INDICE

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………….1

SISTEMAS O CIRCUITOS HIDRÁULICOS……………………………………………2 LIQUIDOS HIDRAULICOS……………………………………………………………….2

MAQUINAS GENERADORAS ……………………………………..……8

SISTEMAS DE CONDUCCIÓN (TUBERIAS) ………………………………….….21

VÁLVULAS…………………………………………………………………………….…27

RECEPTORES………………………………………………………………..…………34

OTROS ELEMENTOS………………………………………………… ……………....39

SISTEMAS O CIRCUITOS NEUMÁTICOS…………………………………………..45

FLUIDO DE POTENCIA………………………………………………………………...45

COMPRESORES…………………………………………47

SISTEMAS DE CONDUCCIÓN………………………………………………………..51

VÁLVULAS……………………………………………………………………………….58

RECEPTORES…………………………………………………………………………..61

OTROS ELEMENTOS…………………………………………………………………

ANEXO: SIMBOLOGÍA DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS……………………………………………………………………………86

INTRODUCCIÓN

Los procesos industriales exigen el control de la fabricación de los diversos productos obtenidos. Los procesos son muy variados y abarcan muchos tipos de productos: la fabricación de los productos derivados del petróleo, de los productos alimenticios, la industria cerámica, las centrales generadoras de energía, la siderurgia, los tratamientos térmicos, la industria papelera, la industria textil, etc.

En todos estos procesos es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el punto de rocío, etcétera. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio operador podría realizar.

En los inicios de la era industrial, el operario llevaba a cabo un control manual de estas variables utilizando solo instrumentos simples, manómetros, termómetros, válvulas manuales, etc., control que era suficiente por la relativa simplicidad de los procesos. Sin embargo, la gradual complejidad con que éstos se han ido desarrollando ha exigido su automatización progresiva por medio de los instrumentos de medición y control. Estos instrumentos han ido liberando al operario de su función de actuación física directa en la planta y al mismo tiempo, le han permitido una labor única de supervisión y de vigilancia del proceso desde centros de control situados en el propio proceso o bien en salas aisladas separadas; asimismo, gracias a los instrumentos ha sido posible fabricar productos complejos en condiciones estables de calidad y de características, condiciones que al operario le serían imposibles o muy difíciles de conseguir, realizando exclusivamente un control manual.

Los procesos industriales a controlar pueden dividirse ampliamente en dos categorías: procesos continuos y procesos discontinuos. En ambos tipos, deben mantenerse en general las variables (presión, caudal, nivel, temperatura, etc.), bien en un valor deseado fijo, bien en un valor variable con el tiempo de· acuerdo con una relación predeterminada, o bien guardando una relación determinada con otra variable.

El sistema de control que permite este mantenimiento de las variables puede definirse como aquel que compara el valor de la variable o condición a controlar con un valor deseado y toma una acción de corrección de acuerdo con la desviación existente sin que el operario intervenga en absoluto.

1.-LÍQUIDOS HIDRÁULICOS

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Los sistemas hidráulicos se utilizan en innumerables aplicaciones industriales, sea

como transmisores de fuerza o como elementos de control.

Podemos dar como ejemplo las prensas hidráulicas, elementos hidráulicos de

máquinas herramientas, en trasmisión hidráulica, etc.

La correcta elección del aceite a usar en un sistema hidráulico es muy importante

para el buen funcionamiento del mismo, pues se obtendrá una más rápida

aplicación de la carga, facilidad del control de la velocidad de aplicación de dicha

carga y permitirá un rápido incremento o cambio de dirección de la fuerza.

Se enumerará a continuación las propiedades más importantes requeridas en un

aceite hidráulico y la influencia que cada una de ellas tiene en la performance de

estos sistemas.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS LIQUIDOS HIDRAULICOS

Viscosidad Apropiada:

Es de suma importancia que el aceite posea la viscosidad apropiada a la

temperatura de trabajo. Es conocido el hecho de que la viscosidad varía con la

temperatura, determinando que un aceite sea menos viscoso cuando se lo

calienta, espesándose cuando es enfriado.

En primer lugar estos fluidos deben lubricar elementos móviles que usualmente

están diseñados con tolerancias estrictas, por lo que el lubricante deberá poseer la

viscosidad adecuada para este propósito. Además, el aceite necesita tener la

suficiente viscosidad como para producir un cierre hermético.

Por otra parte, la viscosidad del aceite no deberá ser tan elevada como para

provocar resistencias innecesarias, pues si éstas son muy grandes, se producirá

un gasto inútil de energía.

En otras palabras, existe un límite superior e inferior para la viscosidad requerida

en un sistema hidráulico y la elección del lubricante debe hacerse dentro de un

ajustado rango de viscosidades.

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Los ambientes fríos determinan una condición adicional de viscosidad, por tal

motivo es que para ciertos equipos se especifica una viscosidad máxima para la

menor temperatura de arranque.

Índice de Viscosidad:

Caracteriza la sensibilidad de la variación de la viscosidad frente a la variación de temperatura. En una escala arbitraria, originalmente de 0 a 100.

El coeficiente 0 a un aceite de naturaleza asfáltica (de viscosidad muy inestable bajo la influencia de la temperatura).

El coeficiente 100 a un aceite de naturaleza parafinica (de viscosidad bastante estable bajo la influencia de la temperatura).

La determinación del índice de viscosidad de un aceite se realiza por la comparación entre los productos de naturaleza parafinica y asfáltica, teniendo en cuenta la siguiente formula:

Indicede viscosidad=100∗( L−UL−H )En el cual:

L= viscosidad a 100 °F (37,8 °C), del aceite asfáltico, coeficiente 0.

H= viscosidad a 100 °F (37,8 °C), del aceite parafinico, coeficiente 100.

U= viscosidad a 100 °F (37,8 °C), de aceite analizado.

Estabilidad a la oxidación:

Comparable en importancia a la viscosidad, es la estabilidad a la oxidación del

aceite. Esta propiedad da un índice de la resistencia del aceite a los daños

químicos que se producen cuando se encuentra en presencia de aire,

manifestándose generalmente en la formación de lodos perjudiciales.

A este respecto, algunos aceites tienen mayor resistencia al deterioro que otros,

esta cualidad depende de la selección de la base lubricante, de los procesos de

refinanciación y de la adición adecuada de inhibidores de oxidación.

Los daños causados por la oxidación pueden interferir seriamente en la

performance de un sistema hidráulico, pues los productos generados pueden

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llegar a trabar el accionamiento normal de las válvulas y a taponar las líneas y

filtros, siendo su reparación una operación engorrosa y costosa.

La oxidación de un aceite es una reacción que progresa con el tiempo,

lentamente al comienzo, para luego ir incrementándose hacia el fin de la vida

útil del aceite.

Las altas temperaturas aceleran este proceso, como así también la presencia

de ciertos metales (cobre) que actúan como catalizadores.

La vida en servicio del aceite depende en gran parte de su capacidad para

resistir esta acción, surgiendo así la necesidad de que los aceites para

sistemas hidráulicos tengan como requisito muy importante una buena

estabilidad a la oxidación.

Punto de escurrimiento:

Cuando la temperatura ambiente o la temperatura inicial es baja, se debe tener

la seguridad de que el aceite fluirá y alimentará adecuadamente la succión de

la bomba. El punto de escurrimiento de un aceite es la más baja temperatura a

la cual escurre el mismo.

Prácticamente todos los aceites de petróleo tienen componentes parafínicos

que son deseables desde el punto de vista del lubricante, pues aumentan el

I.V. del aceite y su resistencia a la oxidación; sin embargo, a bajas

temperaturas estos componentes tienden a cristalizarse, formando una malla

que impide la circulación del aceite.

Existen aceites de bajo punto de escurrimiento natural, mientras que otros,

especialmente los de alto I.V. poseen un mayor punto de escurrimiento por lo

que a éstos se les adiciona aditivos depresores del punto de escurrimiento.

En el caso de aceites hidráulicos, el aceite elegido debe tener un punto de

escurrimiento más bajo que la más baja temperatura ambiente a la cual debe

operar el sistema hidráulico.

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Demulsibilidad Elevada:

El agua que pudiera estar presente en estos sistemas es producida por la

condensación de la humedad ambiente.

Si el aceite posee buenas características de demulsibilidad, éste resistirá la

formación de emulsión con el agua, separándose rápidamente de la misma

para permitir su drenado desde el fondo del depósito.

Debido al efecto corrosivo del agua sobre los metales, una buena

demulsibilidad es una propiedad necesaria en los aceites para sistemas

hidráulicos, permitiendo prolongar la vida útil del equipo.

Prevención contra la herrumbre:

Es de desear que en todo momento no exista agua dentro del sistema

hidráulico, pues aún bajo las condiciones más favorables, siempre existe la

posibilidad de oxidación.

El óxido formado puede producir incrustaciones en tuberías, provocando el

taponamiento de las mismas o el dañado de las válvulas, además del rayado

de las superficies en contacto.

Asimismo los vástagos de los émbolos están expuestos algunas veces

directamente al aire y cualquier picado de sus superficies pulidas

probablemente produzcan la rotura del empaquetado, con la consecuente

pérdida de aceite.

Por estas razones los fluidos hidráulicos deben contener inhibidores de

herrumbre, de manera de otorgarle una protección adicional contra los efectos

perjudiciales del agua.

Resistencia a la formación de espuma:

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En los fluidos hidráulicos, la espuma es el resultado de un batido excesivo del

mismo en presencia de aire que se ha filtrado en el sistema.

Otra causa que puede ocasionar la formación de espuma, es una disposición

incorrecta de la línea de retorno, como sería la descarga al depósito por

encima del nivel de aceite.

La espuma así formada puede interferir en el reciclado del aceite

interrumpiendo el flujo uniforme a los mecanismos de operación hidráulicos,

con la consiguiente pérdida de fuerza y efecto lubricante.

Para una mejor protección a este respecto, es aconsejable que los aceites para

fluidos hidráulicos tengan propiedades inhibidoras de la formación de espuma,

ya sea como propiedad natural o aumentada con la adición de aditivos.

Ataque a las gomas de los retenes:

Muchos sistemas hidráulicos están equipados con retenes de goma y el efecto

que los aceites tienen sobre ellos es algo complejo. Los aceites de petróleo

tienen una cierta tendencia a deformar algunos de los materiales usados en los

sellos, pero se ha encontrado que las gomas sintéticas (del tipo Buna,

Neoprene, etc.) están menos expuestas a este efecto.

Los fluidos hidráulicos son en gran mayoría inertes a reaccionar con los

materiales de los retenes. El grado de inactividad de los aceites derivados del

petróleo está relacionado con el punto de anilina de los mismos; se ha

encontrado que aceites con altos puntos de anilina tienen poco efecto sobre las

gomas.

Filtración:

Otro requisito a tener en cuenta en todo sistema hidráulico es proceder a una

filtración adecuada, pues la contaminación del fluido con materiales abrasivos

extraños, es la causa principal de fallas en las bombas.

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Para prevenir la circulación de los materiales abrasivos extraños, el sistema

debe ser previsto de filtros adecuados, los que deben ser revisados

regularmente. Un adecuado sistema de filtros incluye generalmente un filtro en

la línea de succión para protección de la bomba y un filtro del lado de presión

para protección de las válvulas de control, cilindros y accesorios.

