may-2006 sistemas oleohidráulicos: selección de componentes y
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UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA “JOSÉ SIMEÓN CAÑAS”
SISTEMAS OLEOHIDRÁULICOS: SELECCIÓN DE COMPONENTES Y PRÁCTICAS DE LABORATORIO
TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA LA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
PARA OPTAR AL GRADO DE
INGENIERO MECÁNICO
POR
SORAIDA EMICELA BELTRÁN BONILLA
BLANCA LUZ GIL ALVARENGA
MAYO 2006
SAN SALVADOR, EL SALVADOR, C.A.
RECTOR
JOSE MARIA TOJEIRA, S.J.
SECRETARIO GENERAL
RENÉ ALBERTO ZELAYA
DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
CELINA PÉREZ RIVERA
COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA
MARIO WILFREDO CHÁVEZ
DIRECTOR DEL TRABAJO
ROBERTO FRANCISCO CÓRDOVA
LECTOR
ISMAEL ANTONIO SÁNCHEZ
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos primeramente la ayuda de Dios por para realizar este trabajo y
darnos protección en cada momento.
A nuestras familias por su incondicional apoyo en muchos sentidos: su tiempo
dedicado y consejos.
A cada persona que de una u otra manera estuvo con nosotros y nos ayudó. Al
ingeniero Córdova por su guía, al encargado de laboratorio y taller por facilitarnos
el equipo necesario para llevar a cabo nuestra tesis. A todos ustedes, muchas
gracias.
DEDICATORIA
A Dios, que me ha permitido llegar a este momento. Gracia Dios por todas tus
bendiciones.
A mis padres que siempre me han apoyado, quiero decirles que les agradezco
mucho por su amor y por que siempre han estado ahí cuando los necesito en los
momentos tristes y en los momentos alegres. Los quiero mucho.
A mis hermanos que de una u otra forma siempre han estado a mi lado
apoyándome en todo lo posible. Gracias Edwin y Azucena, los quiero.
A Edwin Rodríguez mi amigo y compañero que siempre a estado a mi lado y que
no ha permitido que pierda mis objetivos. Gracias por tu comprensión y cariño. Te
quiero y admiro mucho.
A Maria del Transito Salazar que me ha brindado tanto cariño y apoyo desde que
la conozco, y que siempre me ha incentivado a seguir adelante.
A mis tías, gracias por apoyo durante todo este tiempo.
Soraida.
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a Dios por estar a mi lado y darme fuerzas en cada momento
desde el inicio de mis estudios hasta la culminación de mi carrera.
A mi mamá por animarme siempre y haberme acompañado en mis momentos de
tristeza y alegría. Por su tiempo dedicado en mi niñez y sus concejos.
A mi papá por su apoyo en diferentes áreas que me sirvieron de bastón para
seguir adelante en cada paso.
A mi hermano por estar siempre a mi lado a pesar de que el momento no fuera el
más feliz, por su apoyo, ayuda y consejos.
No quiero dejar de lado a cada persona que de una a otra manera se hizo
presente en mi vida, compañeros con los que compartimos tanto en especial a
aquellas que siempre me animaron, a mis amigas que ahora se encuentran lejos
pero que están siempre en mis pensamientos.
Blanca
RESUMEN EJECUTIVO El presente trabajo consta de cuatro capítulos, 8 prácticas de laboratorio para la
materia de Mecánica de Fluidos II y un catálogo de los principales componente de
un circuito oleohidráulico.
El primer capítulo es introductorio y nos habla sobre aspectos generales del
campo tratado en este trabajo como conceptos y elementos fundamentales de un
circuito oleohidráulico.
Nos da también una descripción de los conceptos básicos que permitan una mejor
comprensión del desarrollo de la investigación así como también la descripción de
un sistema oleohidráulico y su importancia en nuestro medio.
Se explicara cada uno de los componentes del sistema oleohidráulico, en relación
con sus características más generales.
El segundo desarrolla los procedimientos para la correcta selección de equipos,
con base en la información teórica, que luego serán ejemplificados con los datos
técnicos que se incluirán en el catálogo de equipos; en el cual se agregará
información sobre los procedimientos adecuados para la selección de equipos que
se manejan comercialmente en nuestro medio.
En el tercer capítulo se hizo una revisión del equipo existente y de los
experimentos actuales del laboratorio de oleohidráulica, para posteriormente
desarrollar nuevas y mejorar las actuales, así como también determinar y
recomendar el equipo necesario que se debe adquirir, y el que se debe reparar.
El cuarto capítulo encierra las conclusiones de este trabajo y sus
recomendaciones.
i
ii
ÍNDICE Página
Resumen ejecutivo…………………………………………………………….… i
Siglas…………………………………………………………………………….… xi
Abreviaturas………………………………………………………………………. xiii
Simbología………………………………………………………………………… xv
Prólogo…………………………………………………………………………….. xvii
CAPITULO 1. DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA OLEOHIDRÁULICO Y DE
SUS COMPONENTES A TRAVÉS DE SUS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
CAPITULO
DE COMP
1.1
1.2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
Introducción…………………………………………………..…….. 1 Sistema oleohidráulico……………………………………..……... 2
1.2.1 Bombas hidráulicos…………………………………...... 31.2.2 Actuadores hidráulicos…………………………………. 81.2.3 Elementos de regulación……………………………….. 141.2.4 Conductores hidráulicos………………………………...
2. . DESARROLLO DE PROCEDIMIENTOS PARA LA SELECCIÓN
ONENTES.
22
Selección de bombas………………..…………………………….. 31Selección de cilindros hidráulicos……………………..…………. 33Selección de motor hidráulico………………………....…………. 39Selección de válvula direccional…………………………..……... 40Selección de válvula de control de flujo………………..….…….. 40 Válvula reguladora de presión…………………………..…….. 41Selección de mangueras, tubos y adaptadores hidráulicos…… 41Selección de depósito o tanque………………………………….. 47Selección de acumulador………………………………………….. 48 Diseño de circuitos……………………………………………….. 48
2.10.1 Pasos para diseñar un circuito………………………… 50
iii
CAPITULO 3. DESARROLLO Y CREACIÓN DE LAS PRACTICAS DE
LABORATORIO
3.1 Explicación del procedimiento seguido…………………………... 79
3.2 Ejemplo……………………………………………………………… 80
CAPITULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………….. 85
Glosario…………………………………………………………………………... 87
Bibliografía……………………………………………………………………….. 93
ANEXO A: CATÁLOGO DE EQUIPO
ANEXO B: PRÁCTICAS DE LABORATORIO
ANEXO C: CATÁLOGO DE EQUIPO COMPRADO
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
Página
CAPITULO 1. DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA OLEOHIDRÁULICO Y DE SUS COMPONENTES A TRAVÉS DE SUS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Figura 1.1. Bomba de engranes externos, internos.
www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]……..…………. 6
Figura 1.2. Bomba de pistones Radiales, Axiales, Axiales
Angulares. www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]…... 7
Figura 1.3. Bomba de paleta no equilibrada, equilibrada.
www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]…….…………... 8
Figura 1.4. Partes de cilindros. www.tecnicaoleohidráulica.com
[Septiembre 2005]………………………………………………………. 9
Figura 1.5. Tipos de cilindros. www.tecnicaoleohidráulica.com
[Septiembre 2005]………………………………………………………. 10
Figura 1.6. Motor de engranaje y gerotor.
www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]………………… 13
Figura 1.7. Motor de paletas. www.tecnicaoleohidráulica.com
[Septiembre 2005]…………..………………………………………….. 13
Figura 1.8. Motores de pistón lineal, radial, angular.
www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]……………….. 14
Figura 1.9. Válvula de acción directa e indirecta.
[www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]….……………. 14
Figura 1.10. Válvula de accionamiento mecánico.
www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]………………… 15
Figura 1.11. Depósito. www.tecnicaoleohidráulica.com
[Septiembre 2005]…….………………………………………………… 25
Figura 1.12. Acumulador de contrapeso.
www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]………………… 27
Figura 1.13. Acumulador de Muelle.
www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]………………… 27
v
Figura 1.14. Acumulador de gas: de pistón y vejiga.
www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]………………… 27
CAPITULO 2. . DESARROLLO DE PROCEDIMIENTOS PARA LA SELECCIÓN
DE COMPONENTES.
Figura 2.1. Amortiguador del pistón.
www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]………………… 33
Figura 2.2. Croquis inicial………………………………………………. 52
Figura 2.3. Croquis terminado…………………………………………. 55
Figura 2.4. Gráfica de bomba. www.boschrexroth.com [noviembre
2005]………………………….………………………………………….. 57
Figura 2.5. Datos físicos de la bomba. www.boschrexroth.com
[noviembre 2005]…………………………………….…………………. 57
Figura 2.6. Tipo de válvula direccional y su gráfica.
www.wandfluh.com [Enero 2006]……………………….……………… 58
Figura 2.7. Tipo de válvula direccional y su especificación.
www.wandfluh.com [Enero 2006]……..……………………………….. 59
Figura 2.8. Gráfica de la válvula reguladora de flujo.
www.yuken.org [Enero 2006]………………………………………….. 60
Figura 2.9. Dimensiones físicas de la válvula reguladora de flujo.
www.yuken.org [Enero 2006]…..……………………………………… 60
Figura 2.10. Gráfica de la válvula check. www.yuken.org [Enero
2006]………………………….…..……………………………………… 61
Figura 2.11. Especificación y datos de pérdida de la válvula check.
www.yuken.org [Enero 2006]…..……………………………………… 62
Figura 2.12. Gráfica de la válvula de alivio. www.yuken.org [Enero
2006]…………………………..…..……………………………………… 64
Figura 2.13. Especificaciones y datos de la válvula de alivio.
www.yuken.org [Enero 2006]…..……………………………………… 65
vi
Figura 2.14. Especificaciones Generales del cilindro.
www.rexrothhydraulics.com [Enero 2006]…..……………………… 66
Figura 2.15. Especificaciones de fijación y pandeo del cilindro.
www.rexroth-hydraulics.com [Enero 2006]..……………………… 68
Figura 2.16. Especificaciones físicas del cilindro. www.rexroth-
hydraulics.com [Enero 2006]..……………………………………… 68
Figura 2.17. Especificaciones del cilindro. www.rexroth-
hydraulics.com [Enero 2006]…..……………………………………… 69
Figura 2.18. Gráfica del filtro. www.parker.com [Enero
2006]…………………………..…..……………………………………… 70
Figura 2.19. Especificaciones del filtro. www.parker.com [Enero
2006]…………………………..…..……………………………………… 71
Figura 2.20. Especificaciones del motor. www.rexroth-
hydraulics.com [Enero 2006]…..……………………………………… 72
Figura 2.21. Especificaciones Generales del motor. www.rexroth-
hydraulics.com [Enero 2006]…..……………………………………… 72
Figura 2.22. Especificaciones físicas del motor. www.rexroth-
hydraulics.com [Enero 2006]…..……………………………………… 73
Figura 2.23. Grafica de volumen vrs. Presión máxima y mínima.
www.boschrexroth.de [Enero 2006].....................…………………… 74
Figura 2.24. Grafica de factor de corrección de volumen.
www.boschrexroth.de [Enero 2006]…………………………………… 74
Figura 2.25. Especificaciones del acumulador.
www.boschrexroth.de [Enero 2006]…………………………………… 75
Figura 2.26. Esquema del acumulador. www.boschrexroth.de
[Enero 2006]……..…………..…..……………………………………… 75
CAPITULO 3. DESARROLLO Y CREACIÓN DE LAS PRACTICAS DE
LABORATORIO
Figura 3.1. Circuito..………….…………………………………………. 81
vii
Figura 3.2. Conexión de botones……………………………………… 82
Figura 3.3. Conexión de focos…………………………………………. 82
Figura 3.4. Conexión de entradas…………………………………… 82
Figura 3.5. Conexiones de salida……………………………………… 82
viii
ÍNDICE DE TABLAS
Página
CAPITULO 2. DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA OLEOHIDRÁULICO Y DE
SUS COMPONENTES A TRAVÉS DE SUS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Tabla 2.1. Datos para cálculos………………………………………… 53
Tabla 2.2. Resultados de cálculos…………………………………….. 55
Tabla 2.3. Datos de bomba. www.boschrexroth.com [Enero 2005].. 56
Tabla 2.4. Curvas de válvula direccional. www.wandfluh.com
[Enero 2006]…………………………………………………………….. 58
Tabla 2.5. Datos de válvula reguladora de flujo. www.yuken.org
[Enero 2006]………………………………………...…………………… 59
Tabla 2.6. Datos de válvula check. www.yuken.org [Enero 2006]… 61
Tabla 2.7. Datos para válvula de alivio (extensión)…………………. 62
Tabla 2.8. Datos para válvula de alivio (retracción)…………………. 63
Tabla 2.9. Datos de válvula de alivio. www.yuken.org [Enero 2006] 63
Tabla 2.10. Datos generales de los componentes y su catálogo….. 70
Tabla 2.11. Datos de mangueras. www.parker.com [Enero 2006]… 76
ix
x
SIGLAS
PLC Control lógico programable
PPI Punto-punto interfase, modalidad de comunicación con protocolo estándar
CPU Unidad central de procesamiento
xi
xii
ABREVIATURAS
A Área
AC Corriente alterna
D Desplazamiento
F Fuerza
Fig Figura
∆PL Perdida de carga
L Longitud
n Revoluciones η m Eficiencia mecánica
Nm Newton - Metro ηt Eficiencia total ηV Eficiencia volumétrica
P Presión
Pmax Presión máxima
QA Caudal de avance
Qmax Caudal máximo
Qmin Caudal mínimo
Qr Caudal real
QR Caudal de retroceso
Qt Caudal teórico R Radio mayor r Radio menor T Torque V Volumen
VA Volumen de avance
VR Volumen de retroceso w Peso W Potencia Ws Potencia de salida
xiii
xiv
SIMBOLOGÍA Cilindro de doble efecto
Drenaje
Interruptor
Línea piloto
Manguera
Manómetro
Motor
Múltiple de retorno o manifold
Nodo
Pivote
xv
Reservorio
Toma corriente
Unidad de Potencia
Válvula de alivio
Válvula de control de flujo
Válvula direccional de 4/2 vías
Válvula 4/3 vías
Válvula secuencial
Válvula solenoide
xvi
PRÓLOGO
Se realizó una investigación teórica de los elementos básicos que componen
un sistema oleohidráulico, describiéndose los conceptos de estos elementos y
además información general que permite una mejor comprensión del sistema
oleohidráulico, sus componentes, funcionamiento y aplicaciones.
Se desarrollo el procedimiento de diseño de un circuito oleohidráulico a través
de algunos ejemplos que permiten comprender el proceso de diseño del
circuito y que además aplica procedimientos de selección de elementos
oleohidráulicos con base en catálogos comerciales de los equipos básicos del
circuito.
Se elaboró un catálogo de equipos que permite seleccionar el elementos
oleohidráulicos que se ajustan al diseño del circuido desarrollado y al mismo
tiempo se esta seleccionando un equipo que es comercialmente manejable y
sobre todo disponible; este catálogo cuenta con curvas características de los
equipos, datos técnicos como presiones, caudales, perdidas y condiciones
generales de estos que facilitan la aplicación de los elementos en cada caso en
particular.
xvii
xviii
CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA OLEOHIDRÁULICO Y DE SUS COMPONENTES A TRAVÉS DE SUS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
1.1 INTRODUCCIÓN La Oleohidráulica es la ciencia que abarca el estudio de la transmisión de energía
por medio de líquidos confinados. Entendemos por sistema oleohidráulico el
conjunto de elementos necesarios para la transmisión de energía por medio de un
fluido.
Los elementos de un sistema son todos aquellos que lo componen para su
correcto funcionamiento, mantenimiento y control; que pueden ser:
• Bombas o elementos que transforman la energía mecánica en hidráulica.
• Elementos de regulación y control, son los componentes encargados de
regular y controlar los parámetros del sistema.
• Accionadores, son los elementos que vuelven a transformar la energía
hidráulica en mecánica.
• Fluido, el líquido empleado para la transmisión de energía
• Acondicionadores y accesorios, son el resto de elementos que configuran el
sistema
Para conseguir una visión general de un sistema o circuito se precisa un método
para representarlo, es decir, un dibujo o diagrama en el que aparezcan todos y
cada uno de sus componentes, así como las conexiones y líneas que se
1
entrelazan entre si.
1.2 SISTEMAS OLEOHIDRÁULICO
Cuando un diagrama o esquema esta bien realizado se puede fácilmente
comprender el funcionamiento del conjunto sin necesidad de una memoria
explicativa del mismo.
Una vez conocidas las aplicaciones de los sistemas hidráulicos, sus componentes,
y algunas de las principales fórmulas, se puede empezar a diseñar los circuitos.
El diseño de un circuito conlleva dos tareas primordiales: por una parte el cálculo y
la definición concreta del componente en función de sus necesidades (presión,
caudal, etc.), y por otra parte el dibujo o croquis del circuito.
Este capítulo pretende desarrollar en primer lugar una descripción de los
conceptos básicos que permitan una mejor comprensión del desarrollo de la
investigación así como también de un sistema oleohidráulico y su importancia en
nuestro medio. Se explicará cada uno de los componentes del sistema
oleohidráulico, en relación con sus características más generales.
Los sistemas hidráulicos son utilizados en aplicaciones industriales de
manufactura en general, equipos agrícolas, forestales, pesquero, construcción,
industria minera, aviación, tecnología espacial, transporte, tecnología marina,
explotación de gas y petróleo.
