puede ser creada ni destruida, solo se transforma.

Estados de la energía: Condición en el cual se encuentra la energía y pueden ser:

a) Estado cinético de la energía: La energía en el estado cinético es movimiento. Es una indicación de la cantidad de trabajo hecho sobre el objeto ò la cantidad de trabajo que el objeto puede hacer.

b) Estado potencial de la energía: Cuando se encuentra en estado potencial la energía se encuentra almacenada, lista para entrar en acción y cambiar a un estado cinético tan pronto como se presente la oportunidad

FLUIDOS HIDRÁULICOS

Un fluido hidráulico es la sustancia o líquido que se usa para transmitir energía desde la bomba hasta el actuador en un sistema hidráulico.

6

Un fluido típico en un sistema hidráulico consiste de una mezcla de aceites derivados del petróleo, de los tipos parafínico y naftalénico. El aceite transmite la energía fácilmente porque es muy poco compresible (0.5% a una presión de 1000 psi (68,94 bar) lo que es despreciable en la mayoría de los sistemas) cuyas características hacen que el fluido resultante sea idóneo para su uso en un sistema hidráulico industrial. Aparte de actuar como un medio para la transmisión de energía, la segunda función en importancia de un fluido derivado de petróleo es actuar como lubricante.

OBJETIVOS DEL FLUIDO

El fluido hidráulico tiene 4 objetivos principales: transmitir potencia, lubricar las piezas móviles, minimizar las fugas y enfriar o disipar el calor.

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS.

Las propiedades de los fluidos son: a) Fluidez, b) Viscosidad, c) Compresibilidad y d) Régimen de flujo.

a) Fluidez. Se define como fluidez, la mayor o menor facilidad que encuentra un fluido a fluir.

b) Viscosidad. La viscosidad viene dada por la mayor o menor resistencia de las moléculas de los fluidos a desplazarse unas sobre otras, es decir es la medida de la resistencia del fluido a la circulación del mismo. Dada la importancia de esta propiedad de los fluidos lo veremos con mayor profundidad más adelante.

c) Compresibilidad. Un fluido sometido a presión se comprime. Sin embargo esta compresibilidad es muy reducida en los líquidos, no así en los gases.

En algunos cálculos se toma al fluido como si no fuera comprensible. Ahora bien, en otros casos en que la presión es muy importante debe de tenerse en cuenta este concepto. Algunos coeficientes de compresión para fluidos:

Agua 0,00005Aceite mineral 0,00008Emulsión aceite / agua (50 a 60% de aceite) 0,00007Líquidos sintéticos (ésteres fosfórico) 0,00004

Densidad. Es la relación: Masa / Volumen ( Kg / m3 ) Suponiendo que el

fluido es homogéneo.

C1) Fluido compresible: Aquellos que varían su densidad. Por ejemplo el aire (Neumática)

C2) Fluido incomprensible: Aquellos que no varían su densidad. Por ejemplo el aceite (Hidráulica)

7

LOS GASES SON COMPRESIBLES.

LOS LÍQUIDOS SON INCOMPRESIBLES.

Variación de volumen con la presión: 3

V v = V . P . B donde: V v = variación de volumen (dm.) 3

V = volumen inicial ( dm. ) 2 P = variación de presión (Kg/ cm. ) 2 B = coeficiente de compresibilidad (cm / Kg).

d) Régimen de flujo. El flujo puede circular por un tubo o conducto en régimen laminar o turbulento. Este concepto resulta muy importante a la hora de determinar las pérdidas de carga que se originan en un fluido que circula por un tubo o conducto.

Los líquidos al trasladarse por un tubo hasta determinadas velocidades se desplazan en capas de modo laminar. La capa interior del líquido es la más rápida, la exterior teóricamente está parada pegada a la pared del tubo.

8

Si aumenta la velocidad de circulación, al alcanzar la velocidad crítica, la corriente se vuelve turbulenta (se arremolina). Con ello se aumentan la resistencia de circulación y las pérdidas hidráulicas. La velocidad crítica tiene un valor fijo, que depende de la viscosidad del líquido a presión y del diámetro del tubo.

Funciones:

- Transmitir energía.- Lubricar componentes móviles.- Evacuar partículas abrasivas (suciedad).- Evacuar calor.- Impedir la corrosión de componentes deslizantes.- Amortiguar las vibraciones causadas por picos de presión.- Transmitir señales.

Características:

- Debe ser incomprensible (0,7% V a 100 bar) - Viscosidad adecuada.- Densidad lo más baja posible.- Buenas características de viscosidad en función de la temperatura y la presión.- Buena resistencia al envejecimiento (oxidación).- Segregar aire (9% a un bar).- No formar espuma.- Resistencia al frío.- Ofrecer protección contra el desgaste.- Capacidad de segregar agua.

Tener un buen PUNTO DE FLUENCIA, es tener la menor temperatura admisible para que el aceite fluya.

Temperatura mínima de trabajo > ó = Temperatura pto.fluencia + 8° Cº

TRABAJO Y POTENCIA.

Cuando se ejerce una fuerza a lo largo de una distancia, se realiza un trabajo:

TRABAJO = FUERZA X DISTANCIA

El trabajo se expresa generalmente en libras-pie (julios).

Por ejemplo: Si un peso de 10 lb. (44,48 N) se eleva a 10 pies (3,05 m) = 100 libras-pie(135,66 J).

Como vemos al realizar el trabajo no considera la velocidad.

“Trabajo”, quiere decir hacer que las cosas se realicen. La maquinaria existe para realizar trabajo.

9

EL trabajo realizado por unidad de tiempo se denomina Potencia.

Potencia: Casi todo trabajo se realiza durante un cierto tiempo finito, La potencia es la rapidez con la que el trabajo es realizado.

Por ejemplo: Al subir las escaleras, el trabajo realizado es el peso del cuerpo multiplicado por la altura de la escalera.

Pero es más difícil correr por las escaleras que andar. Cuando se corre se hace el mismo trabajo pero a mayor velocidad.

FUERZA POR DISTANCIA TRA BAJOPOTENCIA = -------------------------------------- ó --------------- TIEMPO TIEMPO

La unidad de potencia es el caballo de fuerza (hp) ó vatio (W).

33,000 ft.lb 550 ft. Lb.1 hp = ---------------- ó ---------------- minutos segundos

1 hp = 746 (w) Potencia eléctrica.1 hp = 176,6 cal./ seg. Potencia calorífica.1 hp = 42.4 btu / minuto. Potencia calorífica.

POTENCIA EN UN SISTEMA HIDRÁULICO.

En un sistema hidráulico la velocidad queda indicada por el caudal, en gpm (lpm), y la fuerza por la presión.

Fuerza x distancia Presión x superficie x distancia Presión x volumenPotencia = --------------------------- = -------------------------------------------- = ------------------------------ Tiempo Tiempo Tiempo

Potencia = Presión x Caudal.

Para expresar esta relación en unidades, hay que tener en cuenta que:

1 galón = 231 pulgadas cúbicas.12 pulgadas 0 1 pieEntonces: Galones 231 pulg. Libra 1 pie 231 libras piePotencia = ------------ X ------------- X -------- X ------------------ = -------------------- Minutos galón pulg. 12 pulgadas 12 minutos

Esto nos da la potencia mecánica equivalente a un caudal de un galón por minuto a una presión de 1 psi.

10

Para expresarlo en términos de potencia hay que dividir por 33,000 libras/ minutos.

231 ft.lb. /12 min. ------------------------- = 0.000583 33,000 ft.lb./1min.

Así, un galón por minuto a un psi es equivalente a 0.000583 hp (4.347 x 10 KW)

La potencia total para cualquier caudal es:

Gpm x psi x 0.583 gpm x psi lpm x barHp = gpm x psi x 0.000583. = --------------------------- = -----------------, en KW =----------------

1000 1714 600Esta fórmula corresponde a la potencia hidráulica a la salida de la bomba.

Transmisión de potencia.

Es un sistema en el cual se genera, transmite y controla la aplicación de potencia a través de la circulación de aceite en un circuito. El sistema puede dividirse en tres grandes grupos que observamos en el diagrama de bloques de la figura 1.1.

Comenzando desde la izquierda de] diagrama, la primera sección corresponde a la conversión de Energía Eléctrica y/o Mecánica en un sistema de energía Hidráulica.

Un motor eléctrico, de explosión o de otra naturaleza está vinculado a una bomba, a cuya salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presión. 

En la parte central del diagrama, el fluido es conducido a través de tubería al lugar de utilización.

A la derecha en el diagrama, el aceite en movimiento produce una reconversión en Energía mecánica mediante su acción sobre un cilindro o un motor hidráulico. Con las válvulas se controla la dirección del movimiento, la velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o cilindro.

11

Para transmitir potencia, el fluido debe poder circular fácilmente por las líneas y orificios de los elementos. Demasiada resistencia al flujo origina pérdidas de potencia considerable, el fluido también debe ser lo mas incomprensible posible para que cuando se ponga en marcha una bomba la acción sea instantánea.

Lubricación.

La lubricación es el proceso mediante el cual se reduce la fricción entre superficies en movimiento relativo que se encuentran en contacto.

Los elementos de las bombas y válvulas y otras piezas desgastables se deslizan unos sobre otros sobre una película de fluido, para que la duración de los componentes sea larga. Los aceites hidráulicos industriales contienen cantidades adecuadas de aditivos antidesgaste, además proporcionan una buena desemulsibilidad, así como protección contra la oxidación.

Fricción.

La fricción es una fuerza que es capaz de detener o retardar a un cuerpo en movimiento.

La fricción se debe a la rugosidad de las superficies en contacto y a la unión de pequeñísimas superficies metálicas, debido a las irregularidades de la superficie aparente lisa de un componente; aún los mejores métodos de maquinado no pueden eliminar estas irregularidades. Cuando las superficies se frotan entre sí, se rayan y desgarran mutuamente desgastándose con rapidez considerable.

Viscosidad.

Los líquidos siempre presentan una resistencia al fluir la cual se conoce como viscosidad. La viscosidad es la resistencia que encuentran las moléculas de un fluido para deslizarse unas entre otras; es una especie de fricción interna que posee un fluido.

Como ejemplos de líquidos con alta viscosidad, tenemos a la mil y a las melazas; el agua y el aceite de cocina son ejemplos de líquidos con baja viscosidad.

En cualquier maquina hidráulica la viscosidad del fluido debe ser un compromiso. Una viscosidad elevada es deseable para mantener la estanqueidad entre superficies adyacentes; sin embargo una viscosidad demasiada alta aumenta la fricción.

Algunos métodos para definir la viscosidad son: viscosidad absoluta (dinámica); viscosidad cinemática en centistokes (cSt); viscosidad relativa en segundos universales Saybolt (SUS); y los números SAE(para aceites de automoción)

a) Viscosidad dinámica.- Se define como la resistencia que ofrece una capa de fluido para deslizar sobre otra, es decir es la fuerza por unidad de área necesaria para mover una superficie sobre otra idéntica paralela separada por una distancia determinada de un fluido dado.

La unidad en SI (Sistema Internacional) la fuerza se expresa en Newton (N) y el 2

12

área en metros cuadrados (m). La viscosidad dinámica en el Sistema Internacional de Unidades es el centipoise (cP) que es la centésima parte del Poise. Otra unidad numéricamente igual es el milipascal (mPaS), que es la milésima parte del Pascal Segundo (PaS).

La conversión entre estas dos unidades de viscosidad dinámica en el sistema SI:

1 Poise (P) = 0.1 Pascal Segundo (PaS) N 1 Pascal (Pa) = ------ 2 m

0.1Ns 1 Poise = ------------ = 0.1 PaS.

2

m

1 centipoise (cP) = 0.001 PaS = 1 mPaS

b) Viscosidad cinética.- Forma corriente de medir la viscosidad. Se mide mediante el tiempo necesario para que el volumen determinado de aceite fluya a través de un tubo capilar.

El coeficiente de viscosidad cinética es el resultado de dividir el coeficiente de

2

viscosidad dinámica por la densidad del liquido m / s (metro cuadrado por segundo), pero en la industria del petroleo se utiliza más el centistokes (cSt) que

2

equivale a mm / s (milímetros cuadrados por segundo). L a viscosidad dinámica de un fluido a cualquier temperatura es equivalente a su

viscosidad cinética a la misma temperatura multiplicada por su densidad 2 - 3

(Kg/ m x 10 ). Las conversiones entre las viscosidades dinámica y cinética son las siguientes:

Centipoise = centistokes x densidad. 2 - 3

cP = cSt x (Kg/ m x 10 ).

Centipoise Centistokes = ---------------- Densidad

c) Viscosidad SUS (Segundos Universales Saybolt) Para la mayoría de aplicaciones prácticas es suficiente conocer la viscosidad relativa del fluido. La viscosidad relativa se determina midiendo el tiempo que tarda una cierta cantidad de líquido en fluir a través de un orificio normalizado a una temperatura determinada. Ejemplo: mediante el viscosímetro Saybolt.

El tiempo que transcurre para fluir una cantidad dada de liquido a través de un orificio se mide con un reloj, un liquido grueso fluirá más despacio y la viscosidad SUS será

13

mas alta que la de un líquido ligero que fluirá más rápido

Efecto de la temperatura sobre la viscosidad.

El fluido hidráulico al elevarse la temperatura, se agrega energía a las moléculas que se atraen mutuamente y que se encuentran en movimiento constante, es decir se incrementa su velocidad lo que disminuye la magnitud de las fuerzas de atracción entre las moléculas, al tener una menor resistencia al flujo.En general, al aumentar la temperatura de un líquido disminuye su viscosidad.

Índice de Viscosidad(VI)

Es la medida relativa de la variación de viscosidad con la temperatura.

- A mayor VI menor variación de viscosidad con la temperatura. Ejem: Aceite multigrado.

- A menor VI: Aceites Verano > viscosidad para evitar se vuelvan muy fluidos. Aceites Invierno < viscosidad para que no se vuelvan consistentes.

Límites de viscosidad:

Viscosidad demasiado baja:

- Provoca fugas.- Excesivo desgaste e incluso agarrotamiento bajo cargas elevadas que pueden

producirse al destruirse la película de aceite entre las piezas móviles.- Puede reducirse el rendimiento de la bomba, haciendo que el actuador funcione

más despacio.- Aumento de temperatura debido a las fugas.

Viscosidad elevada:

- Aumenta la fricción lo que da elevada resistencia al flujo.- Alto consumo de potencia debido a las pérdidas por rozamiento.- Elevada temperatura por la fricción.- Aumento de la caída de presión debido a la resistencia.- Pérdidas de presión debido a la resistencia.- Posibilidad de que el funcionamiento se haga más lento.- Dificultad en separar el aire del aceite en el depósito o tanque.- Difícil arranque en frío y segregación de agua por lo que puede haber corrosión.

Recomendación 2

- Limite inferior: 10 cst ( mm / S ) para lubricar.- Rango ideal: 15..........10 cst.- Límite superior: 750 cst. (arranque en frió)

Enfriamiento.

La circulación del aceite a través de las líneas y alrededor de las paredes del depósito o tanque disipan parte del calor generado en el sistema.

14

Resistencia a la oxidación.

La oxidación reduce la vida o duración de un fluido, se produce por la reacción química con el oxigeno. Los aceites de petróleo son particularmente susceptibles a la oxidación ya .que el oxigeno atmosférico se combina fácilmente con el carbono y el hidrógeno que forman parte de la composición del aceite, degradándolo considerablemente.

Los fabricantes de aceite hidráulico añaden aditivos para resistir la oxidación o impiden que la oxidación continúe una vez iniciada (tipo rompedor de cadena) y reducir el efecto de los catalizadores de oxidación (tipo desactivador metálico).

La oxidación de un fluido hidráulico se puede restringir básicamente a dos localizaciones del sistema; tanque y salida de la bomba. En ambos casos el aceite reacciona con el oxigeno, pero en distintas formas:

En un tanque la parte superior del aceite reacciona con el oxigeno, el producto de esta reacción incluye ácidos débiles y jabones. Los ácidos debilitan y pican los componentes de la superficie. Los jabones al cubrir la superficie pueden tapar los orificios sensibles a la presión y a la trayectoria de lubricación.

A la salida de la bomba, si hay burbujas de aire en las líneas de succión de la bomba, como resultado de una picadura de la línea o de la agitación en el tanque por la velocidad de retorno del fluido, las burbujas se colapsaran respectivamente al exponerse a la presión alta presente a la salida de la bomba.

Este fenómeno genera alta temperatura, la temperatura alta quema el aceite y forma productos resinosos que se disuelven en el aceite, pueden formar lodo al combinarse con la suciedad que flota en el sistema bloqueando las pequeñas aberturas de las válvulas y filtros.