A continuación de los filtros es conveniente colocar placas magnetizadas de

manera de retener las partículas finas de metal que pudieran pasar a través de

las mismas.

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2. MAQUINAS GENERADORAS EN LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS

ELEMENTOS GENERADORES DE ENERGÍA.

Tanto si se trabaja con aire como con un líquido, se ha de conseguir que el fluido transmita la energía necesaria para el sistema. En los sistemas neumáticos se utiliza un compresor, mientras en el caso de la hidráulica se recurre a una bomba. Tanto el compresor como la bomba han de ser accionados por medio de un motor eléctrico o de combustión interna.

BOMBAS HIDRAÚLICAS

El análisis de todos los tipos de bombas utilizará diversos términos para evaluarse los méritos de un tipo sobre otro. Estos términos son:

1. Amplitud de presión. Los límites máximos de presión con los cuales una bomba puede funcionar adecuadamente. Son dados como libras por pulgada cuadrada o lb/plg².

2. Volumen. La cantidad de fluido que una bomba es capaz de entregar y que generalmente se da en galones por minuto o gal/min a la presión de operación.

3. Amplitud de la velocidad. Los límites máximo y mínimo en los cuales las condiciones en la entrada y soporte de la carga permitirán a la bomba funcionar satisfactoriamente. Se dan como revoluciones por minuto o rpm.

4. Eficiencia mecánica. La relación entre el caballaje teórico a la entrada, necesario para un volumen específico en una presión específica y el caballaje real a la entrada necesario para el volumen específico a la presión específica.

5. Eficiencia volumétrica. La relación entra el volumen teórico de salida a 0 libras por pulgada cuadrada y el volumen real a cualquier presión asignada.

6. Eficiencia total. El producto de la eficiencia volumétrica.

BOMBAS DE VOLUMEN FIJO – Generalidades

Una bomba hidráulica es un medio para convertir energía mecánica en energía fluida o hidráulica. Una bomba proporciona un medio flexible de transmisión de fuerza y movimiento para alimentar un escurrimiento o flujo del fluido a presión. Una bomba puede entregar un producto fijo a velocidad constante, y ser señalada como una bomba de desplazamiento fijo. Una bomba también puede entregar un producto variable a velocidad constante y así ser referida como una bomba de desplazamiento variable.

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Las bombas de desplazamiento fijo se usan más ordinariamente en los circuitos industriales básico de aplicación mecánica de la hidráulica y son utilizables en tres clasificaciones generales.

1. Bombas de engranes o piñones.2. Bombas de paletas.3. Bombas de pistón.

Bombas de desplazamiento positivo o volumétrico.

Son las que desplazan líquido, mediante la creación de un desequilibrio de presiones dentro de un entorno cerrado. Este desequilibrio hace que el líquido se mueva de un lugar a otro en un intento de equilibrar la presión. “El movimiento del desplazamiento positivo” consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara.En las bombas volumétricas, el intercambio de energía del fluido se hace siempre en forma de presión, fundamentado en la hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. Las bombas de desplazamiento positivo se clasifican de acuerdo a su accionamiento en:        *Reciprocantes o alternativas.

       *Rotativas.

En las primeras un órgano impulsor (un pistón o un diafragma) tiene un movimiento

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alternativo provocado mecánicamente. En las segundas hay una o más piezas con movimiento rotatorio (“rotor”) que toma el líquido de un recipiente a baja presión y lo trasvasa a otro a mayor presión.Como criterio general, suelen ser usadas para aplicaciones que requieran bajos caudales y altas o muy altas presiones. A diferencia de las máquinas centrífugas, pueden trabajar satisfactoriamente con bajas velocidades y en la mayoría de los casos son relativamente insensibles al efecto de la viscosidad del fluido.Al ser el caudal independiente de la presión de descarga, en su instalación se deberá prever siempre la posibilidad de alivio de presiones excesivas.

BOMBAS DE ENGRANES- Generalidades

La bomba de engranes ha sido citada como el “caballo de carga” de la hidráulica y probablemente se ha utilizado en la práctica más que cualquier otro tipo. La capacidad de una bomba de engranes puede ser muy grande o muy pequeña y su costo variará con su capacidad de presión y volumen.

Normalmente la mayoría de las bombas de engranes exhibirán buenas capacidades de vacío a la entrada y para las situaciones normales también son autocebantes. Una característica complementaria conveniente que se encuentra en las bombas engranes es la cantidad relativamente pequeña de pulsación en el volumen producido. Con bombas de engranes, el engrane o engranado de cada combinación de engranes o dientes producirá una unidad o pulso de presión. Cada 14 o 17 dientes girando a 1000 rpm, un ritmo de pulsación de alta frecuencia de 14 000 a 17 000 pulsos por minuto, producirá un flujo de salida razonablemente suave y parejo.

Las bombas de engranaje se clasifican como bombas de engranaje externas o internas. En bombas de engranaje externas los dientes de ambos engranajes se proyectan hacia a fuera de sus centros, estas bombas pueden utilizar engranajes cilíndricos, engranajes de dientes angulares, o engranajes helicoidales para mover el líquido.

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En una bomba de engranaje interna, los dientes de un engranaje se proyectan hacia afuera, pero los dientes del otro engranaje proyectan hacia adentro hacia el centro de la bomba. Las bombas de engranaje internas pueden ser centradas o excéntricas.

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Producen caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y éste hace girar al otro (libre).

Descripción del funcionamiento.

Este tipo de bomba produce caudal al transportar el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre).

La bomba de engranajes funciona por el principio de desplazamiento; un piñón es impulsado y hace girar al otro en sentido contrario. En la bomba, la cámara de admisión, por la separación de los dientes, en la relación se liberan los huecos de dientes.

Esta depresión provoca la aspiración del líquido desde el depósito.Los dientes llenados transportan el líquido a lo largo de la pared de la carcasa hacia la cámara de impulsión. En la cámara los piñones que engranan transportan el líquido fuera de los dientes e impiden el retorno del líquido.Por lo tanto el líquido de la cámara tiene que salir hacia el receptor, el volumen del líquido suministrado por revolución se designa como volumen suministrado (cm³/Rev.).La bomba de engranajes tiene dos ruedas dentadas iguales, estas se ajustan al cuerpo de la bomba o estator. El rotor es la rueda conductora y el elemento desplazante es la rueda conducida.

Entre los puntos de funcionamiento se destacan los siguientes: La bomba nunca girará en seco. Se accionan por un motor eléctrico y giran a elevada velocidad.En la cavidad de aspiración, el líquido llena los espacios entre los dientes de ambas ruedas dentadas, después estos volúmenes se aíslan y desplazan por unos arcos de circunferencia a la parte de descarga de la bomba.El volumen útil de una cámara de trabajo debe considerarse es el correspondiente al del diente y no al del hueco.

Características técnicas.Las bombas de engranajes son bombas robustas de caudal fijo, con presiones de operación hasta 250 bares (3600 psi) y velocidades de hasta 6000 rpm. Con caudales de hasta  250 cm/Rev. Combinan una alta confiabilidad y tecnología de sellado especial con una alta eficacia. Son adecuadas para líquidos de alta viscosidad, y permiten lograr muy altas presiones. Su ventaja radica en su simplicidad de montaje y mantenimiento, además de su reducido costo.

BOMBAS DE PALETAS DESEQUILIBRADAS O DE EJE EXCÉTRICO

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Las bombas hidráulicas tipo paleta tienen generalmente placas interiores forma circular o elíptica (La figura ilustra una bomba de paleta con un interior circular). Un rotor ranurado se fija a un eje que entra en la cavidad de la cubierta a través de una de las placas extremas. Un número de pequeñas placas o paletas rectangulares se fijan dentro de las ranuras del rotor.

Al girar el rotor dentro del anillo volumétrico y ubicado en forma excéntrica a éste, se genera por lo tanto una cierta diferencia que permite en algunos casos controlar la cilindrada.

Esta bomba mostrará desgaste en el interior de la caja y en las aristas de las paletas, causado por el deslizamiento de un contacto entre las dos superficies. El deslizamiento constante de las paletas en el rotor ranurado causará desgaste en dichas ranuras. Este tipo de bomba tendrá la misma situación en lo que se refiere a la carga sobre los cojinetes que el caso de las bombas de engranes. La carga será dirigida desde la salida hacia el lado de entrada de la bomba, debido a la diferencia de presiones. Esta situación nos permite hacer referencia a estas bombas como encargadas en forma desequilibrada.

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

A medida que el rotor da vuelta, la fuerza centrífuga hace que el borde externo de cada paleta se deslice a lo largo de la superficie de la cavidad de la cubierta,

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mientras que las paletas resbalan dentro y fuera de las ranuras del rotor. Las numerosas cavidades, formadas por las paletas, las placas extremas, la cubierta, y el rotor, se expanden y se comprime a medida que el montaje del rotor y de la paleta gira. Un puerto de entrada está instalado en la cubierta así que el líquido puede fluir en las cavidades mientras que éstas se agrandan. Un puerto de salida está provisto para permitir que el líquido fluya fuera de las cavidades a medida que llegan éstas se vuelven pequeñas.

Bomba de paletas equilibradas.

Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones:

Anillo volumétrico El rotor y el anillo están ubicados concéntricamente Posee dos zonas de aspiración y dos de descarga, por lo tanto la aspiración

y descarga se realiza dos veces en cada revolución Su caudal es fijo Las fuerzas resultantes se anulan, por lo tanto la bomba es equilibrada

Bombas de paletas equilibradas de 2 000 lb/plg² de presión. (Bombas de paletas Denison)

Bombas de paletas deslizantes

La mayoría de las bombas de paletas deslizantes son de una cámara. Estas máquinas son de gran velocidad, de capacidades pequeñas o moderadas y sirven para fluidos poco viscosos.Según la forma de la caja hay también bombas de paletas deslizantes de doble o triple cámara.

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Bombas pesadas de paleta deslizante

Se trata de una bomba esencialmente lenta, para líquidos muy viscosos. Tiene una sola paleta que abarca todo el diámetro.

Bombas de paletas oscilantes

Las paletas se articulan en el rotor. Es otro de los tipos pesados de bomba de paleta.Bombas de paletas rodantesTienen ranuras en el rotor de poca profundidad, para alojar rodillos de elastómero en lugar de paletas.

Bombas de leva y paleta

Tienen una sola paleta deslizante en una ranura mecanizada en la caja cilíndrica y que, al mismo tiempo, encaja en otra ranura de un anillo que desliza sobre un rotor accionado y montado excéntrica mente. El rotor y los anillos ejercen el efecto de una leva que genera el movimiento de la paleta deslizante. Se emplea principalmente como bomba de vacío.

Bombas de paletas equilibradas de 1000 lb/plg² de presión (Vickers)

Son bombas de paletas equilibradas y la carga hidráulica queda completamente dentro de la unidad de carcasa de la bomba. Están compuestas por dos bujes, un rotor, varias paletas, un anillo de leva y una espiga de localización. Estas bombas pueden girar en ambos sentidos según su necesidad. Al sustituir el anillo de levas con uno más grande o uno más pequeño, se pueden tener diversos volúmenes de rendimiento o salida de la bomba, pero en ciertas conversiones, el rotor, las paletas y el cabezal también deben cambiarse para acomodar el nuevo anillo. Estas bombas tienen una gran aceptación en las industrias.