Una parte muy importante de los sistemas oleohidráulicos es el fluido de trabajo
del sistema que en este caso específico se refiere al aceite, la lubricación
proporciona una película suave o resbaladiza que separa dos piezas en
movimiento para permitirles que se muevan suavemente una contra otra. O más
técnicamente, lubricación puede definirse como “el principio de soportar una carga
deslizante o rodante, sobre una película que reduce la fricción”.
2
Para describir el sistema oleohidráulico se comenzará por definir aquellos
elementos que lo componen.
1.2.1 BOMBAS HIDRÁULICAS
En un sistema hidráulico, la bomba convierte la energía mecánica rotacional de un
motor en energía hidráulica (potencia) impulsando fluido al sistema.
Todas las bombas funcionan según el mismo principio, “desplazamiento",
generando un volumen.
Muchos creen que la bomba genera presión. Es importante entender que el único
propósito de las bombas es crear caudal. La presión es la fuerza en una
determinada área creada por la resistencia a la circulación del fluido. La bomba es
un mecanismo diseñado para producir un flujo necesario para el desarrollo de la
presión. Pero la presión no se puede producir por si mismo, si no se realiza una
resistencia al flujo. La capacidad de entregar caudal a alta presión determina el
rendimiento y las diferencias en la selección de la bomba.
La teoría de bombeo es el siguiente: La bomba es conducida por un motor el cual
cumple básicamente en primer lugar la función de crear un vacío en la entrada de
la bomba. Este vacío hace posible a la presión atmosférica forzar al flujo desde el
depósito a la bomba. La segunda es la acción de atrapar el flujo dentro de las
cavidades de la bomba, transportándola a través de ella y forzándola dentro del
circuito hidráulico.
CAUDAL
El caudal es el flujo de aceite proporcionado por la bomba, éste caudal es
determinado por el desplazamiento de la bomba multiplicado por el número de
revoluciones a la que es sometida la bomba.
n× (Ec. 1VQt = .1)
Una bomba puede ser clasificada por su caudal nominal, en gpm o litros por
minuto. Su Caudal es también proporcional a la velocidad rotación. La mayoría de
3
los fabricantes facilitan una tabla o gráfico que muestra caudales de las bombas y
los requerimientos de potencia, bajo condiciones de enseñanzas específicas,
relativas a las velocidades de accionamiento y a las presiones.
DESPLAZAMIENTO
Es la capacidad del caudal proporcionado por una bomba que viene dado por el
volumen de líquido transferido en la revolución. El desplazamiento se expresa en
pulgadas cúbicas por revolución ó centímetros cúbicos por revolución.
TIPOS DE BOMBAS HIDRÁULICAS
Hay dos tipos básicos de bombas.
1. Bomba de desplazamiento no positivo.
2. Bombas de desplazamiento positivo. Este tipo de bomba se clasifica como
de desplazamiento fijo o variable.
Bomba de desplazamiento no positivo. Este diseño de bomba se utiliza
principalmente para transferir fluidos donde la única resistencia que se encuentra
es creada por el peso del él mismo y por rozamiento.
La mayoría de las bombas de desplazamiento positivo, funcionan mediante la
fuerza centrífuga. El fluido entra por el centro del cuerpo de la bomba, expulsado
hacia el exterior por medio de un impulsor que gira rápidamente. No existe
ninguna separación entre los orificios de entrada y de salida; su capacidad de
presión depende de la velocidad de rotación.
Aunque estas bombas suministran un caudal uniforme y continuo, su
desplazamiento disminuye cuando aumenta la resistencia. Es, de hecho, posible
que se bloquee completamente el orificio de salida en pleno funcionamiento de la
bomba.
Por ésta y otras razones las bombas de desplazamiento no positivo se utilizan
pocas veces en los sistemas oleo hidráulicos modernos. Estas propiedades las
4
hacen una selección adecuada como bombas para el transporte de agua en
sistemas de abastecimiento y riego. Pueden también utilizarse para el transporte
de líquidos poco viscosos.
Bombas de desplazamiento positivo, son las más utilizadas en los sistemas
hidráulicos industriales. Estas bombas suministran al sistema una cantidad
determinada de fluido, en cada carrera, revolución o ciclo. Este tipo se clasifica
como de desplazamiento fijo o variable.
Las bombas de desplazamiento fijo, proporcionan un determinado caudal. Se debe
cambiar la velocidad de giro de la bomba para variar el flujo.
Las bombas de desplazamiento variable, es una de desplazamiento fijo al cual se
le instala un medio para variar el desplazamiento de la bomba. Pudiendo variar
flujo independiente a las revoluciones de giro de la bomba.
La presión viene determinada por la carga de trabajo, y exceptuando las fugas, el
caudal de salida es independiente de la presión de trabajo y esto hace que la
bomba de desplazamiento positivo sea más adecuada para utilizarse en la
transmisión potencia.
EFICIENCIA DE LAS BOMBAS (RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO)
En teoría, una bomba suministra una cantidad de fluido igual a su desplazamiento
por ciclo o revolución. En realidad el desplazamiento efectivo es menor, debido a
las fugas internas. A medida que aumenta la presión, las fugas desde la salida de
la bomba hacia la entrada o al drenaje también aumentan y el rendimiento
volumétrico disminuye.
El rendimiento volumétrico determina el porcentaje y estado de las fugas internas
en las revoluciones por minuto en un estado de presión. Toda bomba necesita un
5
flujo interno para lubricar las partes en movimiento. El rendimiento volumétrico es
calculado de la siguiente forma:
%100XQQn
t
rv = (Ec. 1.2)
Veremos tres tipos de bombas más aplicadas en los sistemas hidráulicos, estas
son:
1. BOMBAS DE ENGRANAJE
Bombas de engranajes externos: Produce caudal al transportar el fluido entre los
dientes de dos engranajes acoplados. Uno de los engranes es directamente
accionado por el eje de la bomba (motriz) y este hace girar el otro (libre). Se
origina un cierto vacío en la aspiración cuando se separan dos dientes que
estaban engranando, ya que en este momento aumenta el volumen en la cámara
de aspiración; simultáneamente los dientes se van alejando, arrastrando consigo
el fluido que ha penetrado en la cámara de aspiración.
Bombas de engranes internos: Están compuestos de dos engranajes, uno externo
y otro interno el cual tiene uno o dos dientes menos que el engranaje exterior.
La reducida relación de velocidades de giro de los engranajes hace que este tipo
de bomba tenga una menor relación de desgaste comparado con otros.
Son generalmente usadas para caudales pequeños y se suelen comercializar
como pequeñas unidades compactas.
6
Figura 1.1. Bomba de engranes externos, internos. www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre
2005]
2. BOMBAS DE PISTONES
Son unidades rotativas que usan el principio de las bombas oscilantes para
producir caudal. En lugar de utilizar un solo pistón, estas bombas disponen de
muchos conjuntos pistón-cilindro. Existen diferentes tipos:
Radiales: Los pistones están colocados tal como su nombre lo indica, radialmente.
Estos pistones se mueven perpendicularmente con relación al eje.
Axiales: El barrilete de cilindro gira, accionado por el eje motriz. Los pistones
alojados en los orificios del barrilete, se conectan al plato inclinado por medio de
pines y de un anillo de retroceso. A medida que el barrilete gira, los pies apoyados
al plato inclinado hace que los pistones se muevan linealmente con respecto al
eje.
Axiales en ángulo: Este tipo de bomba está compuesta por un eje motriz, un
bloque o barrilete de cilindros, y una placa de válvulas que está encarada con los
orificios de los cilindros del barrilete, y que dirige el fluido de la aspiración a la
salida.
Figura 1.2. Bomba de pistones Radiales, Axiales, Axiales Angulares.
www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]
3. BOMBAS DE PALETAS
Un determinado número de paletas se deslizan en el interior de unas ranuras de
un rotor que a su vez gira en un alojamiento o anillo. Las cámaras de bombeo se
7
forman entre las paletas, el rotor y el alojamiento en conjunto quedan cerrados
lateralmente por las placas laterales. Existes dos tipos:
No equilibradas: el alojamiento es circular y dispone interiormente de un solo
rificio de aspiración y otro de presión. Tienen la inconveniencia de que las
quilibrada: Solo son de caudal fijo y se diferencia del anterior en que su anillo
ión.
Las dos cámaras de bombeo, separas 180°, hacen que las fuerzas laterales sobre
el rotor se equilibren.
o
cámaras de presión y aspiración están opuestas, por lo que se genera una carga
lateral sobre el eje motriz. Puede ser de caudal variable o fijo.
E
tiene forma elíptica (no circular) que permite utilizar dos conjuntos de orificios de
aspiración y de impuls
Figura 1.3. Bomba de paleta no equilibrada, equilibrada. www.tecnicaoleohidráulica.com
[Septiembre 2005]
ILINDROS
riedad
e funciones produciendo un movimiento final rotatorio, semi-rotatoria, o en
1.2.2 ACTUADORES HIDRÁULICOS
C
Los cilindros son Actuadores lineales, utilizados para convertir la potencia
hidráulica en fuerza o movimiento mecánico lineal.
Aunque los cilindros producen un movimiento lineal, pueden aplicarse en va
d
8
combinaciones lineal y rotatoria. Además como intermedio de palancas y uniones
se puede lograr multiplicar o reducir fuerza; aumentar o disminuir velocidad.
El principio de funcionamiento es muy simple: el fluido bajo presión es enviado
por una de las conexiones del actuador este actúa contra el área del pistón. El
istón unido al vástago es movido linealmente en su longitud con una pequeña
erza. La distancia miento se llama
arrera.
hidráulico está constituido por la cámara del vástago (Área más
equeña) en la cual se encuentra el vástago y la cámara del pistón el área mayor
o de los tipos más corrientes se exponen a
con u
1. .
a
Retorno por muelle
p
fu recorrida del pistón durante el desplaza
c
Figura 1.4. Partes del cilindro. www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]
El cilindro
p
de cilindro. Hay varios tipos de cilindros incluyendo los de simple y de doble
efectos.
Las características de diseñ
tin ación:
Cilindros de simple efecto
• Retorno por carg
•
• Cilindro telescópico
9
• Cilindro buzo
2. ilindros de doble efecto
•
•
ILINDRO
ellos de cilindro: Normalmente se utilizan anillos de fundición como juntas del
e consigue la estanqueidad de las superficies móviles por la junta del vástago
e la contaminación externa pueda penetrar
ntre el área guía y de sello. Estos son juntas corrientes de goma, pero debe
as guías de los vástagos se fabrican generalmente con materiales similares a los
C
Cilindro de doble vástago
Cilindro tandem
Figura 1.5. Tipos de cilindros. www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]
CONSTRUCCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE UN C
S
pistón. Los sellos son agrupados dentro de sellos estáticos y dinámicos. Las juntas
estáticas (sellos) mantienen estancada la presión.
S
(Sellos dinámicos) que impide que el fluido fugue a lo largo del vástago, y las
juntas del pistón que impide que el fluido derive por éste.
Se instala un limpiador que impide qu
e
ponerse mucho cuidado en que el material que las forman sean compatibles con
el fluido y la temperatura del sistema.
L
basados en polímeros duros (plásticos) tales como teflón. (Teflón es un nombre
comercial de Du Pont).
10
Con pocas excepciones, se proporciona un limpiador o rascador del vástago. No
do, sino también con el
mbiente a que está expuesta el vástago del cilindro, tales como hielo, suciedad,
ontaje del cilindro. Existen varios tipos entre las más conocidas se encuentran:
es, con pernos, con brida, con muñones, con salientes
terales y con cojinetes esféricos.
CA
2)
3) La duración del cilindro y del sistema depende muchísimo de la
elemento sencillo, el
PR
1. minación puede dañar el
2.
3. dro para asegurar una carga
4. sistema influye mucho en
funcionamiento y expectativas de duración.
debe pasarse por alto la importancia de este componente. Ya que impide que
contaminantes exteriores, penetren dentro del cilindro y del sistema hidráulico.
Los materiales deben ser compatibles no sólo con el flui
a
vapor, agua, etc. Por lo cual es muy importante el mantenimiento del dispositivo
limpiador/ rascador pero frecuentemente se suele olvidar.
M
el montaje con tirant
la
RACTERÍSTICAS
1) Los cilindros hidráulicos son uno de los dispositivos móviles
Las fuerzas generadas por ellos son de las mayores que se encuentran en
los sistemas de potencia fluida.
especificación y mantenimiento adecuados de un
limpiador/ rascador del vástago.
ECAUCIONES DE MANTENIMIENTO Y OPERACIÓN
Como en todos los elementos hidráulicos, la conta
cilindro.
Son muy importantes las prácticas generales de limpieza, tales como
taponar orificios hasta que se conecten las líneas.
Es esencial un cuidado especial en el cilin
mínima sobre los cojinetes y juntas.
La forma en que se utiliza el cilindro en un
11
5. El accionamiento rápido de las válvulas con centro cerrado puede originar
puntas de presión extremadamente elevadas.
6. Contra presiones excesivas, debidas a válvulas de control de la velocidad
pueden originar un desgaste rápido de las juntas.
7. Aunque el diseño de los cilindros puede ser sencillo, su uso adecuado
sideración muchos factores.
el motor, de entrada y de salida, pueden ser ambos presurizados
áulicos llevan drenaje
xterno.
El funciona e
• as de las partes en movimiento.
Eficacia de los métodos utilizados para conectar la superficie bajo
de diseño por la
apacidad de soportar la presión y grandes fuerzas, caudal, par de salida,
os motores hidráulicos pueden clasificarse según su aplicación, en tres
categorías
y par bajo
requiere tomar en con
MOTORES HIDRÁULICOS
El nombre que se da generalmente al actuador hidráulico giratorio es motor
hidráulico. La construcción de los motores se parece mucho a la de las bombas.
En lugar de suministrar fluido como la hace una bomba, son impulsados por esta y
desarrollan un par y un movimiento continúo de rotación, es decir, convierten la
energía hidráulica en torque y como resultado en una fuerza. Como los dos
orificios d
(motores bidireccionales). Muchos de los motores hidr
e
mi nto óptimo del motor esta determinado por:
• Capacidad de soportar presiones y grandes fuerzas hidráulicas.
Características de las fug
•
presión al eje de salida.
El funcionamiento óptimo de un motor varía en cada tipo
c
velocidad, rendimiento, duración elevada y configuración física.
L
:
• Motores de velocidad elevada
12
• Motores de baja velocidad y par elevado
• Motores de rotación limitada
Tipos de m t
o ores hidráulicos:
• Motores de engranajes, externos e internos (gerotor u orbital)
Figura 1.6. Motor de engranaje y gerotor. [www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre
2005]
• Motores de paletas, de tipo equilibrados y desequilibrados
hidráulicamente, fijos, variables y de cartucho (funcionamiento
elevado).
Figura 1.7. Motor de paletas. www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]
• Motores de pistón, en línea, en ángulo y radiales (fijos, variables y
tipo leva), motores de tornillo.
13
Figura 1.8. Motores de pistón lineal, radial, angular. www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre
2005]
1.2.3 ELE E
Una vez se ha conseguido introducir el fluido en la tubería del sistema o circuito
hidráulico, se precisan una serie de componentes para regular y controlar los
parámetros de presión y caudal de este flujo dentro del sistema, así como de
dirigir el flujo en uno u otro sentido según las necesidades.
Para ello se dispone de un amplio abanico de válvulas capaces de realizar todas
las funciones requeridas para el correcto control de los parámetros. Estas válvulas
re
ello se dividen en los tres grandes grupos que son:
presión
M NTOS DE REGULACIÓN
gulan la presión en puntos determinados, la dirección del fluido, y el caudal. Por
• Válvulas reguladoras de
•
Figura 1.9. Válvula de acción directa e indirecta. [www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre
2005]
• Válvulas direccionales
14
• Figura 1.10. Válvula de accionamiento mecánico. www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre
2005]
• Válvulas reguladoras de caudal
VALVULAS REGULADORAS DE PRESION
Las primeras suelen funcionar por medio de un pistón que es sensible a la presión;
s direccionales, en su mayoría, se basan en el desplazamiento de una corredera
oras de presión tienen como misión el
ontrol de la presión en los distintos puntos del circuito o sistema hidráulico. En su
de seguridad. La válvula de regulación de presión del tipo "normalmente
errada", es decir que no permite el paso de fluido en condiciones normales.
Válvulas de seguridad directas, en este tipo de válvulas, entre la entrada y la
salida, existe una bola o un cono que se mantiene presionado contra su asiento
por medio de un muelle, la fuerza que ejerce este muelle puede variarse por medio
la
dentro de un alojamiento, haciendo que, según la posición, el flujo se dirija a un
orificio de salida u a otro; las reguladores de caudal se basan en la reducción del
paso de fluido, y pueden hacerlo por medio de pistones, estranguladores o de
correderas.
Como su nombre indica, las válvulas regulad
c
forma más simple se trata de válvulas de dos vías (entrada y salida) que pueden
estar normalmente abiertas o normalmente cerradas.
Válvulas
c
Como su propio nombre indica se trata de válvulas que limitan la presión máxima
en el sistema, ofreciendo así la seguridad de que no se exceden los valores límites
de presión máxima de los componentes, o simplemente se usan para mantener la
presión máxima dentro de los parámetros para componentes, o los que se ha
diseñado el circuito.
15
de un sistema mecánico externo a la válvula. Se abre cuando la presión del fluido
en la entrada de la válvula es superior a la que la mantiene cerrada, permitiendo el
paso del fluido hacia la salida de la válvula.