Desemulsibilidad.

Es la capacidad de un fluido para separar agua. Pequeñas cantidades de agua pueden ser toleradas en la mayoría de los sistemas.

Algunos componentes antioxidantes promueven en cierto grado la mezcla con el agua que se introduce en el sistema. Esto impide que el agua se deposite y rompa la película anti-oxidante; sin embargo demasiada agua en el aceite facilita la acumulación de contaminantes que pueden originar el agarrotamiento de las válvulas y la aceleración del desgaste.

Espuma.

Cuando el aceite regresa al tanque, se deberán eliminar las burbujas que se hayan formado en el sistema. En algunos sistemas donde prevalecen las fugas y/o el aceite se agita al regresar al tanque, se puede formar espuma. Como resultado el aire atrapado se bombea al sistema, causando espuma, funcionamiento errático y rápida oxidación del aceite.

15

La mejor solución es prevenir la formación de espuma en el aceite, es arreglar las fugas del sistema y rediseñar las partes del retorno del sistema con líneas de mayor diámetro para reducir la velocidad del fluido o hacer uso de aditivos antiespumante.

PERDIDA DE CARGA.

Todo fluido al circular por un conducto encuentra dos tipos de dificultad o resistencia que originan pérdidas de carga. Estas resistencias son:

- Resistencias localizadas, que producen pérdidas de carga locales, tales como curvas, codos, tubos, válvulas, uniones, racores, etc.

- Resistencias distribuidas, que originan pérdidas de carga distribuidas y tienen su origen en el frotamiento.

Las pérdidas de carga se deben principalmente a:

- Caudal Q que circula por el circuito- Longitud del circuito- Diámetro de la tubería- Régimen de flujo- Viscosidad del fluido

Tanto en el régimen laminar como turbulento, representa la disminución de presión que experimenta un líquido al circular por un conductor. 2

hf = L . v 2.g. D

hf = Pérdida de carga expresada en altura de columna de líquido.L = Longitud del conducto.D = Diámetro del conducto.v = Velocidad del liquido. = Coeficiente de fricción.g = Constante de gravedad.

En el caso de régimen laminar: = 64 Re

Re = número de Reynolds = Fi Fu

Fi = m . a , tiende a provocar la turbulencia.Fu = fuerzas viscosas que la amortiguan.

En el caso de una sección circular:

Re =

16

PRINCIPIOS DE LA ENERGIA HIDRÁULICA.

Hay que hacer una distinción entre los sistemas que utilizan el impacto de un líquido en movimiento y los que son accionados comprimiendo un fluido contenido en un recipiente cerrado, por presión.

Es decir:

a) Un sistema hidráulico que utiliza el impacto o energía cinética del líquido para transmitir energía, se denomina sistema hidrodinámico.

b) Cuando el sistema es accionado por una fuerza aplicada a un líquido contenido en un recipiente cerrado, se denomina hidrostático.

Principios Fundamentales De La Hidrostática.

Presión hidrostática: Es la presión que surge en un líquido por efecto de la masa liquida y su altura

Ph = h . p. GPh = Presión hidrostática (presión por gravedad) (Pa)h = Altura de la columna del líquido (m)p = Densidad del líquido (Kg/m3)g = Aceleración de la gravedad (m/s2).

La presión hidrostática, o simplemente presión, es independiente de la forme del recipiente y solo depende de la altura y la densidad de la columna del liquido.

17

Torre: Embalse: h = 300m h = 15m p = 1000 kg/s3 p = 1000 kg/m3 g = 9,81m/s2 = 10 m7s2 g = 9,81 m/s2 = 10 m/s2 Ps = h . p . g Ps = h . p . g = 300m . 1000 kg/m3 . 10 m/s = 15 m . 1000 kg/m3 . 10 m/s2 = 3.000.000 m.kg.m = 150.000 m.kg.m m3. s2 m3. s2

Ps = 3.000.000 N Ps = 150.000 N m2 m2

Propagación de la presión:

Si una fuerza F actúa sobre una superficie A de un liquido contenido en un recipiente cerrado, surge una presión P que se extiende en todo el liquido (ley de Pascal). En todos los puntos del sistema cerrado, la presión es la misma

En un recipiente cerrado, la presiòn se transmite igual en todo los sentidos

18

Presión como consecuencia del peso del fluido.

El peso del fluido genera presión a una determinada altura de profundidad.

El peso del fluido se evalúa como y la altura como h .

Este parámetro es insignificante en oleohidráulica, ya que las alturas de los equipos es solo del orden de pocos metros (Los equipos oleohidráulicos son muy compactos).

¿Cómo se crea la presión?

La presión se origina siempre que se produce una resistencia a la circulación del líquido, o una fuerza que trata de impulsar el líquido. La tendencia de suministrar caudal (o empuje) puede originarse mediante una bomba mecánica o simplemente por el peso del fluido.

Presión atmosférica: La presión atmosférica no es otra cosa que la presión ejercida por el aire de nuestra atmósfera, debido a su propio peso.

Cualquier condición donde la presión sea inferior a la presión atmosférica se denomina vacío o vacío parcial. Un vacío perfecto es la ausencia total de presión, o sea, 0 psi, (cero bar).

Los valores de la presión son medidos a través del MANÓMETRO que es un dispositivo que mide la intensidad de una fuerza aplicada (Presión) a un líquido.

Los valores del vacío son medidos a través de los VACUOMETROS que están calibradas en pulgadas de mercurio (mm de mercurio).

19

Resumen de escalas de presión y vacío:

1.- Una atmósfera es una unidad de presión equivalente a 14.7 psi (1,01 bar) (101,34 kPa)

2.- La presión atmosférica a nivel del mar es 14.7 psi (1.01 bar) (101.34 kPa) en esta escala.

3.- Para pasar de psi a psi:

Presión manométrica + 14.7 = Presión absoluta. Presión absoluta - 14.7 = Presión manométrica

4.- La presión atmosférica equivale a 29,92 pulgadas de mercurio = 760 mm Hg

Principios Fundamentales De La Hidrodinámica.

Los principios básicos que rigen el comportamiento de los fluidos en movimiento son:

CONSERVACION DE LA MASA

m Q v A v A Cte

1 1 1 2 2 2 .

“El flujo masivo m

permanece constante”

ECUACION DE CONTINUIDAD

20

A partir de la ecuación anterior, para el caso de un fluido incompresible como el aceite ( = 1 = 2= Cte)

Donde:

De aquí que en una tubería de diferentes diámetros, el aceite va a tener diferentes velocidades. En los tramos de menor diámetro, se desplazará a mayor velocidad y en los tramos de menor diámetro, se desplazará a menor velocidad pero el caudal permanecerá constante

CONSERVACION DE LA ENERGIA.

(PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA)

21

E ingresa = E sale 1 + E sale 2

ECUACION DE BERNOULLI

En un fluido incompresible, no viscoso, SIN ROZAMIENTO, cualquier punto de una línea de corriente tiene los siguientes tipos de energía cuya suma permanece constante:

HIDROSTATICA - HIDRODINAMICA

- Si predomina el término de la energía de presión tendremos un sistema

hidrostático.

- Si predomina el término de la energía de velocidad tendremos un sistema

hidrodinámico.

Las unidades de la ecuación anterior son de energía, en cambio es muy común expresar

la ecuación de Bernoulli en términos de altura:

22

Normalmente la E POSICION 0

p v Ensanchamientop v Estrangulamiento

En un fluido incompresible, viscoso, CON ROZAMIENTO en dos puntos de una línea de corriente se establece:

EPresión1 + EVelocidad 1 + EPosición 1 = EPresiòn 2 + EVelocidad 2 + E Posición 2 + PERDIDAS 1-2

Donde el término:

PERDIDAS PERDIDAS PERDIDASPRIMARIAS SECUNDARIAS1 2

PERDIDASPRIMARIAS Función (Tipo de Flujo, Viscosidad, Temperatura, Rozamiento, Velocidad, Diámetro, Longitud de la tubería, etc.)

PERDIDASSECUNDARIAS Función (Velocidad, Forma de la tubería, Codos, Válvulas, Accesorios, etc.)

PRESION DEBIDA A LA FUERZA.

23

Todo cuerpo ejerce una determinada presión P sobre la superficie en la que se apoya. La magnitud de la presión depende de la fuerza del peso F del cuerpo y de la superficie A en la que actúa la fuerza.

De esta relación:

En la fig. se muestran dos cuerpos con bases de superficies diferentes (A1 y A2) Si la masa de los cuerpos es la misma, la fuerza del peso (F) que actúa sobre la base también es la misma, pero la presión es diferente porque las superficies de las bases no son iguales. Siendo igual la fuerza de peso, la presión es mayor si la superficie de la base es menor (efecto de lápiz).

F = 5000 N

A1 = 2 m 2

A2 = 1 m 2

Luego:

De la misma manera en los sistemas oleohidráulicos:

“Si se aplica la misma fuerza: A mayor área, menor presión; A menor área, mayor presión”

24

Aplicación: Un Bombin (Bomba de pistón) de una gata hidráulica, mientras mas delgado (pequeño en términos de menor área) podrá levantar mayor presión.

PRESION EN UN CILINDRO HIDRAULICO

pF

A

PRESION EN UN MOTOR HIDRAULICO

M Momento o Torque ( N - m )Volumen Absorbido ( m3 / rev )

Ejemplo: Determine la presión (psi) que indica el manómetro en los siguientes casos:

a) F = 10000 A1 = 10,0 pul 2

A2 = 3,5 pul 2

pF

A

b) F = 10000 A1 = 10,0 pul 2

A2 = 3,5 pul 2

25

pF

A

Presión diferencial: La presión diferencial es simplemente la diferencia de presión entre dos puntos en un sistema. Es un síntoma de lo que esta sucediendo en un sistema:

1.- Indicando que hay energía disponible, en forma de un líquido presurizado en movimiento, en el sistema.

2.- Midiendo la cantidad de energía disponible que se transforma en calor entre esos dos puntos.

Caudal: Es el volumen de fluido que pasa a través de un tubo en la unidad de tiempo. El caudal en un sistema hidráulico típico se mide usualmente en GPM o litroEl caudal origina el movimiento del actuador. En un sistema hidráulico es suministrado por la bomba.

Velocidad: En un sistema dinámico, el fluido que corre a través de un tubo lleva una cierta rapidez, a la que se llama velocidad de fluido; ésta es medida en pies por segundo o metros por segundo.

Fricción: Es el rozamiento que se genera en las paredes interiores del tubo al pasar el fluido, generando calor. Entre más rápido vaya el líquido, mayor cantidad de calor es generada.

Régimen laminar y turbulento:

La situación ideal del flujo en una tubería se establece cuando las capas de fluido se mueven en forma paralela una a la otra. Esto se denomina  "flujo laminar"  figura 1-14. las capas de fluido próximas a las paredes internas de la tubería se mueven lentamente, mientras que las cercanas al centro lo hacen rápidamente. Es necesario dimensionar las tuberías de acuerdo al caudal que circulará por ellas, una tubería de diámetro reducido provocará elevadas velocidades de circulación y como consecuencia perdidas elevadas por fricción; una tubería de gran diámetro resultará costosa y difícil de instalar.

26

Por lo expuesto recomendamos el uso del gráfico Nº. 1  para la elección de los diámetros adecuados en instalaciones hidráulicas.

En la figura 1-15 vemos una situación de flujo turbulento donde las partículas de fluido se mueven en forma desordenada con respecto a la dirección del flujo. La turbulencia es causada por el exceso de velocidad de circulación, por cambios bruscos del diámetro de la tubería, y por la rugosidad interna de la misma la turbulencia produce excesiva pérdida de presión en los sistemas y sobrecalentamiento del aceite. A menudo puede ser detectada por el ruido que produce la circulación por las tuberías. Para prevenir la turbulencia, las tuberías deben ser de diámetro adecuado, no tener cambios bruscos de diámetro u orificios restrictotes de bordes filosos que produzcan cambios de velocidad.

En la figura 1-16 vemos una sección de tubería con flujo laminar, las partículas se mueven a alta velocidad en el centro pero paralelas una a la otra. La restricción se ha realizado de manera tal que presenta una transición lenta de velocidades, de esta forma se evita la turbulencia.

Las dos figuras 1-17A y 1-18B muestran qué sucede con la corriente fluida cuando toma una curva de radio amplio se mantienen las condiciones de flujo laminar, a la derecha el cambio de dirección es abrupto induciendo un flujo turbulento. 

MULTIPLICACION DE LAS FUERZAS.

Un sistema tiene la configuración mostrada:

27

Las presiones se calculan de la siguiente manera:

pF

A11

1

pF

A22

2

Aplicando la Ley de Pascal “La presión en todos los puntos del fluido es la misma”, por lo tanto: p p1 2

F

A

F

A1

1

2

2

“Las fuerzas son proporcionales a sus respectivas áreas”

Aplicando una fuerza pequeña sobre un área pequeña, se obtiene una fuerza grande aplicada sobre un área grande.

También: FA

AF2

2

11

La fuerza de salida es igual a la fuerza de entrada multiplicado en el factor ( A2 / A1 )”

Ejemplo 1:

En la figura mostrada determine el peso ( kgf ) del elefante que sostiene el peso del gato.

(Peso del gato)

Solución:

28

(Peso del elefante)

“Con poca fuerza aplicada se puede obtener grandes fuerzas de trabajo”

Ejemplo 2:

En el recipiente mostrado:

En el punto A se aplica una fuerza de 50 kg-f .

a) Graficar la presión dentro del recipiente.b) Determinar la presión (kg-f /cm2 )c) Determine la fuerza ( kg-f ) que se puede desplazar en el punto B.

Solución :

a) Diagrama de presiones:

29

b) Cálculo de la presión: c) Cálculo de la fuerza F en el punto B:

Ejercicio:

¿Qué fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10.000 kg? Considerar los datos del dibujo.

Como: P = F/A

A2 = 10 cm²; K = 10.000 kgf

p2 = 10.000 kgf/ 10 cm² => p2 = 1.000 kgf/cm²

Como en un circuito cerrado, de acuerdo al principio de Pascal, la presión es igual en todas direcciones normales a las superficies de medición, se puede decir que la presión aplicada al área 2 es igual que la aplicada al área 1

p1 = p2

F1 = 1.000 kgf/cm² x 5 cm² => F1 = 5.000 kgf

F = P x A

De esto se concluye que el área es inversamente proporcional a la presión y directamente proporcional a la fuerza.

Para el ejemplo se tiene que el equilibrio se logra aplicando una fuerza menor que el peso ya que el área es menor que la que soporta el peso.

30

Un claro ejemplo de esto son las gatas hidráulicas.

DIVISION DE DISTANCIAS

En el diagrama: Al aplicar la fuerza F1 el embolo 1 se desplazará hacia abajo una determinada distancia S1, lo cual determinará el desplazamiento de una determinada cantidad de volumen de aceite, lo cual hará que el émbolo 2 se desplace hacia arriba una determinada distancia S2.

Como el fluido (Aceite Hidráulico) es incompresible el volumen desplazado por el embolo 1 es igual al volumen desplazado por el embolo 2.

V1 = S1 x A1 V2 = S2 x A

V1 = V2

S1 x A1 = S2 x A2

S

S

A

A1

2

2

1

El desplazamiento S es inversamente proporcional a las áreas.

Conclusión:

“Lo que se gana en fuerza, se pierde en desplazamiento”.

Ejemplo:

31

Si el émbolo 1 se desplaza 10 cm el émbolo 2 se desplazara:

SA

AS2

1

21

S

cm

cmcm mm2

2

2

1

1000010 0 01

,

Si el émbolo sobre el que descansa el gato se desplaza 10 cm, el émbolo sobre el que descansa el elefante solo se desplaza 1 centésima de mm !!.

FACTOR DE MULTIPLICACIÓN

En la figura 1-12 vemos un método de multiplicar la fuerza en un sistema hidráulico. Una fuerza de 70Kg. es aplicada sobre el pistón A. Mediante el cálculo que hemos descrito, se origina una presión disponible de 7 Kg/cm².

Esta presión actúa sobre la superficie del pistón B de 20 cm2. produciendo una fuerza de empuje de 140 Kg.

32

Es decir que la fuerza aplicada sobre el pistón A es multiplicada en la misma relación, que la existente entre las áreas de los dos pistones.

Este principio, de multiplicación de fuerza es empleado en el freno de los automóviles y en las prensas hidráulicas.