BOMBAS DE PISTÓN- Generalidades

Las bombas de pistón generalmente son consideradas como las bombas que verdaderamente tienen un alto rendimiento en las aplicaciones mecánicas de la

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hidráulica. Algunas bombas de engranes y de paletas funcionarán con valores de presión cercanos a los 2 000 lb/plg², pero sin embargo, se les considerará que trabajan con mucho esfuerzo. En cambio las bombas de pistón, en general, descansan a las 2000 lb/plg² y en muchos casos tienen capacidades de 3 000 lb/plg² y con frecuencia funcionan bien con valores hasta de 5 000 lb/plg².

Las bombas de pistón entran en dos grandes clasificaciones generales: bombas de pistón radial y bombas de pistón axial.

Bomba de pistones radiales

El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales consiste en un barril de cilindros, pistones, un anillo y una válvula de bloqueo.

Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas, sólo que en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones.

El barril de cilindros que aloja los pistones está excéntrico al anillo. Conforme al barril de cilindros gira, se forma un volumen creciente dentro del barril durante la mitad de la revolución, en la otra mitad se forma un volumen decreciente. El fluido entra y sale de la bomba a través de la válvula de bloqueo que está en el centro de la bomba.

Con las bombas de alta velocidad, de pistones radiales con válvulas de asiento, se obtienen eficiencias volumétricas sumamente altas, a valores de un 98%. Por lo general cada cilindro o cualquier otra cámara en la bomba es pequeño en relación bloque de acero que lo rodea, y los pistones están tan pulidos que se adaptan: a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna.

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Naturalmente en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que en los sistemas hidráulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar lo más baja y constante posible.

Bombas de pistón axial

Las bombas de pistón axial son las bombas de pistón más comunes que se encuentran, derivan su nombre del hecho que los pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al eje de la flecha impulsora. Se emplean dos métodos diferentes para proporcionar la acción de bombeo a los pistones.

Bombas de pistón de barril angular

Las bombas de tambor o cilindro angular son utilizables y tienen capacidad para operarse a presiones hasta de 3 000 lb/plg² y hay aprovechable también un cierto número de volúmenes y velocidades de impulsión. Estas bombas se surten para direcciones simples o duales de rotación, y por esta razón las flechas que marcan el sentido, los límites de presión y los valores de las revoluciones por minuto, deben anotarse cuidadosamente antes que estas unidades se pongan en operación.

Bombas de pistón de placa de empuje angular

La bomba sólo produce flujo (por ejemplo, galones por minuto, litros por minuto, centímetros cúbicos por revolución, etc.), que luego es usado por el sistema hidráulico. La bomba NO produce “presión”. La presión se produce por acción de la resistencia al flujo. La resistencia puede producirse a medida que el flujo pasa por las mangueras, orificios, conexiones, cilindros, motores o cualquier elemento del sistema que impida el paso libre del flujo al tanque.

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3.-SISTEMAS DE CONDUCCION: TUBERIAS HIDRAULICAS

Las tuberías hidráulicas se usan cuando la distancia entre el generador de presión y la toma es demasiado grande. Normalmente se recomienda emplear una tubería a partir de los 10 o 12 metros de distancia. Al contrario que las mangueras, no hace falta cambiar las tuberías a intervalos regulares.

Para una tubería se necesitan sendas tuberías de aceite de presión, de retorno y de fuga fabricadas de tubo de acero de precisión sin soldadura. El diámetro de la tubería resulta del caudal necesario y la velocidad de circulación. La fijación se realiza sobre tabiques estables, suelos de hormigón o techos mediante abrazaderas de oscilación amortiguada.

Las tuberías hidráulicas se proyectan y construyen individualmente Si planea una instalación nueva, una mudanza o una ampliación de su instalación actual, contáctenos.

Para la conducción del fluido hidráulico se emplean tanto tuberías rígidas de acero sin soldadura, como mangueras flexibles, evitándose en todo momento emplear elementos galvanizados, dado que el zinc presente puede ser muy reactivo con ciertos aditivos presentes en los fluidos hidráulicos

Para aplicaciones móviles y de distancias cortas, se suele emplear mangueras flexibles como la que se muestra en la figura.

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Figura 14. Manguera flexible para aplicaciones hidráulicas

En el caso de mangueras flexibles, en su cálculo hay que tener en cuenta un factor de seguridad Fs, en función de la presión de servicio o de funcionamiento a la que trabaje la manguera.

Factor de Seguridad en mangueras flexibles, Fs

Presión de servicio, en bares Fs

De 0-70 8

De 70-175 6

> 175 4

Tabla 9. Factor de seguridad en mangueras flexibles, Fs

Presión de Rotura

Fs =

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Tabla 8. Tubos de acero sin soldadura para circuitos hidráulicos

 

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4. VALVULAS PARA SISTEMAS HIDRAULICOS.

Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica. Una válvula es un dispositivo mecánico que consiste de un cuerpo y una pieza móvil, que conecta y desconecta conductos dentro de un cuerpo.

Según su función las válvulas pueden dividirse en: válvulas distribuidoras, válvulas de bloqueo, válvulas de presión, válvulas de caudal, válvulas de cierre.

Válvulas reguladoras de caudal

Las aplicaciones de los reguladores de caudal (también reguladores de flujo) no están limitadas a la reducción de la velocidad de los cilindros o actuadores en general, pues además tienen gran aplicación en accionamientos retardados, temporizaciones, impulsos, entre otros .Los reguladores de caudal pueden ser unidireccionales y bidireccionales.

Válvulas de aguja

La válvula de aguja es el orificio variable que se usa con mayor frecuencia en los sistemas industriales.

La válvula de aguja es llamada así por el vástago cónico que hace de obturador sobre un orificio de pequeño diámetro en relación el diámetro nominal de la válvula.

El desplazamiento del vástago, si es de rosca fina, es lento y el hecho de que hasta que no se gira un buen número de vueltas la sección de paso del fluido es mínima, convierte esta válvula en una buena reguladora de caudal, por su estabilidad, precisión y el diseño del obturador que facilita un buen sellado metálico, con poco desgate que evita la cavitación a grandes presiones diferenciales.

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Válvulas de control hidráulicas

Las válvulas de control hidráulico son la mejor opción cuando necesitamos controlar o regular casi cualquier variable en una línea de agua.Las mismas ofrecen mediante la combinación de un cuerpo de válvula standard más diferentes pilotos la versatilidad más alta para los controles más precisos.Podemos dividir las mismas en dos grandes series: las de cámara única y las de cámara doble, siendo las más usadas en aplicaciones complejas y grandes diámetros las de cámara doble.Dada la gran variedad de modelos, configuraciones y materiales utilizados podemos decir que estaríamos en condiciones de ofrecer la válvula adecuada para realizar cualquier tipo de control en cualquier tipo de proceso en líneas de agua (o líquidos homogéneos) sin necesidad de una fuente de energía adicional más que la del propio fluido en uso.Son fabricadas en diámetros desde 11/2” a 36” con cuerpos de hasta un rating de PN40. 

Válvulas reductoras de presión

El establecimiento de varias zonas de presión es uno de los métodos más comunes para alcanzar el equilibrio en las redes de transmisión y distribución de agua. Las válvulas  reductoras de presión (o PRV por sus siglas en inglés) “obligan” a los parámetros dinámicos del sistema de suministro a mantener una constante presión de entrega predeterminada. A través de la definición de la presión mínima requerida en el punto crítico de cada zona de presión, las válvulas del tipo “PRV Activas”, permiten reajustar constantemente la presión de entrega, con lo cual el sistema trabaja con una menor presión promedio.

La válvula reductora de presión es una válvula de control de operación hidráulica accionada por diafragma, que reduce la mayor presión aguas arriba a una presión aguas abajo constantemente menor, sin que le afecten las fluctuaciones en la demanda o en la presión aguas arriba.

Válvula de control de nivel con piloto flotante

En las válvulas de flotador se combinan las ventajas de las excelentes válvulas de control hidráulicas con la simplicidad de los flotadores mecánicos. La capacidad de separar la válvula principal del flotador elimina la mayor parte de los problemas de instalación y mantenimiento que afectan a las válvulas de flotador mecánicas. La amplia selección de tipos convierte a las válvulas de control de flotador en la mejor solución cuando se trata de controlar el nivel.

Esta válvula es una válvula de control de nivel de cámara doble, de operación hidráulica y activada por diafragma.

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La propulsión hidráulica hace que la válvula se abra completamente en el nivel bajo predefinido del reservorio, y que se cierre al llegar al nivel alto predefinido, sin tener en cuenta las diferencias de presión.

Válvula de control de nivel con piloto de altitud

Los depósitos y torres de agua, así como los reservorios ya existentes, son algunos ejemplos de sitios en los que se requiere controlar el nivel, pero en los que la instalación de flotadores puede ser complicada y costosa.

Para esas obras, las válvulas de control de nivel con piloto de altitud ahorran la necesidad de instalar flotadores internamente, a la vez que se retienen la simplicidad y la fiabilidad para una amplia gama de aplicaciones.

Es una válvula de control de nivel de operación hidráulica, activada por diafragma, que se cierra cuando el agua del reservorio llega al alto nivel predefinido y se abre por completo en respuesta a una caída de nivel de aproximadamente un metro, captada por el piloto de altitud de tres vías montado en la válvula principal.

Válvulas anticipadoras de onda

La súbita parada de la bomba es seguida por una caída de presión mientras la columna de agua sigue desplazándose a lo largo de la línea.

Al regresar, la columna golpea a la válvula de retención cerrada de la bomba, creando una onda de alta presión, que se desplaza a velocidades de hasta 4 Mach. La eliminación de esa onda requiere anticiparla y actuar de antemano. Las válvulas anticipadoras de onda reaccionan a la caída de presión, y reciben a la columna de regreso ya abiertas, eliminando así el golpe de ariete.

Es una válvula instalada fuera de la línea, de operación hidráulica y activada por diafragma. La válvula se abre en reacción a la caída de presión generada por la súbita parada de la bomba. Mediante la preapertura de la válvula se disipa la onda de alta presión de retorno y así se elimina el golpe de ariete. La válvula modelo 735-M se cierra con suavidad y herméticamente en cuanto lo permite la función de alivio, evitando la onda de cierre.

Esta válvula sirve también para el alivio de la presión excesiva en el sistema.

Válvulas de control de caudal

La planificación de un sistema comienza con el rango de caudales esperado, con el cual se determinan las características y la ubicación de la estación de bombeo, la disposición y el tamaño de las líneas de suministro, la ubicación y el volumen de los reservorios, etc. Toda desviación significativa del rango de caudales planificado podría perturbar el suministro de agua e incluso dañar a los componentes del sistema. El diseño adecuado, así como la colocación y el uso de

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válvulas de control de caudal protegen al sistema contra los efectos de caudales excesivos.

Es una válvula de control de operación hidráulica, activada por diafragma, que mantiene un caudal máximo predefinido, sin que le afecten las fluctuaciones en la demanda o en la presión del sistema.

Válvulas de control antirrotura

Todo sistema de agua está expuesto a las roturas, ya sea por problemas de hidráulica o de instalación, o a raíz de daños mecánicos externos. Las válvulas de control antirrotura aíslan la zona afectada hasta la reposición manual, a fin de minimizar el derroche de agua, la erosión del terreno y los daños que podrían afectar a los edificios, caminos y equipos.