En el momento en que la presión del sistema no sea suficiente para vencer la
fuerza del muelle y mantener abierta la válvula, ésta se cerrará por la acción del
muelle.
Las válvulas de seguridad directas no regulables son poco usadas ya que sólo
ión directa existe una diferencia entre la presión de apertura
on la que pasa una parte del caudal) y la presión necesaria para su total
pida respuesta cosa que las hace ideales para
berar presiones puntuales.
prevenir los daños que
casionarían en los componentes los golpes de presión o como válvulas de
permiten la regulación en función de la fuerza del muelle, y éste se debe cambiar
si se desea modificar la presión de apertura, con el agravante de que ésta es
siempre fija. Los modelos con regulación externa han dejado también de utilizarse
en beneficio de las válvulas pilotadas.
En las válvulas de acc
(c
apertura (permitiendo el paso de todo el caudal).
Las válvulas de seguridad de acción directa son generalmente usadas para
pequeños caudales. Presentan la ventaja de no fugar con presiones inferiores a
las de apertura y de tener una rá
li
Normalmente se usan como válvulas de seguridad para
o
seguridad para prevenir la expansión térmica en cilindros cerrados. La gran
ventaja de estas válvulas es la velocidad de respuesta inmediata, y sus
inconvenientes la falta de precisión en la regulación y el calentamiento que sufre el
fluido en la descarga.
16
Cuando una válvula de seguridad de acción directa debe funcionar con mucha
de gaste.
e ntrada gracias a la fuerza de un muelle.
de la válvula.
primera fase de pilotaje, en la cual una pequeña válvula de acción
irecta, normalmente construida dentro de la propia válvula de seguridad, actúa
frecuencia o debe trabajar a presiones cercanas a las de apertura, la respuesta del
muelle puede provocar vibraciones en el funcionamiento de la válvula, lo cual
produce desgaste en el asiento del cono que posteriormente produce fugas a
través de los puntos de s
Las válvulas de seguridad de acción directa no son, por lo tanto, recomendables
para trabajar a presiones cercanas a las de regulación.
Además de los tipos de bola y de cono existe el modelo de pistón, en el cual el
elemento que produce el cierre es un pistón guiado o corredera. El pistón guiado
se mantiene bloqueando el orificio d e
Cuando la presión actúa sobre este pistón, hace que éste se abra y se mueva
contra la fuerza del muelle y deje al descubierto la salida hacia el depósito situada
en el cuerpo
Dentro de estas válvulas de pistón, existe el modelo de pistón diferencial, en
donde la presión actúa sobre la cara anular del pistón haciendo que, por diferencia
de presiones, el muelle a utilizar sea mucho más pequeño, por lo que se reduce el
tamaño de la válvula.
Válvulas de seguridad pilotadas. Para aplicaciones que requieren válvulas de
seguridad que permitan el paso de grandes caudales con pequeñas pérdidas de
carga se usan válvulas de seguridad pilotadas. Estas válvulas operan en
dos fases: una
d
como control en la válvula principal.
De todas formas, el pilotaje puede también estar localizado en cualquier otro punto
ajeno a la válvula y conectado a la válvula principal mediante un tubo o
conducción.
17
La válvula de seguridad principal está normalmente cerrada. Un orificio en la
válvula principal permite que la presión del sistema actúe en el área grande y en la
ara del muelle. Así la suma de la presión en la cara del muelle y la del propio
presión en la entrada de la válvula
e pilotaje aumenta también, y cuando alcanza la de su regulación, esta válvula
d principal, y hacen que ésta se abra y que el exceso de fluido
e dirija hacia el tanque evitando cualquier posible incremento en la presión de
debe existir como mínimo una válvula de seguridad para limitar la
resión máxima del sistema. En la mayoría de los circuitos existe más de una
c
muelle mantienen la válvula cerrada.
Cuando la presión del sistema incrementa, la
d
abre. El aceite sale, entonces, por detrás de la válvula principal hacia el drenaje.
La reducción en la presión resultante a través de la conducción que las
interconecta produce un desequilibrio en las fuerzas que mantenían cerrada la
válvula de segurida
s
entrada. La válvula cierra otra vez cuando la presión de entrada disminuye por
debajo de la presión de regulación de la válvula de pilotaje.
A pesar de que el funcionamiento de las válvulas pilotadas es más lento que las
válvulas de acción directa, las pilotadas mantienen al sistema con una presión
más constante mientras están descargando.
En todos los circuitos hidráulicos, además de la bomba como elemento impulsor
del fluido
p
válvula de seguridad, bien sea por las diferentes presiones que se precisan en los
distintos puntos del sistema, o bien para la protección de elementos concretos
dentro del circuito.
Además de las válvulas de seguridad, y ya para aplicaciones concretas y
específicas, existen otros tipos de válvulas reguladoras de presión.
18
Válvulas reductoras, son válvulas empleadas para mantener presiones inferiores a
las del sistema en una línea determinada. Este tipo de válvulas son válvulas de
os vías que reciben la presión de la salida, en lugar de la entrada como lo hacen
crementa la fuerza del muelle y poco a poco mueve el pistón hacia la derecha.
n ante y de presión fija.
ircu o secundario.
as por el circuito secundario y la fuerza del muelle. Cuando las
d
las válvulas de seguridad. Son válvulas normalmente abiertas en las que, cuando
la presión en la salida supera la de regulación, se cierra y se reduce la presión de
la entrada en la línea secundaria. Existen dos tipos de válvulas: directas o
pilotadas.
Válvulas reductoras de acción directa, esta válvula se mantiene abierta gracias a
la fuerza del muelle. Cuando se reduce la presión en el puerto de salida,
in
Una válvula reductora de acción directa limita la presión máxima en la línea
secundaria del circuito sin considerar la presión o cambios de presión del circuito
primario. A diferencia de las válvulas de seguridad, como es lógico, las reductoras
admiten presión en su línea de salida. Estas válvulas pueden dividirse en dos tipos
diferentes: de presión co st
Las válvulas reductoras de presión constante suministran o mantienen una presión
preestablecida independientemente de la presión del circuito principal, siempre y
cuando ésta sea superior a la requerida en el circuito secundario. Funciona
balanceando la presión del circuito secundario contra la fuerza ejercida por un
muelle ajustable que pretende abrir la válvula cuando la presión en el circuito
secundario disminuye. La fuerza del muelle abre la válvula lo suficiente como para
incrementar y mantener una presión reducida constante en el c it
Las válvulas reductoras de presión fija suministran una reducción de presión fija
independientemente de la presión en el circuito principal. Esta válvula funciona
balanceando la fuerza ejercida por la presión en el circuito principal contra la suma
de fuerzas ejercid
19
áreas presurizadas en ambos lados de la válvula son iguales, la reducción fija es
la que ejerce el muelle.
Válvulas reductoras de presión pilotadas, en este elemento la reducción de
resión se efectúa hidráulicamente equilibrando la corredera por la presión de
una pérdida de carga a través de la
orredera y la presión diferencial causa entonces el movimiento de la corredera
álvulas de secuencia, en muchas instalaciones, las limitaciones, de, espacio y los
o.
e después de que la función primaria se haya completado
atisfactoriamente. Cuando está normalmente cerrada permite al fluido circular
p
salida. Un muelle suave mantiene la válvula abierta y una pequeña válvula de
seguridad, generalmente construida dentro del mismo cuerpo de la válvula, envía
el fluido al depósito cuando la presión reducida alcanza la del muelle de la válvula
de pilotaje. Este caudal de fluido causa
c
hacia su posición de cerrado, contraria a la fuerza del muelle.
La válvula reductora pilotada libera solamente la cantidad de fluido suficiente para
posicionar la corredera principal hasta que el caudal de la válvula principal iguale a
los requerimientos del circuito de presión reducida. Cuando no se precise caudal
válvula se cierra.
Las válvulas reductoras de presión pilotadas generalmente tienen una gama de
muelles de ajuste más amplia que las de acción directa y ofrecen unas
regulaciones más ajustadas.
V
requerimientos de las fuerzas determinan el tamaño del cilindro necesario para
realizar un trabajo. En este caso las válvulas de secuencia se utilizan para hacer
actuar los cilindros en el orden requerid
Las válvulas de secuencia son de dos vías y normalmente cerradas. Normalmente
una válvula de secuencia permite que la presión del fluido circule a una segunda
función solament
s
libremente hacia el circuito primario para realizar esta primera función hasta que la
presión de taraje de la válvula se alcanza.
20
Cuando la función primaria se ha alcanzado la presión en este circuito incrementa
y acciona la presión de la válvula de secuencia, lo que presuriza la corredera y
vence la fuerza del muelle. El muelle está compensado y la corredera de la válvula
se mueve permitiendo que el fluido circule hacia el circuito secundario.
álvulas de contrapresión, estas válvulas son normalmente cerradas, se usan
e deba mantenerse una presión para evitar el mal
cargar
ombas; así se consigue que todo el caudal de la bomba vaya directamente al
una fuerza suficiente para vencer
la ejercida por el muelle, entonces la válvula se abre dirigiendo el caudal de la
bomba al depósito a baja presión.
Principalment bas (una de baja
resión y alto caudal y otra de bajo caudal y alta presión) donde al alcanzar una
NALES
on aquellas que abren y cierran el paso y dirigen el fluido en un sentido u otro a
través de las distintas líneas de conexión. Se pueden clasificar por el número de
pasos que tienen, de entradas, salidas y posiciones en que pueden actuar.
En algunas ocasiones las válvulas de secuencia tienen válvulas antirretorno
interiores que permiten el paso libre del fluido en sentido contrario, es decir, del
circuito secundario al circuito primario.
V
principalmente en circuitos dond
funcionamiento.
Válvulas de descarga, estas válvulas se usan normalmente para des
b
tanque a baja presión sin pasar por la válvula de seguridad. Es una válvula
normalmente cerrada, donde cuando a través de un pilotaje externo al lado
opuesto de la corredera de la válvula se obtiene
e estas válvulas se usan en circuitos con dos bom
p
determinada presión una de las bombas descarga directamente al tanque mientras
la otra mantiene una presión elevada y un caudal reducido.
VÁLVULAS DIRECCIO
S
21
Válvulas unidireccionales, son como su mismo nombre lo indica, válvulas que
permiten el flujo del fluido sea en un solo sentido, y evitan el flujo en sentido
verso. Estas válvulas pueden ser de dos tipos.
ién el flujo en sentido inverso.
iten el paso del fluido desde la entrada
(llamada
realizar s almente cerradas o
ormalmente abiertas.
S REGULADORAS DE CAUDAL
as válvulas reguladoras de caudal son las que delimitan el volumen de líquido por
las sirven para variar
la v s movimientos.
Tip uladoras de caudal:
• Válvulas reguladoras de caudal no compensadas (válvulas de aguja).
dentro del sistema hidráulico. Las líneas de conducción del
uido incluyen los adaptadores, estos deben ser capaces de soportar no solo la
in
• Antirretorno.
• Antirretorno pilotado, mediante la acción de un pilotaje externo
puede permitir tamb
Válvulas direccionales de dos vías, perm
presión u orificio de presión) hacia las diferentes vías en que debe
us funciones. Estas válvulas pueden ser norm
n
Válvulas direccionales de varias vías, hay un orificio de entrada y según la válvula,
diversos orificios que pueden ir hacia los accionadores o distintas partes del
sistema y un orificio de retorno hacia el deposito.
VÁLVULA
L
unidad de tiempo que pasa a través del sistema. Estas válvu
elocidad de lo
os de válvulas reg
• Válvulas reguladoras de caudal compensadas.
1.2.4 CONDUCTORES HIDRÁULICOS
Las tuberías y mangueras hidráulicas interconectan los diferentes componentes y
conducen el fluido
fl
22
presión calculada máxima del sistema, sino resistir los golpes de presión del
sistema.
LAS MANGUERAS HIDRÁULICAS Y SU CONSTRUCCIÓN
• El tubo
• El refuerzo
• La cubierta
as mangueras hidráulicas son ampliamente usadas, porque son de fácil
een la característica de absorber los golpes de presión y vibración
L TUBO
ción acerca de la resistencia química para una selección
propiada.
Las mangueras que son usadas para conducir líquidos y/o gases a presión, son
fabricadas por capas de elastómeros, fibras y mallas de acero. Cada capa esta
diseñada para cumplir una necesidad particular, de los requerimientos de
comportamiento general. Las mangueras están disponibles en varios diámetros y
rangos de presión.
L
instalación y pos
en los equipos. La instalación requiere menos destreza. La mayoría de las
mangueras tienen al menos tres capas, las que incluyen el tubo interno, una o más
capas de refuerzo (mallas) y la cubierta. La descripción de estas tres secciones se
da a continuación:
E
Está hecho generalmente de algún tipo de goma sintética o termoplástico como el
nylon. La función principal del tubo es la de transportar el líquido, gas o una
combinación de ambos. Por esta razón debe ser químicamente resistente al
material que esta siendo conducido. Consulte siempre al fabricante de la
manguera la informa
a
EL REFUERZO
23
La capa o capas de refuerzo suministran la fuerza para resistir la presión del
sistema. Pueden ser fabricados con materiales textiles o alambre. Algunos de los
ateriales textiles mas comúnmente utilizados son algodón, rayón, poliéster, nylon
ateriales para las mayas de alambre pueden ser acero al carbón,
El más
omún es el trenzado, donde el alambre o los materiales textiles son entrelazados,
ión. Para aplicaciones
de muy alta y ultra alta presión, el refuerzo es generalmente enrollado en espiral
sob
De resión, se pueden utilizar múltiples capas de refuerzo
en la construcción. Otro tipo de refuerzo es una combinación de trenzado textil y
ala s capas de trenzado. El alambre helicoidal
evi n aplicaciones de vacío y es utilizado en
mangueras de succión.
rta usualmente el fabricante la utiliza para identificar el producto.
Esta identificación puede contener:
• Nombre del fabricante
• Numero de partes
• Rango de presión o aplicación
• Tamaño (diámetro)
• Fec
• Numero de control de calidad
• Esp
m
y kevlar. Los m
acero inoxidable, acero galvanizado o bronce.
Hay tres métodos comunes para la aplicación del refuerzo de la manguera.
c
para mangueras que trabajan en el rango de baja a alta pres
re la manguera.
pendiendo del rango de p
mbre helicoidal insertado entre la
ta el colapso de la manguera e
LA CUBIERTA
La cubierta como su nombre lo implica, es la capa más externa de la manguera.
Su función principal es la de proteger el tubo y al refuerzo de daños externos. En
esta cubie
ha de fabricación
ecificación de la industria
24
1.2.5 DEP S
Están dise e
considera m ito
mbién es denominado estanque, se diseñan para que cumplan varias funciones
Ó ITOS O ESTANQUES
ñados y construidos para almacenar el flujo hidráulico, su diseño influy
ble ente la función y rendimiento del sistema hidráulico. El depós
ta
que son:
Figura 1.11. Depósito. www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]
• Almacenar el fluido requerido por el sistema.
struidos con placas de acero soldadas, el interior recubierto con una
orificio de llenado
ispone de una fina malla para eliminar los contaminantes del fluido en el
presurizado no se usa respiradero se sustituye por una
• Disipar el calor generado en el sistema.
• Debe tener espacio para que el aire se separe del fluido.
• Permitir que los contaminantes se diluyan y depositen en el fondo.
• Impedir que este sea un medio de contaminación para el circuito.
CONSTRUCCIÓN DE DEPÓSITOS
Son con
pintura que reduce la oxidación y debe ser compatible con el fluido utilizado.
El fondo del estanque esta inclinado y tiene un tapón de drenaje el punto mas bajo
para que el estanque pueda ser completamente vaciado. El
d
depósito. En un depósito
válvula para regular la presión en el estanque entre límites predeterminados.
25
Los depósitos llevan una placa desviadora que se extiende a lo largo del centro
del estanque que tiene generalmente 2/3 la altura del nivel de aceite y se usa al
separar la línea de entrada de la bomba de la línea de retorno. La función de esta
odo depósito tiene en un lugar visible y protegido un indicador de nivel de aceite,
ACUMULADORES
os sistemas hidráulicos son almacenados y sometidos a considerables presiones,
y golpes / picos (peak) de presión. La diferencia de los gases, que son
compresibles y pueden almacenarse durante un periodo de tiempo, los fluidos
hidráulicos son normalmente incompresibles pudiendo generar golpes de presión y
daño estos problemas, suministran un medio para
almacenar estos fluidos bajo presión.
Vari n los sistemas hidráulicos, estos
son de peso, que usan la fuerza de gravedad, de resorte y acumuladores de gas.
acumulador y actúa sobre el
rea del pistón o de la vejiga para elevar un peso o comprimir un muelle o gas.
ualquier tendencia para disminuir la presión a la entrada del acumulador, hace
ue el elemento (peso, gas o resorte) reaccione y obligue al líquido a salir hacia el
istema. Los circuitos hidráulicos son equipados con uno o más acumuladores. El
flujo hidráulico almacenado bajo presión omunes
son:
1. Proporcionar flujo adicional a la bomba.
placa es la de impedir que se originen turbulencias en el estanque, también
permiten que sustancias extrañas se sedimenten en el fondo, ayuda a separar el
aire del fluido además, colabora a disipar el calor a través de las paredes del
tanque.
T
el indica el mínimo y máximo nivel de fluido dentro del depósito. También el
indicador de nivel puede tener incluido un marcador de temperatura. Muchas
veces los filtros de retorno y drenaje se instalan en el depósito.