Refiriéndonos nuevamente a la Fig. 1-12 vemos que la multiplicación de fuerzas se hace a expensas de sacrificar la carrera del cilindro B. El pistón A se mueve una distancia de 10 cm desplazando 100 cm³ (10 x l0).

Esta cantidad de aceite mueve el pistón B solo 5 cm..

La velocidad de la carrera se ha sacrificado. El pistón B se mueve 5 cm. en el mismo tiempo que el pistón A recorre 10 cm.

En la figura 1-13 vemos una analogía mecánica al sistema hidráulico descrito. El producto de las fuerzas por las distancias debe ser igual en ambos sistemas de acuerdo a las leyes de la mecánica. En el extremo izquierdo 70 x 0,10 = 0,700 Kgm., en el extremo derecho 140 x 0,5 = 0,700 Kgm.

.

Esto nos lleva a la necesidad de introducir una máquina que proporcione el desplazamiento; así el émbolo donde descansa el gato se puede sustituir por una bomba de pistones accionada por un motor eléctrico.

MULTIPLICADOR DE PRESIONES.

En la figura mostrada: la presión p1 ejercida sobre un área A1 ejerce una fuerza F1, la cual es transmitida mediante el vástago al émbolo pequeño. En este caso, se genera en el émbolo pequeño una presión p2 que será de mayor magnitud que p1, debido a que su área de aplicación A2, es menor, para una misma fuerza F2 que es igual a F1.

33

F1 = p1 x A1 F2 = p2 x A2

F1 = F2 ( SISTEMA EN EQUILIBRIO )

p1 x A1 = p2 x A2

Luego:

p

p

A

A1

2

2

1

F1 F2P1 = ----- y P2 = ------- A1 A2

El sistema se encuentra en equilibrio, siendo válida la siguiente ecuación:

P1 = P2

Aplicando las dos ecuaciones, se obtiene lo siguiente:

F1 F2----- = -------- A1 A2Esta ecuación permite calcular las magnitudes de F1 y F2, así como A1 y A2.Por ejemplo: las ecuaciones para F1 y A2 serían las siguientes:

A1 . F2 A1 . F2F1 = ----------- A2 = ------------- A2 F1

La fuerza más pequeña del émbolo de presión puede ser transformada en una fuerza mayor ampliando la superficie del émbolo de trabajo. Este es un principio fundamental que se aplica en cualquier sistema hidráulico, ya sea en un gato hidráulico o una plataforma elevadora. La fuerza F1 tiene que ser lo suficientemente grande para que la presión del fluido supere la resistencia que ofrece la carga (véase ejemplo)Ejemplo:

34

Con una plataforma hidráulica deberá elevarse un vehículo. La masa es de 1500Kg. ¿ Cuál es la magnitud de la fuerza F1 que actúa sobre el émbolo?

“Las presiones generadas son inversamente proporcionales a las áreas” Ejercicio: D1 = 5 cm D2 = 2 cm p1 = 100 bar.Calcular p2 ( bar ):

Solución:

AD

cm112 2

2

4

5

419 6 , A

Dcm2

22 2

2

4

2

43 14 ,

pcm

cmbar bar2

3

2

19 6

314100 624

,

,

Un cálculo aproximado sería :

AD

cm112 2

2

4

5

425 A

Dcm2

22 2

2

4

2

44

pcm

cmbar bar2

2

2

25

4100 600

.

UNIDADES DE PRESION:

En el S.I.

1 2PaN

m

Un múltiplo del Pascal es el bar: También se utiliza el Mpa:

En el Sistema Técnico:

En el Sistema Inglés :

35

Otros:

Atmósferas ( atm ), Metros de columna de agua ( m H2O ), Milímetros de mercurio ( mm Hg )

En la industria de nuestro país se emplean indistintamente, equipos cuyos indicadores de presión se encuentran en cualquiera de las unidades mencionadas, razón por la cual es importante saber la equivalencia entre cada una de ellas:

atm kgf/cm2 bar Pa=N/m2 psi=lbf/pul2 m H2O

1 1,033 1,013 1,013 x 105 14,662 10,33

0,968 1 0,981 98100 14,194 10

0,987 1,02 1 105 14,468 10,2

9,87 x 10-4 1,02 x 10-5 10-5 1 1,447 x 10-4 10,2 x 10-5

0,068 0,070 0,069 6910,8 1 0,705

Por ejemplo la tabla funciona así:

Ejemplo:Convertir 3000 psi a bar

Aplicación:

En la práctica se usa frecuentemente los valores “aproximadamente” para hacer las respectivas conversiones:

Aproximadamente :

MEDICION DE LA PRESION

Para medir la presión se toma como base dos escalas de medida.

Escala de Presión Absoluta. Toma como punto de partida el Cero Absoluto, que es el punto donde no existe presión ( Vacío total ).

Escala de Presión Relativa o Manométrica . Toma como punto de partida la Presión Atmosférica.

A la medida de presión en la escala absoluta de 1 atmabsoluta le corresponde la medida de presión en la escala relativa de 0 atmrelativa ó 0 atmmanometrica

36

Luego:p p pabsoluta atmosferica manometrica

En el siguiente diagrama podemos ver la relación entre estas dos escalas:

Para el punto A el valor de la presión en la escala absoluta es de 3 atmabsoluta mientras que el valor de la misma presión en la escala relativa o manométrica es de 2 atmrelativa o simplemente 2 atm .

Observe: - Que a las unidades se le ha agregado el término absoluto y relativo para

poder distinguir la escala a que se esta haciendo referencia.- Cuando tratemos el termino “presión” nos estaremos refiriendo a la “presión

manométrica o relativa”.- Las presiones absolutas no tienen valores negativos..- Las presiones relativas o manométricas pueden tener un valor máximo negativo

de 1 atm .Para el punto B el valor de la presión absoluta será de 0,8 atmabsoluta , mientras que el valor de presión manométrica será de - 0,2 atmrelativa .

A las presiones que se encuentran por debajo de la presión atmosférica se denominan:

Presión de vacío o presión negativa o presión de succión o depresión.

Casi la totalidad de instrumentos están expuestos a la presión atmosférica, por lo que el valor que medirán será un valor por arriba ( o por debajo ) de la presión atmosférica; en otros términos medirán el valor de sobre presión ( o de depresión ) con respecto de la presión atmosférica.

37

Los instrumentos que miden la presión tomando como referencia la presión atmosférica se denominan MANOMETROS.

Los instrumentos que miden la presión negativa o depresión se denominan VACUOMETROS.

Los instrumentos que miden la presión atmosférica se denominan BAROMETROS.

Las presiones absolutas se miden comúnmente en forma indirecta: con un Manómetro y un Barómetro. En la práctica predominan totalmente las presiones Manométricas o Relativas.

MANOMETRO

El manómetro de Bordón es el instrumento más importante que se utiliza en oleohidráulica. Nos indica el valor de la presión relativa ( sobrepresión ) y puede tener comúnmente unidades: bar, psi, kg/cm2, etc.

Consta de los siguientes elementos:

1 Carcasa 5 Piñón2 Muelle tubular 6 Aguja3 Palanca 7 Escala4 Segmento de cremallera 8 Estrangulación

El muelle tubular es desdoblado por una sobrepresión p. Tanto mayor la presión, tanto mayor es también la abertura del radio de doblado. Este movimiento se transmite a la aguja mediante la palanca, el segmento de cremallera y el piñón. La sobrepresión puede leerse en la escala.

En la parte conectada del manómetro se encuentra el punto de estrangulación que tiene por objetivo amortiguar las sobrepresiones ( picos de presión ) y hacer una lectura más estable.

38

Comúnmente esta inmerso en glicerina la que amortigua las vibraciones de la aguja, sin este fluido de alta viscosidad la aguja vibraría y se deterioraría rápidamente.

CAUDAL Y GENERACION DE PRESION.

Caudal: Es el volumen de fluido que pasa a través de un tubo en la unidad de tiempo. El caudal en un sistema hidráulico típico se mide usualmente en GPM o litro.

El caudal origina el movimiento del actuador. En un sistema hidráulico es suministrado por la bomba.

Flujo volumétrico: El caudal es el flujo volumétrico. Es decir es el volumen de fluido V que fluye por un punto en el tiempo t.

QV

t

Ejemplo:

Si queremos llenar un depósito cuyo volumen es de 20 litros en el tiempo de dos minutos, se necesita un caudal:

Aplicación:

Con este concepto es posible determinar el caudal que entrega una bomba con solo contar con un recipiente graduado y un reloj o cronómetro. Como aplicación practica

podríamos determinar el caudal (l

min) que entrega el caño de su casa, con la ayuda

de un balde con volumen conocido (comúnmente de 10 a 30 litros) y un reloj.

CONTINUIDAD

La continuidad para fluidos incompresibles, es el caudal, producto de la Velocidad por el Área. Q = v x A

39

Q Q1 2

v A v A1 1 2 2

Donde: Q v A 6

Aplicación:

La bomba envía caudal constante hacia el sistema en forma continua. La bomba toma aceite del tanque y lo envía hacia el sistema. La línea de succión tiene un mayor diámetro que la línea de descarga:

Luego concluimos:

- “El caudal es el mismo en la línea de succión y en la línea de descarga” - “La velocidad en la zona de succión es menor que en la zona de descarga ”- “El caudal en la tubería es igual al caudal en la zona del embolo del pistón”

40

- “La velocidad del fluido es mayor en la tubería que en la zona del embolo del pistón” -“El caudal en el lado del émbolo es diferente al caudal al lado del vástago del

cilindro”.- “La velocidad es la misma al lado del émbolo que al lado del vástago”.

OBSERVACIONES:

El teorema de continuidad se aplica a una línea de corriente por lo que el caudal en el lado del embolo del cilindro es diferente al caudal en el lado del vástago POR QUE NO HAY CONTINUIDAD:

Q3 Q4

El desplazamiento del volumen de aceite determina la velocidad del actuador.

Luego: “Si un actuador pistón o motor está lento es porque no le llega suficiente caudal y no porque le falte presión“

LA RAPIDEZ CON QUE SE TRANSMITE LA SEÑAL ES DE:

Como se observa los caudales y las áreas determinan la velocidad del fluido. Estas velocidades del fluido están limitadas por las perdidas de energía que causan debido al rozamiento entre el fluido mismo y el rozamiento con las tuberías por lo que se recomienda las siguientes velocidades máximas en las tuberías de Sistemas Hidráulicos:

VELOCIDAD

Líneas de Succión v 1,5 m/s

Líneas de Retorno a Tanque v 3,0 m/s

Líneas de Presión v 5,0 m/s

Velocidad de los Actuadores v 1,0 m/s

Ejemplo 1:

Determinar el caudal Q en l/min. y en GPM que llega al pistón si tiene una velocidad de salida de 0,1 m/s

41

Solución:

vm

s0 1,

AD

cm 2 2

2

4

10

478 54,

Q v A 6

Qm

scm

l

min 6 0 1 78 54 47 132, , ,

Ejemplo 2:

Determinar el caudal Q ( l/min ) que sale del pistón para el ejemplo anterior.Solución:

vm

s0 1,

AD d

cm

2 2 2 22

4

10 5

458 90,

Q v A 6 Qm

scm

l

min 6 0 1 58 90 35 342, , ,

CAUDAL EN UNA BOMBA O MOTOR EN REGIMEN CONTINÚO DESPLAZAMIENTO VOLUMETRICO

Una bomba ( o motor ) tiene una característica geométrica muy importante denominada desplazamiento volumétrico DV o volumen de expulsión definida como el volumen de fluido que desplaza o que impulsa en una revolución ( cm3 / rev ).

Si una bomba ( motor hidráulico ) gira n revoluciones por cada minuto el caudal que envía (recibe) será:

42

Q DV n

Ejemplo:

Calcular del caudal ( GPM ) que impulsa una bomba de engranajes si tiene un desplazamiento volumétrico DV de 10 cm3 por revolución y esta acoplada a un motor eléctrico de 1800 rpm.

Solución:

Revoluciones: n RPMrev

min minmin 1800 1800 1800

11800 1

Desplazamiento Volumétrico:

DV cm10 3

Aplicaciones:

- El Desplazamiento Volumétrico es el parámetro más importante para la selección de una bomba o motor hidráulico.

- El Desplazamiento Volumétrico es sinónimo de tamaño o Volumen:

“Una bomba pequeña tendrá un DV pequeño e impulsa poco caudal y una bomba grande tendrá un DV grande e impulsa bastante caudal”.

- El Desplazamiento Volumétrico de una bomba o motor hidráulico se puede determinar aproximadamente en forma práctica llenando las cavidades de la bomba con aceite hidráulico y luego se vierte este volumen en un recipiente graduado.

43

Este valor se multiplica por las rpm del motor que accionará a la bomba ( Si es eléctrico: 1800 rpm, 3600 rpm; Si es de combustión interna 1500...3000 rpm ).

- También se puede evaluar el desplazamiento volumétrico a través de relaciones geométricas de su estructura interna que están en función del tipo de bomba.

MEDICION DEL CAUDAL

La forma más sencilla de medir el caudal es utilizando un recipiente graduado ( V ) y un cronómetro ( t ) , no obstante es recomendable emplear caudalímetros.

CAUDALIMETRO

Instrumentos que miden el caudal

Se representan:

Tipos:

- TURBINAS DE MEDICION: Sus revoluciones indican la magnitud del caudal; es decir, las revoluciones son proporcionales al caudal.

44

- DIAFRAGMA: La pérdida de presión medida en el diafragma es proporcional al cuadrado del caudal. “Un aumento en el caudal produce un aumento cuadrático de la caída de presión”.

Se muestra un caudalimetro de 0 ... 5 l/min cuyo principio es la caída de presión en el elemento móvil:

2.0 GENERACION DE LA PRESION

“La presión se origina, cuando el caudal encuentra una resistencia a su desplazamiento”.

Definiciones previas:

BOMBA OLEOHIDRAULICA : Envía caudal al sistema.VALVULA DE SEGURIDAD : Válvula que apertura (deja pasar al fluido)

al valor en presión al que ha sido regulada.V. DE ESTRANGULAMIENTO : Genera resistencia al paso del fluido.

Se muestra una bomba que envía un caudal de 10 l/min. , tiene su salida conectada a una válvula de seguridad regulada a 80 bar y a una válvula de apertura – cierre.

45

Si la válvula de apertura – cierre esta totalmente abierta, no hay resistencia; el caudal que envía la bomba pasa libremente y la presión en el manómetro marca cero (realmente el manómetro debe de indicar un pequeño valor debido a la fricción y a las pérdidas de energía en la tubería).

A medida que se va cerrando la válvula, se va aumentando la resistencia al paso del fluido y la lectura en el manómetro empezará a aumentar, y si seguimos cerrando, la presión aumentará sin límite debido a que la bomba siempre envía 10 l/min.

Pero al llegar a 80 bar, se abre la válvula de seguridad y deja pasar todo el fluido, no dejando que la presión sobrepase este límite. Por ello es importante la válvula de seguridad.

Cuando los fluidos se desplazan tienen varias alternativas de caminos a seguir:

46

CAMINOS ALTERNATIVOS CON RESISTENCIA DIFERENTE EN PARALELO:

“Cuando los caminos alternativos en paralelo ofrecen resistencias diferentes el fluido toma el camino de menor resistencia”.

Ejemplo:

En la figura si las tuberías A, B y C, ofrecen resistencias al paso del fluido de 10 bar, 30 bar, y 50 bar respectivamente, y la bomba envía 10 l/min de caudal.

Al tener varias alternativas de circulación el fluido pasará por el camino que menor resistencia le ofrece, en este caso la tubería A y el manómetro marcará 10 bar.

Si se bloquea el tubo A, el manómetro marcará 30 bar. (menor resistencia entre las tuberías de las alternativas B y C).

47

Si se bloquea las tuberías A y B el fluido pasara por la tubería C indicando el manómetro 50 bar.

CAMINO CON RESISTENCIAS DIFERENTES EN SERIE

“Cuando hay solo un camino con diversas resistencias, las resistencias evaluadas en términos de presión se suman”.

Ejemplo:

En este caso, la presión indicada en el manómetro es la resistencia equivalente a la suma de las resistencias de 30 bar y 10, es decir 40 bar.

Si se invierten las resistencias igualmente la presión indicada por el manómetro será la suma de las dos resistencias, es decir 40 bar.

48

CAIDA DE PRESION

Cuando el fluido pasa por un paso restringido o cualquier elemento que le representa resistencia, se produce una diferencia de presión (caída de presión). Se denomina caída de presión, puesto que si un fluido circula por un orificio, la presión a la salida del orificio, (en el sentido de la corriente), es menor que la presión a la entrada.

p p p 1 2

Dicha caída de presión depende principalmente de la velocidad con que circula el fluido.