Es una válvula de control de operación hidráulica, activada por diafragma, que al percibir caudales mayores que los prefijados, se cierra herméticamente hasta que se la reponga manualmente. Mientras el caudal sea menor que el máximo predefinido, la válvula permanece completamente abierta, minimizando la pérdida de carga.

Válvulas eléctricas con solenoide

Al utilizar muy escasa energía eléctrica, las válvulas de solenoide permiten activar válvulas de apertura y cierre (on/off) de todos los tamaños, y ahorrar así las infraestructuras involucradas en la aplicación de válvulas motorizadas. La señal eléctrica que activa al solenoide puede ser emitida directamente desde temporizadores, relojes y similares, o a través de un sistema de control, en función de la presión, el nivel, el caudal y otras consideraciones de la gestión del sistema.

Es una válvula de control de operación hidráulica, activada por diafragma, que se abre o se cierra completamente en respuesta a una señal eléctrica.

Válvulas posicionadoras para control electrónico

En las válvulas electrónicas, las ventajas de las excelentes válvulas moduladoras, accionadas por la presión de la línea, se integran en el mundo del control electrónico. En la actualidad se requieren válvulas modernas, dinámicas y de comando electrónico para el control en tiempo real de presiones, caudales, temperaturas, niveles y otros parámetros, ya sean como variables únicas o unos en función de otros.

Es una válvula de control de operación hidráulica, activada por diafragma que, reaccionando a las señales de un controlador electrónico, se abre o se cierra en modulación para controlar presiones, niveles, caudales, temperaturas y cualquier otro parámetro que deba ser controlado, en función de los valores predefinidos programados en el controlador.

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5.-ACTUADORES HIDRÁULICOS LINEALES Y ROTATORIOS

ACTUADORES HIDRÁULICOS LINEALES

Los cilindros hidráulicos de movimiento lineal son utilizados comúnmente en aplicaciones donde la fuerza de empuje del pistón y su desplazamiento son elevados. Los cilindros hidráulicos pueden ser de simple efecto, de doble efecto y telescópicos.

- En el primer tipo, el fluido hidráulico empuja en un sentido el pistón del cilindro y una fuerza externa (resorte o gravedad) lo retrae en sentido contrario. El cuerpo del cilindro es la caja externa tubular y contiene el pistón, el sello del pistón y el vástago. “Calibre” es el término usado para indicar el diámetro del pistón. El extremo del pistón del cilindro (algunas veces llamado “extremo ciego”) se conoce como el extremo de la cabeza. El extremo desde el cual el vástago se extiende y se retrae se conoce como el extremo del vástago.

- El cilindro de acción doble utiliza la fuerza generada por el fluido hidráulico para mover el pistón en los dos sentidos, mediante una válvula de solenoide. El cilindro de acción doble es el accionador hidráulico más común utilizado actualmente y se usa en los sistemas del implemento, la dirección y otros sistemas donde se requiera que el cilindro funcione en ambas direcciones. Puesto que los cilindros con vástago de acoplamiento son los cilindros de acción doble más comunes, se tiene en cuenta las pautas de la National Fluid Power Association (NFPA) para fijar las normas de calibre, tipo de montaje y dimensiones generales del cilindro. Esto permite usar los cilindros con vástago de acoplamiento de diferentes fabricantes, si tienen la misma descripción de diseño. Sin embargo, recuerde que aunque los cilindros pueden tener el mismo calibre, su calidad puede ser diferente.

El calibre del cilindro es el término que indica el diámetro interno del cilindro. Un cilindro de calibre grande produce un mayor volumen por unidad de longitud que un cilindro de calibre pequeño. Para mover un pistón la misma distancia, un cilindro de calibre grande necesita más aceite que un cilindro de calibre menor. Por tanto, para un régimen de flujo dado, un cilindro de calibre grande se mueve más lentamente que un cilindro de calibre pequeño. El área efectiva de un cilindro es el área del pistón y de sello de pistón sobre la cual actúa el aceite. Debido a que uno de los extremos del vástago está unido al pistón y el extremo opuesto se extiende fuera del cilindro, el área efectiva del extremo del vástago es menor que el área efectiva del extremo de la cabeza. El aceite no actúa contra el área del pistón cubierta por la unión del vástago. El volumen de aceite necesario para llenar el extremo del vástago del cilindro es menor que el volumen de aceite necesario para cubrir el extremo de la cabeza del cilindro. Por tanto, para un

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régimen de flujo dado, el vástago del cilindro se retrae más rápido que el tiempo que tarda en extenderse.

El cilindro telescópico contiene otros de menos diámetro en su interior y se expanden en etapas, son muy utilizados en grúas. Está constituido por los tubos cilíndricos y vástago de émbolo. En el avance sale primero el émbolo interior, siguiendo desde dentro hacia fuera los siguientes vástagos o tubos. La reposición de las barras telescópicas se realiza por fuerzas externas. La fuerza de aplicación está determinada por la superficie del émbolo menor.

- Otros elementos en los cilindros son:

Sellos Los sellos se usan en diferentes partes del cilindro, como se muestra en la figura. El sello del pistón se usa entre el pistón y la pared del cilindro.

Su diseño permite que la presión de aceite extienda el sello contra la pared del cilindro, de manera que, a mayor presión, mayor fuerza sellante. El sello del extremo de la cabeza (sello anular) evita que el aceite escape por entre el cuello del vástago y la pared del cilindro. El sello de vástago es un sello en forma de “U” que limpia el aceite del vástago a medida que el vástago se extiende por el cilindro. El sello de labio se ajusta al cilindro e impide que la suciedad o el polvo entren al cilindro cuando se retrae el vástago del cilindro. Los sellos se fabrican en poliuretano, nitrilo o vitón. El material debe ser compatible con los fluidos usados y las condiciones de operación.

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Amortiguadores

Cuando un cilindro en movimiento llega a un extremo muerto (como sucede al final de la carrera del cilindro), la acción que experimenta se conoce como “carga de choque”. Cuando un cilindro está sujeto a una carga de choque, se usan amortiguadores para minimizar el efecto. Cuando el pistón se aproxima al final de la carrera, el amortiguador se mueve dentro del conducto de aceite de retorno y restringe el flujo de aceite de retorno del cilindro. La restricción produce un aumento de la presión de aceite de retorno entre el conducto del aceite de retorno y el pistón. El aumento de la presión de aceite produce un “efecto de amortiguación” que reduce el movimiento del pistón y minimiza el choque que ocurre al final de la carrera. Algunos cilindros pueden requerir un amortiguador en el extremo de la cabeza, mientras otros pueden requerir amortiguadores tanto en el extremo de la cabeza como en el extremo del vástago.

ACTUADORES HIDRÁULICOS ROTATIVOS

Motor hidráulico El motor hidráulico convierte la energía hidráulica en energía mecánica. El motor hidráulico usa el flujo de aceite enviado por la bomba y lo convierte en un movimiento rotatorio para impulsar otro dispositivo (por ejemplo, mandos finales, diferencial, transmisión, rueda, ventilador, otra bomba, etc.). Varios tipos de motores hidráulicos se usan en la industria. Proporcionan una velocidad determinada relativamente constante a través de su variada gama de presiones. Cuando alcanzan su máximo par, su velocidad cae rápidamente debido a que el fluido hidráulico se escapa a través de una válvula de alivio dejando el motor sin alimentar. Entre los tipos de motores hidráulicos se encuentran: los motores de paletas, de pistón axial o radial, de engranajes y gerotor

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OTROS ELEMENTOS:

DEPÓSITO:

La principal función del depósito o tanque hidráulico es almacenar aceite, aunque no es la única. El deposito también debe eliminar el calor y separar el aire del aceite. Los depósitos deben tener resistencia y capacidad adecuadas, y no deben dejar entrar la suciedad externa. Los dos tipos principales de depósitos o tanques hidráulicos son: tanque presurizado y tanque no presurizado.

COMPONENTES DE UN DEPOSITO O TANQUE HIDRAULICO:

Tuberías de suministro y retorno: La tubería de suministro permite que el aceite fluya del tanque al sistema. La tubería de retorno permite que el aceite fluya del sistema al tanque.

Mirilla: Permite revisar el nivel de aceite del tanque hidráulico. El nivel de aceite debe revisarse cuando el aceite está frío. Si el aceite está en un nivel a mitad de la mirilla, indica que el nivel de aceite es correcto.

Tapa de llenado: Mantiene los contaminantes fuera de la abertura usada para llenar y añadir aceite al tanque. En los tanques presurizados la tapa de llenado mantiene hermético el sistema.

Drenaje: Ubicado en el punto más bajo del tanque, el drenaje permite sacar el aceite en la operación de cambio de aceite. El drenaje también permite retirar del aceite, contaminantes como el agua y sedimentos.

Rejilla de llenado: Evita que entren contaminantes grandes al tanque cuando se quita la tapa de llenado.

Tubo de llenado: Permite llenar el tanque al nivel correcto y evita el llenado en exceso.

Deflectores: Evitan que el aceite de retorno fluya directamente a la salida del tanque y dan tiempo para que las burbujas en el aceite de retorno lleguen a la superficie. También evita que el aceite salpique, lo que reduce la formación de espuma en el aceite.

Rejilla de retorno: Evita que entren partículas grandes al tanque, aunque no realiza un filtrado fino.

TANQUE NO PRESURIZADO

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El tanque no presurizado tiene un respiradero que lo diferencia del tanque presurizado. El respiradero permite que el aire entre y salga libremente. La presión atmosférica que actúa en la superficie del aceite obliga al aceite a fluir del tanque al sistema. El respiradero tiene una rejilla que impide que la suciedad entre al tanque.

TANQUE PRESURIZADO

El tanque presurizado está completamente sellado. La presión atmosférica no afecta la presión del tanque. Sin embargo, a medida que el aceite fluye por el sistema, absorbe calor y se expande. La expansión del aceite comprime el aire del tanque. El aire comprimido obliga al aceite a fluir del tanque al sistema. La válvula de alivio de vacío tiene dos propósitos: evita el vacío y limita la presión máxima del tanque. La válvula de alivio de vacío evita que se forme vacío en el tanque al abrirse y permite que entre aire al tanque cuando la presión del tanque cae a valores próximos a 3,45 kPa. Cuando la presión del tanque alcanza el ajuste máximo de presión de la válvula de alivio de vacío, la válvula se abre y descarga el aire atrapado a la atmósfera.

FILTROS

Los filtros son muy utilizados ya que la filtración del fluido hidráulico es necesaria para evitar que la suciedad producida por el funcionamiento normal del sistema termine afectando a elementos sensibles de la instalación, como puedan ser, válvulas o la propia bomba hidráulica.

Cualquier filtro estará compuesto de una carcasa exterior o envolvente, que contendrá en su interior el material filtrante.

Adicionalmente, se dispone de de una válvula de by-pass, tipo antirretorno, que se abrirá cuando el material filtrante esté colmado, de manera que permita un by-pass o paso del flujo del fluido hidráulico evitando así que el circuito se colpase por culpa del atasco en el filtro.

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Un filtro puede ocupar diversas posiciones dentro del circuito hidráulico, ofreciendo prestaciones muy diversas según se explica a continuación:

Filtro situado en el conducto de impulsión: dada su situación, en la salida de la bomba, se sitúa en la línea de alta presión. Esto condiciona que los filtros así situados requieran de una mayor robustez. No obstante, en esta posición se consiguen filtrados más exigentes.

