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Circuitos hidrulicos

Generalidades

Muchas mquinas se basan en el accionamiento hidrulico, equipos como gras,

excavadoras, elevadores, monta-carga e incluso robots usan este tipo de accionamiento

debido principalmente a las razones siguientes:

1. Pueden generarse colosales uerzas utilizando peque!os motores de

accionamiento.

". #os sistemas hidrulicos son mu$ duraderos $ seguros.

%. Puede regularse la velocidad de accionamiento de orma continua o escalonada,

sin la necesidad de mecanismos adicionales.

&. 'n mismo motor puede accionar mltiples mecanismos de uerza, incluso de

manera simultnea.

(. )l motor $ los mecanismos de uerza as* como los mandos pueden estar adistancia acoplados por tubos.

+. Pueden lograrse movimiento mu$ exactos.

. ienen auto renado.

)l luido mas comnmente utilizado es algn aceite ligeroderivado delpetrleodebido

a su innata cualidad lubricante que alarga la vida de las piezas en rozamientodel

sistema.

)stos aceites deben tener la caracter*sticas bsicas siguientes:

1. 'na viscosidadno mu$ alta $ esta debe modiicarse poco con la temperatura.

". )levada resistencia a la ormacin de espuma.

%. )levada estabilidad con el tiempo.&. /o deben ser agresivos a los materiales de goma, como mangueras $

empaquetaduras.

(. Mientras mas capacidad lubricante me0or.

Circuito bsico

)l esquema que sigue igura 12 representa un circuito hidrulico de uerza clsico,

donde el elemento de traba0o es un cilindro de uerza.

Figura 1

#os elementos constitutivos del circuito hidrulico

como puede verse son:1. 'n recipiente con aceite.

". 'n iltro.

%. 'na bomba para el aceite.

&. 'na vlvula de control que inclu$e una

vlvula de seguridad o sobre presin $ la

respectiva palanca de mando.

(. )l cilindro de uerza.

+. 3onductos de comunicacin.

Mientras la palanca de accionamiento de la vlvula

de control est en su posicin de reposo centro2 elaceite bombeado por la bomba retorna libremente

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al recipiente, de manera que el cilindro de uerza

se mantiene inmvil.

'na vez que se acciona la palanca de control en

cualquiera de las dos direcciones, se cierra la

comunicacin del retorno libre al recipiente $ se

conecta la salida de la bomba a uno de los ladosdel cilindro de uerza mientras que el otro lado se

conecta al retorno. 4e esta orma la elevada

presin suministrada por la bomba acta sobre el

pistn interior del cilindro de uerza desplazndolo

en una direccin con elevada uerza de empu0e. )l

movimiento de la palanca de control en la otra

direccin hace el eecto contrario.

5 continuacin una breve descripcin de cada uno

de los elementos del circuito.

Bomba

6a$ dierentes dise!os de bombas de aceite, las ha$ de lbulos, de pistones $ de

engranes. )l esquema que sigue igura "2 representa una bomba de engranes en

uncionamiento.

Figura 2

)sta bomba de engranes es una de las mas

utilizadas por su ba0o costo, tama!o reducido $

elevada durabilidad.

4urante el movimiento de rotacin de los

engranes, estos 7capturan7 el aceite del lado de

ba0a presin recipiente2 al llenarse lasoquedades de los dientes con 8l $ lo in$ectan a

alta presin por el otro lado al introducirse el

diente del otro engrane en la oquedad

desplazndolo orzadamente.

)n estas bombas, entre el peril del cuerpo $ el

engrane ha$ una holgura m*nima para evitar la

uga de retorno del aceite pero sin que roce el

engrane con el cuerpo.

Vlvula de control

#a vlvula de control iguras %, & $ (2 generalmente se acciona a trav8s de una palanca,

esta palanca desplaza en el interior de la vlvula un cilindro al que se le han practicado

agu0eros de manera conveniente para que al moverse comunique adecuadamente la

presin $ el retorno al lado correspondiente del cilindro de uerza.

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Figura 3

5 la izquierda se representa una vlvula de control

simpliicada en el estado de reposo palanca de mando

al centro2.

)l conducto superior conduce el aceite a alta presin

desde la bomba $ el conducto central de aba0o conduce

el retorno a ba0a presin hacia el recipiente. #os otrosdos conductos ineriores se conectan a los respectivos

lados del cilindro de uerza.

#a zona a ra$as es el cilindro interior desplazable de la

vlvula $ los cuadros blancos son peroraciones

practicadas en 8l.

#as lechas ro0as muestran como el aceite desde la

bomba circula libremente hacia el retorno sin producir

comunicacin alguna con los lados del cilindro. )n

este caso el cilindro de uerza est auto renado, $a

que no es posible la salida del aceite.