Pero influyen una serie de parámetros como:- La viscosidad del fluido- La temperatura del fluido- El área (diámetro) del estrangulamiento- El caudal que realmente circula- La rugosidad - La longitud - La forma del conducto.

Caída de Presión en tuberías:

Es importante recordar que la perdida de presión en tuberías "solo" se produce cuando el fluido esta en "movimiento" es decir cuando hay circulación. Cuando esta cesa, caso de la figura 1-23 las caídas de presión desaparecen y los tres manómetros darán idéntico valor.

Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapón del extremo aparecerán perdidas de presión por circulación que podemos leer en los manómetros de la Fig.1-24.

49

Cuando más larga sea la tubería y más severas las restricciones mayores serán las pérdidas de presión.

Si quitamos las restricciones una gran proporción de la perdida de presión desaparece. En un sistema bien dimensionado, la perdida de presión natural a través de la tubería y válvulas será realmente pequeña como lo indican los manómetros de la Fig.1-25.

Ejemplo:

Si a través de la misma tubería circula mayor caudal la caída de presión aumenta.

Lógicamente si no hay caudal, la caída de presión es cero.(La presión es igual en todos los puntos de un recipiente que mantiene a un fluido en reposo)

.

50

Estos valores los podemos representar a través del gráfico:

Caídas de presión en válvulas.

Las válvulas presentan perdidas de presión localizadas, por ello deben ser correctamente dimensionadas. Una válvula subdimensionada provocará perdidas de potencia y velocidad, una sobre dimensionada será económicamente cara. Las recomendaciones precisas figuran en los catálogos de los fabricantes, pero para establecer una norma general diremos: 

Válvulas Hidráulicas: Una velocidad de 4 m/seg. es considerada estándar para aplicaciones generales. Por ello el tamaño de la válvula puede ser el mismo que el diámetro de cañería de la tabla para líneas de presión.

Pérdida de Presión en un Circuito Automático.

No todas las caídas de presión son malas. En la figura siguiente hay un diagrama que ilustra una técnica importante utilizada en la automación de circuitos, y aplicada en neumática e hidráulica. Cuando el cilindro de la Fig.1-26 llega a su posición de trabajo, una señal eléctrica es obtenida para poner en funcionamiento la próxima operación en un ciclo automático.

Nuestra descripción comienza con plena presión disponible en la bomba o compresor, pero con la válvula de control cerrada, de manera que el cilindro se encuentra retraído El primer manómetro indica 100 PSI (7Kg/cm2). Las dos restantes indican 0. El presostato está ajustado a 80 PSI. 

51

Con la válvula abierta, el fluido se dirige al cilindro. La restricción representa la pérdida de carga de una tubería.

Cuando el fluido comienza a circular, una perdida de presión es generada, y esta ilustrada por la lectura de los sucesivos manómetros. El cilindro se desplaza libremente, requiriendo solamente 20PSI para moverse; el remanente de presión disponible es consumido a lo largo de la línea. El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre.

Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de fluido cesa y en la cámara del cilindro (y en el presostato) la presión alcanza su valor máximo 100 PSI. Una señal eléctrica procedente del presostato comandará la siguiente función de un ciclo automático.

CAÍDA DE PRESIÓN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRÁULICA.

Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa.

Se pueden efectuar grandes economías, cuando las necesidades de máxima fuerza a desarrollar por la prensa, son necesarias únicamente en condiciones estáticas, o a través de muy cortas carreras.

Las válvulas y tuberías se subdimensionan a propósito por razones económicas, pero en la operación de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales. Esto es cierto ya que se basa en el principio ya visto de que no hay caídas de presión cuando no existe circulación. He aquí como opera

52

El cilindro recibe fluido hidráulico desde la bomba y se mueve libremente. La restricción en la línea representa la resistencia a la circulación a través de válvulas y tuberías subdimensionadas. Esta restricción no reduce el volumen de aceite procedente de la bomba hidráulica de desplazamiento positivo, tal como veremos al estudiar estos elementos.

La restricción en cambio consume una buena proporción de la presión que es capaz de desarrollar la bomba, pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequeña presión es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre.

En este diagrama el cilindro llega a su posición de trabajo. Cuando el cilindro se detiene cesa la circulación de fluido a través de las válvulas y tubería y la caída de presión desaparece del sistema. Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a pesar de lo pequeño de las válvulas y tuberías. Estas figuras son diagramas en bloque en la realidad cuando el cilindro se detiene, todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a través de una válvula de alivio no mostrada en la figura 1-29.

La generación de presión es sinónimo de energía disponible.

Las caídas de presión son sinónimos de energía pérdida.Por efecto de las caídas de presión se condicionan los diseños, tamaños, formas, etc. La importancia de estos temas radica en que leyendo los valores de presión correspondientes es posible diagnosticar el funcionamiento o la falla de un sistema hidráulico.

53

BOMBA OLEOHIDRAULICA

La bomba hidráulica, se encarga de trasformar la energía mecánica proveniente del equipo de accionamiento ( motor eléctrico o de combustión interna o simplemente accionamiento manual ) en energía de fluido (presión y caudal), de un líquido cuyas moléculas estén sometidas precisamente a esa presión. Las bombas hidráulicas son 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.

Aspiración:

Al comunicarse energía mecánica a la bomba, ésta comienza a girar y con esto se genera una disminución de la presión en la entrada de la bomba, como el depósito de aceite se encuentra sometido a presión atmosférica, se genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succión y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba.

Descarga:

Al entrar aceite, la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura por la forma constructiva que el fluido no retroceda. Dado esto, el fluido no encontrará mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible, consiguiéndose así la descarga.

Las bombas no generan presión: Es importante entender que el único propósito de las bombas es crear caudal. La presión es la fuerza en una determinada área, creada por la resistencia a la circulación del fluido.

La bomba es un mecanismo diseñado para producir un flujo necesario para el desarrollo de la presión; pero la presión no se puede producir por si mismo, si no se realiza una resistencia al flujo. La capacidad de entregar flujo a alta presión determina el rendimiento y la diferencia en la selección de la bomba.

La teoría de bombeo me dice que cuando la bomba es conducida por un motor esta cumple básicamente dos funciones. La primera crear un vacío en la entrada de la bomba, este vacío hace posible a la presión atmosférica forzar al flujo desde el deposito a la bomba. La segunda, la acción mecánica de la bomba atrapa el flujo dentro de las cavidades de la bomba, transportándola a través de la bomba y forzándola dentro del circuito hidráulico.

Caudal en GPM (LPM): El caudal es el flujo de aceite proporcionado por la bomba, este cual es determinado por el desplazamiento de la bomba multiplicado por el número de revoluciones a la que es sometida la bomba.

Una bomba puede ser clasificada por su caudal nominal, en galones por minuto o litros por minuto; por ejemplo: 10 gpm (37,85 lpm). Su caudal es también proporcional a la velocidad de rotación.

54

Clasificación de las Bombas

Selección de bombas: Los factores más importantes que se debe de considerar son:

1.- Presión máxima requerida para producir suficiente fuerza a los actuadotes.

2.- Rendimiento de la bomba, presición y seguridad de operación. Fácil mantenimiento

3.- Máximo flujo o normal requerido para los actuadotes usados en el circuito

4.- Control requerido durante los periodos de no- operación del sistema, desplazamiento fijo y variable.

Desplazamiento: Es el volumen de liquido transferido en una revolución, es decir es la capacidad de caudal proporcionado por la bomba.

Según su desplazamiento, las bombas se pueden clasificar en dos tipos básicos.

1.- Bombas de desplazamiento No Positivo .

2.- Bombas de desplazamiento Positivo.

Cilindrada:

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

55

Donde: D = Diámetro mayor del engranaje

d = Diámetro menor del engranaje

l = Ancho del engranaje

Unidades: cm3/rev

Caudal Teórico:

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

Donde: C = Cilindrada (cm3/rev)

N = Rpm (1/rev)

Rendimiento Volumétrico:

Donde: QR = Caudal Real

QT = Caudal Teórico

Realmente la bomba impulsa al fluido, esto es: “La bomba da caudal” La presión se forma como consecuencia de la resistencia que encuentra el fluido.

SIMBOLOGIA: Símbolos normalizados:

Bomba oleohidráulica de caudal constante y giro

en un solo sentido

Bomba oleohidráulica de caudal constante y giro en

los dos sentidos

Bomba oleohidráulica de caudal variable y giro en

los dos sentidos

PARÁMETROS DE LA BOMBA

Las bombas tienen los siguientes parámetros:

56

VOLUMEN DESPLAZADO O DE EXPULSIONEl volumen desplazado o desplazamiento volumétrico es un parámetro que indica el tamaño de la bomba. Se refiere al volumen del fluido que es transportado por la bomba en cada giro o carrera. Este caudal es el resultado de la multiplicación del desplazamiento volumétrico por el número de revoluciones por minuto .

D.V.= A*hD.V.= *a*(dk – a)*b

a = Dist. entre los centros de los engranajesdk = Diámetro extremo del engranajeb = Ancho del engranaje

REVOLUCIONES

Las revoluciones de una bomba son un criterio importante de selección, ya que el caudal de transporte es determinado por las revoluciones . Muchas bombas no deben rebasar ciertos márgenes de revoluciones.El régimen de revoluciones más frecuente para la maquinaria estacionaria es de n = 1800 min -1, ya que suelen ser accionadas por motores síncronos de corriente trifásica que dependen de la frecuencia de la red eléctrica .El régimen de revoluciones para la maquinaria móvil en cambio es amplio (800 a 5000 rpm) tomándose como referencia de diseño a 1500 rpm.

EFICIENCIA: En teoría las bombas suministran 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 aumenta y el rendimiento volumétrico disminuye. EFICIENCIA VOLUMETRICA ( ) : Es la relación entre el caudal real que impulsa la bomba con respecto al caudal teórico determinado por el producto del Desplazamiento Volumétrico por el número de RPM. Se expresa en porcentaje ( 100 %).

EFICIENCIA HIDRAULICA - MECANICA ( ) : Es la relación entre la energía mecánica que entrega la bomba con respecto a la energía mecánica que recibe.

57

EFICIENCIA TOTAL ( ) : El grado de eficiencia total de una bomba se calcula multiplicando la eficiencia volumétrico ( ) y la eficiencia hidráulico-mecánico ( ).

En general la eficiencia total de una bomba oleohidráulica oscila entre el 80% al 90%

CURVA CARACTERÍSTICA DE LA BOMBA.

La curva característica de una bomba es la representación del caudal que envía la bomba en función de la presión. La curva característica de una bomba de caudal constante presenta una pequeña caída de caudal en función del aumento de la presión. Esta caída de caudal es normal si se encuentra entre el 7 y 13 % del caudal nominal y se debe a fugas internas necesarias para la lubricación de la bomba. La curva característica de una bomba ofrece las siguientes informaciones:

Si p = 0, la bomba rinde un caudal Q Si p > 0, Q se mantiene prácticamente constante Para una alta presión Q comienza a disminuir. La presión máxima que alcance la bomba estará dada por la presión que se logra cuando

el caudal ha caído como máximo en 13 % (en la practica puede evaluarse en 10 %) La curva también es un equivalente del grado de eficiencia volumétrica de la bomba.

La figura muestra las curvas características de una bomba nueva y de una bomba desgastada (averiada). También se muestra una zona a la cuál no debería trabajar la bomba bajo ningún motivo ya que la deterioraría gravemente:

INSTALACION PARA OBTENER LA CURVA DE LA BOMBA

Un banco de pruebas nos permite obtener la curva Q vs. p de una bomba constituyéndose en la mejor manera de determinar cual es el caudal nominal y la presión máxima de la bomba, comprobándose el estado real de la bomba.

58

Ejemplo:

En la curva Q vs. p mostrada:

Para una bomba en buen estado:QNOMINAL = 10 l / minpMAX = 230 bar

El caudal de aceite de fuga es del 10% a 230 bar. En consecuencia.

Q(p = 0) = 10,00 l / min.

Q(p = 230) = 9 l / min.

Para una bomba averiada:

El caudal de aceite de fuga es de 20 % a 230 bar. En consecuencia:

Q(p = 0) = 10,00 l / min.

Q(p = 230) = 8,0 l / min.

Ello significa que la curva característica de la bomba permite obtener informaciones sobre el grado de eficiencia volumétrica de una bomba.

CLASIFICACIÓN

Las bombas hidráulicas pueden clasificarse en dos tipos básicos aplicando el criterio de volumen de expulsión.

Bombas de DESPLAZAMIENTO VOLUMETRICO CONSTANTE.

59

Bombas de DESPLAZAMIENTO VOLUMETRICO REGULABLE O AJUSTABLE.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO

VOLUMETRICO CONSTANTE

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO VOLUMETRICO VARIABLE

BOMBA DE ENGRANAJES EXTERIORES

BOMBA DE ALETAS

BOMBA DE ENGRANAJES EXTERIORES

BOMBA DE PISTONES AXIALES DE PLATO INCLINADO

BOMBA DE TORNILLOSBOMBA DE PISTONES AXIALES DE

EJE INCLINADO

GEROTOR BOMBA DE PISTONES RADIALES

60

CARACTERISTICAS

TIPO DE BOMBARPM( 1 / min )

D.V.( cm 3 )

P( bar ) % PREC

IORUIDO

BOMBA DE ENGRANAJES EXTERIORES

500 - 3500

1,2 – 250

CTE.

40 – 160

80 – 90 1 3

BOMBA DE ENGRANAJES INTERIORES

500 - 3500

4 - 250

CTE.

160 - 250

0,8 – 0,9 2 1

BOMBA DE TORNILLOS 500 - 4000

4 - 650

CTE.

25 - 160

70 – 85 3 1

BOMBA DE PISTONES AXIALES DE PLATO

INCLINADO

750 - 3000

25 – 800

VARIABLE

160 - 250

82% - 92%

3 3

BOMBA DE ALETAS 900 - 3000

5 – 160

VARIABLE

100 - 160

80 - 90 1 1

BOMBA DE PISTONES AXIALES DE EJE

INCLINADO

750 - 3000

25 – 800VARIAB

LE

160 - 250

82 - 92 3 3

BOMBA DE PISTONES RADIALES

900 -3000

5 - 160 160 - 320

90 2 2

Analizaremos brevemente las características de la bomba de engranajes, por ser la bomba que con mayor frecuencia encontramos en la industria.

BOMBA DE ENGRANAJES

Las bombas de engranajes son bombas de desplazamiento volumétrico constante, las mas comunes, y la que soporta un mayor nivel de suciedad en el fluido.

61

Una de las ruedas dentadas está conectada al motor; la otra gira por efecto del engranaje con la primera rueda. En la cámara de aspiración se produce una depresión a raíz del aumento del volumen causado en el momento que el diente sale de su asiento en el engranaje. El aceite fluya de la línea T a las cámaras entre diente y diente del engranaje y es transportado a lo largo de la pared exterior hacia la zona de alta presión. Aquí el aceite es expulsado hacia la línea P cuando los dientes se unen.

La cámara de aspiración es más grande que la cámara de expulsión.

El objetivo es tener mayor presión y evitar que se forme excesivo vacío que produzcan la vaporización del aceite y que en la línea de alta presión estos vapores implosionen produciendo un arrancamiento metálico de la bomba , ruido y vibración, fenómeno conocido como CAVITACION de la bomba.

En la cámara de alta presión tendremos la acción de fuerzas distribuidas actuando sobre los engranajes produciendo mayores esfuerzos en la línea de acción de estas fuerzas con

62

respecto a los ejes y también al contacto entre dientes y la zona de succión donde se puede visualizar el efecto de desgaste por presión.

En los espacios comprendidos entre un diente de un engranaje y la parte interna del diente del otro engranaje el aceite es encerrado y sería comprimido produciendo ruido y vibración, por lo que este aceite debe ser transportado hacia la cámara de aspiración o la de descarga a través de unas ranuras en las gemelas de las partes laterales.

En el caso de las chumaceras se lubrica con el aceite de la zona de baja presión y en el caso de las partes laterales de los engranajes se lubrica con el aceite de la zona de alta presión

Como se ha indicado anteriormente las bombas tienen pérdidas volumétricas las cuales se dan por el caudal que retorna de la cámara de presión a la cámara de succión a través de los dientes en contacto de los dos engranajes y también por la luz de los costados de los engranajes con las gemelas.

En los rangos apropiados estas pérdidas lubrican las partes en contacto como las chumaceras y las gemelas, pero excesivamente producen una alta ineficiencia de la bomba por las pérdidas volumétricas que ocasionan..