Filtro situado en circuito independiente:

Para circuitos con altas exigencias, el filtro se puede situar en un circuito independiente que también realice labores de refrigeración del fluido hidráulico.

Filtro situado en la aspiración de la bomba:

Es la mejor posición si lo que se pretende es proteger a la bomba. No obstante, aumenta el riesgo que se produzca cavitación en su aspiración debido a la pérdida de carga que se origina en el fluido por su paso por el filtro. Por ello, si se coloca el filtro en esta posición, éste debe ser de un tipo que ofrezca poca pérdida de carga localizada, como puedan ser los de tipo de mallas metálicas y los filtros de superficie con huecos de tamaño grande. El tamaño de las partículas filtradas colocando el filtro en esta posición son relativamente grandes.

ACUMULADORES HIDRAULICOS

Un elemento muy común en cualquier instalación industrial en dónde haya una cierta cantidad de equipos hidráulicos es el acumulador hidráulico. Es un elemento importante que debemos incluir en las listas de equipos a comprobar periódicamente.

Un acumulador hidráulico es simplemente un recipiente a presión diseñado para aguantar la presión máxima del sistema y pensado para acumular energía en forma de volumen de aceite que podemos utilizar en un momento determinado. Este volumen de aceite extra lo conseguimos comprimiendo un gas introducido en el acumulador, son los llamados acumuladores hidroneumáticos. Nos ocuparemos de ellos por ser los más utilizados en la industria.

Las funciones del acumulador son principalmente:

almacenamiento de energía accionamiento de emergencia compensación de fugas de aceite compensación de volumen absorción de golpes

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amortiguación de pulsaciones de presión

Interiormente, el acumulador lleva una parte llena del fluido hidráulico conectada al circuito y otra parte llena con el gas a comprimir, generalmente nitrógeno. Ambas partes necesitan estar separadas por un medio elástico, o bien una membrana o bien una vejiga. Cuando la presión del circuito supera la presión del nitrógeno, el aceite comienza a acumularse comprimiendo el gas, si la presión del circuito disminuye, el volumen de aceite acumulado en el recipiente es devuelto al mismo gracias a la expansión del nitrógeno.

Atendiendo a la forma constructiva del acumulador podemos clasificarlos:

acumulador de vejiga acumulador de membrana acumulador de embolo

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Equipos de intercambio de calor entre dos fluidos, usados en los sistemas hidráulicos para enfriar el aceite y mantenerlos a temperaturas normales de trabajo recomendadas para los componentes hidráulicos de sistema, pueden ser de los tipos agua-aceite y aire-aceite. Usados tanto en circuitos hidráulicos abiertos como

cerrados. Se cuenta con una amplia gama de intercambiadores de calor, para aplicaciones industriales.

El equipo de transferencia de calor se define por las funciones que desempeña en un proceso. Los intercambiadores recuperan calor entre dos corrientes en un proceso. Los calentadores se usan primeramente para calentar fluidos de proceso, y generalmente se usa vapor con este fin. Los enfriadores se emplean para enfriar fluidos en un proceso, el agua es el medio enfriador principal.

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RACORES

Un racor es una pieza metálica sin roscas internas en sentido inverso, que sirve para unir dos tramos de tubería.

Las conexiones se clasifican básicamente en dos tipos: las Reusables y las Permanentes. Las primeras son conexiones que se pueden recuperar y ensamblar otra vez en una manguera nueva. Tradicionalmente esto se da en aplicaciones de presión moderada, donde en los rangos de baja presión se utilizan conexiones de una pieza en material de latón, mientras en media y alta presión se utilizan conexiones de dos piezas generalmente en acero. Las conexiones permanentes se sujetan a la manguera por una deformación del metal a través de troqueles y un equipo de acoplamiento.Las hay de una sola pieza y de dos piezas, donde el tipo de troquelado puede ser característico de una determinada marca. 

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SISTEMAS NEUMATICOS

1.-ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO

Surge la necesidad de tratar el aire para su utilización debido a la presencia de elementos indeseables que se pueden constituir en una fuente de posteriores desperfectos y deterioros de los componentes neumáticos.

Se da esta denominación a toda clase de equipos colocados antes de la máquina o instalación, y cuya función es suministrar el aire en las condiciones necesarias para su óptimo empleo.

El aire comprimido se debe utilizar limpio de toda impureza (partículas en suspensión, polvo, agua); debe ser regulado a la presión necesaria de utilización y debe estar oportunamente lubricado, si así se requiere. Aquí estudiaremos los filtros, los reguladores de presión y los lubrificadores.

Desarrollaremos dos configuraciones:

1) A la salida del compresor:

Post-enfriadores: estos pueden ser aire - agua o aire - aire:

Son los más utilizados para el tratamiento del aire comprimido. Se instalan inmediatamente a la salida del compresor y reducen la temperatura del aire comprimido hasta unos 25ºC, con lo que se consigue eliminar un gran porcentaje de agua y aceites contenidos en el aire (70 a 80%). Constan, en general de un serpentín o un haz tubular por donde circula el aire comprimido, circulando el fluido refrigerante (aire o agua) en contracorriente por el exterior de los mismos. A la salida del refrigerador se encuentra un separador-colector en el que se acumulan el agua y aceite condensados durante la refrigeración.

2) A la salida del depósito:

Secadores de aire

El aire comprimido tiene un elevado porcentaje de humedad, motivo este que reduce la vida útil de los sistemas neumáticos. Por ello se instalan secadores de aire para reducir estos niveles y llevarlos a valores deseados.

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Métodos:

a) Secado por enfriamiento

b) Secado por adsorción

c) Secado por absorción

Secado por enfriamiento:

Se basa en la propiedad del aire de contener tanto menos vapor de agua cuanto menor es su temperatura, de manera que si lo enfriamos, el agua o parte de ella, precipitará pudiendo recogerse en el fondo del recipiente y purgandose al exterior.

Filtro de aire comprimido.

Su misión es limpiar el aire circulante de impurezas y precipitar el agua para su posterior purga.

Al entrar el aire en el deposito, es sometido a un movimiento de rotación por las ranuras directrices, que desprenden los componentes líquidos por centrifugación; las porciones de suciedad grandes precipitan por gravedad. La condensación acumulada se deberá vaciar antes de que alcance la altura máxima permitida, pues de no hacerlo así, la corriente llevará consigo las impurezas hacia la salida de aire.

Los componentes sólidos de mayor tamaño que el poro del cartucho filtrante son retenidos por él. Después de un tiempo de funcionamiento este cartucho quedará obturado si no se cambia o se limpia. El tamaño de los poros de los filtros más comunes está entre 30 y 70 μm.

Los filtros finos tienen un tamaño de poro de hasta 3 μm.

- Funcionamiento de la purga automática acoplada al filtro.

El condensado dentro del filtro de aire llega a la cámara de purga entre los discos de estanqueidad. A medida que aumenta la cantidad de condensado sube el flotador con lo que llegará un momento en que abrirá el orificio superior del vástago que dejará pasar aire comprimido, este a su vez abre el paso cerrado por los discos de estanqueidad y deja salir el agua e impurezas depositadas en el fondo del filtro.

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Los filtros de aire comprimido tienen por función detener las partículas sólidas que hay en el aire y eliminar el agua condensada en el aire. Los filtros se fabrican en diferentes modelos y deben tener drenajes acondicionados manualmente, semiautomática o automáticamente. Los depósitos deben construirse de material irrompible y transparente. Generalmente pueden limpiarse con cualquier detergente pero no con disolventes tricloro-etilénicos que pueden perjudicar el material del vaso.

El funcionamiento en general es el siguiente: el aire entra en el depósito a través de un deflector direccional, que obliga a fluir en forma de remolino. Consecuentemente, la fuerza centrífuga creada arroja las partículas líquidas contra la pared del vaso y estas se deslizan hacia la parte inferior del mismo, depositándose en la zona de calma.

En general la cabeza de los filtros suele ser de aluminio inyectado, latón estampado o fundición de aluminio. La cuba se construye de plástico inyectado (metacrilato, acetatos, etc.). Los deflectores, cabezas de protección del cartucho y zonas de calma suelen ser de plástico tipo nylon, rilsan, etc.

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2. PROUCCIÓN DE ENERGÍA NEUMÁTICA.

ELEMENTOS GENERADORES DE ENERGÍA. En los sistemas neumáticos se utiliza un compresor, el cual es accionado por medio de un motor eléctrico o de combustión interna.

Compresores.

La presión atmosférica es una presión muy pequeña como para poder ser utilizada en los circuitos neumáticos. Por ello es necesario disponer de aire a presiones superiores, obteniendo de esta forma lo que se conoce como aire comprimido. El elemento cuya función es la de elevar la presión del aire se denomina compresor. De esta forma podemos definir como compresor a una máquina que toma el aire en unas determinadas condiciones y lo impulsa a una presión mayor a la de entrada. El compresor para poder realizar este trabajo de compresión debe tomar la energía de un motor eléctrico.

En los elementos neumáticos cada una de los elementos que lo forman son representados por símbolos. En la figura se representa el símbolo correspondiente al compresor.

TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE COMPRESORES

Compresores Alternativos. La compresión se realiza al aspirar aire de un recinto hermético y reducir su volumen hasta alcanzar la presión deseada.

Compresores Rotativos. Basan su principio de funcionamiento en las leyes de la dinámica de fluidos. Transforman la energía cinética de un fluido en energía de presión.

Con los diferentes modelos que existen en el mercado para cada uno de los dos tipos de compresores, se puede establecer un esquema de visión general como el siguiente:

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Tipos de compresores:

Compresor de émbolo.

Este compresor aspira el aire a la presión atmosférica y luego lo comprime. Se compone de las válvulas de admisión y escape, émbolo y biela-manivela. Admisión: El árbol gira en el sentido del reloj. La biela desciende el émbolo hacia abajo y la válvula de admisión deja entrar aire 10º después del punto muerto superior, hasta el punto muerto inferior. Escape: En el punto muerto inferior le válvula se cierra, y al ascender el émbolo se comprime el aire. Bajo el efecto de la presión, se abre y circula el aire comprimido hacia el consumidor.

El compresor más habitual en las industrias ya que es barato y robusto. Por otro lado, necesita lubricación para su funcionamiento y produce elevado calentamiento del aire.

Se puede utilizar tanto para equipos estacionarios como móviles, en una gran variedad de tamaños. Los más grandes pueden llegar a entregar caudales superiores a los 500 m3/min. Las presiones suelen alcanzar los 6-7 bares.

Compresor de émbolo de dos etapas.

El movimiento molecular, provoca una elevación de la temperatura: Ley de transformación de la energía. Si se desean obtener presiones mayores es necesario disminuir la temperatura. En este tipo de compresores existe una cámara de enfriamiento del aire antes de pasar a la segunda compresión.

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Compresor de émbolo, de dos etapas, doble acción.

La compresión se efectúa por movimiento alternativo del émbolo. El aire es Aspirado, comprimido, enfriado y pasa a una nueva compresión para obtener una presión y rendimiento superior.

Compresor de émbolo con membrana.

El funcionamiento es similar al del compresor de émbolo. La aspiración y comprensión la realiza la membrana, animada por un movimiento alternativo. El interés de este compresor radica en la ausencia de aceite en el aire impulsado por este tipo.