1.2.6
L
s. Los acumuladores solventan
os son los tipos de acumuladores aplicados e
En principio el fluido hidráulico entra en la cámara del
á
C
q
s
tiene varios propósitos. Los más c
26
2. Mantener el sistema a presión.
3. Energía para emergencias.
4. Absorber golpes de pr
5. Eliminar ruidos.
6. Detener la expansi
w.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]
esión.
ón de la temperatura.
Los acumuladores se clasifican de la siguiente forma:
Figura 1.12. Acumulador de contrapeso. ww
Figura 1.13. Acumulador de Muelle. www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]
Figura 1.14. Acumulador de gas: de pistón y vejiga. www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre
2005]
ACUMULADORES DE CONTRAPESO
27
Estos acumuladores son los mas antiguos, se utilizan de pistón vertical, con
facilidad para añadir o remover pesos, para hacer variar la presión, que es
siempre igual al peso utilizado dividido por el área del pistón que recibe el fluido
hidráulico. Este es el único tipo de acumuladores en que la presión se mantiene
onstante, hasta que la cámara del acumulador se quede prácticamente vacía. No
e contrapeso son pesados, ocupan mucho espacio y
CUMULADORES DE MUELLE (RESORTE)
ando este sale.
os acumuladores de muelle se pueden montar en cualquier posición. La fuerza
del r, los límites de presión no son fácilmente ajustables con estos
acumuladores. Además, cuando se requieren grandes cantidades de fluido, las
erzas involucradas hacen muy difícil poder obtener muelles suficientemente
erte, generalmente nitrógeno seco. Nunca debe utilizarse oxigeno, debido a su
la presión de carga del gas que no debe de ser inferior al 25% (preferentemente
c
obstante, los acumuladores d
su uso es limitado. Se utilizan en algunas prensas de gran tamaño en las que se
requiere una presión constante o en aquellas pocas aplicaciones en que sean
necesarios grandes volúmenes.
A
En un acumulador de muelle la presión es aplicada al fluido mediante la
compresión de un muelle espiral colocado detrás del pistón del acumulador. La
presión es igual a la fuerza instantánea del muelle dividida por el área del pistón.
Por consiguiente, la presión no es constante, puesto que la fuerza del muelle
aumenta a medida que el fluido entra en la cámara y disminuye cu
L
muelle, es deci
fu
grandes.
ACUMULADORES DE GAS
Probablemente el acumulador más utilizado es el de la cámara cargada con gas
in
tendencia a quemarse o a explotar al comprimirlo con aceite. A veces se utiliza
aire, pero no es recomendable por el mismo motivo.
Un acumulador de gas debe cargarse cuando esta vacío de fluido hidráulico. Las
presiones de carga de gas varían en cada aplicación y dependen del intervalo de
28
33%) de la compresión del gas, aumentando cuando entra el fluido y
disminuyendo cuando sale. Los tipos de acumuladores a gas son:
1. De pistón
2. De vejiga o membrana
cumuladores de membrana o vejiga, muchos acumuladores llevan incorporada
na membrana o vejiga de caucho sintético que separa el gas del fluido hidráulico.
omo ciertos fluidos inflamables no son compatibles con membranas o vejigas
onvencionales, es importante seleccionar el material adecuado para las mismas.
l aceite disponible puede variar entre el 25% y el 75% de la capacidad total,
egún las condiciones de funcionamiento. Trabajando fuera de estos limite, la
ejiga podría dilatarse o comprimirse demasiado, limitándose su duración.
omo precaución el acumulador tiene que aislarse completamente del circuito o
star completamente descargado, antes de iniciar cualquier desmontaje de las
neas del circuito. Nunca debe desmontarse un acumulador sin antes descargarlo,
ien sea de gas, muelle o peso.
A
u
C
c
E
s
v
C
e
lí
b
29
30
CAPITULO 2. DESARROLLO DE PROCEDIMIENTOS PARA LA SELECCIÓN DE COMPONENTES 2.1 SELECCIÓN DE BOMBAS
los componentes de control que serán
ble son más caras. Hay que recordar que
nos elementos de control y es muy posible que al
ompararlo con el uso de una de desplazamiento fijo resulte ser mas barata.
o: Se refiere cuando el periodo de trabajo es constante y las interrupciones
on insignificantes. Aquí pueden existir tres grados de servicio: a) bajo servicio:
r que el 25% de la tasa máxima de la capacidad de los
componentes en el circuito, b) mediano servicio: entre el 25% y el 75%, c) Servicio
pesado: cuando supera el 75% de la tasa.
Las bombas nunca deben ser seleccionadas de forma empírica. Existen
numerosos factores que se deben considerar:
2.1.1 EL COSTO
Se debe de considerar el costo como un factor que afecte la selección de la
bomba, podría ser que se escoja una demasiada cara y exceda los requerimientos
del sistema.
Las bombas de desplazamiento positivo son las más baratas; sin embargo el costo
de esta debe de pesar contra el costo de
necesarios para que el circuito funcione apropiadamente.
Las bombas de desplazamiento varia
este tipo de bomba requiere me
c
2.1.2 TIPO DE TAREA
Esto se refiere a la clase de uso que se hará de la bomba la cual puede variar
dependiendo de la aplicación que se tenga. Existen dos tipos de uso:
Intermitente: Se tiene cuando en periodos de trabajo hay una interrupción.
Continu
s
cuando la carga no es mayo
31
La tasa antes mencionada se refiere a la capacidad de los componentes en la
razón de velocidad, presión y caudal.
2.1.3 ENERGÍA DE ENTRADA
Aunque el tipo de la bomba, el diseño, la construcción y otros factores son
importantes, las características de la entrada de energía de funcionamiento de la
omba son consideraciones dominantes. Las curvas de la bomba son
esta representado por medio de
la tiene
las istón seguidas por las de paleta y por ultimo las de engrane.
Al ba, recuerde que entre más alta es la eficacia volumétrica,
mejor es el funcionamiento que puede esperar. El problema es justificar un costo
má eficacia total es importante porque
expresa cuánto caballo de fuerza se está entregando realmente al sistema
b
representaciones gráficas de ciertas características o de funcionamientos
anticipados bajo condiciones indicadas. Un ejemplo típico es el caudal la cual está
en función de la velocidad de la bomba y que dependerá de las revoluciones del
motor.
2.1.4 CARACTERÍSTICAS
La presión y el caudal son aspectos que afecta la selección de una bomba para
una determinada aplicación aquí también entra cual es la máxima presión
requerida para producir suficiente fuerza de salida de los Actuadores.
La presión es una función de la resistencia de la carga en el sistema y es una
variable independiente.
El caudal varía con la velocidad de la bomba, esto
una línea recta. La eficiencia volumétrica no se debe de pasar por alto pues este
nos da una relación entre la entrada y salida del caudal, la mejor eficiencia
bombas de p
seleccionar una bom
s alto para un rendimiento más elevado. La
32
Por ú los
S HIDRÁULICOS
• Émbolo
dor
ortiguador (regulador)
• Un tornillo sangrador
ltimo es imprescindible que cumpla el requisito del caudal requerido para
Actuadores usados en el circuito.
2.2 SELECCIÓN DE CILINDRO
Antes de entrar a los criterios de selección debemos conocer algunas partes
principales del cilindro y así ubicarnos en lo que se detalla a continuación.
• Pistón
• Amortigua
• Orificio
• Ajustable del am
• Una válvula antirretorno
Figura 2.1. Amortiguador del pistón. www.tecnicaoleohidráulica.com [Septiembre 2005]
.2.1 FLUIDOS
se de fluido va a trabajar el pistón, este podría ser
Cualquiera que
ea el fluido hay que tomar en cuenta la compatibilidad.
El criterio de selección de los cilindros incluye:
2
Tenemos que saber con que cla
derivado del petróleo o uno que tenga un alto contenido de agua.
s
2.2.2 PRESIÓN
Este criterio se refiere a la máxima presión continua o intermitente al cual el
cilindro estará sujeto.
33
La capacidad de presión viene dada por el fabricante, dependerá de la
construcción de este. Esta información puede obtenerse de la placa de referencias
del cilindro o del catálogo del fabricante. La velocidad del cilindro, la fuerza exterior
disponible y la presión requerida para la carga dada dependen todas del área del
pistón, cuando sale el vá
ástago del área del pistón.
.2.3 EXTREMOS DE LA BARRA
ger entre una variedad de tipos los cuales el fabricante
fa
LINDRO
uede ser de simple o de doble efecto, según se requiera.
del cilindro estará en tensión o
ompresión. Otro importante factor es la fricción y torsión que puede presentarse
de la barra causada por una carga rotacional a través de la
ro no experimentará pandeo. Para esto
xisten las siguientes fórmulas:
stago. Cuando éste entra, se debe restar el área del
v
2
El diseñador puede esco
cilitará a través del catálogo.
2.2.4 ACCIÓN DEL CI
P
2.2.5 TIPO DE CARGA
Se debe definir varios aspectos como si el vástago
c
en los extremos
horquilla.
El diseñador debe asegurarse que el cilind
e
40≥iL
(Ec. 2.1)
Donde:
L = Longitud del vástago
34
A (Ec. 2.2)
I = Inercia del vástago
A = Área del vástago
Ii =
Para el caso del catálogo anexado a este trabajo el fabricante nos facilita el trabajo
a tabla donde nos indica las carreras máximas para la carga
nte los fabricantes de cilindros nos dan datos de diámetro de
ástago vs. Carrera para una carga dada.
ortante tomarlo en cuenta pues los cilindros pueden estar sujetos a
iferentes tipos de ciclo de trabajo según lo requiera la aplicación.
presiones picos más
llá de la presión para el cual se ha diseñado.
rrera del
ilindro. Frecuentemente se instalan amortiguadores a uno o ambos extremos del
l movimiento del pistón cerca del fin de carrera debe impedir
.2.10 VELOCIDAD
de los cilindros hidráulicos, no se permite una velocidad del
r controlada por reguladores
proveyéndonos de un
y dimensiones que tendrá el cilindro seleccionado.
2.2.6 CARRERA
La distancia a la cual la carga puede ser movida determina la longitud de la
carrera. Generalme
v
2.2.7 CICLO
Es muy imp
d
2.2.8 CHOQUES DE CARGA
Durante un ciclo de trabajo el cilindro puede experimentar
a
2.2.9 AMORTIGUADORES DEL CILINDRO
Los Amortiguadores frenan y detiene la aceleración al final de la ca
c
cilindro para reducir e
que éste golpee contra las tapas.
2
Para la mayoría
pistón mayor a 0,5 mts / seg. La velocidad puede se
35
de flujo, el tamaño de la entrada (restrictores graduados). Si es necesario,
sellos será menor y se requiere un diseño
ro de ciclos, este datos es facilitado por el
bricante.
l peso de él no puede ser muy grande.
o se requiere una
me parador que se coloca en el
vás aplicaciones hidráulicas
no
2.2.17 ORIFICIOS
velocidades mayores la vida útil de los
especial de estos.
2.2.11 VIDA ÚTIL
Usualmente se específica en núme
fa
2.2.12 MONTAJE
Existes diferentes tipos de montajes aceptables, el diseñador debe escoger el que
más se adapte a las necesidades y limitantes en el circuito.
2.2.13 TAMAÑO Y PESO.
Estos pueden ser críticos ya que en algunos casos tenemos un limitado espacio
para el actuador o simplemente e
2.2.14 EFICIENCIA.
Debe ser considerado tanto como se consideraría en una bomba o motor. El
cilindro tiene su propia eficiencia volumétrica característica.
2.2.15 COSTO.
El costo inicial del cilindro es otro factor a considerar.
2.2.16 LIMITADORES DE CARRERA
Se utiliza en cilindros de carrera larga o aplicaciones cuand
dia carrera, un limitador de carrera es un tubo se
tago del cilindro, cerca del pistón. La mayoría de las
requieren limitadores de carrera.
36
Un orificio es una abertura interna o externa en un cilindro diseñado para permitir
el paso del fluido dentro o fuera de un componente. Pueden ser bujes soldado
roscados en las tapas. Estas orificios (conexiones) son especificados por el
bricante incluso pueden en algunas ocasiones suministrarse en el vástago. Las
hos hilos son usados para las roscas,
ero los comunes son; British Standard pipe thead (B.S.P.), Milimétrico I.S.O. y
.T).
tes hidráulicos para poder conseguir un rendimiento máximo.
ÓN DE CILINDROS SEGÚN EL TAMAÑO
ón para extensión y retracción.
3) Mecanismo de fijación del cilindro.
s la cantidad de fluido requerido por el motor para que su eje gire una revolución.
fa
conexiones por lo general son estándar. Muc
p
American national pipe (N.P
2.2.18 INSTALACIÓN DE CILINDROS Y LOCALIZACIÓN DE AVERÍAS
Algunos fabricantes realizan la siguiente recomendación:
La instalación de un cilindro es un procedimiento que debe ser realizado por
técnicos hidráulicos. Si aparece cualquier problema durante la fase de instalación,
debe consultarse a un experto.
Una instalación y mantenimiento adecuado son cruciales en todos los
componen
2.2.19 SELECCI
Característica muy importante ya que depende de la aplicación especifica.
El criterio a utilizar en la selección del tamaño del cilindro es:
1) Fuerza de Salida para extensión y retracción.
2) Velocidad del Pist
La fuerza de salida puede ser expresada en Newton o equivalente. Esta depende
del desarrollo de la presión y el área del pistón. Esto es afectado levemente por la
fricción entre los componentes móviles y estacionarios del cilindro Hidráulico.
2.3 SELECCIÓN DE MOTOR HIDRÁULICO
2.3.1 DESPLAZAMIENTO
E
El desplazamiento es igual a la capacidad de una cámara multiplicada por la
cantidad de cámaras que el motor contiene. El desplazamiento de los motores
37
hidráulicos puede ser fijo o variable para un mismo caudal de entrada y presión de
trabajo constante a la misma velocidad. Bajo las mismas condiciones, el motor de
esplazamiento variable proporciona un par variable (torque variable) a velocidad
función de la presión del sistema y del desplazamiento del
l torque indica el par que el motor puede realmente realizar para mantener una
r de giro toma en consideración el rendimiento del motor y se
rranque se refiere al valor del par que el motor puede desarrollar para
mpezar a mover una carga. En algunos casos este es mucho menor que el de
iro. El de arranque se expresa también como un porcentaje teórico y para los
ranajes suele estar comprendido
ntre el 60 % y el 90 % del teórico. El rendimiento mecánico es la relación entre el
ado y el par teórico.
d
variable.
2.3.2 TORQUE
Su concepto es equivalente al de la fuerza en un cilindro. Se define como un
esfuerzo giratorio o de torsión. No se requiere movimiento para tener un par, pero
este movimiento se efectuará si el par es suficiente para vencer el rozamiento y
resistencia de la carga.
El par de salida es
motor. Los valores del par de un motor se dan generalmente para una diferencia
específica de presiones, o caída de presión a través del mismo. Los valores
teóricos indican el par disponible en el eje del motor suponiendo un rendimiento
del 100 %.
El par de arranque con carga es el par requerido para conseguir que gire una
carga en reposo. Hace falta más par para empezar a mover una carga que para
mantenerla moviéndose.
E
carga girando. El pa
expresa como un porcentaje del par teórico. El de los motores normales de
pistones, paletas y engranajes es aproximadamente un 90 % del teórico.
El par de a
e
g
motores corrientes de pistones, paletas y eng
e
par real desarroll
38
2.3.3 VELOCIDAD
Depende de su desplazamiento y del volumen del fluido que se le a de suministrar.
u velocidad máxima es la velocidad a una presión de entrada especifica que el
e un tiempo limitado sin dañarse. La velocidad
ngos de eficiencia.
l sistema hidráulico puede sufrir daños si el motor es sobre revolucionado o
rematuro / acelerado.
para el funcionamiento de un motor hidráulico depende del
ar y del desplazamiento. Un motor con gran desplazamiento desarrollará un par
sión que un motor con un desplazamiento más
IONAL
tálogo la máxima presión a la cual puede
star sujeta la válvula.
Se
ebe de considerar el flujo que pasará a través de la válvula para poder obtener
te.
S
motor puede mantener durant
mínima es la de rotación suave, continua y más baja de su eje. El drenaje es la
fuga interna a través del motor, o el fluido que lo atraviesa sin realizar ningún
trabajo. El motor hidráulico debe ser operado dentro de sus ra
E
provocar un desgaste p
2.3.4 LA PRESIÓN
La presión necesaria
p
determinado con menos pre
pequeño.
2.4 SELECCIÓN DE VÁLVULA DIRECC
2.4.1 PRESIÓN
El diseñador debe de buscar en el ca
e
2.4.2 CAPACIDAD DE FLUJO
El máximo flujo es también obtenido de las necesidades en el ciclo de trabajo.
d
las pérdidas de carga por medio de las gráficas del fabrican
2.4.3 OPERADORES
39
Los operadores dependerán del tipo de accionamiento seleccionado
te para el cambio de corredera, estos pueden ser: manual, eléctrico,
.4.4 GOLPES DE PRESIÓN
e en algún momento dado la presión trascienda a un
.4.5 COMPATIBILIDAD DEL FLUÍDO
tán limitadas a determinadas aplicaciones en los cuales se usa
n algunos casos puede suceder que se necesite una velocidad de respuesta de
afectar el buen funcionamiento del ciclo de trabajo.
.5 SELECCIÓN DE VÁLVULA DE CONTROL DE FLUJO
n rango de presión aceptable con respecto a
de trabajo.
ccional se debe de verificar el máximo caudal que
uede pasar a través de ella.
ula de control de flujo puede requerir que se ajuste al máximo o al mínimo
ujo del sistema.
anticipadamen
pilotado, mecánico.