63

64

CALCULO DE LA BOMBA.

La formula básica para calcular la potencia teòrica (P) de consumo de la bomba es la siguiente:

POTENCIA HIDRÁULICA

Potencia Hidráulica (kw) = presión (p) x Caudal (Q) 600 x El rendimiento total (nt) (no)

CAUDAL DE LA BOMBA

TORQUE (PAR)

Torque (t) = V x p Nm 62,8 nm

Bombas de desplazamiento positivo:

Las bombas hidrostáticas o de desplazamiento positivo son los elementos de transformar la energía mecánica en hidráulica. Cuando una bomba hidráulica trabaja realiza dos funciones: primero su acción mecánica crea vacío en la línea de aspiración que permite a la presión atmosférica forzar al líquido del depósito hacia el interior de la bomba; en segundo lugar su

65

acción mecánica hace que este líquido vaya hacia el orificio de salida, forzándolo a introducirse en el sistema oleohidráulico.

Gracias al movimiento cíclico constante de su parte móvil, una bomba de desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de líquido y soportar (dentro de sus límites) cualquier presión que se requiera.

En otras palabras, una bomba de desplazamiento positivo genera caudal, pero a alta presión.

Una bomba de desplazamiento positivo consiste básicamente de una parte móvil alojada dentro de una carcasa. La bomba mostrada en la figura tiene un émbolo como parte móvil. El eje del émbolo está conectado a una máquina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo constante del émbolo. El puerto de entrada está conectado al depósito, en los puertos de entrada y salida, una bola permite que el líquido fluya en un solo sentido a través de la carcasa. Estas bombas las constituyen las del tipo oleohidráulico, es decir, bombas que además de generar el caudal, lo desplazan al sistema obligándolo a trabajar, este fenómeno se mantiene aún a elevadas presiones de funcionamiento.

Las bombas pueden clasificarse además dependiendo de la forma en que se desplaza la parte móvil de éstas; si el desplazamiento es rectilíneo y alternado, entonces se llamarán oscilantes, y si el elemento móvil gira se llamarán rotativas.

Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su órgano propulsar no contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola.

A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-cinética  imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades. Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado que la misma regula la descarga, en el caso límite que la descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento NO generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el máximo consumo de fuerza matriz .

66

Por las características señaladas, en los sistemas hidráulicos de transmisión hidrostática de potencia hidráulica  NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo.

Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo, cuando su órgano propulsor contiene elementos móviles de modo tal que por cada revolución se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, independientemente de la contrapresión a la salida. En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a medida que la misma se obstruya, aumenta la presión en el circuito  hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la rotura de la bomba; por tal causal siempre  se debe colocar inmediatamente a la salida de la bomba una válvula de alivio o válvula limitadora de presión con una descarga a tanque y con registro de presión.

MONTAJE DE LA BOMBA

Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor eléctrico con otros medios, es necesaria acoplar los ejes mediante un manchón elástico tal como vemos en la Fig.2.1.

La acción del manchón o acoplamiento elástico permite corregir desviaciones angulares y axiales como las indicadas en las Fig. 2.2  y  2.3 que de no eliminarse, significaría someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados, provocando su desgaste prematuro.

    

MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE

Cuando es necesario disponer de un montaje lateral del motor con respecto a la bomba, la transmisión puede ser realizada por engranajes, cadena o correa pero en todos los casos esta disposición significaría una carga extra para los rodamientos de la bomba.

Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no. Cuando están construidas para este tipo de montaje, presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza 

Cuando su efectúa, verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig. 2.4, debe tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la mínimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta última.

Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que describimos, pueden ser utilizadas, si se provee una disposición como la que muestra la Fig. Nº. 2.5 

67

donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento y este queda acoplado a la bomba mediante un manchón elástico. Este eje soporta, con sus rodamientos la carga extra.

     

Una cuidadosa inspección de los rodamientos de las bombas en funcionamiento permitirá detectar en forma inequívoca vicios de montaje que como hemos visto son de fácil solución, y redundan en una mayor vida útil de la bomba. 

ADMISIÓN Y SALIDA DE PRESIÓN

En la mayoría de las bombas la sección del orificio de admisión es mayor que el de presión, esta regla casi y en general queda alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diámetro.

La razón de las diferencias de diámetros anotada, queda justificada por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor más bajo posible (máximo 1,20 metros por segundo) quedará como consecuencia unas mínimas pérdidas de carga, evitándose de esta forma el peligro de la cavitación

En ningún caso debe disminuirse por razones de instalación o reparación el diámetro nominal de esta conexión que invariablemente esta dirigida al depósito o tanque como así también mantener la altura entre el nivel mínimo de aceite de este último y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig. 2.6) de acuerdo al indicado por el fabricante. Para las bombas a engranajes, paletas y pistones sin válvulas, los fabricantes dan valores de succión del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio cuando ellas operan con aceites minerales, disminuyendo este valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sintéticos.

En general podemos decir que la distancia h de la Fig. 2.6. No debe superar nunca los 80 centímetros.

68

Las bombas de pistones con igual válvula de admisión y salida no proveen una succión suficiente para elevar el aceite y funcionar sin cavitación por ello se recurre al llenado o alimentación por gravedad como vemos en la Fig. 2.7.

La observación de lo anotado permitirá el funcionamiento correcto de las bombas instaladas asegurando su eficiencia, mediante una aspiración  correcta y  preservando la vida útil de las mismas al limitar las posibilidades de la cavitación por una altura a excesiva o una sección de aspiración menor es la indicada.

Uno de los problemas que frecuentemente se presentan, es la aspiración de aire por parte de la bomba, teniendo por consecuencia un funcionamiento deficiente, perdida de presión, excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso.

Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba están perfectamente localizados. Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque.

 

En la Fig. 2.8 observamos una disposición corriente de una tubería de succión  en ella cada conexión de accesorio es decir 1, 2, 3 y 4 presenta un camino propicio para el ingreso de aire si bien esta tubería no soporta presión, el empaquetado de los accesorios y conexiones

69

señaladas, debe efectuarse con extremo cuidado para impedir que, por succión de la bomba se introduzca aire.

Cuando la tubería de succión se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario prestar especial atención al aro sello o  junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba, ya que su estado determinará la posibilidad de ingresa de aire.

Un método que si bien es poco ortodoxo resulta rápido y eficiente para el estado de los puntos A, 1 ,2 ,3 y  4 o similares, es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con agua y detergente. Una rápida aparición de las burbujas nos indicará el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito.

El extremo de la tubería de succión termina en el tanque, a través de una coladera o totalmente libre, según el caso, pero en ambos su ubicación debe quedar 2 pulgadas por debajo del nivel mínimo del tanque, eliminando de esta forma, la última  posibilidad de ingreso de aire.

BOMBAS DE PALETA

Las partes principales de que se componen las bombas de paletas son : rotor, paletas y estator.

Las paletas del rotor se mueven radialmente y lo que cambia es la forma del estator que circunscribe la carrera de las paletas

El estator detenta una superficie excéntrica. Las cámaras de desplazamiento se configuran con el rotor, las paletas, el estator y las placas laterales de mando.

Su volumen de desplazamiento es mínimo y se va incrementando con el movimiento giratorio del rotor.

Esencialmente el funcionamiento de las bombas de paletas es como sigue: Un rotor ranurado unido a un eje de accionamiento que es impulsor y guía dentro de un anillo ovalado o estator. Las paletas están en las ranuras del rotor que sigue la superficie interior del anillo cuando el rotor gira. La presión y la fuerza centrífuga aplicada a la parte inferior de las paletas las mantienen hacia fuera contra el estator. Las cámaras de bombeo se forman entre las paletas y son encerradas por el rotor, anillo o estator, y las dos placas laterales. El estator es mantenido en la posición excéntrica por un resorte.

A la entrada de la bomba se produce un vacío parcial a medida que va aumentándole espacio entre el rotor y el anillo. Al entrar aceite en este espacio queda atrapado entre las cámaras de bombeo y seguidamente es empujado a la salida cuando disminuye el espacio. El desplazamiento de la bomba depende del ancho decanillo, del rotor y de la excentricidad de ambos.

Se muestra en la fig. una bomba de paletas de cilindrada variable y con regulación de presión.

70

Bomba Sin Equilibrar

Bomba Equilibrada

Las bombas de paletas pueden ser equilibradas hidráulicamente y sin equilibrar

Las bombas equilibradas permiten dos ciclos de alimentación y de salida en cada vuelta y como resultado con las dimensiones exteriores de la bomba se obtiene un caudal doble y un equilibrado del rotor (cámara de salida y de alimentación diametralmente opuestas) trabajando únicamente a caudal constante

Las bombas sin equilibrar establecen solo un ciclo de alimentación y de salida por vuelta. Estas bombas trabajan con caudal variable o constante

BOMBAS DE PISTONES

Las bombas de pistones pueden ser radiales y axiales.

Una bomba radial tiene los pistones montados radialmente en una sección del cilindro, mientras que en las unidades axiales los pistones están paralelos entre ellos y el eje de la sección del cilindro

71

Estas bombas pueden fabricarse para caudal constante o para caudal variable, aunque la demanda actual está enfocada hacia las de caudal constante.

Las bombas de pistones funcionan por lo general, cuando un pistón se mueve sucesiva y repetidamente dentro de un orificio y al recogerse aspira el fluido y en su carrera hacia adelante lo expulsa.

Por otra parte, los cigüeñales , las bielas y las excéntricas en su movimiento alternativo incitan el desplazamiento del pistón dentro de los cilindros, asimilando el fluido en la aspiración o expulsándolo en la descarga.

El proceso de aspiración y bombeo es el siguiente: los pistones están ordenados radialmente respecto a la excéntrica, en el movimiento de descenso del pistón se incrementa el volumen de la cámara de trabajo. La depresión creada con ello motiva la apertura de la válvula de succión. Se produce así una comunicación de la cámara de succión con la cámara de trabajo, llenándose esta última de fluido. Al elevarse el pistón por el movimiento de la excéntrica se cierra la válvula de succión abriéndose la de presión, fluyendo entonces, el caudal hacia el sistema.

En cuanto a las axiales pueden ser de plato o de eje inclinado a pistones cónicos axiales, girando, en estas últimas, el bloque de pistones con el eje de accionamiento pero formando un ángulo con él.

72

INSTRUCCIONES DE OPERACIÓN

a) Antes de poner en marcha la bomba:

1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo girar el eje con la mano. No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro 

2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta armada con propiedad. Controlar cuidadosamente el sentido de giros, el eje de alineamiento, el valor  de la válvula de alivio y el nivel de aceite.

b) Puesta en marcha de la bomba

1) Poner en marcha la bomba, mediante impulsos cortos de corriente al motor en una rápida sucesión de tal forma que la velocidad normal de giro sea alcanzada paulatinamente. Esto permite a la bomba su cebado interno, mientras la velocidad llega a su nivel normal, esta velocidad no debe ser mucho menor de la mínima recomendada, ya que es necesario la fuerza centrífuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas.

2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que exista una contrapresión que asegure la lubricación interna. Una vez que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones de presión anotadas.

BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIÓN

Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo, puede ser controlada en un banco de construcción sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas.

73

El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que entregada una determinada bomba a diferentes valores de presión (Ver Fig. 2.27) y constatar mediante un amperímetro la potencia que desarrolla el motor.

Las condiciones de prueba son: 

a. Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante.

b. En función de que los fabricantes señalan los caudales y potencias absorbidas por un tipo  determinado de bomba a diferentes valores de presión. Se tomarán esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales.

c. La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberá coincidir con la establecida por el catálogo en caso contrario efectuar la conversión de caudal al nuevo número de vueltas, utilizando para ello el valor que debe figurar en catálogo de desplazamiento cúbico por vuelta.

74

VALVULAS DISTRIBUIDORAS

Las válvulas distribuidoras o válvulas de vías son elementos que abren o cierran o modifican los pasos del flujo en sistemas hidráulicos. Estas válvulas permiten controlar la dirección del movimiento y la parada de los elementos de trabajo.

REPRESENTACION

Los símbolos de las válvulas de vías están definidos por la norma DIN ISO 1219. Se aplican los siguientes criterios:

* Las válvulas distribuidoras se simbolizan mediante varios cuadrados concatenados.

* Cada cuadrado representa una posición.* Los conductos se representan por líneas y las direcciones por flechas.* La válvula se dibuja en su posición normal, es decir aquella que asume la

válvula cuando se retira la fuerza de accionamiento.* Los cierres se representan mediante barras transversales en el interior de

los cuadrados.* Los símbolos indican solo las funciones de las válvulas sin tener en cuenta

los diferentes tipos de construcción.

El criterio que se toma es el de un "caño de agua":

POSICION: CERRADA

POSICION: ABIERTA

EL CAÑO TIENE DOS POSICIONESESTA NORMALMENTE CERRADO Y CUANDO SE ACCIONA SE ABRE.

LA VALVULA TIENE DOS POSICIONES: ESTA NORMALMENTE CERRADA Y CUANDO SE ACCIONA SE ABRE

Los empalmes o vías solo se relacionan con la posición "normalmente" que es la posición de la válvula cuando no esta accionada.

Los empalmes o vías se representan mediante una letra mayúscula:- P Entrada, presión- T, R, Y Tanque- A, B Conductos hacia los actuadores pistones o cilindros.

REPRESENTACION:

75

VALVULA EN SU POSICION NORMAL VALVULA DISTRIBUIDORA DE 2 VIAS ( P, A )DE 2 POSICIONES ( 2 CAJONES)NORMALMENTE CERRADARETORNO POR MUELLE

VALVULA ACCIONADAES LA VALVULA ANTERIOR QUE SE MUESTRA ACCIONADAASI NO SE REPRESENTA Y ESTA POSICION SOLO SE LA DEBE IMAGINAROBSERVE EL ACCIONAMIENTO Y EL MUELLE PARA EL RETORNO

CLASIFICACIÓN

Las válvulas distribuidoras se clasifican:De acuerdo a su construcción:

- Válvulas de cierre- Válvulas de corredera

VALVULA DISTRIBUIDORA DE 2 VIAS Y 2 POSICIONES 2 / 2, DE CIERRE

76

VALVULA 2 / 2 DE CORREDERA

CARACTERISTICAS:

Las válvulas de cierre tienen las siguientes características- Son estancas. Es decir no permiten fugas de fluido.- Necesitan gran fuerza de accionamiento ya que se debe vencer a la fuerza de

la presión para aperturar la válvula.- Son limitadas en el número de sus vías.Las válvulas de corredera tienen las siguientes características:- Tienen un spool o carrete o corredera el que se desplaza dentro del cuerpo de

la válvula.- Necesitan poca fuerza de accionamiento- Es posible tener muchas vías.- No son estancas, esto es existe una pequeña fuga de fluido a través de la

corredera, la que depende de la viscosidad del aceite utilizado y de la temperatura.

- No les afecta la presión de trabajo.

De acuerdo al número de vías y posicionesLas mas comunes utilizadas en oleohidráulica son:- Válvula 2/2 ( 2 vías, 2 posiciones )- Válvula 3/2 ( 3 vías, 2 posiciones )- Válvula 4/2 ( 4 vías, 2 posiciones )- Válvula 4/3 ( 4 vías, 3 posiciones )- Válvula 6/3 ( 6 vías, 3 posiciones )- Válvula 6/4 ( 6 vías, 4 posiciones )Además en neumática es muy utilizada:- Válvula 5/2 ( 5 vías, 2 posiciones )

Tome en cuenta que la representación es una sola y que en ella se muestran las posiciones que tiene la válvula indicándose en cada posición las comunicaciones y direcciones entre las vías.

77

Las flechas indican la dirección que debe seguir el fluido; son solo convencionales debido a que realmente hay comunicación física entre las vías y no unidireccionalidad. Esto es importante cuando se tiene que comprobar el buen funcionamiento de la válvula al aplicar por ejemplo aire comprimido a las vías de la válvula y comprobar justamente esta comunicación entre las vías.A continuación se muestran algunas válvulas distribuidoras de corredera en su posición normal y en su posición accionada.

VALVULA DISTRIBUIDORA 3 / 2NORMALMENTE ABIERTA, ACCIONAMIENTO MANUAL, RETORNO POR MUELLE

VALVULA DISTRIBUIDORA 4 / 2ACCIONAMIENTO MANUAL, RETORNO POR MUELLE

78

Las válvulas 4/2 y 4/3 son las mas usadas en sistemas hidráulicos y pueden tener diversas posiciones centrales.Observe que es posible intercambiar la corredera dando origen a una válvula distribuidora con otra posición centralLa siguiente figura muestra como se obtienen las diversas posiciones en una válvula 4/3 de Centro Bloqueado.