Normalmente no superan los 30m3/h de caudal. Se utilizan para presiones inferiores a los 7 bares.

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Compresor radial de paletas.

Un rotor excéntrico, dotado de paletas gira en un alojamiento cilíndrico. La estanqueidad en rotación se asegura por la fuerza centrífuga que comprime las paletas sobre la pared. La aspiración se realiza cuando el volumen de la cámara es grande y resulta la compresión al disminuir el volumen progresivamente hacia la salida. Pueden obtenerse presiones desde 200 a 1000 kPa (2 a 10 bares), con caudales entre 4 y 15 m³/min.

Necesitan lubricación para las piezas móviles, reducir el rozamiento de las paletas y mejorar la estanqueidad.Suelen utilizarse en campos o instalaciones que exijan caudales inferiores a 150m3/h y presiones máximas de 7 bares.

Compresor de tornillo.

La aspiración y la compresión se efectúan por dos tornillos, uno engrana en el otro. La compresión se realiza axialmente. Pueden obtenerse a presiones de 1000kPa (10 bares) caudales entre 30 a 170 m³/min.

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Es necesario lubricar las piezas móviles con aceite, para evitar severos desgastes y refrigerar los elementos. Este aceite se deberá separar del aire comprimido mediante un separador aire-aceite.

Pueden dar caudales elevados, 24.000m3/h y presiones cercanas a los 10 bares. También se pueden colocar en serie varias etapas, llegando a presiones de 30 bares.

Compresor Rooths (Lóbulos).

Dos llaves que giran en sentido inverso encierran cada vuelta un volumen de aire entre la pared y su perfil respectivo. Este volumen de aire es llevado al fin del giro a la presión deseada.

Estos compresores no modifican el volumen de aire aspirado. Lo impulsan. La compresión se efectúa gracias a la introducción de más volumen de aire del que puede salir. Los caudales máximos está entorno a los 1500m3/h. Las presiones no suelen superar los 1-2 bares.

Su principio de funcionamiento se basa en aspirar aire e introducirlo en una cámara que disminuye su volumen. Está compuesto por dos rotores, cada uno de los álabes, con una forma de sección parecida a la de un ocho. Los rotores están conectados por dos ruedas dentadas y giran a la misma velocidad en sentido contrario, produciendo un efecto de bombeo y compresión del aire de forma conjunta.

Turbo compresor.

Este tipo de compresor es una turbina de tres etapas. El aire es aspirado, y su presión se eleva en cada etapa 1.3 veces aproximadamente.

Turbocompresor radial.

El aire aspirado axialmente es introducido a una velocidad muy alta. La compresión tiene lugar radialmente. Este tipo de compresor es recomendable

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cuando se desean grandes caudales. Entre las diferentes etapas hay que tener previsto las cámaras de enfriamiento.

Se basan en el principio de la compresión de aire por fuerza centrífuga y constan de un rotor centrifugo que gira dentro de una cámara espiral, tomando aire en sentido axial y arrojándolo a gran velocidad en sentido radial. La fuerza centrífuga que actúa sobre el aire lo comprime contra la cámara de compresión.

Pueden ser de una o varias etapas de compresión consecutivas, alcanzándose presiones de 8-12 bares y caudales entre 10.000 y 20.000m3/h. Son máquinas de alta velocidad, siendo esta un factor fundamental en el funcionamiento ya que está basado en principios dinámicos, siendo la velocidad de rotación del orden de las 15.000 a 20.000 r.p.m.

Compresor Radial

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3.-SISTEMA DE CONDUCCION: TUBERIAS NEUMATICOS

El aire comprimido suministra fuerza a las herramientas llamadas neumáticas, como perforadoras, martillos, remachadoras o taladros de roca. El aire comprimido también se emplea en las minas de carbón para evitar que se produzcan explosiones por las chispas de las herramientas eléctricas que hacen detonar las bolsas de grisú

Una gran instalación neumática se compone de diferentes dispositivos sencillos de trabajo. La acción combinada de estos diferentes dispositivos forma el conjunto del mando neumático.

El suministro del aire comprimido para instalaciones neumáticas comprende los apartados siguientes:

Producción del aire comprimido mediante compresores.

Acondicionamiento del aire comprimido para  las instalaciones neumáticas.

Conducción del aire comprimido hacia los puntos de utilización.

 

Conducción del aire comprimido

La misión de la red de aire comprimido es llevar este desde la zona de compresores hasta los puntos de utilización.

Se entiende por red de aire comprimido el conjunto de todas las tuberías que parten del depósito, colocadas de modo que queden fijamente unidas entre sí, y que conducen el aire comprimido a los puntos de conexión para los consumidores individuales. Deberá tener: Mínima pérdida de presión, Mínima pérdida de aire por fugas y Mínima cantidad de agua en la red y en los puntos de utilización.

Para determinar el diámetro correcto de las redes de aire es necesario considerar diversos factores. Estos son: El caudal de aire, La caída de presión admisible, La longitud de tubería y La presión de trabajo.

El caudal de aire comprimido es una magnitud que se determina según el planteamiento. Este puede ser igual a la capacidad del compresor o puede ser

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incrementado y debe ser suficientemente holgado, teniendo en cuenta futuras expansiones en la planta.

La caída de presión y la velocidad de circulación se hallan relaciona" estrechamente. Cuanto mayor es la velocidad de circulación, mayor es' caída de presión; pero en la caída de presión también influyen o ' 4 factores como la rugosidad de la pared interior de la tubería, la longitud tubería y el número de accesorios instalados. La velocidad de circulad del aire comprimido en las tuberías debe estar comprendida entre 6 y mis. La caída de presión no debe superar, en lo posible, el valor de kplcm2

La longitud de la tubería se determina a partir del trazado de la instalación y deben ser tenidos en cuenta los accesorios instalados. Los fabricantes de compresores han desarrollado nomogramas para determinar con facilidad el diámetro de tubería más adecuado.

Monograma para determinar el diámetro de una tubería

Las tuberías de aire comprimido de instalación fija deben ser accesibles en la medida que sea posible, para facilitar la vigilancia o comprobación d la estanqueidad de la red, por lo que ha de evitarse su colocación empotrada en paredes.

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Las tuberías de alimentación horizontales deben colocarse con una pendiente del 1 + 2 % en el sentido de la circulación

Las derivaciones verticales hacia abajo no deben terminar en la conexión para el consumidor, sino que deben prolongarse un poco más con el fin de que el agua de condensación producida se acumule en el punto más bajo y no pase al consumidor

Las tuberías que parten de la tubería principal deben derivarse siempre dirigiéndolas hacia arriba.

Las distribuciones empleadas para el tendido de una red de aire son:

a) Una larga tubería, extendida a todo lo largo de las naves del edificio con los necesarios bajantes a los puntos de utilización.

b) Tendido en circuito cerrado o en anillo. Normalmente se prefiere este sistema circular porque no tiene extremos muertos, el suministro de aire comprimido es equilibrado y las fluctuaciones de la presión se reducen considerablemente. Además, con la ayuda de válvulas de cierre situadas estratégicamente, parte de este circuito puede ser desconectado, manteniendo en servicio la parte restante.

En una red de aire pueden distinguirse: Línea principal, Línea secundaria y Las tomas de los aparatos.

Por su morfología las líneas se dividen en: Líneas Abiertas (ramificadas) y Líneas Cerradas (Reticuladas)

Las redes ramificadas, se caracterizan por una entrada general que se va descomponiendo progresivamente en otras más pequeñas hasta llegar a las diferentes utilizaciones. Este tipo de red es más económica y se emplea en instalaciones de pequeña envergadura. El inconveniente principal es que cuando se estropea un ramal, queda sin servicio una gran parte de la instalación.

Las redes reticulares son más caras por incluir mucho más material de instalación, pero poseen la ventaja de que una avería en cualquiera de las zonas de la red no afecta nada más que a una sección limitada del conjunto, si se han previsto las suficientes válvulas seccionadoras. Se emplea este sistema siempre que la red sea de cierta importancia y responsabilidad.

La red de tuberías se monta preferentemente con tubos de acero y uniones soldadas. La ventaja de la unión de tubos por soldadura es la buena estanqueidad y el precio. El inconveniente de las uniones soldadas es la producción de partículas de óxido; no obstante, con la inclusión de una unidad de mantenimiento

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delante del consumidor, las partículas son arrastradas por la corriente de aire y se depositan en el colector de condensación

Tuberías flexibles

Las tuberías y flexibles que se emplean en los sistemas de conexión descritos son de medidas métricas de 4,6, 8, 10, 12, 14 Y más milímetros de diámetro exterior con diferentes espesores de pared. Las roscas de conexionado a los elementos de automatismo, en el continente europeo, son en general de roscas tipo B.S.P. con calibres de 1/8, 1/4,3/8, 1/2,3/4, etc. En el continente americano los diámetros exteriores de los tubos son, generalmente, medidos en pulgadas y las roscas de adaptación a elementos de automatismo en roscas N.P.T.

En cuanto a materiales se refiere, los tubos de diámetros métricos emplea- dos se fabrican en nylon 11, poliuretano, polipropileno, etc. El nylon y poliuretano se fabrican en diferentes colores, permitiendo la selección de los diferentes circuitos. El color negro se emplea preferentemente en sistemas que deben resistir la intemperie.

Las tuberías rígidas empleadas suelen ser de cobre, cobre recubierto de PVC, acero, acero inoxidable, etc., empleándose para infinidad de fluidos además del aire comprimido, atendiendo siempre a las tablas de compatibilidades.

En cuanto se refiere a la instalación de flexibles para conducir el fluido a zonas de máquinas con movimientos relativos, es necesario cumplir cuatro condiciones principales:

1) Los flexibles no deben ser sometidos a tracción.

2) Los flexibles no deben ser sometidos a torsión.

3) Los flexibles no deben someterse a curvaturas exageradas que sobrepasen las prescripciones del fabricante.

4) En caso de limitación de espacio, utilizar codos y curvas rígidas de adaptación.

Como norma visual orientativa de la instalación de flexibles, se ha preparado la figura 6.26, que habla por sí sola y reúne suficientes posibilidades orientadoras de multitud de aplicaciones básicas.

La instalación de tuberías de nylon tiende siempre a adquirir un aspecto desaliñado, por lo que, para la organización y presentación de las instalaciones con este tipo de tubos, es preciso utilizar elementos exteriores de ordenamiento como:

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-Canaletas ranuradas con tapa, iguales a las empleadas en instalaciones eléctricas.

-Clip sujeto a elementos resistentes.

-Corbatillas de nylon para agrupar tubos de recorridos paralelos.

4.-VALVULAS EN EL SISTEMA NEUMATICO.

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Válvulas distribuidoras:

Dirigen el aire comprimido hacía varias vías en el arranque, la parada y el cambio de sentido del movimiento del pistón dentro del cilindro.

- Válvula normal cerrada = no permite el paso del aire en posición de reposo. Si se acciona, permite circular el aire comprimido.

- Válvula normal abierta = en reposo el paso del aire está libre y al accionarla se cierra.

- Posición de partida = un movimiento de las partes móviles de una válvula al estar montada en un equipo y alimentarla a la presión de la red neumática.

Los cilindros accionados por las válvulas distribuidoras se representan con las letras A, B, C, etc. Los sensores asociados de posición inicial y final del vástago con un código alfa numérico.