2
Existe la posibilidad de qu
valor considerable, más allá de la presión continua.
2
Algunas válvulas es
aceite mineral; sin embargo existes otros tipos de válvulas que son compatibles
con una variedad de fluidos sintéticos.
2.4.6 TIEMPO DE RESPUESTA
E
la válvula, pues este puede
2
2.5.1 PRESIÓN DEL SISTEMA
La válvula debe de poder operar en u
la
2.5.2 FLUJO
Al igual que la válvula dire
p
2.5.3 RANGO DE FLUJO
La válv
fl
40
2.5.4 EXACTITUD
La válvula debe cubrir con precisión este factor ya que en algunos casos se
ecesita un caudal determinado a la entrada de un actuador.
2.6 SELECCIÓN DE VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN
2.6 P
La máxima presión del sistema debe influenciar la selección de esta válvula.
2.6
El diseñador debe determinar a través del perfil del circuito el nivel de control y
ariación durante el ciclo de trabajo.
RESIÓN
sta es una posibilidad que en cualquier momento del ciclo de trabajo puede
icos dependerá de los
iguientes factores:
ervicio.
• Vibración.
ad de las fugas.
n
.1 RESIÓN MÁXIMA
.2 CONTROL DE PRESIÓN
v
2.6.3 FLUJO
La razón de flujo a través de la válvula durante el ciclo y la pérdida de carga son
factores a tomar en cuenta.
2.6.4 GOLPE DE P
E
pasar.
2.7 SELECCIÓN DE MANGUERAS, TUBOS Y ADAPTADORES HIDRÁULICOS.
La elección de mangueras, tubos y adaptadores hidrául
s
• Presión estática y dinámica.
• Máximo caudal.
• Compatibilidad con los diferentes fluidos.
• Facilidad para el s
• Permisivid
41
• Condiciones ambientales.
• Costo.
Los conductores hidráulicos deben poseer áreas bastante grandes para
requerimientos del fluido, para no crear excesivas bajas de presión. La utilización
e tubos o mangueras hidráulicas dependerán de la flexibilidad requerida para la
apl or lo general por equipos
mó podría provocar daños o
fug
El pre en la aplicación y
ndimiento requeridos. Existen muchas mangueras de productos híbridos en el
para mangueras siempre debe ser hecha a base
ón y su
apacidad de resistir la abrasión, la luz solar (rayos ultravioleta), químicos y
erdo a sus medidas
e construcción. Una manguera con diámetro interno pequeño soportara un rango
guera de idéntica construcción pero de diámetro
a presión 1125 a 5000 psi (77.57 a 344.74 bar).
4. Muy alta presión 2000 a 4000 psi (137.9 a 275.8 bar).
d
icación. Las mangueras flexibles son utilizadas p
viles o aquellos en los que la vibración es mayor y
as del sistema.
proceso de selección de mangueras debe basarse siem
re
mercado que van más allá de los requerimientos estándar de rendimiento de la
industria y deben ser incluidas en el proceso de selección.
La selección de las conexiones
de la aplicación y las especificaciones del fabricante.
Los materiales de la cubierta son determinados según su aplicaci
c
temperaturas externas.
2.7.1 PRESIÓN
Los estilos de mangueras varían en rangos de presión de acu
d
de presión mayor que una man
mayor. Para comparar estos rangos, la industria ha dividido los rangos de presión
en cinco categorías.
1. Baja presión 200 a 300 psi (13.79 a 20.68 bar).
2. Media presión 250 a 300 psi (17.24 a 20.68 bar).
3. Alt
42
5. Ultra presión 3000 a 10000 psi (206.84 a 689.5 bar).
.7.4 PRESIÓN DE TRABAJO
olpes de presión, en casi todos los sistemas hidráulicos se producen aumentos
debe
eleccionarse una manguera con mayor margen de seguridad. Por el contrario, en
ciones de presión, o muy ligeras, es posible
Presión de rotura, presión de prueba y presión de trabajo son términos utilizados
para describir las características de presión de las mangueras.
2.7.2 PRESIÓN DE RUPTURA
Es la presión de prueba a la cual ocurre la ruptura. La presión mínima de este se
determina mediante pruebas de ruptura de un gran número de muestras.
2.7.3 PRESIÓN DE PRUEBA
Es un valor de prueba de control de calidad solamente. Este valor es normalmente
el 50 % de la presión mínima de rotura y es aplicado tanto en ensambles como en
mangueras en rollos, como prueba de certificación de calidad.
2
Las mangueras hidráulicas están diseñadas para operaciones continuas a la
presión máxima de trabajo que se especifica para cada una, es la máxima presión
a la cual debe operar la manguera. Se determina dividiendo la presión de rotura
entre el factor de seguridad. El factor de seguridad recomendado por la SAE es de
4:1 y en algunos casos hasta un factor de seguridad de 8:1 en la capacidad de
presión.
G
momentáneos de presión superiores a la presión ajustada en la válvula de alivio.
Esto afecta mucho la vida en servicio de la manguera y a los componentes del
sistema. En equipos que trabajan con golpes fuertes de presión
s
sistemas que no sufren estas pulsa
usar un factor de seguridad reducido.
2.7.5 TEMPERATURA DE OPERACIÓN O TRABAJO
43
Se refieren a la temperatura máxima del líquido o gas conducido. Condiciones
de alta temperatura pueden causar efectos adversos a las mangueras debido a
la degradación del caucho, reduciendo así la utilidad de la manguera y la
tención de las conexiones.
un rango
e -40 a +212 ºF (-44 a +100 ºC).
.7.6 TEMPERATURA AMBIENTE
inación con las internas también son un
2.7.7 RADIO DE CURVATURA
El r i
ser doblada sin producir daños internos o aplastamiento. La mayoría de los
fab a el radio mínimo de curvatura de sus
ma u presión, medidas y
re
En algunos casos el líquido conducido puede retardar este daño, mientras que en
otros puede acelerarlo. Por lo tanto la temperatura máxima para cada manguera
no aplica a todos los líquidos y gases. Siempre debe evitarse el uso continuo a
la temperatura máxima conjuntamente con la presión máxima. Además, se refiere
a la temperatura mínima y máxima del fluido que está siendo conducido. La
mayoría de las mangueras hidráulicas están diseñadas para operar en
d
Algunas mangueras de goma con compuestos de tubo especiales pueden operar
desde -65 a 300 ºF (-53.9 a +148.9 ºC). Para temperaturas desde 100 a +450 ºF
(-73.3 a +232 ºC) una manguera con tubo de teflón será la más apropiada.
2
Las temperaturas ambientales en comb
factor muy importante. Para recomendaciones específicas se debe consultar al
fabricante. Las temperaturas ambientales muy altas o muy bajas (al exterior de la
manguera) pueden alterar los materiales de la cubierta y del esfuerzo, afectando
así la vida de la manguera. La temperatura de la atmósfera circundante es
importante si puede afectar al fluido o dañar la cubierta de la manguera.
ad o mínimo de curvatura de una manguera es el diámetro menor al que puede
ric ntes de mangueras hidráulicas indican
ng eras, el cual esta basado en su construcción, rango de
44
esp o es
ecir se mide el radio mínimo de doblara en la parte interior del doblez.
reducir la expansión
volumé
.7.9 COMPATIBILIDAD DE FLUIDOS
ierta son susceptibles a ataque de corrosión
as hidráulicas se listan a continuación, con sus respectivas
aplicaciones.
• COMPUESTO DEL TUBO Aplicación Buna-n (NBR) Derivados del petróleo
ueras suministran un método para acoplar las
angueras a los distintos componentes hidráulicos. Las conexiones para
didas en dos categorías basadas en el
es r de pared. El radio de curvatura se mide en el interior de la curvatura
d
2.7.8 VIBRACIÓN Y FLEXIÓN
Las mangueras hidráulicas están diseñadas para resistir la máxima vibración y
flexión, expansión volumétrica. Las mangueras hidráulicas normalmente están
manufacturadas con el ángulo neutral en la trenza para
trica.
2
Los materiales del tubo y de la cub
cuando el fluido o gases con los que entran en contacto, interactúa con su
constitución química. El material del tubo es la consideración más importante ya
que es el más factible de ser atacado. Los materiales del tubo más comúnmente
utilizados en manguer
Fluidos aromáticos
• Neopreno (CR) Derivados del petróleo
• Etilen – Propileno Fosfatos (EPDM) Resistente al calor
• Nylon Derivados del petróleo Fosfatos
• Teflón Derivados del petróleo- fosfatos Temp. Hasta + 450 ºF (232.2 °C)
2.7.10 TIPOS DE CONEXIONES PARA MANGUERAS
Las conexiones para mang
m
mangueras hidráulicas pueden ser divi
método de acoplamiento a la manguera. Ellas pueden ser:
• Reusable
• Permanente
45
2.7.11 CONEXIONES REUSABLES
Como el término implica, este tipo de conexión puede ser reusada. Cuando se
ecesite reemplazar la manguera, la conexión se puede quitar y ser aplicada a la
nueva
conexione
Conex e
y el casqu
dentro del
Conexiones Amordazadas consisten de un niple o inserto que dentro de la
anguera y de dos mitades de abrazadera se aseguran firmemente alrededor de
ercas. Hay un área de bloqueo en
l niple en la que asienta la abrazadera para evitar que el niple pueda ser jalado y
anguera.
as conexiones hidráulicas llamadas permanentes, se harán colocando la férula
a y luego el vástago que posee conexión, se comprime deformando
o de su método de
coplamiento. Uno es llamado el método de prensado y el otro es el método de
n
manguera. Existen tres variaciones muy comunes de este tipo de
s:
• Atornilladas
• Amordazadas
ion s de tipo Atornillado se componen normalmente de piezas, el vástago
illo. La manguera es atornillada al casquillo, y el vástago se atornilla
casquillo y la manguera quedando atrapada entre ambas partes.
m
la manguera y el niple mediante tornillos y tu
e
expulsado de la m
2.7.12 CONEXIONES PERMANENTES
L
en la manguer
su escudo exterior o férula sobre la manguera, esta no pueden ser rehusadas. Hay
dos tipos de conexiones permanentes, dependiend
a
estampado.
• El método de prensado se utiliza una prensa con dados movibles para
ejercer fuerza radialmente sobre la férula y comprimir controladamente
la conexión sobre la manguera. Esta acción atrapa la manguera entre el
vástago de la conexión y la férula.
46
• El método de estampado produce un perfil más suave. El estampado
también deja una burbuja mucho más grande cerca de la parte
hexagonal. Esta burbuja permite el flujo de material durante el proceso
iene que tener la capacidad requerida, la cual es calculada como tres veces el
que se va a instalar.
unque exista una adecuada filtración, partículas de polvo como fibras, abrasión,
pueden acumularse en el sistema. Las
o son filtradas deben ser depositadas en el fondo del depósito.
separando retorno con
dmisión.
de estampado.
2.8 SELECCIÓN DE DEPÓSITO O TANQUE 2.8.1 VOLUMEN
T
caudal que da la bomba
2.8.2 LÍNEAS
Las líneas de retorno al reservorio deben ser sumergidas, es decir, deben entrar
por debajo del nivel del tanque para evitas flujos de aire.
2.8.3 ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES
A
elastómeros plásticos y sílice arenosa
partículas que n
Una placa desviadora debe extender a lo largo de esta al centro del depósito, la
finalidad es permitir que los contaminantes que son partículas mas pesadas suban
y pasen a la de admisión de las bombas hidráulicas,
a
2.8.4 ELIMINACIÓN DEL AIRE
Burbujas de aire, son creadas por entradas de aire o por flujos intermitentes de
líneas de retorno y drenaje de baja presión. La eliminación del aire debe ser
realizado, por una operación que es estimulada por un difusor de aire (Placa
perforada) y la circulación lenta del aceite.
2.8.5 RESPIRADORES
47
Las variaciones de volumen en él deposito (por la variación de retornos de fluidos
produce constantes entradas y salidas de aire al
ULADOR
.9.1 TAMAÑO
ores pueden también instalarse en un sistema para
bsorber choques de puntas instantáneas de presión, debidas a paradas bruscas
éndose así absorber
s puntas de presión y evitar al mismo tiempo una flexión constante de la
: por una parte el cálculo y la definición concreta del
omponente en función de sus necesidades (presión, caudal, etc.), y por otra el
utilizados por los Actuadores,
deposito. El aire que entra al depósito lo hace a través del respiradero. El
respiradero es instalado al depósito, en él se encuentra un filtro que purifica el aire
que ingresa al depósito. Usualmente en el respiradero se instala un colador que
permite filtrar el aceite que entra al depósito.
2.9 SELECCIÓN DEL ACUM
2
La talla de un acumulador puede ser cuidadosamente seleccionados y calculado
para asegurar de obtener el volumen (volumen de trabajo) de fluido hidráulico que
puede ser absorbido descargando desde el acumulador.
En muchos sistemas hidráulicos es necesaria una gran cantidad de fluido para
efectuar el trabajo pero este se realiza solo intermitentemente en el ciclo de la
máquina. Los acumulad
a
o inversiones del caudal de aceite. En tales casos, la presión de carga próxima o
ligeramente superior a la presión máxima de trabajo, consigui
la
membrana o de la vejiga.
2.10 DISEÑO DE CIRCUITOS
Una vez conocidas las aplicaciones de los sistemas hidráulicos, sus componentes,
y alguna de las principales fórmulas para realizar los cálculos necesarios, se
pueden empezar a diseñar los circuitos. El diseño de un circuito conlleva dos
tareas primordiales
c
dibujo o croquis del circuito.
48
Es importante considerar, durante el cálculo de los componentes, la disponibilidad
de éstos en el mercado de componentes estandarizados. En la mayoría de
casiones se tendrá que jugar con las variables del sistema para adaptarlos a los
las
ecesidades y trabajos a realizar por los elementos accionadores (velocidades,
ovimientos y
abajos a realizar.
os son los más utilizados. Los
ímbolos gráficos son la taquigrafía de los diagramas de circuitos, utilizándose
uando este diagrama o esquema está bien realizado se puede fácilmente
sin necesidad de una memoria
o
componentes que existen en el mercado. Por ello, una vez dibujado el sistema y
definidos sus componentes, suele ser necesario rehacer los cálculos para adaptar
al sistema los componentes estandarizados que mejor se adapten a las
necesidades del mismo.
Se ha de considerar que entre un elemento estandarizado y otro de fabricación
especial la diferencia en costos puede ser muy considerable.
Para el diseño de un circuito es imprescindible el conocimiento exacto de
n
fuerzas, tiempos, ciclos, etc.), así como las limitaciones (espacios, potencia
disponible, tipo de energía, etc.). Con los datos de diseño, y con la ayuda de los
símbolos, se hace croquis en el que se dibujan los elementos accionadores y los
impulsadores; a continuación se elabora una secuencia de los m
tr
Para conseguir una visión general de un sistema o circuito se precisa un método
para representarlo, es decir, un dibujo o diagrama en el que aparezcan todos y
cada uno de sus componentes así como las conexiones y líneas que los enlazan
entre sí.
En la industria, los símbolos y diagramas gráfic
s
formas geométricas sencillas que indican funciones e interconexiones de las
líneas y de los componentes.
C
comprender el funcionamiento del conjunto
49
exp
los ele
Los símbolos de los componentes representan esquemáticamente su
funcionamiento interno y su sistema de control o regulación, ya que si se
pre
interpr
os componentes de un circuito oleohidráulico se esquematizan en un croquis del
circ
de con
una m
memoria explicativa de los componentes. Así por ejemplo, se especificará si la
omba o el motor es de paletas, engranajes o pistones, si las válvulas son
ins
Estos inir los componentes
e regulación y control que se han de intercalar entre el accionador final y el
ele
.10.1 PASOS PARA DISEÑAR UN CIRCUITO
realizar por los elementos accionadores (velocidades, fuerzas,
tiempos, ciclos, etc.), así como las limitaciones (espacios, potencia
rgía, etc.).
minar con
licativa del mismo. Para facilitar la comprensión de un esquema se representan
mentos que lo componen por medio de unos símbolos estandarizados.
sentaran en función de su apariencia externa surgirían muchos problemas de
etación al haber muchos componentes externamente iguales.
L
uito mediante un símbolo; al ser diversas las opciones de montaje (válvulas) o
strucción (bombas y motores) que pueden aparecer en un sistema, y para
ejor clarificación de las mismas, acompañará al croquis del sistema una
b
ertadas o para montaje en línea o panel, etc.
movimientos y trabajos o fases del ciclo ayudarán a def
d
mento impulsor. Finalmente se añaden al croquis los accesorios del sistema.
2
1. Antes de todo es imprescindible el conocimiento exacto de las necesidades
y trabajos a
disponible, tipo de ene
2. Con los datos obtenidos en el paso uno se hace un diseño preli
ayuda de los símbolos haciendo un croquis en el que se dibujan los
elementos accionadores y los impulsadores.
50
3. A continuación se elabora una secuencia de los movimientos y trabajos a
y potencia del motor que accionará la
bomba necesarios para el funcionamiento del circuito.
como válvulas y accesorios
n el croquis del circuito por lo
cual en este paso se deberá de poner el croquis definitivo y hacer los
Par siguiente
Dig e desarrolla una fuerza de 137200 N
realizar los cuales nos ayudarán a definir los componentes de regulación y
control que se ha de intercalar entre el accionador final y el elemento
impulsor.