POSICION o

POSICION b

POSICION a

REPRESENTACION

79

Se muestra la misma carcasa o cuerpo de válvula anterior con otra corredera obteniéndose una válvula distribuidora 4/3 con posición central de unión entre P, A, y B.

POSICION o

POSICION b

POSICION a

REPRESENTACION

80

DE ACUERDO AL DESPLAZAMIENTO DE LA CORREDERALas válvulas distribuidoras pueden ser:- Válvulas de desplazamiento continuo

Estas válvulas tienen dos posiciones finales y una cantidad ilimitada de posiciones intermedias con diferentes características de estrangulamiento. Por ejemplo válvulas accionadas por yoesting; válvulas proporcionales; servovalvulas.

- Válvulas de desplazamiento digitalEstas válvulas siempre tienen una cantidad definida de posiciones (2, 3, 4…). Por ejemplo: Válvulas con enclavamiento; electroválvulas.

81

ACCIONAMIENTOS

Las válvulas distribuidoras pueden tener los diversos tipos de accionamientos:

ACCIONAMIENTO MANUAL

GENERALPOR PULSADOR

POR PALANCAPOR PEDAL

ACCIONAMIENTO MECANICO

POR PALPADOR POR RESORTE

POR RODILLO CON ENCLAVAMIENTO

ACCIONAMIENTO ELECTRICO

POR SOLENOIDE( UN SOLO BOBINADO )

SOLENOIDE DE ACCIONAMIENTO VARIABLE( PROPORCIONAL )

DOS SOLENOIDES UBICADOSEN UN MISMO LADO DE LA VALVULA

DOS SOLENOIDES UBICADOSEN UN MISMO LADO DE LA VALVULA

ACCIONAMIENTO POR SEÑAL

POR SEÑAL DE PRESION, ACCIONAMIENTO DIRECTO

POR SEÑAL DE PRESIONACCIONAMIENTO INDIRECTO

82

POR SEÑAL NEUMATICAACCIONAMIENTO DIRECTO

POR DEPRESION O SUCCION HIDRAULICA

POR CANAL INTERIOR DE CONTROL. EL CANAL SE ENCUENTRA DENTRO DE LA UNIDAD.

POR DEPRESION O SUCCION NEUMATICA

Otras representaciones:

ACTUADOR COMPUESTO YSOLO SI EXISTEN DOS SEÑALES (NEUMATICAS) PROVOCAN LA OPERACIÓN DEL DISPOSITIVO

ACTUADOR COMPUESTO OSI EXISTEN CUALQUIERA DE DOS SEÑALES (MANUAL O ELECTRICA) PROVOCAN LA OPERACIÓN DEL DISPOSITIVO

ACTUADOR COMPUESTO OSI EXISTEN CUALQUIERA DE DOS SEÑALES (MANUAL O, ELECTRICA QUE ACCIONA A UN PILOTO HIDRAULICO) PROVOCAN LA OPERACIÓN DEL DISPOSITIVO

ACTUADOR COMPUESTO SI EXISTEN CUALQUIERA DE DOS SEÑALES (MANUAL O, ELECTRICA QUE ACCIONAN A UN PILOTO HIDRAULICO) PROVOCAN LA OPERACIÓN DEL DISPOSITIVO

ACCIONAMIENTO POR TARJETA ELECTRONICACONTIENE LA REPRESENTACION PARA LA ENTRADA DE ENERGIA, ENTRADA DEL MANDO Y SALIDA RESULTANTE

La representación de estos accionamientos están de acuerdo a la norma ISO 1219 y ANSI Y32.10

83

MANDO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO

Para mandar a un cilindro de simple efecto ( cilindro que solo tiene una entrada ) como el que se muestra en la figura debe entrar aceite al cilindro para que el pistón salga y para que vuelva a entrar debe descargarse el aceite a tanque.Esto se puede lograr primigeniamente con la acción de una válvula distribuidora 2 / 2 de tal manera que cuando se prenda la bomba el pistón salga y cuando se accione a la válvula la bomba y el pistón descarguen a través de la válvula.Este circuito tiene la limitación que el cilindro acciona inmediatamente cuando se prende la bomba.Realmente el circuito de mando para un cilindro de simple efecto considera trabajar con una válvula distribuidora 3/2.En la figura el cilindro de simple efecto es mandado por una válvula distribuidora 3/2 normalmente cerrada. Cuando se energiza la bomba, se forma la máxima presión del sistema que regula la válvula limitadora de presión. Cuando se energiza la válvula distribuidora 3/2 el aceite que envía la bomba se dirige hacia el pistón del cilindro el cual sale, la presión que se forma en ese momento dependerá de la carga del pistón.Cuando llegue al final de la carrera se formará la máxima presión.Cuando se desee que ingrese el pistón se desenergiza la válvula distribuidora con lo que el aceite que se encuentra el la cara del embolo del pistón se descarga a tanque, retornando el pistón por efecto de la carga que sostiene.

MANDO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO.

84

Para mandar a un cilindro de doble efecto es necesario como mínimo una válvula 4/2 como se muestra en la figura.

Con una válvula 4/2 el pistón solo sale o entra, mas no puede detenerse a mitad de carrera

Con una válvula 4/3, se puede manda al pistón a salir, entrar y de acuerdo a la posición central que tenga la válvula distribuidora:

- Posicionar al pistón en cualquier lugar de su carrera y descargar la línea de presión ( centro en descarga de P a T; A y B bloqueados ). ( 1 )

- Posicionar al pistón en cualquier lugar de su carrera con bloqueo de todas las líneas ( P, T, A y B bloqueados ). ( 2 )

- Posicionar al pistón en cualquier lugar de su carrera y poder accionar externamente al pistón ( centro unido A, B, y T ). ( 3 )

- Posicionar al pistón en cualquier lugar de su carrera y poder accionar externamente al pistón y descargar la línea de presión ( centro unido P, A, B, y T ). ( 4 )

-Entre otras posibilidades de mando cuya característica principal radica en la posición de la válvula distribuidora, ya que comúnmente las posiciones extremas de las válvulas serán las mismas.

85

86

7.0 TAMAÑOS NOMINALES DE LAS VALVULAS DISTRIBUIDORAS

De acuerdo al país de origen (americanas europeas) las válvulas distribuidoras se dimensionan en su tamaño (sinónimo de caudal)AMERICANAS:- Por el diámetro de su conexión:

3 / 8 ”, 1 / 4 “, 1 / 2 “, 3 / 8 “, 1 ”, 1 - 1 / 4 “, EUROPEAS:

- Por el diámetro de la vía: ( expresado en mm ) Se antepone el término TN (Tamaño Nominal)TN 4, TN 6, TN 8, TN 10, TN 16, TN 25, TN 36, TN El término TN es en castellano, en inglés es ND y en el alemán NG.

8.0 VALVULAS DISTRIBUIDORAS PILOTADAS HIDRAULICAMENTE

Cuando las válvulas distribuidoras son de gran tamaño (Tamaños nominales mayores de TN 10 ) necesitan de mayor fuerza para su accionamiento. Deberían tener elementos de accionamiento muy grandes, lo que realmente no sucede.Para ello los accionamientos tradicionales accionan a una válvula intermedia como por ejemplo una válvula distribuidora la que a su vez acciona hidráulicamente a la válvula principal. A esta válvula intermedia se la conoce con el nombre de válvula piloto.La válvula distribuidora pilotada hidráulicamente tiene realmente dos válvulas:

- La válvula piloto que en este caso se encuentra en la parte superior y que es una válvula distribuidora accionada electricamente con centro unido en A, B, Y para que pueda centrarse apropiadamente la corredera de la válvula principal lo que se logra al descargar completamente las líneas A y B.

87

- La válvula principal que se encuentra en la parte inferior y que es una válvula distribuidora accionada hidráulicamente y que en el caso de la figura tiene centro bloqueado.

88

Observe en la válvula piloto que las líneas X e Y son los equivalentes a P y T . Un tapón separa a estas líneas de P y T para que exista la posibilidad de alimentación y descarga independiente a través de las líneas X e Y .Comúnmente la línea X se alimenta de la misma presión del sistema en cambio la línea Y no va unida a la línea T, descargando independientemente a tanque para evitar la contrapresión que pueda tener esta línea por efecto del filtro e intercambiador de calor que comúnmente se ubican en esta línea.

9.0 VALVULAS DISTRIBUIDORAS UTILIZADAS EN MAQUINARIA PESADA

En maquinaria pesada comúnmente se utilizan válvulas de 6 vías con las siguientes características:- La línea p siempre está descargada a través a la línea T.- Comúnmente en la línea p hay válvulas check que protegen a la bomba de las

sobrepresiones.- Las posiciones centrales y laterales son las mismas que las válvulas 4/3.

89

VALVULA DISTRIBUIDORA 6/3 CON CENTRO BLOQUEADO

Estas válvulas van ensambladas en paquetes, donde se incluye inclusive la válvula limitadora de presión.Estos paquetes pueden a su vez tener tres tipos de ensambles:- Paralelo- Tandem- Serie

90

VALVULAS DISTRIBUIDORAS PARA MAQUINARIA MOVIL CONECTADAS EN

PARALELO

VALVULAS DISTRIBUIDORAS PARA MAQUINARIA MOVIL CONECTADAS EN

TANDEM

En un paquete de válvulas distribuidoras conectadas en paralelo los actuadores conectados a la líneas A y B se pueden accionar independientemente y su movimiento solo dependerá de la carga que soporten. Así si se accionan dos válvulas a la vez se moverá el actuador que menos carga tenga.En un paquete de válvulas distribuidoras conectadas en tandem predominará la acción de la válvulas mas cercanas a la bomba, así si se accionan las válvulas 1 y 2, la acción de la válvula 1 eliminará la acción de la válvula 2, es decir la válvula 2 no tendrá alimentación de la línea P.

91

VÁLVULA 2 CON CONEXIÓN EN SERIE

En una válvula con conexión en serie como la número 2 mostrada en la figura la carga de la válvula 2 se colocara en serie con la carga de la válvula 3 de tal manera que ambas se moverán a la vez.La válvula 1 está en tandem con las válvulas 2 y 3 y la válvula 2 esta en serie con la válvula 3.

10. APLICACIONES DE VALVULAS DISTRIBUIDORAS EN SISTEMAS HIDRAULICOS

10.1 SISTEMAS HIDRAULICOS PARA EL LEVANTE Y POSICIONAMIENTO DE LLANTAS DE MAQUINARIA MOVIL

92

10.2 SISTEMAS HIDRAULICOS PARA EL ACCIONAMIENTO DE UN BRAZO MECANICO

93

94

10.3 SISTEMA HIDRAULICO PARA EL CONTROL DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO CON DOS VELOCIDADES DE SALIDAS Y UNA DE RETORNO.

95

UNIDAD 5

“COMPONENTES Y CIRCUITOS BASICOS”

SISTEMA HIDRAULICO

Los sistemas hidráulicos reciben energía mecánica (generalmente con alta velocidad y baja fuerza y torque) y la convierten en energía de fluido y luego nuevamente la transforman en energía mecánica (generalmente con baja velocidad pero alta fuerza o torque).

TIPOS, NOMENCLATURA

Los sistemas hidráulicos pueden ser hidrostáticos o hidrodinámicos.

Los sistemas hidrostáticos convierten la energía mecánica que reciben principalmente a energía de presión, en cambio los sistemas hidrodinámicos convierten la energía mecánica que reciben en energía de velocidad.

Se sobreentiende en esta información que ambos sistemas trabajan con aceite; de aquí que existan discrepancias con respecto a los nombres que toman comúnmente y los que realmente deben tener. Así:

NOMBRE COMUN(Sistemas que trabajan con aceite)

VERDADERO NOMBRE

1 HIDRAULICA, OLEOHIDRAULICA OLEOLICA

2 HIDROSTATICA OLEOESTATICA

3 HIDRODINAMICA OLEODINAMICA

Dentro de los sistemas hidráulicos que trabajan a presión (sistemas hidrostáticos) tenemos dos tipos:

- Sistema Hidráulico Abierto-- Sistema Hidráulico Cerrado o denominado SISTEMA HIDROSTATICO*

Es perceptible la confusión en las terminologías: Todos los sistemas oleohidráulicos que trabajan con altas presiones son básicamente sistemas hidrostáticos, dentro de los cuales hay un sistema cerrado el cual recibe comúnmente en nuestro medio el nombre de sistema hidrostático.

96

SISTEMA HIDRAULICO ABIERTO

Se denomina sistema hidráulico abierto porque el mismo aceite del sistema no recircula, sino existe un tanque del cual se toma y al cual se envía aceite.

La bomba toma aceite del tanque y lo envía al actuador, luego el aceite que retorna del actuador es dirigido hacia el tanque nuevamente, de aquí que no se toma el mismo aceite de retorno del actuador hacia la entrada a la bomba, esto constituye un sistema abierto.

Como se analizo anteriormente, para el caso de un cilindro hidráulico, el caudal que ingresa no es el mismo caudal que sale, por ello que no podríamos conectar la salida del actuador a la entrada de la bomba.

Además el tanque hidráulico cumple entre otras funciones el almacenar aceite para refrigerarlo y decantar suciedades.

La mayor parte de sistemas hidráulicos son abiertos y el sistema típico es el siguiente:

97

SISTEMAS TIPICOS

Los sistemas hidráulicos abiertos en sus formas más elementales pueden ser para el mando de un cilindro de simple efecto o motor de un solo giro y para el mando de un cilindro de doble efecto o motor de giro en doble sentido.

Pero en general cualquier sistema hidráulico tiene tres partes claramente definidas: sistema de conversión de energía mecánica en energía de fluido, control de presión y caudal y actuador. En estas tres partes encontramos frecuentemente a los siguientes elementos:

1. Bomba 5. Válvula de estrangulamiento2. Válvula limitadora de Presión 6. Cilindro o motor hidráulico3. Válvulas distribuidoras 7. Accesorios4. Válvula de retención 8. Instrumentos.

MANDO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO

En la siguiente figura se muestra un sistema hidráulico típico para el mando de un cilindro de simple efecto

Se denomina cilindro de simple efecto porque solo tiene una sola via para el fluido, por esta misma vía entra o sale el fluido.

98

El piston del cilindro hidráulico debe salir impulsado por el aceite hidráulico a una presión formada como consecuencia del peso de la carga, en éste caso el peso del automovil, y debe retornar por el peso de la misma carga cuando el aceite no aplique presión, esto es se haya descargado a tanque.

Como se observa el aceite es impulsado por la bomba a traves de la válvula distribuidora 3 por la vía P y sale por la vía A, pasa por la válvula check 4 e ingresa al cilindro por la cara del émbolo saliendo el pistón.

99

El piston entra como consecuencia del peso del mismo auto o el propio peso del pistón., para esto el aceite debe descargarse libremente hacia tanque, esto se logra a través de la misma línea, esta vez por la valvula de estrangulamiento 5 para que el retorno no sea violento hacia la vía A de la valvula distribuidora 3, la cual debe ser accionada para que derive el aceite hidráulico hacia el tanque T.

100

Cuando es necesario detener la carga en un lugar, puede apagarse la bomba, sin accionar la valvula distribuidora, con ello se consigue sostener la carga a través de la valvula check 4 que se encuentra en la salida de la bomba. Con ello se consigue dos cosas:- Ahorro de energía. No es necesario consumir energía para sostener la carga. - Se puede bajar la carga con la bomba apagada (debe accionarse a la válvula

distribuidora 3). Solo es necesario prender la bomba cuando se desea que la carga suba.

101

Si mantiene prendida la bomba a pesar que el pistón ha llegado al final de su carrera entonces abrirá la válvula limitadora de presión 2, ya que la bomba siempre envia caudal y éste tiene que tener un camino de retorno a tanque que en este caso es la válvula limitadora de presión.

102

MANDO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO

Un cilindro de doble efecto es aquel que tiene dos vias para el fluido. Por una vía ingresa y por otra sale.

103

En la figura se muestra un sistema hidráulico tipico para el mando de un cilindro de doble efecto. Se puede observar que los elementos utilizados para el mando son similares a los elementos del mando de un cilindro de simple efecto, con excepción de la válvula distribuidora.