Para representar a las funciones de las válvulas distribuidoras se utilizan símbolos que indican el número de posiciones y de vías de la válvula y su funcionamiento., siendo las líneas el número de tuberías o de conductos, cuya unión se representa mediante un punto.

Las conexiones se representan por medio de trazos externos unidos al cuadrado. La casilla indica la posición de reposo de la válvula distribuidora, es decir, la posición que ocupa cuando la válvula no estar accionada. La posición inicial es la que toma la válvula cuando se establece la presión o bien la conexión de la tensión eléctrica y es la posición por medio de la cual comienza el programa preestablecido.

Válvulas de control de presión.

Las válvulas de control de presión se usan para controlar la presión de un circuito o de un sistema. Aunque las válvulas de control tienen diferentes diseños, su función es la misma. Algunos tipos de válvulas de control de presión son: válvulas de alivio, válvulas de secuencia, válvulas reductoras de presión, válvulas de presión diferencial y válvulas de descarga.

Válvulas de alivio

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Los sistemas hidráulicos se diseñan para operar dentro de cierta gama de presión. Exceder esta gama puede dañar los componentes del sistema o convertirse en un peligro potencial para el usuario. La válvula de alivio mantiene la presión dentro de límites específicos y, al abrirse, permite que el aceite en exceso fluya a otro circuito o regrese al tanque.

Válvula de alivio de presión simple, presión de apertura de la válvula:

La válvula de alivio simple (también llamada válvula de accionamiento directo) se mantiene cerrada por acción de la fuerza del resorte. La tensión del resorte se ajusta a una “presión de alivio”. Sin embargo, el ajuste de la presión de alivio no es la presión a la que la válvula comienza a abrirse. Cuando ocurre una condición que causa resistencia en el circuito al flujo normal de aceite, el flujo de aceite en exceso hace que la presión de aceite aumente. El aumento de la presión de aceite produce una fuerza en la válvula de alivio. Cuando la fuerza de la presión de aceite, en aumento, sobrepasa la fuerza del resorte de la válvula de alivio, la válvula se mueve contra el resorte y la válvula comienza a abrirse. La presión requerida para comenzar a abrir la válvula se llama “presión de apertura”. La válvula se abre lo suficiente para permitir que sólo el aceite en exceso fluya a través de la válvula.

Válvula de alivio de presión simple, ajuste de la presión de alivio: Un aumento en la resistencia del flujo de aceite aumenta el volumen de aceite en exceso y por lo tanto la presión del circuito. El aumento de presión del circuito sobrepasa la nueva tensión del resorte y hace que se abra la válvula de alivio. El proceso se repite hasta que todo el flujo de la bomba esté fluyendo a través de la válvula de alivio. Este es el “ajuste de la presión de alivio”. La válvula de alivio simple se usa generalmente cuando el volumen del flujo de aceite en exceso es bajo o se necesita una respuesta rápida. Esto hace a la válvula de alivio simple, ideal para aliviar presiones por choque o como válvula de seguridad.

5. ACTUADORES

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Actuadores neumáticos e hidráulicos. Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas. Pueden ser hidráulicos, neumáticos o eléctricos.

El trabajo realizado por un actuador neumático puede ser lineal o rotativo. El movimiento lineal se obtiene por cilindros de émbolo (éstos también proporcionan movimiento rotativo con variedad de ángulos por medio de actuadores del tipo piñón-cremallera). También encontramos actuadores neumáticos de rotación continua (motores neumáticos), movimientos combinados e incluso alguna transformación mecánica de movimiento que lo hace parecer de un tipo especial.

Los actuadores se dividen en 2 grande grupos: cilindros y motores.

Clasificación Aunque en esencia los actuadores neumáticos e hidráulicos son idénticos, los neumáticos tienen un mayor rango de compresión y además existen diferencias en cuanto al uso y estructura.

Se clasifican en actuadores lineales y giratorios.

ACTUADORES NEUMÁTICOS LINEALES

El cilindro neumático consiste en un cilindro cerrado con un pistón en su interior que desliza y que transmite su movimiento al exterior mediante un vástago. Se compone de las tapas trasera y delantera, de la camisa donde se mueve el pistón, del propio pistón, de las juntas estáticas y dinámicas del pistón y del anillo rascador que limpia el vástago de la suciedad. Los cilindros neumáticos independientemente de su forma constructiva, representan los actuadores más comunes que se utilizan en los circuitos neumáticos. Existen dos tipos fundamentales de los cuales derivan construcciones especiales.

- Cilindros de simple efecto, con una entrada de aire para producir una carrera de trabajo en un sentido.

- Cilindros de doble efecto, con dos entradas de aire para producir carreras de trabajo de salida y retroceso.

Cilindros de simple efecto Un cilindro de simple efecto desarrolla un trabajo sólo en un sentido. El émbolo se hace retornar por medio de un resorte interno o por algún otro medio externo como cargas, movimientos mecánicos, etc. Puede ser de

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tipo “normalmente dentro” o “normalmente fuera”. Los cilindros de simple efecto se utilizan para sujetar, marcar, expulsar, etc. Tienen un consumo de aire algo más bajo que un cilindro de doble efecto de igual tamaño. Sin embargo, hay una reducción de impulso debida a la fuerza contraria del resorte, así que puede ser necesario un diámetro interno algo más grande para conseguir una misma fuerza. También la adecuación del resorte tiene como consecuencia una longitud global más larga y una longitud de carrera limitada, debido a un espacio muerto.

Tipos de cilindros de simple efecto: Cilindros de émbolo, cilindros de membrana, cilindros de membrana enrollable.

Cilindros de émbolo:

Cilindros de doble efecto Los cilindros de doble efecto son aquellos que realizan tanto su carrera de avance como la de retroceso por acción del aire comprimido. Su denominación se debe a que emplean las dos caras del émbolo (aire en ambas cámaras), por lo que estos componentes sí pueden realizar trabajo en ambos sentidos. Sus componentes internos son prácticamente iguales a los de simple efecto, con pequeñas variaciones en su construcción. Algunas de las más notables las encontramos en la culata anterior, que ahora ha de tener un orificio roscado para poder realizar la inyección de aire comprimido (en la disposición de simple efecto este orificio no suele prestarse a ser conexionado, siendo su función la comunicación con la atmósfera con el fin de que no se produzcan contrapresiones en el interior de la cámara).

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El campo de aplicación de los cilindros de doble efecto es mucho más extenso que el de los de simple, incluso cuando no es necesaria la realización de esfuerzo en ambos sentidos. Esto es debido a que, por norma general (en función del tipo de válvula empleada para el control), los cilindros de doble efecto siempre contienen aire en una de sus dos cámaras, por lo que se asegura el posicionamiento. Para poder realizar un determinado movimiento (avance o retroceso) en un actuador de doble efecto, es preciso que entre las cámaras exista una diferencia de presión. Por norma general, cuando una de las cámaras recibe aire a presión, la otra está comunicada con la atmósfera, y viceversa. Este proceso de conmutación de aire entre cámaras nos ha de preocupar poco, puesto que es realizado automáticamente por la válvula de control asociada.

En definitiva, podemos afirmar que los actuadores lineales de doble efecto son los componentes más habituales en el control neumático. Esto es debido a que: - Se tiene la posibilidad de realizar trabajo en ambos sentidos (carreras de avance y retroceso). - No se pierde fuerza en el accionamiento debido a la inexistencia de muelle en oposición. - Para una misma longitud de cilindro, la carrera en doble efecto es mayor que en disposición de simple, al no existir volumen de alojamiento.

Otros tipos de cilindros:

Cilindro neumático de fuelle. También conocido como motor neumático de fuelle, incorpora un cilindro de doble efecto, un sistema de accionamiento de válvula de control direccional y dos tornillos de regulación de velocidad de avance y retroceso.

Cilindro neumático de impacto El vástago de este cilindro se mueve a una velocidad elevada del orden de los 10 m/s y esta energía se emplea para realizar

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trabajos de marcado de bancadas del motor, de perfiles de madera, de componentes electromecánicos y trabajos en presas de tiempo embutición, estampado, remachado, doblado, etc.

Cilindro neumático sin vástago

Cuando el espacio disponible para el cilindro es limitado, el cilindro neumático sin vástago es la elección. Puede tener una carrera relativamente larga de unos 800 mm y mayor.

Cilindro neumático guiado Uno de los problemas que presentan los cilindros convencionales es el movimiento de giro que puede sufrir el vástago, ya que el pistón, el vástago y la camisa del cilindro son de sección circular, por lo que ninguno de ellos evita la rotación. En algunas aplicaciones la rotación libre no es tolerable por lo que es necesario algún sistema anti giro. Uno de los sistemas que aparte de la función anti giro tiene otras ventajas es el cilindro neumático guiado que contiene dos o más pistones con sus vástagos, lo que da lugar a una fuerza doble de la de los cilindros convencionales.

Cilindros de doble efecto multiposición. Consisten en dos o más cilindros de doble efecto acoplados en serie. Dos cilindros con carreras diferentes permiten obtener cuatro posiciones diferentes del vástago.

Cilindros tándem Está constituido por dos cilindros de doble efecto que forman una unidad. Gracias a esta disposición, al aplicar simultáneamente presión sobre los dos émbolos se obtiene en el vástago una fuerza de casi el doble de la de un cilindro normal para el mismo diámetro.

ACTUADORES NEUMÁTICOS GIRATORIOS.

Los actuadores rotativos o giratorios son los encargados de transformar la energía neumática en energía mecánica de rotación. Dependiendo de si el móvil de giro tiene un ángulo limitado o no, se forman los dos grandes grupos a analizar:

Actuadores de giro limitado Son aquellos que proporcionan movimiento de giro pero no llegan a producir una revolución (exceptuando alguna mecánica particular como por ejemplo piñón – cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro de 90º, 180º..., hasta un valor máximo de unos 300º (aproximadamente).

Motores neumáticos Proporcionan un movimiento rotatorio constante. Se caracterizan por proporcionar un elevado número de revoluciones por minuto.

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ACTUADORES DE GIRO LIMITADO Actuador de paleta: El actuador de giro de tipo paleta quizá sea el más representativo dentro del grupo que forman los actuadores de giro limitado. Estos actuadores realizan un movimiento de giro que rara vez supera los 270º, incorporando unos topes mecánicos que permiten la regulación de este giro. Están compuestos por una carcasa, en cuyo interior se encuentra una paleta que delimita las dos cámaras. Solidario a esta paleta, se encuentra el eje, que atraviesa la carcasa exterior. Es precisamente en este eje donde obtenemos el trabajo, en este caso en forma de

movimiento angular limitado. Tal y como podemos apreciar en la figura, el funcionamiento es similar al de los actuadores lineales de doble efecto. Al aplicar aire comprimido a una de sus cámaras, la paleta tiende a girar sobre el eje, siempre y cuando exista diferencia de presión con respecto a la cámara contraria (generalmente comunicada con la atmósfera). Si la posición es inversa, se consigue un movimiento de giro en sentido contrario. Estos componentes presentan ventajas propias de los componentes de última generación, tal y como amortiguación en final de recorrido, posibilidad de detección magnética de la posición (mecánica o magnética), etc. La detección mecánica se ejecuta mediante elementos móviles exteriores ajustables en grado mediante nonio graduado.

