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Diagramas esquemáticos Mis notas y cálculos

Capítulo 13

Diagramas esquemáticosObjetivo

Cuando se diseña un sistema hidráulico, ya sea en papel o en computadora, el trazado del sistema se expresa en lo que se denomina un diagrama esquemático. Un diagrama esquemático es un dibujo de líneas formado por una serie de símbolos y conexiones que representan los componentes reales del sistema hidráulico. Aunque existen docenas de símbolos diferentes que se utilizan en el dibujo de un diagrama esquemático complejo, es importante poder reconocer varios símbolos básicos. En este curso, aprenderá a identifi car los símbolos básicos y además, a comprender dónde se ubican en el diagrama esquemático de un sistema hidráulico básico.

Símbolos

Los símbolos son esenciales para la comunicación técnica. No dependen de ningún idioma específi co, son internacionales en su alcance y carácter. Los símbolos gráfi cos hidráulicos destacan la función y los métodos de funcionamiento de los componentes. Estos símbolos pueden ser bastante simples de dibujar, si se entiende bien cuál es la lógica y cuáles son las formas elementales que se utilizan en el diseño de los símbolos. Las formas elementales de los símbolos son los círculos, los cuadrados, los triángulos, los arcos, las fl echas, los puntos y las cruces.

Figura 13.1 Los símbolos esquemáticos se representan con formas simples como estas

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Líneas

Comprender los símbolos gráfi cos de líneas es esencial para poder interpretar adecuadamente los diagramas esquemáticos. Las líneas continuas indican una línea de trabajo, un suministro de piloto, un retorno o una línea eléctrica. Una línea formada por guiones indica un piloto, un drenaje, una purga o una línea de descarga. Las líneas fl exibles o curvas indican una manguera, generalmente conectada a una pieza en movimiento. Los cruces de líneas pueden utilizar curvas en los cruces o pueden ser rectas. Las líneas de unión pueden utilizar un punto en la unión o pueden ser en ángulo recto.

Figura 13.2 Representación de las líneas esquemáticas que se pueden encon-trar en

un diagrama esquemático hidráulico

Depósitos

Los depósitos que se ventean se representan como un rectángulo sin la línea superior. Los depósitos presurizados se representan como cápsulas. Los depósitos pueden tener líneas de fl uido que terminen sobre o debajo del nivel de fl uido. La línea de retorno de nivel superior termina en la parte superior del símbolo del tanque o apenas debajo de esa parte. La línea de retorno de nivel inferior toca la parte inferior del símbolo del tanque. Un símbolo simplifi cado para representar el depósito minimiza la necesidad de dibujar varias líneas que retornan al depósito. Varias de ellas en el mismo circuito representarán un depósito común. Estos símbolos tienen la misma función que el símbolo de tierra en los circuitos eléctricos.

Figura 13.3 Representaciones esquemáticas de depósitos hidráulicos

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Bombas

Los dispositivos giratorios se representan como un círculo. Las bombas que tienen un triángulo de energía apuntando al perímetro exterior indican que la energía está saliendo del componente. Una fl echa inclinada atravesando el círculo en diagonal indica que la bomba es variable o que el caudal de salida se puede regular sin cambiar la velocidad del eje. Un símbolo de control con un triángulo de energía que está conectado a un resorte ajustable indica que la bomba está compensada por presión. Algunos tipos de bombas tienen pérdidas internas que retornan al tanque por medio de un drenaje de la carcasa. Esto se indica con una línea de drenaje que sale del círculo. Las bombas que son bidireccionales se representan con dos triángulos de fl ujo de energía.

Figura 13.4 Representaciones esquemáticas de bombas hidráulicas

Control de caudal

El símbolo para una válvula de control de caudal comienza con un arco superior y uno inferior. Esto simbolizaría un orifi cio fi jo. Una fl echa dibujada inclinada atravesando los arcos indica que el orifi cio es ajustable. Este sería el símbolo gráfi co para una válvula de aguja. Cuando agregamos una fl echa en la línea de caudal dentro de una caja de control, indicamos que la válvula está compensada por presión o que tiene verdadero control de caudal. Una válvula de control de caudal con una válvula de retención indica caudal inverso alrededor de la válvula.