3uando se acciona la palanca de mando se desplaza el cilindro interior de la vlvula de

control a alguna de las dos posiciones representadas aba0o

Figura 4

Figura 5

9bs8rvese ahora, como puede luir el aceite, en un caso el luido proveniente de la

bomba se dirige a uno de los lados del cilindro de uerza mientras el otro lado se

conecta al retorno, esto hace que se produzca la carrera de uerza en una direccin. )n el

otro caso se produce exactamente el eecto contrario, lo que signiica que la carrera de

uerza en este caso es en direccin contraria.

Cilindro de fuerza

Figura

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)l elemento de accionamiento igura +2 de la carga es un cilindro de aceroen cu$o

interior ha$ un pistn con una o varias empaquetaduras de goma que hacen un sella0e

perecto entre el pistn $ la pared interior pulida del cilindro para evitar la

comunicacin entre las cmaras cil*ndricas separadas por el pistn. 'n vstago mu$pulido de acero generalmente cromado2 acoplado al pistn sale por uno o por ambos

lados del cilindro.

'n empaque adecuado impide la salida del aceite por los bordes del vstago pero

permite el movimiento libre de este longitudinalmente.

)n el animado puede verse como se desplaza el pistn interior $ con 8l el vstago en

dependencia de las entrada $ salida del aceite, las lechas ro0as representan el lado de

alta presin desde la bomba2 $ las azules el lado de ba0a presin retorno2.

Vlvula de sobre !resi"n

3uando se mantiene la palanca de mando accionada $ el cilindro de uerza llega al inal

de la carrera, este de detiene $ no puede entrar mas aceite al cilindro procedente de la

bomba, la presin en el sistema comienza a crecer rpidamente llegando en mu$ poco

tiempo a valores peligrosos para la integridad del sistema. Para resolver este problema

en todos los circuitos hidrulicos ha$ una o mas vlvulas reguladoras de la presin

mxima igura 2.

)l esquema que sigue representa mu$ simpliicadamente una de estas vlvulas.

Figura #

)l conducto central est conectado a la bomba de

aceite, el conducto lateral al recipiente.

#a conexin entre el lado de alta presinprocedente de la bomba $ el retorno se mantiene

siempre cerrado por el tapn

corredizo interior debido al empu0e del resorte.

3uando la presin sobrepasa cierto valor, la

uerza de empu0e levanta el

tapn corredizo $ la presin se alivia al retorno.

4e esta orma la presin del sistema nunca

sobrepasa un valor asignado de seguridad que

puede ser a0ustado con el tornillo de regulacin

que empu0a mas o menos el resorte.

5s* lucen una bomba $ un cilindro de uerza reales.

http://www.sabelotodo.org/metalurgia/acero.htmlhttp://www.sabelotodo.org/metalurgia/acero.html

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Como se puede apreciar en la siguiente grafica, al entrar el flujode aceite a la

cmara de entrada (color rojo) se generan fuerzas sobre los dientes que estnmas cerca para generar rotacin como lo sealan las flechas (color blanco), detal forma que se forman cmaras hermticas entre los dientes y la carcasa y lastapas laterales Cada cmara transporta el aceite hasta la salida (color azul) oretorno

!el tamao de estas cmaras ( desplazamientointerno) y de la cantidad deaceite que entre (caudal), "a a depender la "elocidad de rotacin (rpm), y eltorque "a a depender del desplazamiento y de la presin

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El Principio de Bernoulli

El fluido hidrulico en un sistema contieneenergaen dos formas: energa cintica en virtud del peso

y de la velocidad y energa potencial en forma de presin. Daniel Bernoulli, un cientfico Suizo

demostr que en un sistema con flujos constantes, la energa es transformada cada vez que se

modifica el rea transversal del tubo.

El principio de Bernoulli dice que la suma de energas potencial y cintica, en los varios puntos del

sistema, es constante, si el flujo sea constante. Cuando el dimetro de un tubo se modifica, la

velocidad tambin se modifica.

La energa cintica aumenta o disminuye. En tanto, la energa no puede ser creada ni tampoco

destruida. Enseguida, el cambio en la energa cintica necesita ser compensado por la reduccin o

aumento de la presin.

El uso de un venturi en el carburador de un automvil es un ejemplo del principio de Bernoulli. En el

pasaje de aire a travs de la restriccin la presin se disminuye. Esa reduccin de presin permiteque la gasolina fluya, se vaporice y se mezcle con el aire.

Teorema de Bernoulli

El teorema de Bernoulli aplicado a dos secciones de una tubera que transporta un fluido, traduce en

trminos analticos el principio de la conservacin de la energa.

La ecuacin permite constatar que la variacin de energa (prdida) sucedida aguas arriba o aguas

abajo de la tubera, es debida a la variacin de presin.

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