Los cilindros que funcionan como actuadores giratorios, de giro limitado, son el cilindro giratorio de pistón-cremallera-piñón en el que el movimiento lineal des pistón es transformado en un movimiento giratorio mediante un conjunto de piñón

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y cremallera y el Cilindro de aletas giratorias de doble efecto para ángulos entre 0° y 270°. En la siguiente figura el cilindro pistón-cremallera-piñón:

Motores de aire comprimido Su ángulo de giro no está limitado, hoy es uno de los elementos de trabajo más empleados que trabajan con aire comprimido. Tipos de motores -embolo -aletas -engranajes

Motores de émbolo Su accionamiento se realiza por medio de cilindros de movimiento alternativo, el aire comprimido acciona a través de una biela el cigüeñal del motor. La potencia de estos motores depende: a.- de la presión de entrada b.- del número de émbolos c.- de la superficie y velocidad de los émbolos.

Existen dos tipos de motores de émbolos a.- Motor de émbolo axial b.- Motor de émbolo radial

El funcionamiento de ambos es idéntico. Constan de cinco cilindros dispuestos axialmente, la fuerza se transforma por medio de un plato oscilante en un movimiento rotativo. El aire lo reciben dos cilindros simultáneamente al objeto de equilibrar el par y obtener un funcionamiento normal. Estos motores se ofrecen para giro a derechas y a izquierdas.

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Motores de aletas Son de construcción sencilla y por tanto de reducido peso, constan de un rotor excéntrico dotado de ranuras, el cual gira en una cámara cilíndrica. En las ranuras se deslizan unas aletas, que son empujadas contra la pared interior del cilindro por el efecto de la fuerza centrífuga, y en otros casos por medio de resortes o muelles, garantizándose así la estanqueidad de las diversas cámaras. Es suficiente una pequeña cantidad de aire para empujar las aletas, y se va dilatando a medida que el volumen de la cámara aumenta

Motor de engranajes En estos motores, el par de rotación es generado por la presión que ejerce el aire sobre los flancos de los dientes de los piñones

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engranados, uno de los piñones es solidario con el eje del motor. Estos motores se utilizan generalmente en máquinas propulsores de gran potencia, su sentido de rotación es reversible.

OTROS ELEMENTOS

Existen diferentes tipos de regulación:

Regulación en vacío:

Regulación por purgado

Regulación por cierre

Regulación por pinza

Regulación de carga parcial:

Regulación de velocidad

Regulación por aspiración estrangulada

Regulación de todo o nada.

En la regulación por purgado el compresor trabaja en contra de una válvula

imitadora de presión. Una vez conseguida la presión ajustada, la válvula

imitadora de presión se abre y el aire sale al exterior. Una válvula anti retorno

evita el vaciado del recipiente. Esta regulación únicamente se aplica en

instalaciones muy pequeñas.

En la regulación por cierre se bloquea el lado de aspiración. El compresor no

puede aspirar. Este tipo de regulación se aplica sobre todo en compresores de

émbolo giratorio.

En compresores de émbolo más grandes se aplica la regulación por pinza.

Una pinza mantiene la válvula de aspiración abierta, el compresor no puede

comprimir el aire.

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En esta regulación el compresor adopta alternativamente el régimen de

marcha a carga máxima y reposo. El motor de accionamiento del compresor se

desconecta al alcanzar la Pmax, y vuelve a conectarse al alcanzar la Pmin.

REGULACION DE CARGA PARCIAL

En la regulación de la velocidad se regula la velocidad del motor de acciona-

miento del compresor en función de la presión alcanzada.

En la regulación por aspiración estrangulada, la regulación se realiza mediante

un estrangulamiento en la conexión de aspiración del compresor.

SECADORES DE AIRE

La humedad (el agua) llega a través del aire aspirado del compresor a la red.

El porcentaje de humedad depende en primer lugar de la humectada relativa

del aire. La humedad relativa del aire depende de la temperatura del aire y de

la situación meteorológica.

La humedad absoluta es la cantidad de vapor de agua contenida realmente en

un m3 de aire. La cantidad saturada es la cantidad de vapor de agua que

puede absorber un m3 de aire con la correspondiente temperatura máxima.

Si la relativa humedad del aire es indicada en tanto por cien. es válida la

siguiente formula:

Humedad relativa=humedad absolutacantidad saturada

x 100%

Como la cantidad saturada depende de la temperatura, la humedad relativa

cambia según la temperatura, incluso si la humedad absoluta permanece

constante. Si se alcanza el punto de condensación, aumenta la humedad

relativa a un 100%.

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El aire comprimido con un contenido demasiado elevado de humedad reduce la

vida útil de los sistemas neumáticos. En consecuencia es necesario instalar

secadores de aire con el fin de reducir el contenido de humedad del aire. Para

secar el aire puede recurrirse a alguno de los siguientes métodos:

Secado por enfriamiento

Secado por adsorción

Secado por absorción

Para que puedan compararse distintos equipos de secado debe tenerse en

cuenta la presión de servicio del equipo. Para ello se utiliza el concepto punto

de condensación de presión. El punto de condensación de presión es la

temperatura del aire que se alcanza en un secador con la presión de servicio.

El punto de condensación de presión del aire secado debería estar de 2 a 3

ºC aprox. Por debajo de la temperatura ambiente más fría.

SECADOR POR ENFRIAMIENTO

El secador usado con más frecuencia es el secador por enfriamiento. En él,

el aire que circula es enfriado en un intercambiador térmico. La humedad

contenida en el aire es segregada y recogida en un recipiente.

El aire que penetra en el secador por enfriamiento pasa antes por un

proceso de enfriamiento previo en el que se recurre al aire frío que sale

de un inter- cambiador térmico. En el conjunto de enfriamiento el aire

es enfriado hasta llegar a una temperatura de entre +2 y +5 ºC. El aire

comprimido secado se filtra.

Al salir del secador por enfriamiento, el aire comprimido es nuevamente

calentado en el intercambiador térmico por el aire que penetra en él.

El secado por enfriamiento permite alcanzar puntos de condensación de

presión entre los+ 2 ºC y+ 5 ºC.

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Secador por enfriamiento.

SECADOR POR ABSORCION

Una materia gaseiforme es fijada por una materia sólida o líquida.

El proceso de secado por absorción es un método químico que es utilizado

muy pocas veces a raíz de los elevados costos de servicio.

Primero, el aire a presión es guiado a través de un filtro para retirar la mayor

cantidad de gotas de agua y de aceite posible. Cuando el aire entra en el

secador, es sometido a un movimiento rotativo al atravesar la cámara de seca-

do, la cual contiene un agente de fundición (masa de secado).

La humedad se une a este agente de absorción y la disuelve. El líquido

obtenido de este modo pasa al depósito inferior.

Este depósito tiene que ser vaciado regularmente y, además deberá sustituirse

también con regularidad el agente absorbente.

Características del método de absorción:

Instalación sencilla del equipo

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Poco desgaste mecánico (por no incluir piezas móviles)

No hay necesidad de recurrir a fuentes de energía externas

Secador por absorción.

SECADOR POR ADSORCION

Depósito de materias en la superficie de cuerpos sólidos.

El agente secador, también denominado gel secador, es un granulado

compuesto principalmente de óxido de silicio.

Siempre se utilizan dos unidades de adsorción. Si el gel de la primera

unidad de adsorción está saturado, el equipo conmuta a la segunda

unidad. Entretanto, la primera unidad es regenerada mediante un proceso

de secado con aire caliente.

El método de secado por adsorción permite alcanzar puntos de

condensación de presión de hasta -90 ºC.

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Secador por adsorción.

REGULADORES DE PRESION

El nivel de la presión del aire comprimido generado por el compresor no es

constante. Las oscilaciones de la presión en las tuberías puede incidir

negativamente en las características de conmutación de las válvulas. En la

velocidad de los cilindros y en la regulación del tiempo de válvulas de

estrangulación y de retardo.

En consecuencia es importante que la presión del aire sea constante para que

el equipo neumático no ocasione problemas. Para obtener un nivel constante de

la presión del aire se instalan reguladores de presión en la red de aire a presión

con el fin de procurar la uniformidad de la presión en el sistema de alimentación de

aire comprimido (presión secundaria), independientemente de las oscilaciones

que surjan en el circuito principal (presión primaria).

El reductor o regulador de presión es instalado detrás del filtro de aire, con el fin

de mantener un nivel constante de la presión de servicio. El nivel de la presión

siempre debería regirse por las exigencias que plantee la parte correspondiente

del sistema.

En la práctica una presión de servicio de

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600 kPa (6 bar) en la sección de operación

300 bis 400 kPa (3 bis 4 bar) en la sección de mando

Han demostrado ser la mejor solución para satisfacer los criterios de generación

de aire a presión y los del rendimiento de los elementos neumáticos.

Si la presión de trabajo es más elevada, no se aprovecharía debidamente la

energía y además el desgaste sería mayor; si la presión es menor, disminuiría el

rendimiento. Especialmente en la sección operativa del sistema.

Válvula reguladora de presión con escape

Válvula reguladora de presión sin escape.

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Si la presión de trabajo (presión secundaria) es demasiado alta, aumenta la

presión en el asiento de la válvula, con lo que la membrana actúa en contra la

fuerza del muelle.

Al mismo tiempo es reducido o cerrado el escape en el asiento de la junta. De

este modo queda reducido o bloqueado el caudal de aire. Para que pase el aire a

presión es necesario que la presión de trabajo en el circuito secundario sea

menor que la presión del circuito primario.

En términos generales, no debería lubricarse el aire a presión. No obstante.

Si Lubricación del aire a presión las partes móviles de válvulas y cilindros

requiriesen de lubricación, deberá enriquecerse el aire a presión constantemente

con una cantidad suficiente de aceite.

La lubricación del aire a presión debería siempre limitarse tan solo a los

segmentos del sistema que necesiten lubricación. El aceite que pasa del

compresor al aire a presión no es apropiado para la lubricación de elementos

neumáticos.

Los cilindros provistos de juntas resistentes al calor no deberían recibir aire a

presión lubricado, ya que el aceite contenido en el aire podría producir un

lavado de la grasa especial que llevan los cilindros.

Si se opta por usar aire a presión no lubricado en sistemas que antes sí lo

usaban, será necesario renovar la lubricación original de fábrica de las válvulas y

de los cilindros, ya que es posible que dicha lubricación original entretanto haya

desaparecido.

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Figura. Lubricador de aire a presión.

El aire a presión debería contener aceite de lubricación en los siguientes casos:

• Necesidad de operar con movimientos extremadamente veloces

• Uso de cilindros de grandes diámetros (En este caso es recomendable instalar

la unidad de lubricación inmediatamente antes del cilindro)

Si la lubricación es demasiado copiosa, pueden surgir los siguientes problemas:

• Funcionamiento deficiente de elementos

• Mayor contaminación del medio ambiente

• Agarrotamiento de elementos después de períodos de inactivación

prolongados

El aire a presión pasa a través de la unidad de lubricación. Al atravesar una zona

de estrangulación en dicha unidad, se produce un vacío.

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Este vaco provoca la succión del aceite a través de una tubería conectada a un

depósito. El aceite pasa a una cámara de goteo donde es pulverizado y mezclado

con el aire.

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SIMBOLOGIA

Símbolos neumáticos

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Símbolos hidráulicos

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Viloria, J. R. (s.f.). Neumática Hidráulica Y Electricidad Aplicada .

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