En este sistema:

Para que el cilindro salga: La bomba impulsa aceite, éste pasa de la vía P hacia la vía A , continua por la valvula de estrangulamiento y se dirige hacia la cara del embolo del pistón, de acuerdo a la resistencia que encuentre se formará presión, la velocidad de salida del pistón dependera del caudal de aceite que llegue; por la cara del vastago debe salir otra cantidad de aceite la que se dirige hacia la vía B de la válvula distribuidora, al pasar libremente hacia la vía T y luego al tanque a través del filtro.Para que el cilindro entre:

104

La bomba impulsa aceite el cual ingresa a la válvula distribuidora por la vía P y sale por la vía B, dirigiendose a la cara del vástago del cilindro.El aceite de la cara del embolo es desplazado y circula a través de la válvula check sin restricción hacia la vía A de la válvula distribuidora dirigiendose a la vía T, luego al filtro y de alli al tanque.

En conclusión los sistemas hidráulicos abiertos son característicos para el mando de un cilindro de simple o doble efecto, además también son utilizados para mandar un motor hidráulico de giro de un solo sentido o motores de giro en doble sentido, las partes se mantienen y solo hay diferencia en los tipos de válvulas a utilizar.

105

SISTEMA HIDRAULICO PARA EL MANDO DE UN MOTOR DE GIRO EN UN SOLO SENTIDO

SISTEMA HIDRAULICO PARA EL MANDO DE UN MOTOR DE GIRO EN LOS DOS SENTIDOS

106

La mayor parte de los sistemas hidráulicos son sistemas hidráulicos abiertos. Aquí se muestra una aplicación en una máquina inyectora.

Una máquina inyectora es una máquina que toma pelets de material sintético y los calienta a la vez que los traslada a través de un tornillo para inyectarlo en un momento con gran fuerza sobre un molde que dara origen a un conformado en caliente de un objeto de plástico como por ejemplo un balde.

SISTEMA HIDRAULICO CERRADO

También denominado comúnmente SISTEMA HIDROSTATICO.

Se denomina sistema hidráulico cerrado porque el mismo aceite del sistema recircula, esto es la bomba toma aceite de retorno del motor hidráulico y lo envía nuevamente hacia el motor esto constituye un sistema cerrado.

Los sistemas hidrostáticos solo es posible con actuadores que tomen y entreguen el mismo caudal, como el caso de un motor hidráulico o de un cilindro de doble vástago.

El tanque hidráulico existe realmente en un sistema auxiliar del sistema hidrostático, para cumplir con las funciones de refrigeración y limpieza, pero no tendrá las dimensiones de un sistema abierto.

Lo sistemas hidrostáticos también tiene su sistema de limitación de presión así como de regulación de velocidad a través de la regulación del caudal que envía la bomba a pesar que gira a la misma velocidad, de aquí que se utilicen bombas de caudal variable.

Los sistemas hidrostáticos tienen mucha aplicación en los sistemas donde se necesiten altos torque y bajas velocidades como el sistema de desplazamiento a orugas de una maquinaria pesada como se muestra en el ejemplo.

(Esta retroexcavadora tiene sistemas hidráulicos abiertos para el mando de los pistones mostrados y un sistema cerrado para el desplazamiento de la oruga).

En particular a este tipo de circuito se analizarán en detalle en temas posteriores.

107

COLORES NORMALIZADOS DE PRESION

Es importante que pueda reconocer las zonas de presión y descarga del aceite, ya que es una forma aficiente de ubicarse en los diagramas hidráulicos. Proceda a colorear las zonas de presión y zonas de descarga de los sistemas, para esto existe un código de colores dentro del cuál resalta basicamente los colores rojo y celeste o azul.La zona de presión esta constituida por el aceite que se encuentra en la salida de la bomba, y se dirige hacia el pistón ya sea por la cara del émbolo o la cara del vástago, ésta se pintará de color rojo.

La zona de descarga estará constituida por la linea de salida del aceite del pistón hacia una vía de la válvula distribuidora, pasando a través de la válvula y saliendo por la vía T con dirección al tanque, ésta se pintará de color celeste o azul.

También se colorea la salida de la válvula limitadora de presión hacia el tanque con color azul o celeste, ya que es una zona de descarga.

La zona de succión de la bomba ( zona del tanque hasta la entrada de la bomba ) es una zona de baja presión e inclusive de depresión (menor presión que la presión atmosférica), pero también podemos representarla con color azul o celeste.

La información hidráulica más completa es la que dispone de colores en sus diferentes zonas y se pueden utilizar la siguiente equivalencia (Joint Industry onference J.I.C. y American National Standards Institute A.N.S.I.):

PRESION DEL SISTEMA RojoCAUDAL DE RETORNO AzulASPIRACION O DRENAJE VerdeCAUDAL CONTROLADO AmarilloPRESION REDUCIDA, PRESION PILOTO O PRESION DE CARGA

Naranja

PRESION INTENSIFICADA VioletaFLUIDO INACTIVO Blanco

BOMBAS OLEOHIDRAULICA

La bomba hidráulica, se encarga de trasformar la energía mecánica proveniente del equipo de accionamiento ( motor eléctrico o de combustión interna o simplemente accionamiento manual ) en energía de fluido (presión y caudal).

Realmente la bomba impulsa al fluido, esto es: “La bomba da caudal” La presión se forma como consecuencia de la resistencia que encuentra el fluido.

SIMBOLOGIA: Simbolos normalizados:

108

Bomba oleohidráulica de caudal constante y giro

en un solo sentido

Bomba oleohidráulica de caudal constante y giro en

los dos sentidos

Bomba oleohidráulica de caudal variable y giro en

los dos sentidos

PARÁMETROS DE LA BOMBA: Las bombas tienen los siguientes parámetros :

VOLUMEN DESPLAZADO O DE EXPULSION

El volumen desplazado o desplazamiento volumétrico es un parámetro que indica el tamaño de la bomba. Se refiere al volumen del fluido que es transportado por la bomba en cada giro o carrera. Este caudal es el resultado de la multiplicación del desplazamiento volumétrico por el número de revoluciones por minuto .

D.V.= A*hD.V.= *a*(dk – a)*b

a = Dist. entre los centros de los engranajesdk = Diámetro extremo del engranajeb = Ancho del engranaje

REVOLUCIONES

Las revoluciones de una bomba son un criterio importante de selección, ya que el caudal de transporte es determinado por las revoluciones . Muchas bombas no deben rebasar ciertos márgenes de revoluciones.El régimen de revoluciones más frecuente para la maquinaria estacionaria es de n = 1800 min -1, ya que suelen ser accionadas por motores síncronos de corriente trifásica que dependen de la frecuencia de la red eléctrica .El régimen de revoluciones para la maquinaria móvil en cambio es amplio (800 a 5000 rpm) tomándose como referencia de diseño a 1500 rpm.

109

EFICIENCIA

Las bombas transforman la energía mecánica en energía hidráulica y en ese proceso se producen pérdidas expresadas mediante el grado de eficiencia.

a) EFICIENCIA VOLUMETRICA ( )Es la relación entre el caudal real que impulsa la bomba con respecto al caudal teórico determinado por el producto del Desplazamiento Volumétrico por el número de RPM.

b)EFICIENCIA HIDRAULICA - MECANICA ( )

Es la relación entre la energía mecánica que entrega la bomba con respecto a la energía mecánica que recibe.

c) EFICIENCIA TOTAL ( )El grado de eficiencia total de una bomba se calcula multiplicando la eficiencia volumétrico ( ) y la eficiencia hidráulico-mecánico ( ).

En general la eficiencia total de una bomba oleohidráulica oscila entre el 80% al 90%.

CURVA CARACTERÍSTICA DE LA BOMBA.

La curva característica de una bomba es la representación del caudal que envía la bomba en función de la presión. La curva característica de una bomba de caudal constante presenta una pequeña caída de caudal en función del aumento de la presión. Esta caída de caudal es normal si se encuentra entre el 7 y 13 % del caudal nominal y se debe a fugas internas necesarias para la lubricación de la bomba.

La curva característica de una bomba ofrece las siguientes informaciones:

* Si p = 0, la bomba rinde un caudal Q* Si p > 0, Q se mantiene practicamente constante * Para una alta presión Q comienza a disminuir.

110

* La presión máxima que alcanze la bomba estará dada por la presión que se logra cuando el caudal ha caído como máximo en 13 % (en la practica puede evaluarse en 10 %)

* La curva también es un equivalente del grado de eficiencia volumétrica de la bomba .

La figura muestra las curvas características de una bomba nueva y de una bomba desgastada (averiada). También se muestra una zona a la cuál no debería trabajar la bomba bajo ningún motivo ya que la deterioraría gravemente:

INSTALACION PARA OBTENER LA CURVA DE LA BOMBA

Un banco de pruebas nos permite obtener la curva Q vs. p de una bomba constituyéndose

en la mejor manera de determinar cual es el caudal nominal y la presión máxima de la

bomba, comprobándose el estado real de la bomba.

111

Ejemplo:

En la curva Q vs. p mostrada:

Para una bomba en buen estado:QNOMINAL = 10 l / minpMAX = 230 bar

El caudal de aceite de fuga es del 10% a 230 bar. En consecuencia.

Q(p = 0) = 10,00 l / min.

Q(p = 230) = 9 l / min.

Para una bomba averiada:

El caudal de aceite de fuga es de 20 % a 230 bar. En consecuencia:

Q(p = 0) = 10,00 l / min.

Q(p = 230) = 8,0 l / min.

Ello significa que la curva característica de la bomba permite obtener informaciones sobre el grado de eficiencia volumétrica de una bomba.

CLASIFICACIÓN

112

Las bombas hidráulicas pueden clasificarse en dos tipos básicos aplicando el criterio de volumen de expulsión. Bombas de DESPLAZAMIENTO VOLUMETRICO CONSTANTE. Bombas de DESPLAZAMIENTO VOLUMETRICO REGULABLE O

AJUSTABLE.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO

VOLUMETRICO CONSTANTE

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO VOLUMETRICO VARIABLE

BOMBA DE ENGRANAJES EXTERIORES

BOMBA DE ALETAS

BOMBA DE ENGRANAJES EXTERIORES

BOMBA DE PISTONES AXIALES DE PLATO INCLINADO

BOMBA DE TORNILLOSBOMBA DE PISTONES AXIALES DE

EJE INCLINADO

113

GEROTOR BOMBA DE PISTONES RADIALES

CARACTERISTICAS

TIPO DE BOMBARPM( 1 / min )

D.V.( cm 3 )

P( bar ) % PREC

IORUIDO

BOMBA DE ENGRANAJES EXTERIORES

500 - 3500

1,2 – 250

CTE.

40 – 160

80 – 90 1 3

BOMBA DE ENGRANAJES INTERIORES

500 - 3500

4 - 250

CTE.

160 - 250

0,8 – 0,9 2 1

BOMBA DE TORNILLOS 500 - 4000

4 - 650

CTE.

25 - 160

70 – 85 3 1

BOMBA DE PISTONES AXIALES DE PLATO

INCLINADO

750 - 3000

25 – 800

VARIABLE

160 - 250

82% - 92%

3 3

BOMBA DE ALETAS 900 - 3000

5 – 160

VARIABLE

100 - 160

80 - 90 1 1

BOMBA DE PISTONES AXIALES DE EJE

INCLINADO

750 - 3000

25 – 800VARIAB

LE

160 - 250

82 - 92 3 3

BOMBA DE PISTONES RADIALES

900 -3000

5 - 160 160 - 320

90 2 2

114

Existen otras características que son importantes para elegir una bomba:* Caudal* Presión* Nivel de ruidos* Precio

Analizaremos brevemente las características de la bomba de engranajes, por ser la bomba que con mayor frecuencia encontramos en la industria.

BOMBA DE ENGRANAJES

Las bombas de engranajes son bombas de desplazamiento volumétrico constante, las mas comunes, y la que soporta un mayor nivel de suciedad en el fluido.

Una de las ruedas dentadas está conectada al motor; la otra gira por efecto del engranaje con la primera rueda. En la cámara de aspiración se produce una depresión a raíz del aumento del volumen causado en el momento que el diente sale de su asiento en el engranaje. El aceite fluya de la línea T a las cámaras entre diente y diente del engranaje y es transportado a lo largo de la pared exterior hacia la zona de alta presión. Aquí el aceite es expulsado hacia la línea P cuando los dientes se unen.

La cámara de aspiración es más grande que la cámara de expulsión.

115

El objetivo es tener mayor presión y evitar que se forme excesivo vacío que produzcan la vaporización del aceite y que en la línea de alta presión estos vapores implosionen produciendo un arrancamiento metálico de la bomba , ruido y vibración, fenómeno conocido como CAVITACION de la bomba.En la cámara de alta presión tendremos la acción de fuerzas distribuidas actuando sobre los engranajes produciendo mayores esfuerzos en la línea de acción de estas fuerzas con respecto a los ejes y también al contacto entre dientes y la zona de succión donde se puede visualizar el efecto de desgaste por presión.

En los espacios comprendidos entre un diente de un engranaje y la parte interna del diente del otro engranaje el aceite es encerrado y sería comprimido produciendo ruido y vibración, por lo que este aceite debe ser transportado hacia la cámara de aspiración o la de descarga a través de unas ranuras en las gemelas de las partes laterales.

116

En el caso de las chumaceras se lubrica con el aceite de la zona de baja presión y en el caso de las partes laterales de los engranajes se lubrica con el aceite de la zona de alta presión

Como se ha indicado anteriormente las bombas tienen pérdidas volumétricas las cuales se dan por el caudal que retorna de la cámara de presión a la cámara de succión a través de los dientes en contacto de los dos engranajes y también por la luz de los costados de los engranajes con las gemelas.En los rangos apropiados estas pérdidas lubrican las partes en contacto como las chumaceras y las gemelas, pero excesivamente producen una alta ineficiencia de la bomba por las pérdidas volumétricas que ocasionan..

117

VALVULA LIMITADORA DE PRESION

La válvula limitadora de presión limita la presión máxima del sistema. También se le denomina válvula de seguridad o válvula RELIEF.

REPRESENTACION:

En general una válvula limitadora de presión se representa:

TAMBIEN ES VALIDO ANTIGUO

118

NORMALIZADO ISO 1219

CLASIFICACION:

- POR EL CAUDAL Válvula limitadora de presión de mando directo

Válvula limitadora de presión de mando indirecto o pilotada- POR SU CONSTRUCCION

Válvula limitadora de presión de cierre.Válvula limitadora de presión de corredera.

LIMITADORA DE PRESION DE MANDO DIRECTO

LIMITADORA DE PRESION DE MANDO INDIRECTO

119

VALVULA LIMITADORA DE PRESION

DE MANDO DIRECTO DE CIERREVALVULA LIMITADORA DE PRESION

DE MANDO DIRECTO DE CORREDERA

REGULACION

La válvula limitadora de presión se regula con la ayuda de un manómetro cerrando todos los caminos alternativos al paso del aceite, haciendo que todo el aceite que envía la bomba pase por la limitadora de presión.

FUNCIONAMIENTO

Estas válvulas permiten ajustar y limitar la presión en un sistema hidráulico. La presión p aplicada sobre el área A genera una fuerza F = p.A la que se compara en el elemento de cierre con la fuerza del muelle.

120

Si la fuerza generada por la presión es menor que la fuerza del muelle la válvula permanecerá cerradaCuando la fuerza de la presión de entrada se iguala a la fuerza del muelle, la válvula empieza a abrir. A esta presión de la denomina:

PRESION DE APERTURA DE LA VALVULA,entonces una parte del caudal fluye hacia el depósito. Si la presión de entrada continúa subiendo, aumenta la fuerza de la presión y también aumenta la fuerza de del muelle hasta que la totalidad del caudal de transporte fluya hacia el depósito. La presión en la que sucede esto se la denomina:

PRESION DE REGULACION DE LA VALVULA.Siendo este el valor máximo de presión del sistema.

La presión de apertura de las válvulas limitadoras de presión de mando directo comúnmente está 10 a 20 bares por debajo de la presión de regulación.La presión de apertura de las válvulas limitadoras de presión de mando indirecto está 5 a 10 bares por debajo de la presión de regulación.

121

Las resistencias en las salidas (tubería hacia el depósito, filtro de retroceso etc.) actúan sobre la superficie A2. La fuerza generada por estas resistencias tiene que sumarse a la fuerza del muelle. A la presión originada por todas estas resistencias se denomina CONTRAPRESION. Para evitar oscilaciones causadas por la presión, las válvulas limitadoras de presión frecuentemente están provistas de émbolos de amortiguación y de elementos de estrangulamiento. El sistema de amortiguación tiene los siguientes resultados:* Apertura rápida de la válvula* Cierre lento de la válvulaEsta amortiguación tiene la finalidad de evitar daños causados por golpes de presión (puesto que la válvula trabaja de modo suave).