Figura 13.5 Ilustraciones es-quemáticas de válvulas de control

de caudal hidráulico

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Válvulas de control direccional

El símbolo para una válvula de control direccional tiene varios sobres que representan el número de posiciones que puede tener la válvula. Una válvula de control direccional de tres posiciones se representa con tres sobres. Las fl echas en cada sobre indican la dirección posible del caudal mientras la válvula se encuentra en esa posición. La posición del centro en una válvula de control direccional de tres posiciones está diseñada de acuerdo con el tipo de circuito o de aplicación. Esta posición centrada indica la ruta del caudal de fl uido mientras la válvula está centrada. Aunque existen muchos tipos de confi guraciones centradas, las cuatro más comunes son tándem, cerradas, fl otantes y abiertas. Para cambiar la válvula o para activarla, se utilizan dispositivos tales como una palanca o manija mecánicas, un solenoide eléctrico o la presión de piloto hidráulico. Los resortes a ambos lados del símbolo indican que la válvula está centrada cuando no está activada. En la posición uno o centrada, el fl uido circula desde la bomba a través de la válvula hasta el tanque. Este es un centro tándem. Cuando la válvula se mueve a la posición dos, el fl uido circula desde P hasta A, extendiendo el cilindro. El cambio a la posición tres permite que el fl uido circule desde P hasta B y desde A hasta T, retrayendo el cilindro.

Figura 13.6 Ilustraciones esquemáticas de válvulas de control direccional

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Válvulas de presión

El símbolo para una válvula de presión comienza con un solo sobre. La fl echa en el sobre representa la dirección del caudal a través de la válvula. Las aberturas se indican como 1 y 2 o primaria y secundaria. El caudal que pasa por la válvula circula desde la abertura primaria hacia la abertura secundaria. Observe que en la posición normal, la fl echa no está alineada con la abertura. Esto indica que la válvula es normalmente cerrada. Todas las válvulas de presión son normalmente cerradas con la excepción de una válvula reductora de presión, que es normalmente abierta. El resorte ubicado en posición perpendicular a la fl echa indica que la fuerza del resorte mantiene cerrada la válvula. Una fl echa que atraviesa en diagonal el resorte indica que la fuerza del resorte es ajustable. La presión de piloto se opone a la fuerza del resorte. Esto se indica por la línea de puntos que va desde la abertura primaria perpendicular a la fl echa opuesta al resorte. Cuando la presión hidráulica accionada por piloto desde la abertura primaria excede la fuerza del resorte, la válvula se mueve a la posición abierta, alineando las aberturas primaria y secundaria.

Figura 13.7 Ilustraciones esquemáticas de válvulas de presión

Válvulas de retención

Los símbolos de válvula de retención se trazan con un pequeño círculo dentro de un triángulo abierto. El caudal libre se opone a la dirección a la que apunta el triángulo. A medida que el círculo se mueve dentro del triángulo, el caudal se bloquea o retiene. Las válvulas de retención pueden ser accionadas por piloto para que se abran o se cierren. “Piloto para abrir” se indica con una línea piloto directa

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hasta el triángulo mostrado para impulsar el círculo fuera del asiento. “Piloto para cerrar” se indica dirigiendo la línea de piloto hasta la parte trasera del círculo o dentro del asiento.

Figura 13.8 Ilustraciones esquemáticas de válvulas de retención

Motores

Los símbolos gráfi cos de motores hidráulicos son opuestos a las bombas hidráulicas, la diferencia es que el triángulo de energía apunta hacia adentro del círculo, indicando que ingresa la energía del fl uido. Dos triángulos de energía apuntando hacia adentro indican un motor bidireccional o reversible. Como con las bombas, muchos diseños de motores hidráulicos tienen pérdidas internas. Una línea de puntos saliendo del círculo indica una línea de drenaje hasta el tanque.

Figura 13.9 Ilustraciones esquemáticas de motores hidráulicos

Cilindros

En la Figura 13.10 se muestran cilindros accionados por fl uido sin ninguna relación inusual entre el diámetro interior y el tamaño del vástago: acción simple, acción

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doble y doble vástago. Un rectángulo interno adyacente al símbolo del pistón indica un dispositivo amortiguador al fi nal de la carrera. Si el diámetro del vástago es más grande que el habitual para el tamaño del diámetro interior, el símbolo debe refl ejarlo.

Figura 13.10 Ilustraciones esquemáticas de cilindros

Filtros

El símbolo gráfi co para un dispositivo acondicionador de fl uido hidráulico se representa con un cuadrado ubicado verticalmente. Una línea de puntos atravesando las esquinas opuestas indica que se trata de un fi ltro o cedazo. Al agregar una válvula de retención en paralelo a las aberturas se indica que el fi ltro tiene un desvío.