4. Seguidamente se hacen los cálculos de los parámetros según su ciclo de
trabajo tales como presión, caudales
5. Resumir en una tabla los datos importantes que nos ayudarán a seleccionar
el equipo
6. Se hace un croquis con los elementos necesarios para el funcionamiento
del circuito.
7. Seleccionar la bomba
8. Seleccionar los demás componentes
9. Posiblemente durante la selección de equipo nos podemos dar cuenta que
necesitamos elementos no considerados e
cálculos necesarios para seleccionarlos.
10. Como paso final seria de ayuda, a la hora de hacer el pedido, un cuadro
donde se listen los elementos con sus características al igual que el
catálogo
a entender mejor los pasos antes explicados expondremos el
ejemplo:
amos que necesitamos un cilindro qu en la
prensada la cual se realiza en 20 s, la pieza permanece prensada durante 30 s.
51
Seguidamente retrocede la prensa en 10 s hasta alcanzar su posición inicial; para
realizar este movimiento debe vencer un peso de 52430 N.
Finalmente la prensa se mantiene en reposo durante 15 s que es el tiempo que el
operario tiene para hacer el cambio de pieza. Tome en cuenta que es importante
que el pistón no baje por su propio peso pues podría causarle daños al operario.
La carrera del pistón es de 1500 mm durante la extensión y retracción.
La longitud del cilindro es de 1600 mm con un pistón de diámetro de 120 mm y
vástago de diámetro de 80 mm
No existen problemas de abastecimiento de energía, el accionamiento y la
a. ontestadas
en el problema: nos dicen que es una prensa hidráulica que tiene como función
prensar una pieza ran erminado. El circuito tiene que ser
diseñado de tal manera que el vástago del cilindro no baje por su propio peso,
lo cual es de tenerlo muy en cuenta pues en muchos casos el resolver un tipo
de de s d m de la selección de válvulas en el
circuito. Otro dato que nos dan es que el circuito será automatizado.
. En el problema nos dicen que nuestro elemento accionador es un cilindro en
.
temporización se harán por medios eléctricos.
Las preguntas que el diseñador se hará en el primer paso están c
du te un tiempo det
problema esto epende ucho
b
posición vertical y la impulsadora será una bomba. Con los datos anteriores
hacemos nuestro croquis preliminar
Figura 2.2. Croquis inicial
52
c. Como tercer paso resumiremos los datos de tiempo y distancia de los
movimientos del actuador del sistema, se recomienda hacer un cuadro que
contenga estos datos para un mayor orden y visión de los cálculos. Tabla 2.1. Datos para cálculos
iempo (s)
Fuerza (N)
Carrera (mm)
Presión (kPa)
Presión (bar)
Caudal (l/min)
Movimiento T
Avance 20 137200 1500 Reposo 30 Retroceso 10 52430 1500 Reposo 15 Total 75
Este cuadro utilidad tanto pa resumen puede llegar hacer de mucha ra los cálculos
como para la automatización del circuito ya una vez diseñado.
d realizar nuestros primeros
cálculos que son los que nos ayudarán para seleccionar el resto de
. Con lo anterior tenemos los datos suficientes para
componentes de nuestro circuito que por el momento solo esta constituido por
un cilindro y una bomba. Si tenemos que:
AFP = (Ec. 2.3)
Presión en la extensión es de 12,132.4 kPa
Presión en la retracción es de 8,055.6 kPa
de trabajo; a esto hay que agregarle las
érdidas de carga.
Caudal de Avance:
La bomba deberá dar al sistema 12,132.4 kPa. Esto debido a que es la presión
máxima necesaria en todo el ciclo
p
ltVCarreraRCarreraAV
A
PA
96.16
2
=××=×= π
(Ec. 2.4)
Si la carrera de avance tarda 20 s
53
min51 lt
tVQ
A
AA == (Ec. 2.5)
Caudal de retroceso:
ltV
CarrerarRCarreraAV RR )( 22 ×−×=×= π
R 42.9= (Ec. 2.6)
Si la carrera de retroceso tarda 10 s
min6.56 ltVR ==
tRR (Ec. 2.7)
El cau is o q u ionar
una bomba capaz d tisfa s n ade auda imo uir un
regulador (limitador) de caudal para reducirlo durante la fase de avance el cual hay
que colocarlo en la entrada del cilindro por la parte anular, y se complementará
con una válvula que permita el libre paso del fluido en sentido contrario, ya que de
no ser así también limitaría el f o en la se d .
Si decimos que el motor eléctrico da 1450 rpm, la cilindrada de la bomba será:
Q
dal en el avance y re
e sa
troceso n
cer la
o es el m
ecesid
mo; por l
s del c
ue hay q
l máx
e selecc
, e incl
luj fa e retroceso
Como vemos a través de este cálculo se ha tomado la decisión de colocar un
limitador de caudal con antirretorno el cual no sabíamos a ciencia cierta al inicio
del problema que lo íbamos a utilizar.
revcm
ltcm
rpm
lt
VelocidadQCilindrada
33max 39
11000
1450min
6.56=×== (Ec. 2.8)
teórica; supongamos que la bomba tienen un rendimiento Esta sería la cilindrada
volumétrico que se puede estimar en el 90%, la cilindrada necesaria para
suministrar el caudal requerido será de:
revcmrev
cm3
3
3.4339
= (Ec. 2.9) 9.0
54
Si no existiera una bomba con esta cilindrada se deberá instalar una de mayor
cilindrada y añadir al sistema otro limitador de caudal.
5) Tabla 2.2. Resultado de cálculos
Movimiento Tiempo (s)
Fuerza (N)
Carrera (mm)
Presión (kPa)
Presión (bar)
Caudal (l/min)
Avance 20 137200 1500 12,132.40 121.324 51 Reposo 30 137200 0 12,132.40 121.324 0 Retroceso 10 52430 1500 8,055.60 80.556 57 Reposo 15 52430 0 8,055.60 80.556 0 Total 75 12,132.40 121.324 57
6) El circuito requerirá además de los filtros de aspiración y retorno un regulador
e caudal para controlar la velocidad del cilindro y una válvula check pilotada para d
evitar que el vástago se mueva por su propio peso.
Figura 2.3. Croquis terminado
7) Selección de bomba
bomba de caudal constante que necesitamos; para esto acudiremos a los datos
En los primeros cálculos obtuvimos la presión y el caudal necesario para que el
circuito trabaje de la manera que se quiere, estos datos nos servirán para buscar
la
que el catálogo del fabricante nos facilita para la selección de nuestra bomba.
Se necesita una bomba de cilindrada mínima de 43.3 cm3/rev. En algunos
catálogos miden el tamaño de la bomba según la cilindrada en otros nos dan datos
con gráficas de vrs. Caudal. Aunque el formato de cada catálogo difiere de
fabricante en fabricante y del tipo de bomba; siempre se deberá exigir la suficiente
información para hacer nuestra selección de otra manera podemos cometer
55
errores sumamente costosos al darnos quirida no fue la
elección mas acertada.
Para nuestro ejercicio haremos uso de la siguiente información de catálogo
[Bosch, www.boschrexroth.com
cuenta que la bomba ad
, Enero 2006; parte de esta catálogo esta en el
ANEXOA] Tabla 2.3. Datos de bomba. www.boschrexroth.com [Enero 2005]
Usaremos una bomba de engranes externos clasificado en este catálogo como de
tamaño G. Nuestra bomba tendrá un cilindraje de 45 cm3/rev con una presión de
180 bar de presión máxima de trabajo continuo y una rotación máxima de 1800
rev/min
Haciendo uso de la gráfica de la figura 2.4 proporcionada en el mismo catálogo
veremos la potencia necesaria para un motor de 1450 rpm y el torque.
La bomba nos dará una presión de 180 bar y nosotros necesitamos 124 bar que
es un poco menos por lo cual usaremos una válvula que nos regule esta presión.
En muchos casos las dimensiones del equipo son muy importantes y no hay que
pasarlas por alto. También el catálogo del fabricante menciona una gran variedad
de información sobre el fluido a usar y en
utilizar, además nos facilita
rmulas que ellos han usado para sacar las gráficas, en este caso las
correcciones por eficiencia de la bomba ya están incluidas en las gráficas por lo
algunas ocasiones no dan un factor de
corrección de la presión dependiendo del fluido a
fó
56
cual la potencia difiere de la calculada anteriormente pues supusimos una
Figura 2.4. Gráfica de bomba. www.boschrexroth.com
eficiencia total de 80%.
[noviembre 2005]
Figura 2.5. Datos físicos de la bomba. www.boschrexroth.com [noviembre 2005]
57
8) Selección de válvulas y otros accesorios
VÁLVULA DIRECCIONAL
Al igual que la bomba los catálogos de estas válvulas también nos ofrecen las
dimensiones y su configuración, accesorios y los distintos arreglos que podemos
lograr con los carretes y sus accionadores.
Para nuestro caso sabemos que será accionada eléctricamente por lo que
usaremos una con solenoides, además tenemos la información de los caudales
que pasarán por ella lo cual nos da los elementos primordiales para seleccionarla
por medio del siguiente catálogo [Wandfluh, www.wandfluh.com, Enero 2006, Parte
e este catálogo está en el ANEXO A]. d
Figura 2.6. Tipo de válvula direccional y su gráfica. www.wandfluh.com [Enero 2006]
Tabla 2.4. Curvas de válvula direccional. www.wandfluh.com [Enero 2006]
58
Esta válvula permite un caudal máximo de 100 l/min y una presión máxima de 315
bar.
Las pérdidas tanto para la extensión y retracción del cilindro es de 2.5 bar.
Ha s
las pérdidas que van hacia la línea del tanque para seleccionar
y que tomar en cuenta que no es solo esta pérdida la que necesitamos, e
importante calcular
el filtro al igual que calcular el caudal que pasaría para filtro.
Figura 2.7. Tipo de válvula direccional y su especificación. www.wandfluh.com [Enero 2006]
ULA REGULADORA DE FLUJO CON CHECK (METER IN)
siguientes datos técnicos [YUKEN,
www.yuken.org, Enero 2006, parte de este catálogo está en el Anexo A] para el
máximo caudal que pase por ella.
Tabla 2.5. Datos de válvula reguladora de flujo. www.yuken.org
VÁLV
La seleccionaremos por medio de los
[Enero 2006]
59
Vemos que nuestros valores no exceden ni el caudal ni la presión máxima de este
cuadro.
Figura 2.8. Gráfica de la válvula reguladora de flujo. www.yuken.org [Enero 2006]
Para el flujo de 57 l/min y válvula cerrada hasta la mitad tenemos una pérdida de
0.14 Mpa.
Figura 2.9. Dimensiones físicas de la válvula reguladora de flujo. www.yuken.org [Enero 2006]
VÁLVULA CHECK Para escoger nuestra válvula check partimos de la presión y el caudal con que se
trabajará en el circuito.
La siguiente tabla nos muestra la máxima presión con la que puede trabajar la
válv
ula: 240 bar. El máximo flujo lo limita la gráfica de caída de presión.
60
Tabla 2.6. Datos de válvula check pilotada. www.hydraforce.com [Enero 2006]
Ahora calcularemos las pérdidas:
Figura 2.10. Gráfica de la válvula check. www.hydraforce.com [Enero 2006]
La pérdida a través de esta válvula será: A-B: 2.55 bar, B-A: 5.1 bar
61
Figura 2.11. Dimensiones de la válvula check. www.hydraforce.com [Enero 2006]
Tabla 2.7. Datos para válvula de alivio (extensión)
EXTENSIÓN
DENOMINACIÓN CANTIDAD CAUDAL∆PL (Gráficas)
∆PL (bar)
VÁLVULA DIRECCIONAL 1 57 l/min 2.5 bares 2.5 METER IN 1 57 l/min 0.14 Mpa 1.4 TOTAL 3.9
62
Tabla 2.8. Datos para válvula de alivio (retracción)
RETRACCIÓN
DENOMINACION CANTIDAD CAUDAL∆PL (Gráficas)
∆PL (bar)
VALVULA DIRECCIONAL 1 57 l/min 2.5 bares 2.5VALVULA CHECK 1 57 l/min 0.6 Mpa 5.1 TOTAL 7.6
SELECCIÓN DE VÁLVULA DE ALIVIO
Lo primero que debemos ver es la presión y caudal máximo a la cual puede
trabajar nuestra válvula de alivio.
Para el caso usaremos la siguiente tabla dado por el fabricante: [Eaton,
hydraulics.eaton.com, Enero 2006; parte de este catálogo esta en el ANEXOA]
Tabla 2.9. Datos de válvula de alivio. hydraulics.eaton.com [Marzo 2006]
Como sabemos las tablas de datos técnicos difieren de fabricante en fabricante, el
formato de esta tabla es muy distinto a las que hemos usado anteriormente.
63
Al hacer uso de la tabla CST/T-10F*-30 Standard, escogido nuestra válvula nos
vamos a la gráfica de presión contra caudal. El caudal que pasará en la válvula de
alivio es de 75 l/min.
Figura 2.12. Gráfica de la válvula de alivio. hydraulics.eaton.com [Marzo 2006]
egún la gráfica anterior la válvula abrirá a 137 bar, según criterios de algunos
autores a la presión del sistema se le suman 10 unidades, que para nuestro caso
es 124 bar + 10 bar = 134 bar que es un poco menor que 137 bar por lo que se
S
64
toma como aceptable la válvula de alivio para los requerimientos de ajuste de
presión del sistema.
Figura 2.13. Especificaciones y datos de la válvula de alivio. hydraulics.eaton.com Marzo 2006]
SELECCIÓN DEL CILINDRO
65
Primero tenemos que tener en claro las presiones máximas a las cuales va a estar
sujeto nuestro cilindro, la fuerza de retracción, extensión que serán necesarias,
diámetros, carrera.
Para el caso del problema anterior:
Carrera: 1600 mm
Diámetro del cilindro: 1200 mm
Diámetro del vástago: 800 mm
Presión máxima: 180 bar
Presión de trabajo 124 bar
Fuerza de extensión: 137.2 kN
Fuerza de retracción: 46.8 kN
Utilizando el catálogo del ANEXO A tenemos que los cilindro pueden trabajar con
una presión máxima 240 bar. La velocidad máxima a la cual puede trabajar es de
0.5 m/s que es mucho mayor que la velocidad máxima que se necesita que es de:
0.015 m/s.
Figura 2.14. Especificaciones Generales del cilindro. www.rexroth-hydraulics.com [Enero 2006]
66
Escogeremos un diámetro de pistón de 200 mm y de vástago 110 mm.
as fuerzas son un poco mayores que las que necesitamos; estas están
ladas para una presión de 160 bar. Para una de 124 bar tenemos:
Fuerza de extens 70.88 kN
Fuerza de retracción: 117.44 kN
Hay ar que las fuerzas calculadas anteriormente para mover la carga
son s ién debe ar en la fue
tendrá que vencer para mover la carga la cual dependerá no solo del peso sino del
coeficiente de fricción de la superficie.
no ocurra pandeo, en nuestro caso la carrera que
ecesitamos es de 160 mm por lo cual no tendríamos problemas en este aspecto.
cio donde nosotros podemos escoger nuestra
arrera.
r el amortiguamiento, pero como regla
general esto se hace cuando se tienen velocidades mayores o iguales a
6 m/min. Para nuestro caso la velocidad máxima con que se moverá el cilindro no
sobrepasa esta velocidad.
L
calcu
ión: 1
que record
las mínima necesarias. Tamb mos pens rza de fricción que
Para nuestro cilindro en la posición horizontal tendríamos una carrera de 605 mm
como máximo para que
n
Vale la pena aclarar que el fabricante nos da la opción de escoger el
desplazamiento del pistón que necesitemos, si nos vamos al catálogo veremos
que en el código existe un espa
c
Como ultimo paso tendríamos que verifica
67
Figura 2.15. Especificaciones de fijación y pandeo del cilindro. www.rexroth-hydraulics.com [Enero
2006]
físicas del cilindro. www.rexroth-hydraulics.com [Enero 2006] Figura 2.16. Especificaciones
68
Figura 2.17. Especificaciones del cilindro. www.rexroth-hydraulics.com [Enero 2006]
69
9) No hay cambios en el croquis
10) les de los componentes y su catálogo Tabla 2.10. Datos genera
COMPONENTE TIPO QMAX (l/min) PMIN (bar) PMAX (bar) CATALOGO
Bomba SIZE G 65.25 180 250www.boschrexroth.com (Bombas de Engranes)
Válvula direccional D105 100 315 www.wandfluh.comVálvula reguladora con check SRCT-06-50/5080/5090 85 250 Catálogo de Yuken Válvula check CIT-06-∗-50/5080/5090 85 250 Catálogo de Yuken Válvula de Alivio BT-03-*-32 100 250 Catálogo de Yuken
FILTRO
El grado de filtración en la aspiración vendrá definido como requisito por el
bricante de la bomba.
20µm por lo que deberíamos buscar un filtro que tenga este nivel de filtración en la
fa
Digamos que para nuestros componentes seleccionados nos piden un filtro de
salida. Otro factor importante para seleccionarlo es calcular el caudal y la presión
máxima que pasará en esa línea.
Figura 2.18. Gráfica del filtro. www.parker.com [Enero 2006]
70
Figura 2.19. Especificaciones del filtro. www.parker.com [Enero 2006]
Para el caso tenemos que para un filtro de 20 micrómetros de microglass existe
una eficiencia del 99.6% aproximadamente.
71
Los catálogos [Parker, www.parker.com, Enero 2006] de filtro también nos ofrecen
gráficas de pérdida de presión y de temperatura.