CONTRAPRESION

Es presión que se opone a la acción de un elemento.Por efecto de la resistencia que presentan todos los elementos que se ubican en la línea de retorno a tanque se genera una contrapresión.Esta contrapresión puede ser positiva o negativa para el sistema, pero consume energía que se manifiesta en caída de presión y disipación de calor.Este concepto nos explica que sucede en el elemento de cierre de una válvula limitadora de presión de mando directo cuando se genera contrapresión como consecuencia que el fluido tiene que vencer la resistencia que le ofrecen las tuberias, las mangueras, los codos, los filtros, además de los dobleces, las formas, el tipo de flujo, etc.

122

Aplicación:¿Determinar la presión máxima que puede alcanzar el sistema si solo el muelle de la válvula limitadora de presión ofrece una resistencia de 100 kg que aplicada sobre un área de 1 cm 2 equivale a 100 bares?

La presión p en la entrada a la válvula limitadora de presión debera de ser tal que venza a la fuerza del muelle y la fuerza que hace la contrapresión de 20 bares sobre el área de 1 cm 2 del elemento de cierre, esto es 20 kg luego: p = 120 bares¡Observe que se ha establecido la suma de fuerzas, más no de presiones!

DESCARGA DE PRESION

123

La descarga de presión es la liberación del fluido a tanque a través de un camino alternativo al que le presenta la válvula limitadora de presión, utilizando el criterio que el fluido se dirige por el camino que menor resistencia le ofrece.En el siguiente diagrama se muestra como se puede descargar de presión a un sistema accionando a una válvula de apertura – cierre sin tener que aperturar la válvula limitadora de presión la cual está regulada a 100 bar.

VALVULAS DISTRIBUIDORAS

124

Las válvulas distribuidoras o válvulas de vías son elementos que abren o cierran o modifican los pasos del flujo en sistemas hidráulicos. Estas válvulas permiten controlar la dirección del movimiento y la parada de los elementos de trabajo.

REPRESENTACION

Los símbolos de las válvulas de vías están definidos por la norma DIN ISO 1219. Se aplican los siguientes criterios:

* Las válvulas distribuidoras se simbolizan mediante varios cuadrados concatenados.

* Cada cuadrado representa una posición.* Los conductos se representan por líneas y las direcciones por flechas.* La válvula se dibuja en su posición normal, es decir aquella que asume la

válvula cuando se retira la fuerza de accionamiento.* Los cierres se representan mediante barras transversales en el interior de

los cuadrados.* Los símbolos indican solo las funciones de las válvulas sin tener en cuenta

los diferentes tipos de construcción

El criterio que se toma es el de un caño de agua:

POSICION: CERRADA

POSICION: ABIERTA

EL CAÑO TIENE DOS POSICIONESEL CAÑO ESTA NORMALMENTE CERRADO Y CUANDO SE ACCIONA SE ABRE.

LA VALVULA TIENE DOS POSICIONES: ESTA NORMALMENTE CERRADA Y CUANDO SE ACCIONA SE ABRE

Los empalmes o vías solo se relacionan con la posición cero. Los empalmes o vías se representan mediante una letra mayúscula:

- P Entrada, presión- T, R, Y Tanque- A, B Conductos hacia los actuadores pistones o cilindros.

VALVULA EN SU POSICION NORMAL REPRESENTACION: VALVULA DISTRIBUIDORA DE 2 VIAS ( P, A )

125

DE 2 POSICIONES ( 2 CAJONES)NORMALMENTE CERRADARETORNO POR MUELLE

VALVULA ACCIONADA

ES LA VALVULA ANTERIOR QUE SE MUESTRA ACCIONADAASI NO SE REPRESENTA Y ESTA POSICION SOLO SE LA DEBE IMAGINAROBSERVE EL ACCIONAMIENTO Y EL MUELLE PARA EL RETORNO

CLASIFICACIÓN

Las válvulas distribuidoras se clasifican:a) De acuerdo a su construcción:

- Válvulas de cierre- Válvulas de corredera

VALVULA DISTRIBUIDORA DE 2 VIAS Y 2 POSICIONES 2 / 2, DE CIERRE

126

VALVULA 2 / 2 DE CORREDERA

CARACTERISTICAS:

Las válvulas de cierre tienen las siguientes características- Son estancas. Es decir no permiten fugas de fluido.- Necesitan gran fuerza de accionamiento ya que se debe vencer a la fuerza de

la presión para aperturar la válvula.- Son limitadas en el número de sus vías.Las válvulas de corredera tienen las siguientes características:- Tienen un spool o carrete o corredera el que se desplazará dentro del cuerpo

de la válvula.- Necesitan poca fuerza de accionamiento- Es posible tener muchas vías.- No son estancas, esto es existe una pequeña fuga de fluido a través de la

corredera, la que depende de la viscosidad del aceite utilizado y de la temperatura.

b) De acuerdo al número de vías y posicionesLas mas comunes utilizadas en oleohidráulica son:- Válvula 2/2 ( 2 vías, 2 posiciones )- Válvula 3/2 ( 3 vías, 2 posiciones )- Válvula 4/2 ( 4 vías, 2 posiciones )- Válvula 4/3 ( 4 vías, 3 posiciones )- Válvula 6/3 ( 6 vías, 3 posiciones )- Válvula 6/4 ( 6 vías, 4 posiciones )Además en neumática es muy utilizada:- Válvula 5/2 ( 5 vías, 2 posiciones )

Tome en cuenta que la representación es una sola y que en ella se muestran las posiciones que tiene la válvula indicándose en cada posición las comunicaciones y direcciones entre las vías.Las flechas indican la dirección que debe seguir el fluido; son solo convencionales debido a que realmente hay comunicación física entre las vías y no unidireccionalidad.

127

Esto es importante cuando se tiene que comprobar el buen funcionamiento de la válvula al aplicar por ejemplo aire comprimido a las vías de la válvula y comprobar justamente esta comunicación entre las vías.A continuación se muestran algunas válvulas distribuidoras de corredera en su posición normal y en su posición accionada.

VALVULA DISTRIBUIDORA 3 / 2NORMALMENTE ABIERTA, ACCIONAMIENTO MANUAL, RETORNO POR MUELLE

VALVULA DISTRIBUIDORA 4 / 2

ACCIONAMIENTO MANUAL, RETORNO POR MUELLE

128

Las válvulas 4 / 2 y 4 / 3 son las mas usadas en sistemas hidráulicos y pueden tener diversas posiciones centrales.Observe que es posible intercambiar la corredera dando origen a una válvula distribuidora con otra posición centralLa siguiente figura muestra como se obtienen las diversas posiciones en una válvula 4 / 3 de Centro Bloqueado.

POSICION o

POSICION b

POSICION a

REPRESENTACION

129

Se muestra la misma carcasa o cuerpo de válvula anterior con otra corredera obteniéndose una válvula distribuidora 4 / 3 con posición central de unión entre P, A, y B.

POSICION o

POSICION b

POSICION a

REPRESENTACION

130

Las posibilidades de la posición central de las válvulas 4 / 3 se muestran a continuación:

DE ACUERDO AL DESPLAZAMIENTO DE LA CORREDERALas válvulas distribuidoras pueden ser:- Válvulas de desplazamiento continuo

Estas válvulas tienen dos posiciones finales y una cantidad ilimitada de posiciones intermedias con diferentes características de estrangulamiento. Por ejemplo válvulas accionadas por yoesting; válvulas proporcionales; servovalvulas.

- Válvulas de desplazamiento digitalEstas válvulas siempre tienen una cantidad definida de posiciones (2, 3, 4…). Por ejemplo: Válvulas con enclavamiento; electroválvulas.

131

ACCIONAMIENTOS

Las válvulas distribuidoras pueden tener los diversos tipos de accionamientos:

ACCIONAMIENTO MANUAL

GENERALPOR PULSADOR

POR PALANCAPOR PEDAL

ACCIONAMIENTO MECANICO

POR PALPADOR POR RESORTE

POR RODILLO CON ENCLAVAMIENTO

ACCIONAMIENTO ELECTRICO

POR SOLENOIDE( UN SOLO BOBINADO )

SOLENOIDE DE ACCIONAMIENTO VARIABLE( PROPORCIONAL )

POR SOLENOIDE( DOS BOBINADOS )

ACCIONAMIENTO POR SEÑAL

POR SEÑAL DE PRESION, ACCIONAMIENTO DIRECTO

POR SEÑAL DE PRESIONACCIONAMIENTO INDIRECTO

132

POR SEÑAL NEUMATICAACCIONAMIENTO DIRECTO

POR DEPRESION O SUCCION HIDRAULICA

POR CANAL INTERIOR DE CONTROL. EL CANAL SE ENCUENTRA DENTRO DE LA UNIDAD.

Otras representaciones:

ACTUADOR COMPUESTO YSOLO SI EXISTEN DOS SEÑALES (NEUMATICAS) PROVOCAN LA OPERACIÓN DEL DISPOSITIVO

ACTUADOR COMPUESTO OSI EXISTEN CUALQUIERA DE DOS SEÑALES (MANUAL O ELECTRICA) PROVOCAN LA OPERACIÓN DEL DISPOSITIVO

ACTUADOR COMPUESTO OSI EXISTEN CUALQUIERA DE DOS SEÑALES (MANUAL O, ELECTRICA QUE ACCIONA A UN PILOTO HIDRAULICO) PROVOCAN LA OPERACIÓN DEL DISPOSITIVO

ACTUADOR COMPUESTO SI EXISTEN CUALQUIERA DE DOS SEÑALES (MANUAL O, ELECTRICA QUE ACCIONAN A UN PILOTO HIDRAULICO) PROVOCAN LA OPERACIÓN DEL DISPOSITIVO

ACCIONAMIENTO POR TARJETA ELECTRONICACONTIENE LA REPRESENTACION PARA LA ENTRADA DE ENERGIA, ENTRADA DEL MANDO Y SALIDA RESULTANTE

La representación de estos accionamientos están de acuerdo a la norma ISO 1219 y ANSI Y32.10

133

MANDO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO

Para mandar a un cilindro de simple efecto ( cilindro que solo tiene una entrada ) como el que se muestra en la figura debe entrar aceite al cilindro para que el pistón salga y para que vuelva a entrar debe descargarse el aceite a tanque.Esto se puede lograr primigeniamente con la acción de una válvula distribuidora 2 / 2 de tal manera que cuando se prenda la bomba el pistón salga y cuando se accione a la válvula la bomba y el pistón descarguen a través de la válvula.Este circuito tiene la limitación que el cilindro acciona inmediatamente cuando se prende la bomba.Realmente el circuito de mando para un cilindro de simple efecto considera trabajar con una válvula distribuidora 3/2.En la figura el cilindro de simple efecto es mandado por una válvula distribuidora 3/2 normalmente cerrada. Cuando se energiza la bomba, se forma la máxima presión del sistema que regula la válvula limitadora de presión. Cuando se energiza la válvula distribuidora 3/2 el aceite que envía la bomba se dirige hacia el pistón del cilindro el cual sale, la presión que se forma en ese momento dependerá de la carga del pistón.Cuando llegue al final de la carrera se formará la máxima presión.Cuando se desee que ingrese el pistón se desenergiza la válvula distribuidora con lo que el aceite que se encuentra el la cara del embolo del pistón se descarga a tanque, retornando el pistón por efecto de la carga que sostiene.

134

MANDO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO.

Para mandar a un cilindro de doble efecto es necesario como mínimo una válvula 4/2 como se muestra en la figura.

Con una válvula 4/2 el pistón solo sale o entra, mas no puede detenerse a mitad de carrera

Con una válvula 4/3, se puede manda al pistón a salir, entrar y de acuerdo a la posición central que tenga la válvula distribuidora:

- Posicionar al pistón en cualquier lugar de su carrera y descargar la línea de presión ( centro en descarga de P a T; A y B bloqueados ). ( 1 )

- Posicionar al pistón en cualquier lugar de su carrera con bloqueo de todas las líneas ( P, T, A y B bloqueados ). ( 2 )

- Posicionar al pistón en cualquier lugar de su carrera y poder accionar externamente al pistón ( centro unido A, B, y T ). ( 3 )

- Posicionar al pistón en cualquier lugar de su carrera y poder accionar externamente al pistón y descargar la línea de presión ( centro unido P, A, B, y T ). ( 4 )

-Entre otras posibilidades de mando cuya característica principal radica en la posición de la válvula distribuidora, ya que comúnmente las posiciones extremas de las válvulas serán las mismas.

135

136

TAMAÑOS NOMINALES DE LAS VALVULAS DISTRIBUIDORAS

De acuerdo al país de origen (americanas europeas) las válvulas distribuidoras se dimensionan en su tamaño (sinónimo de caudal)AMERICANAS:

- Por el diámetro de su conexión: 3 / 8 ”, 1 / 4 “, 1 / 2 “, 3 / 8 “, 1 ”, 1 - 1 / 4 “,

EUROPEAS:

- Por el diámetro ( expresado en mm ) de la vía:- Se antepone el término TN (Tamaño Nominal)

TN 4, TN 6, TN 8, TN 10, TN 16, TN 25, TN 36, TN El término TN es en castellano, en inglés es ND y en el alemán NG.

VALVULAS DISTRIBUIDORAS PILOTADAS HIDRAULICAMENTE

Cuando las válvulas distribuidoras son de gran tamaño (Tamaños nominales TN 10 ) necesitan de mayor fuerza para su accionamiento. Deberían tener elementos de accionamiento muy grandes, lo que realmente no sucede.Para ello los accionamientos tradicionales accionan a una válvula intermedia como por ejemplo una válvula distribuidora la que a su vez acciona hidráulicamente a la válvula principal. A esta válvula intermedia se la conoce con el nombre de válvula piloto.La válvula distribuidora pilotada hidráulicamente tiene realmente dos válvulas:

- La válvula piloto que en este caso se encuentra en la parte superior y que es una válvula distribuidora accionada electricamente con centro unido en A, B, Y para que pueda centrarse apropiadamente la corredera de la válvula principal lo que se logra al descargar completamente las líneas A y B.

- La válvula principal que se encuentra en la parte inferior y que es una válvula distribuidora accionada hidráulicamente y que en este caso tiene centro bloqueado.

137

Observe en la válvula piloto que las líneas X e Y son los equivalentes a P y T . Un tapón separa a estas líneas de P y T para que exista la posibilidad de alimentación con otra presión al sistema piloto y su línea de descarga Y sea independiente y quedescargue directamente a tanque.

Comúnmente la línea X se alimenta de la misma presión del sistema en cambio la línea Y no va unida a la línea T descargando independientemente a tanque para evitar la contrapresión que pueda tener esta línea.

VALVULAS DISTRIBUIDORAS UTILIZADAS EN MAQUINARIA PESADA

En maquinaria pesada comúnmente se utilizan válvulas de 6 vías con las siguientes características:

- La línea p siempre está descargada a través a la línea T.- Comúnmente en la línea p hay válvulas check que protegen a la bomba de las

sobrepresiones.- Las posiciones centrales y laterales son las mismas que las válvulas 4/3.

VALVULA DISTRIBUIDORA 6/3 CON CENTRO BLOQUEADO

138

Estas válvulas van ensambladas en paquetes, donde se incluye inclusive la válvula limitadora de presión.Estos paquetes pueden a su vez tener dos tipos de ensambles:- Serie- Paralelo

139

VALVULAS DISTRIBUIDORAS PARA MAQUINARIA MOVIL CONECTADAS EN PARALELO

VALVULAS DISTRIBUIDORAS PARA MAQUINARIA MOVIL CONECTADAS EN SERIE

En un paquete de válvulas distribuidoras conectadas en paralelo los actuadores conectados a la líneas A y B se pueden accionar independientemente y su movimiento solo depanderá de la carga que soporten. Así si se accionan dos válvulas a la vez se moverá el actuador que menos carga tenga.

En un paquete de válvulas distribuidoras conectadas en serie predominará la acción de la válvulas mas cercanas a la bomba, así si se accionan las válvulas 1 y 2, la acción de la válvula 1 eliminará la acción de la válvula 2, es decir la válvula 2 no tendrá alimentación de la línea P.

140

APLICACIONES DE VALVULAS DISTRIBUIDORAS EN SISTEMAS HIDRAULICOS

1.- SISTEMAS HIDRAULICOS PARA EL LEVANTE Y POSICIONAMIENTO DE LLANTAS DE MAQUINARIA MOVIL.

2.- SISTEMAS HIDRAULICOS PARA EL ACCIONAMIENTO DE UN BRAZO MECANICO

141

3.- SISTEMA HIDRAULICO PARA EL CONTROL DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO CON DOS VELOCIDADES DE SALIDAS Y UNA DE RETORNO.

142

143