Figura 13.11 Ilustraciones esquemáticas de fi ltros hidráulicos

Intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor hidráulicos pueden ser considerados como refrigeradores o calentadores. Sus símbolos gráfi cos suelen confundirse. Al igual

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que los fi ltros, el símbolo base se representa con un cuadrado ubicado verticalmente. Las fl echas interiores apuntando hacia adentro indican la introducción de calor o un calentador. Las fl echas apuntando hacia afuera indican la disipación del calor o un refrigerador. Las fl echas que apuntan hacia adentro y hacia afuera indicarían un controlador de temperatura o una temperatura que se mantiene entre dos límites predeterminados.

Figura 13.12 Diagramas esquemáticos hidráulicos para intercambiadores de calor

Lectura de los diagramas esquemáticos

Circuito secuencial

Un diagrama esquemático es una compilación de símbolos gráfi cos interconectados, que muestra una secuencia del fl ujo operativo. Es decir, explica cómo funciona un circuito. La lectura correcta de un diagrama esquemático es el elemento más importante en la detección y resolución de problemas hidráulicos. Aunque al principio la mayoría de los circuitos pueden parecer complicados, reconocer los símbolos estándar y hacer el seguimiento sistemático del fl ujo simplifi ca el proceso.El circuito de la Figura 13.13 utiliza dos válvulas secuenciales. Son válvulas normalmente cerradas que se abren en un ajuste predeterminado. Al hacer el seguimiento del caudal en el circuito, uno debería poder determinar cómo está diseñado el circuito para que funcione. Este proceso se denomina lectura de un diagrama esquemático. Comenzaremos con la bomba.

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Figura 13.13 Un diagrama esquemático hidráulico para el circuito n.° 1

Siga el caudal que pasa la válvula de alivio hacia la válvula de control direccional que se desplazó hasta la posición superior, tal como se muestra. La válvula de control direccional dirige el caudal hacia las líneas en el circuito superior. Aquí, el caudal puede ir a tres lugares. La válvula de retención superior bloquea un paso. La válvula secuencial cerrada bloquea otro, pero el caudal hacia la abertura A del accionador no está bloqueado. A medida que la barra del cilindro se retrae, el caudal de la abertura B se bloquea en la válvula de retención, entonces sale hacia el tanque a través de la válvula de control direccional.Cuando el cilindro está totalmente retraído, la presión se acumulará en el paso piloto de la válvula secuencial. Esta se abre y envía la presión piloto a la válvula de control direccional. La presión piloto sobre el lado superior de la válvula de control direccional desplazará la válvula hacia abajo. El caudal de la bomba ahora se dirige hacia el circuito inferior y aquí va a tres lugares. Se bloquea en la válvula de retención y se bloquea en la válvula secuencial cerrada, pero el fl ujo hacia la abertura B del accionador no esta bloqueado. El fl ujo en la abertura aplicará presión en el pistón y extenderá el cilindro. El caudal que sale de la abertura A es bloqueado por la válvula de retención superior, entonces circula a través de la válvula de control direccional hasta el tanque. Cuando el cilindro está completamente extendido, la presión sigue acumulándose. La presión piloto abre la válvula secuencial en la parte inferior. Esta envía la presión piloto hasta el lado inferior de la válvula de control direccional, desplazándola nuevamente a la posición superior. Ahora, el caudal de

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la bomba es dirigido otra vez hasta el lado de la barra del accionador para retraer al cilindro, y el ciclo comienza nuevamente. El seguimiento del caudal en este circuito revela que está diseñado para mantener la retracción y extensión automáticamente. Ahora que ya se entendió cómo es el circuito, el funcionamiento adecuado del sistema dependerá del ajuste y función adecuados de las válvulas secuenciales y la función adecuada de la válvula de control direccional accionada por piloto hidráulicamente.

Circuito de alta – baja

La Figura 13.14 es un circuito de alta – baja. Un circuito como este se utiliza para lograr gran velocidad o rápido avance a baja presión, seguido por baja velocidad y gran fuerza. Un buen ejemplo de un sistema de alta – baja es una prensa donde el cabezal avanza rápidamente hasta la pieza de trabajo. En ese momento, la presión comienza a acumularse. El caudal de la bomba de gran volumen se deriva al tanque. La bomba de bajo volumen produciría el poco caudal necesario para continuar moviendo el cabezal hacia la pieza de trabajo. La presión continuará aumentando hasta que alcance el ajuste de la válvula de alivio. Cuando se invierte la válvula de control direccional, la presión cae y la válvula de descarga se cierra. El cilindro se retrae a gran velocidad.Ahora examinaremos con más detalle los componentes que forman el sistema. Primero, la válvula de descarga. Esta válvula ha sido confi gurada a 35 bares. Cuando la presión del sistema alcanza 35 bares, esta válvula se abre y permite que el caudal de la bomba de gran volumen regrese al tanque con la mínima presión.