SELECCIÓN DEL MOTOR
Si en nuestro circuito nosotros intuyéramos un motor en el cual necesitáramos un
torque de 50 Nm buscaríamos primera en la hoja técnica si la presión del sistema
y el flujo no sobrepasan las máximas del motor.
Figura 2.20. Especificaciones del motor. www.rexroth-hydraulics.com [Enero 2006]
Figura 2.21. Especificaciones Generales del motor. www.rexroth-hydraulics.com [Enero 2006]
Para el caso del motor de tamaño 45 no excedemos el flujo máximo que para el
caso del sistema seria de menos de 57 l/min ya que al agregar un motor al sistema
e tendrían que dividir los flujos que nos da la bomba. s
72
Tampoco tenemos problemas con la presión máxima del circuito ya que este
motor puede soportar hasta 400 bar.
Figura 2.22. Especificaciones físicas del motor. www.rexroth-hydraulics.com [Enero 2006]
CCIÓN DEL ACUMULADOR
dan algunas sugerencia de la precarga máxima
tipos de acumuladores. Como sabemos en la práctica se
P≥≤
presión máxima de 250 (P2)
SELE
En el catálogo del ANEXO A nos
de cada uno de los
suele cumplir las relaciones siguientes:
PoPo
2
1
25.09.0
P
Supongamos que tendremos una
73
Supongamos que tendremos una presión mínima de 110 (P1)
necesitamos restituir un volumen de 20 litros. Y
Figura 2.23. Grafica de volumen vrs. Presión máxima y mínima. www.boschrexroth.de [Enero 2006]
l evaluarlo en la gráfica anterior nos da un volumen restituido de
proximadamente 26 litros. El volumen tiene que ser corregido con el coeficiente
btenido de la gráfica siguiente:
A
a
o
Figura 2.24. Grafica de factor de corrección de volumen. www.boschrexroth.de [Enero 2006]
74
El volumen real será de 0.847x26=22 litros. También es importante ver los
iguientes datos del tamaño de acumulador seleccionado que para nuestro caso
s 50.
s
e
Figura 2.25. Especificaciones del acumulador. www.boschrexroth.de [Enero 2006]
Figura 2.26. Esquema del acumulador. www.boschrexroth.de [Enero 2006]
75
MANGUERA
Las pérdidas de presión en las mangueras por lo general se consideran
diámetro de la tubería) permite holgadamente el paso
el caudal. Esto deberá comprobarse en la información técnica que facilite el
sistema se trabaje con una presión 1000 psi podríamos
scoger la manguera número 601-8 [Parker, www.parker.com
despreciables.
Los diámetros de la tubería indicarán el tipo de conexiones necesarios y también
el de las válvulas a emplear, si bien será recomendable comprobar si las válvula
(del tamaño definido por el
d
fabricante de cada válvula.
Digamos que en un
e , Enero 2006].
Ob n
múltiplo de 4 veces mayor.
ambién vemos el radio mínimo para doblar la manguera, diámetro interno,
tipo de conexión que tiene. Adicionalmente tenemos información
Tabla 2.11. Datos de mangueras. www.parker.com
serve la diferencia entre la presión de ruptura y la de trabajo que es de u
T
externo y el
sobre el material de la manguera.
[Enero 2006]
76
TANQUE
El volumen total del depósito suele ser igual o superior a tres veces el caudal
máximo del sistema. Supongamos que nuestra bomba nos da un flujo de 150
tros/min, esto significará que necesitaremos un depósito con una capacidad
logos que se encuentran nos dan la opción de escoger un
sistema completo de motor-bomba-depósito-accesorios, tal como los vemos en los
ANEXOS A, aquí encontraremos parte de un catálogo de este tipo, para ver más
opcion
www.b .com/country_units/america/united_states/en/products/bri/Produ
cts_and_Catalogs/Power_Units/index.jsp.
li
mínima de 450 litros/min.
Dependiendo de la bomba que se seleccione, se deberá sobredimensionar más el
depósito para una mejor disipación del calor.
Generalmente los catá
es vea en:
oschrexroth
77
78
CAPIT DE LABO
3.1 EXPL SEGUIDO
Se hizo una revisión del equipo existente y de los experimentos que actualmente
se rea to de partida.
Luego
que sean
el equipo necesario que se debe adquirir, de igual manera el que se debe reparar
y así p
Ademá orporar
experi
• LA
ladores.
• LABORATORIO No. 6
1. EXPERIMENTO No 1. Circuito regenerativo.
• LABORATORIO No. 7
1. EXPERIMENTO No 1. Movimiento controlado de una carga
• LABORATORIO No. 8
1. EXPERIMENTO No1. Simulación de prensa hidráulica
2. EXPERIMENTO No 2. Simulación de taladro hidráulico
e procedió a realizar un presupuesto de los equipos necesarios para poner en
ráctica estas nuevas guías de laboratorio. Gracias a los nuevos elementos
dquiridos se han podido realizar una guía automatizada y una de acumuladores.
dicionalmente a estos se desarrolló una práctica de aplicación como lo es el de
uitos Regenerativos”.
ULO 3. DESARROLLO Y CREACIÓN DE LAS PRÁCTICAS RATORIO
ICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO
lizan en el laboratorio de oleohidráulica, para tener un pun
de ello se realizaron prácticas de laboratorio más completas y aplicaciones
acorde a cada experimento, así como también determinar y recomendar
oder desarrollar dichos experimentos.
s de realizar el diseño de nuevos circuitos con el objeto de inc
mentos comprensibles y aplicativos para los estudiantes:
BORATORIO No. 5
1. EXPERIMENTO No 1. Precarga de un Acumuladores.
2. EXPERIMENTO No 2. Aplicaciones de acumu
S
p
a
A
“Circ
79
3.2 EJEMPLO DE PRÁCTICA
omo ejemplo a lo antes dicho a continuación le mostramos una de las guías
ntes mencionadas:
LABORATORIO No. 8: APLICACIONES DE ELECTRO OLEOHIDRÁULICA
C
a
EXPERIMENTO No. 1: “SIMULACIÓN DE PRENSA HIDRÁULICA”
BJETIVO:
O
ue el alumno conozca aplicaciones sencillas del control automático de circuitos
leohidráulicos por medio de electroválvulas.
TRODUCCIÓN.
Q
o
IN
a inserción de tecnologías de la informaciónL en la producción industrial de los
aíses desarrollados ha conocido un ritmo de crecimiento cada vez más elevado
n los últimos años. Por ejemplo, se amplia enormemente la capacidad de
controlar la producción con máquinas de ontrol computarizado y permite avanzar
hacia mayores y más complejos sistemas de automatización, unas de cuyas
expresiones más sofisticadas y más ahorradoras de trabajo humano directo son
los robots, los sistemas flexibles de producción y los sistemas de automatización
integrada de la producción
En este laboratorio se mostrará las bondades de la automatización en dos
circuitos sumamente sencillos con la finalidad de darle una herramienta más al
alumno.
Se harán uso de electroválvulas, que mo se dijo antes son elementos que
obedecen a un señal eléctrica que energiza una bobina y causa que la válvula
cambie de posición. Este accionamiento puede provenir de un contactor o bien de
un sistema de control automático como un PLC que es nuestro caso.
p
e
c
co
80
EQUIPO A UTILIZAR:
1 Unidad de potencia fluídica
1 PLC S7200
1 Electroválvula 4/3 de centro cerrado
1 Meter in
1 Meter out
1 Cilindro 1 ½
1 Fin
6 Mangueras
PROC
al de carrera con rodo inclinado a 30°
Alambres
1 Destornillador plano
1 Tester
EDIMIENTO.
Nota importante: No haga conexiones en el PLC mientras está encendida
1) Armar el circuito oleohidráulico de la Figura 3.1
Figura 3.1. Circuito
2) Conectar el siguiente circuito en los bornes indicados del PLC
81
Figura 3.2. Conexión de botones
Figura 3.3. Conexión de focos
Figura 3.4. Conexión de entradas
Figura 3.5. Conexión de salidas
3) Encender la unidad y calibrar la presión a 600 psi
4) Regular las válvulas de flujo VF1 con dos vueltas y VF2 con 1 vuelta
5) Encender el PLC
6) Cargar el programa de la práctica si aún no a sido cargado (asegúrese
que el PLC esté en modo STOP)
7) Poner el PLC en modo RUN
82
8) Conectar el circuito oleohidráulico a la unidad de potencia.
9) Accionar el botón SO (botón de emergencia). Observe que encenderán
un foco rojo del tablero del PLC lo cual quiere decir que el circuito está en
modo de OFF.
10) Gire SO para poner el circuito en modo ON, uno de los focos verdes se
encenderá indicando el estado.
11) Active el ciclo del circuito S1.1 del tablero del PLC.
12) Observe que cuando el vástago toque el final de carrera, el vástago
regresará a su posición inicial. Si el vástago no toca el final de carrera
resetee el PLC con el botón de emergencia y repita desde el numeral 10
con el botón
13) Para activar otro ciclo oprima nuevamente S1.1
83
84
CAPÍTULO 4: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
• La oleohidráulica definitivamente es un complemento muy importante en la
industria a nivel mundial, pues gracias a ellos podemos llevar a cabo una
y costos
que si lo hiciéramos sin ellos, un ejemplo muy claro de esto es la industria
de la construcción.
alumnos puedan llevar a cabo proyectos
mucho más completos, y desarrollar experimentos de laboratorio mas
• Los catálogos de equipo varían según el fabricante; sin embargo, estos
deben de llenar los requisitos mínimos de información para el diseñador y
así poder hacer una buena selección.
• Se debe tener un sumo cuidado a la hora de seleccionar un componente,
se debe de tomar en cuenta la teoría dada en este trabajo y aun mejor
complementarla con información adicional extraída de cualquier texto o sitio
• Se recomienda que se adquiera en el futuro un PLC, LOGO u otro tipo de
amientas para desarrollar proyectos mucho más novedosos y ayudarles
así a desarrollarse más en este medio que poco a poco se va haciendo
mucho más importante y extenso.
variedad de proyectos que nos lleva mucho menos tiempo, riesgo
• Se recomienda equipar periódicamente el laboratorio de oleohidráulica con
elementos nuevos para que los
completos.
de confianza y lo que el fabricante nos de por medio de un catálogo.
dispositivos de control lógico extra para que los estudiantes pueda tener
herr
85
• Se recomienda elaborar un manual de mantenimiento para el banco de
oleohidráulica y sus componentes, con su respectivo procedimiento de
implementación y seguimiento.
86
GLOSARIO
ctuador: Dispositivo que convierte la energía hidráulica en energía mecánica.
que trasforma la energía hidráulica en una fuerza con
ovimiento lineal.
Actuador rotativo: El que transforma la energía hidráulica en fuerza pero con
movimiento rotativo.
Acumulador: Recipiente en el que se almacena fluido a presión para ser utilizado
como fuente de energía hidráulica.
Amortiguador: aparato destinado a eliminar o reducir las puntas de presión en un
circuito hidráulico.
B Bar: unidad de presión = 1 Kg / cm2 = 14.5 psi.
Bloque: Sistema de montaje de elementos sobre una placa en cuyo interior se
han perforado los conductos necesario para la circulación del fluido para la
función a realizar.
Bomba: Elemento que convierte la fuerza y el movimiento mecánico en potencia
hidráulica del fluido.
Brazo de palanca: Principio de física por el cual se consigue un aumento de la
fuerza de salida al disminuir la distancia a la que se aplica.
A
A
Actuador lineal: El
m
s
87
C Caída de presión: Diferencia de presión entre dos puntos de un sistema o
componentes.
Caudal: Volumen o masa de fluido que pasa por una conducción por unidad de
tiempo. La unidad más empleada en la práctica es el litro por minuto.
Cilindro: Elemento que transforma la energía hidráulica en fuerza o movimiento
lineal.
Cilindro de doble efecto: Cilindro en el que la fuerza del fluido puede aplicarse
en ambos sentidos del elemento móvil.
Cilindro de simple efecto: Cilindro en el que la fuerza del fluido se aplica
solamente en una dirección del elemento móvil.
D Deposito: Recipiente destinado al almacenamiento de un liquido.
Desplazamiento: Volumen de liquido que pasa a través de una bomba, motor, o
cilindro en una sola revolución o carrera.
Drenaje: Pasaje de un componente hidráulico, o procedente de este, por el que el
caudal de fugas y descompresiones retor a directa e indirectamente al deposito.
E Elemento filtrante: Elemento poroso que realiza el proceso de filtración.
n
88
F
Filtro: Aparato cuya función principal es la retención en un medio poroso de los
contaminantes insolubles de un fluido.
Fuerza: Cualquier causa que tienda a producir o modificar el estado de reposo o
movimiento.
H
Hid
L
Líncon el
Línea epósi
M
Ma o
Ma
Mo ergía
e
ráulica: Ciencia que trata de las presiones y los caudales de los líquidos.
ea de presión: Línea hidráulica que conecta la salida de presión de la bomba
orificio presurizado del actuador.
de retorno: Línea hidráulica que conecta la salida del actuador con el
to. d
nif ld: Conductor que ofrece muchos orificios internos de conexión.
nómetro: Dispositivo destinado a la medida de presiones.
tor hidráulico: Aparato que transforma la energía hidráulica en en
m cánica con movimiento rotativo.
O
89
Orificio: Final interno o externo de un pasaje en un componente hidráulico.
P
istón: Pieza de forma cilíndrica que se ajusta dentro de un cilindro y transmite o
otencia: Trabajo por unidad de tiempo.
Pre
unta de presión: Aumento instantáneo de la presión de un circuito, que se
resenta en una onda que se mueve a la velocidad supersónica.
urga: Aparato para eliminar el fluido presurizado.
egulador de caudal: Aparato que se utiliza para regular la cantidad de fluido
ue pasa por el.
endimiento: Relación entre la entrada y la salida o entre los valores teóricos y
s reales. El rendimiento normalmente se expresa en porcentaje.
álvula: Aparato que sirve para controlar la dirección, la presión o el caudal de un
uido.
ástago: Pieza de forma cilíndrica, de diámetro constante, que se utiliza para
ansmitir un empuje.
Precibe un movimiento mediante el vástago conectado a la misma.
P
sión: Fuerza por unidad de área.
Pp
P
R
Rq
Rlo
V Vfl
Vtr
90
Volumen: Capacidad de un espacio o cámara expresado en unidades cúbicas.
91
92
BIBLIOGRAFÍA.
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, Enero 2006. • Felip Roca Ravell [1999], Oleohidráulica básica y diseño de circuitos,
ALFAOMEGA grupo editorial S.A. de C.V., Edición UPC, México. • Festo, www.festo.com, Septiembre 2005. • Héctor Javier Carrera García, No a Betzabe Grande Guevara, Alfredo
Enrique Mendoza Quintero, José Mauricio Urrutia Cruz, Silvia Eunice Vides Cañas [2002], Diseño y construcción de equipo para laboratorio de neumática con prácticas de ele troneumática. Trabajo de graduación presentado para optar al grado de ingeniero mecánico e ingeniero electricista en la Universidad Cen ñas”, San Salvador, El Salvador.
• Mechinedesing, www.m
rm
c
troamericana “José Simeón Ca
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• Boschrexroth, www.boschrexroth.com
, enero 2006.
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93
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• Parker, www.parker.com, enero 2006.
• Eaton, www.hydraulics.eaton.com, marzo 2006
94
95
ANEXO A: CATÁLOGO DE EQUIPO
CATÁLOGO DE BOMBA DE ENGRANES EXTERNOS
A - 1
A - 2
A - 3
A - 4
A - 5
A - 6
CATÁLOGO DE VÁLVULA DIRECCIONAL
A - 7
A - 8
A - 9
A - 10
CATÁLOGO DE VÁLVULA REGULADORA DE FLUJO
A - 11
A - 12
A - 13
A - 14
CATÁLOGO DE VÁLVULA CHECK
A - 15
A - 16
A - 17
A - 18
CATÁLOGO DE VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN
A - 19
A - 20
FILTRO
A - 21
A - 22
A - 23
A - 24
MANGUERA
A - 25
A - 26
CILINDRO OLEOHIDRÁULICO
A - 27
A - 28
A - 29
A - 30
A - 31
A - 32
MOTOR OLEOHIDRÁULICO
A - 33
A - 34
A - 35
A - 36
A - 37
A - 38
A - 39
A - 40
UNIDAD DE POTENCIA
A - 41
A - 42
A - 43
A - 44
A - 45
ANEXO B: ORIO
PRÁCTICAS DE LABORAT
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS DEPTO. CC ENERGÉTICAS Y FLUÍDICAS MECÁNICA DE FLUIDOS II
LABORATORIO No 1
EXPERIMENTO No. 1: "COMPONENTES BÁSICOS DE UN SISTEMA OLEOHIDRÁULICO"
OBJETIVO
El objetivo principal de este laboratorio, es que el alumno conozca e identifique los
elementos básicos que componen un sistema oleohidráulico.
INTRODUCCIÓN
Los diversos elementos utilizados en los sistemas oleohidráulicos, son fabricados
en amplios rangos de tamaños, dependiendo por supuesto, de las diferentes
plicaciones. Los componentes que se utilizan en este laboratorio son del tamaño
iones de la vida real. Para facilitar la construcción
ebemos pues,
familia
PROCED
a
industrial, utilizados en aplicac
de los circuitos oleohidráulicos de los futuros experimentos, d
rizarnos con dichos componentes.
IMIENTO
El inst
las espec ismos, dado que éstas servirán para contestar futuras
pregun
ULICA
ructor te ayudará a identificar los diversos componentes, así mismo, indicará
ificaciones de los m
tas de otros laboratorios.