Figura 13.14 Diagrama esquemático de un circuito de alta – baja para el circuito n.° 2

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A continuación, veremos la función de la válvula de retención. Cuando la presión del sistema es menor que el ajuste de la válvula de descarga, el caudal de la bomba de gran volumen circula a través de la válvula de retención para combinarse con el caudal de la bomba de bajo volumen. Una vez que la válvula de descarga se abre, esta válvula de retención se cierra, de manera que el caudal desde la bomba de bajo volumen no circule hasta la válvula de descarga.Ahora, veremos el grupo de las bombas de alta-baja. La bomba en el diagrama esquemático es una bomba doble. Estas bombas tienen una entrada en común y salidas separadas. Durante el avance rápido de baja presión, se combinan los caudales de ambas bombas. Cuando se abre la válvula de descarga, el caudal de la bomba grande regresa al tanque y el caudal de la bomba pequeña se utiliza para hacer el trabajo.Finalmente, veremos la válvula de alivio de presión del sistema. Esta válvula limita la presión máxima del sistema. Tenga en cuenta que el diagrama esquemático muestra la presión a la que se debería confi gurar la válvula.

Válvula de contrapeso

En la Figura 13.15, el cilindro tiene un peso que podría ocasionar que se cayera a una velocidad incontrolable. Se coloca una válvula de contrapeso en la abertura del extremo de la barra del cilindro para aplicar presión de retroceso. La presión de retroceso es el resultado de la carga que intenta forzar el fl uido fuera del cilindro y a través de la válvula de contrapeso, que está cerrada. La válvula de contrapeso debe confi gurarse apenas arriba de la presión inducida por la carga. Cuando se desplaza, la válvula de control direccional aplica presión sobre el pistón del cilindro. Esto a su vez aumenta la presión de retroceso, ocasionando que se abra la válvula de contrapeso, permitiendo que el cilindro baje la carga a una velocidad controlable.Ahora examinaremos con más detalle los componentes que forman el sistema. Primero, veremos el circuito de fi ltro arriñonado o fuera de línea. Este circuito está formado por un grupo de motor de bomba, un fi ltro y un intercambiador de calor de aire a fl uido. La bomba extrae fl uido hidráulico del depósito, el fl uido pasa a través de un fi ltro y de un intercambiador de calor de aire a fl uido. En general, el circuito funciona continuamente para mantener al fl uido hidráulico limpio y frío. A continuación está la bomba compensada por presión. La bomba compensada por presión reduce la carrera cuando la válvula de control direccional está centrada.

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En este momento, hay presión que se mantiene entre la bomba y la válvula de control direccional, pero no hay caudal. Cuando se desplaza la válvula de control direccional, la bomba inicia la carrera, proporcionando caudal para el circuito.

Figura 13.15 Ilustración esquemática del circuito n.° 3

Luego, veremos la válvula de control direccional. La válvula de control direccional en el diagrama esquemático es una válvula de tres posiciones y cuatro vías con un centro fl otador. Esta válvula, cuando esté centrada, bloqueará el caudal de la bomba, de ese modo se acumulará presión y se reducirá la carrera de la bomba. Ambas aberturas de trabajo se encaminan de nuevo hacia el tanque, por lo tanto no hay presión en las líneas de abertura de trabajo, excepto entre el extremo de la barra del cilindro y la válvula de contrapeso.Por último, veremos la válvula de contrapeso. La válvula de contrapeso mantiene la presión de retroceso sobre el lado de la barra del cilindro, de ese modo el cilindro baja la carga a una velocidad controlada. La válvula de retención se utiliza para cerrar y mantener la carga en el cilindro cuando la válvula de control direccional está centrada.

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RESUMEN

Un diagrama esquemático es un dibujo de líneas formado por una serie de símbolos y conexiones que representan los componentes reales del sistema hidráulico.Los símbolos gráfi cos hidráulicos destacan la función y los métodos de funcionamiento de los componentes.Los símbolos no dependen de ningún idioma específi co y son internacionales en su alcance y carácter.

PREGUNTAS

1. Este símbolo representa una__________.a. válvula de aliviob. válvula de contrapesoc. válvula secuencial

2. Este símbolo representa una__________.a. válvula de agujab. válvula de estrangulamientoc. válvula de control de caudal compensada por presión

3. Este símbolo representa una__________.a. bomba de engranajesb. bomba de pistónc. bomba compensada por presión

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