UNIDAD DE POTENCIA OLEOHIDRÁ
a) vorio.
Esta unidad básicamente consta de:
Depósito o Reser Las funciones de este elemento son :
el fluido de trabajo. 1- Almacenar
B - 1
2- Eliminar el aire disuelto en el sistema.
Permitir que el aceite se enfríe antes 3- de entrar de nuevo al sistema.
el aceite.
La capac 5 galones, para propósitos didácticos, ha
sido
omponentes, como: la bomba, filtros, etc. y el nivel de aceite. Es de mencionar
te tipo de ventanas, en su lugar son
equipados con un medidor de nivel, ya sea del tipo de ballesta o un visor.
El depós superior un tapón (filtro respiradero), el cual permite
ademá
para compensar el cambio de presión cuando el nivel de aceite en el reservorio
cambia
servorio y sus componentes.
b) Máquina Motriz
4- Permitir la sedimentación de los contaminantes sólidos d
idad de este reservorio es de
provisto de ventanas, las cuales nos permiten observar algunos
c
que los reservorios industriales no tienen es
ito tiene en su parte
s de filtrar el aceite en el momento de llenado, la entrada y salida del aire,
.
Figura 1. Re
Cavidad de Llenado por medio del Filtro
o
Motor yBomba
e
Indicador de Nivel (Mínimo)
o
Indicador de Nivel (Máximo)
e
r
B -
Retorn
Antiguas guías de laboratorio
a
Bafle Separador (Evita Cavitación)
2
Tuberí
[2
n
SuccióDrenaj
Filtr
Aceit
Viso
005: p.2]
Esta constituye fu ohidráulico. En las
aplicaciones industriales, generalmente es un motor eléctrico, pero en situaciones
donde no ser dis or un motor de
combustión interna tor se acopla directamente a la
omba a través del acoplamiento entre sus ejes. La potencia del motor en esta
nidad es de
ente de energía para el sistema ole
pone de electricidad, éste es sustituido p
(gasolina o diesel). El mo
b
u H.P.
or acoplado. www.yuken.orgFigura 2. Bomba con mot www.hydraulic-supply.com [Noviembre 2005]
c) Actuadores
Son los elementos que transforman la energía hidráulica obtenida en la
bomba la cual es regulada y controlada por los distintos elementos de
regulación y control en energía mecánica capaz de desarrollar el
movimiento y la fuerza y deseada para el trabajo a realizar. Según sea el
movimiento y trabajo que realice los actuadotes se pueden agrupar en:
(cilindros) y rotativos (motores)
lineales
Figura 3. Pistón de doble efecto. www.hydraulic-supply.com [Noviembre 2005]
B - 3
d) Bomba
La bomba constituye el corazón de todos los sistemas oleohidráulicos,
accionada por el motor eléctrico, ésta bombea el aceite desde el reservorio
asta el múltiple de presión o distribuidor de presión.
ecuerda que la presión se desarrolla únicamente si existe una restricción
l flujo, tal es una válvula ligeramente abierta. Las especificaciones de la
omba del banco de trabajo son:
Tipo : Engra
Caudal : 0.8 G.P.M.
En este caso, la bomba mo
puedes observar.
h
R
a
b
nes, desplazamiento positivo.
Presión máxima: 1500 psi.
está alojada dentro del depósito de aceite, co
Figura 4. Bomba de engranes externos www.hydraulic-supply.com [Noviembre 2005]
Existen diferentes tipos de bomba que se encuentran en el mercado cuyas
os tipos de bombas se muestran en la siguiente figura:
características técnicas podemos encontrarlas en el catálogo del fabricante
y seleccionar e que mejor se adapte a las necesidades del circuito en el
cual se va a montar.
L
B - 4
Figura 5. Tipos de bombas www.tecnicaoleohidraulica.com [Noviembre 2005]
d) Válvula de Alivio
Esta válvula es un dispositivo de seguridad, dado que limita la presión máxima del
sistema. De esta manera se previene que alguna manguera u otro componente
puedan dañarse. Acá la válvula de alivio se ha ajustado a 600 psi; evitando así
que el motor pueda ser sobrecargado si accidentalmente se ajustara a un valor de
presión demasiado elevado o que alguna manguera se reviente.
Este tipo de válvula es de tipo cartucho, hecha especialmente para montarse
sobre esta unidad.
Bomba de Engrane (Interno Excéntrico)
Bomba de Desplazamiento Positivo
Bomba de Paleta
Bomba de Pistones
B - 5
Figura 6. Válvula de alivio, Gemini Fluid Power [1982: p.9-2]
e) Manómetro
Este elemento indica al operador la presión del sistema; así como también permite
te manómetro como puedes observar, es 0-1000 psi.
gen de tal manera que la presión máxima del sistema sea
3
conocer la presión a la cual se ajustará la válvula de alivio.
El rango de presión de es
Los manómetros se esco
½ a 2/ el valor máximo de la escala.
Figura 7. Manómetro www.hydraulic-supply.com [Noviembre 2005]
a Reguladora de Flujof) Válvul
Como
fluido.
sualmente, esta válvula no se utiliza en los sistemas reales, acá se ha instalado
or razones de seguridad. Así, cuando construimos un circuito, esta válvula nos
ermitirá probarlo, dado que podemos ir incrementando gradualmente el flujo.
su nombre lo indica, esta válvula sirve para restringir el flujo de
U
p
p
B - 6
B - 7
Figura 8. Regulador de flujo. www.tecnicaoleohidraulica.com
[Noviembre 2005]
) Filtrog
Para protege álicas, etc.),
e ha instalado en la succión un filtro. En otros sistemas, dependiendo del grado
de filtración deseado, el filtro se coloca en otros puntos.
Los materiales con los cuales se fabrican generalmente son: papel o malla
metálica.
r a la bomba de ciertas impurezas (polvo, partículas met
s
Figura 9. Filtro. www.hydraulic-supply.com [Noviembre 2005]
h) Múltiple o Distribuidor de Presión
Como puedes notar, este elemento posee cuatro puertos, donde pueden hacerse
s conexiones para suministrar la potencia fluidica a los circuitos.
i) Múltiple de Retorno
la
Es de este componente por donde el aceite regresa al reservorio.
j) Válvula de Admisión de Aire y Válvula de Cavitación
Estas dos vál acá han sido
staladas para estudiar ciertas características de la bomba, no use estas válvulas
el instruya.
vulas no son parte de un equipo oleohidráulico real,
in
hasta que se
k) Interruptor Principal
Controla el arranque y paro del motor eléctrico.
l) Mangueras
Estas se utilizan para interconectar los diferentes componentes de un circuito
oleohidráulico.
uera. www.hydraulic-supply.comFigura 10. Mang [Noviembre 2005]
alesm) Válvulas direccion
on aquellas que abren y cierran el paso y dirigen el fluido en un sentido u otro a
avés de las distintas líneas de conexión. Se pueden clasificar por el número de
asos que tienen, el número de entradas y salidas que tienen y por el número de
osiciones que pueden actuar.
Figura 11. Válvulas direccionales. www. ydraulic-supply.com
S
tr
p
p
h [Noviembre 2005]
B - 8
B - 9
n) Accesorios
El instructor te mostrará los diferentes accesorios con que cuenta el banco de
abajo.
Figura 12. Accesorios adicionales de circuitos oleohidráulicos. www.hydraulic-supply.com
tr
[Noviembre 2005]
AREA 1
T
1) Cu circuito
oleohidráulico
2) Que clase de mantenimiento se le debe de dar a los elementos del literal 1)
de tener en los circuitos oleohidráulico
ales son los elementos que no deben de faltar en un
3) Que cuidados se debe
EXPERIMENTO No. 2: "UTILIZANDO LA UNIDAD DE POTENCIA FLUÍDICA"
OBJETIVO
Que el alumno conozca los elementos básicos del sistema oleohidráulico, y pueda
explicar cómo montar algunos de sus componentes, como por ejemplo, las
válvulas y cilindros. Además que aprenda cómo interconectar dichos
componentes con las mangueras.
INTRODUCCIÓN
Con el objeto de prevenir futuros accidentes, es muy importante que los diversos
componentes sean montados rígidamente en el banco de trabajo. En el caso de
los cilindros, éstos frecuentemente soportan cargas, por lo que es conveniente
instalarlos adecuadamente.
PROCEDIMIENTO
Las mangueras utilizadas para interconectar válvulas, cilindros y otros
mecanismos, tienen en sus extremos conectores rápidos que permiten su acople y
desacople en una forma rápida y segura. Los conectores rápidos tienen extremos
“macho” y “hembra”, para conectarlos sujete el accesorio hembra y hale con su
dedo pulgar e índice el aro exterior, luego empújelo dentro del macho y suelte
firmemente el aro. Hale la manguera para asegurarse deque los accesorios han
sido conectados correctamente.
CONEXIONES
Figura 13. Accesorios adicionales de circuitos oleohidráulicos. Gemini Fluid Power [1982: p.5-2]
B - 10
Para evitar la fuga de aceite de las mangueras y de otros elementos, estos
stalada una válvula “check”, tanto en el extremo macho como
sí cuando el accesorio es conectado, la válvula se abre
desconectarlo, la válvula se cierra bloqueándolo.
ue puede ocurrir con los accesorios de acople rápido, es que quede
, esto ocasionará que la manguera parezca bloqueada y el
Si se te presenta esta falla, revisa cada una de las
que estén bien conectadas.
CARGANDO EL SISTEMA OLEOHIDRÁULICO
conectores tienen in
en el hembra. A
permitiendo el flujo; al
Un problema q
parcialmente acoplado
circuito no funcione.
conexiones asegurándote
cilindros hidráulicos, habrá que asegurarse de que no tengan
aire.
todo el a
manera, tanto “esponjoso”. Para
purgar el aire, arranca la unidad y opera el circuito varias veces, de tal manera que
el aceite arrastre el aire hacia el reservorio.
ENCENDIDO DE LA UNIDAD
Antes de utilizar los
Para que un sistema oleohidráulico opere correctamente, se deberá purgar
ire que puedan contener las mangueras, cilindros y válvulas. De otra
el sistema operará erráticamente, sintiéndose un
1) Antes de encender la unidad, realiza el siguiente procedimiento.
a) Gira el tornillo de ajuste de la válvula de alivio, en sentido contrario al de
las agujas del reloj, hasta que no sientas alguna presión de resorte sobre
el tornillo. Esto ajusta la presión del sistema a su mínimo valor.
b) Gira la válvula reguladora de flujo en igual sentido que la anterior para
abrirla totalmente.
) Revisa el nivel de aceite, asegurándote que éste sea aceptable.
2) Anota
3) Gira le ente en el sentido horario el tornillo de ajuste de la
válvula de alivio.
4) Apaga la unidad.
c
d) Enciende la unidad.
el valor mínimo de presión.
nta y completam
B - 11
5) puertos del múltiple de
s ip
6)
Conecta una manguera desde uno de los presión
a uno de lo del múlt le de retorno.
Enciende la unidad. Anota la presión ___________psi.
7) e de la válvula de alivio. Anota el valor
8) Apaga la unidad.
CONTES LAS SIGUIENTE PREGUNTAS
Gira totalmente el tornillo de ajust
de presión ___________psi.
Gira completamente en sentido contrario, dicho tornillo.
TE
1) ¿Cómo retorna el aceite al reservorio cuando la válvula reguladora de
flujo está cerrada?
2) ¿Está o no dimensionado correctamente el manómetro de la unidad?
¿Por qué?
3) ¿Por qué piensas que el manómetro es seleccionado para leer presiones
cuyo valor sea ½ a 2/3 del valor máximo de la escala?
AREA
T
1) Investigue cuatro tipos de filtros utilizados en oleohidráulica
2) Investigue que se debe de tomar en cuenta para seleccionar cada uno
de los tipos de filtro del literal anterior y su aplicación
B - 12
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS DEPTO. CC ENERGÉTICAS Y FLUÍDICAS MECÁNICA DE FLUIDOS II
LABORATORIO No 2
EXPERIMENTO No. 1: "PRESIÓN FLUÍDICA A FUERZA MECÁNICA"
OBJETIVO
Que el alumno conozca cómo opera un cilindro y cómo éste convierte la energía
fluídica en energía mecánica.
INTRODUCCIÓN
Un cilindro básicamente consiste de una carcasa cilíndrica y un arreglo móvil
pistón-vástago. Este mecanismo convierte la presión fluídica en movimiento lineal;
dicho movimiento ocurre cuando el fluido entra por un puerto moviendo el pistón y
el vástago. Por ejemplo, en la Fig. 1, si el fluido entra por el puerto A, el pistón se
moverá hacia la derecha extendiendo el vástago. Esta velocidad de extensión
está determinada por el caudal de aceite fluyendo hacia el cilindro y del diámetro
del mismo
1- Puerto A
4- Puerto B
ro
ué es presión y cómo ésta es calculada. Pre
2- Pistón
3- Sellos l
5- Carcasa
6- Vástago Figura 1. Partes del cilind
Para entender cómo un cilindro convierte la presión
recordemos q
B - 13
Movimiento linea
o
Contraído - Extendidsión es la intensidad de
de un fluido a fuerza,
una fuerza, esto es, si una fuerza es ejercida sobre una superficie dada, la presión
es la medida de la cantidad de la fuerza ejercida por unidad de área en contacto
con esa superficie. Esto es ilustrado en la
Figura 2. Fuerza ejercida sobre una superficie
sión (P) es:
La fórmula para calcular la pre
)(lg__ 2 psi
plbf
contactoenAreaFuerzaP = (Ec. 2.1)
Caso A:
En la Fig. Anterior, las presiones pueden ser encontradas como sigue:
2lg10 pA10100 lbfFPA === (Ec. 2.2)
Caso B: 2lg100
1100
plbf
AFPB = == (Ec. 2.3)
En ambo ejercen
diferen
El
es distribuido sobre una mayor área.
Para sop t
contrario sobre aquel. Este concepto es útil para entender cómo una fuerza puede
ser co la figura 3.
s casos, el peso de los objetos es igual; sin embargo, ellos
tes presiones sobre sus respectivas superficies.
objeto A, tendido sobre sus lados, ejerce menos presión porque su peso
ortar el peso, la superficie debe ejercer una fuerza igual, pero de sen ido
nvertida a presión de un fluido. Analicemos ahora
B - 14
Figura 3. Presión sobre un émbolo. www.tecnicaoleohidraulica.com
[Noviembre 2005]
Para soportar el peso W, el fluido encerrado genera una presión, la cual tiene el
mismo valor en cualquier punto del fluido prescindiendo de la forma del recipiente.
Este concepto fue desarrollado por el físico francés Blaise Pascal y se conoce
como la “Ley de Pascal”. La presión generada en este caso será:
2lg20
5100
plbfP == (Ec. 2.4)
De igual manera el cilindro de la figura 4, utiliza el principio de Pascal, para
enerar una fuerza contra su pistón.
or lo tanto, cuando el fluido fluya hacia el cilindro, deberá estar a una presión tal
ue cree una fuerza contra el pistón y vástago lo suficientemente grande para
move
Es práctica común que la presión en los sistemas oleohidráulicos exceda un 10%
e lo necesario para soportar la carga, dado que es necesario acelerarla hasta la
elocidad requerida y vencer la fricción del sistema.
g
P
q
r la carga.
d
v
Figura 4. Presión sobre émbolos de distintas áreas.
B - 15
El símbolo para do en la figura
.
representar un cilindro de doble acción, es el mostra
5
Figura 5. Símbolo del cilindro. Antiguas prácticas. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.4]
EQUIPO A UTILIZAR
1 cilindro de ¾” de diámetro
1 cilindro de 1 ½” de diámetro
1 Manguera
1 Manómetro (0 - 150 psi)
2 Pesos (5 lbf y 15 lbf)
1 Accesorio hembra
PROCEDIMIENTO
Carga la manguera y los cilindros, según se explicó en la práctica 2.
Construye el circuito mostrado en la Fig. 6, utilizando primero el cilindro
de 1 ½”.
2) Colócale el peso de 15 lbf y anota la presión
1)
psi para obtener
valores exactos de presión, golpea ligeramente alrededor del peso para
evitar cualquier fricción present cilindro. Realiza esta
operación hasta que la lectura sea constante.
e en el sello del
3) Monta ahora el cilindro de ¾” y colócale los pesos de 5 y 15 lbf anotando
la presión respectiva. psi psi. Realiza la misma
operación indicada anteriormente.
B - 16
Figura 6. Circuito armado. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.5]
B - 17
B - 18
EXPERIMENTO No. 2: “LA PALANCA MECÁNICA”
OBJETIVO
Que e
las aplicaciones de potencia fluídica.
INTRODU
l alumno determine las ventajas de la palanca mecánica y cómo se utiliza en
CCIÓN
En el e
esto n ; existen muchas
aplicac
conveniente o deseable que una directa. Esta aplicación indirecta de fuerza es
rea e
y m
de la ubicación en la palanca del punto pivote, fuerza aplicada y fuerza a mover, se tienen 3 clases de palancas:
Pa
xperimento anterior, la carga o peso actuaba directamente sobre el cilindro,
o sucede en todas las aplicaciones de potencia fluídica
iones donde una aplicación indirecta de una fuerza es en todo caso más
lizada utilizando una palanca. Una palanca es una pieza rígida que transmit
odifica fuerza o movimiento.
Dependiendo
lanca de Primera Clase
WLF ×= 2
L1
LWLF ×=× 21
Figura 7. Palanca de primera clase. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.6]
L1 L2F
PIVOTE W
B - 18
− P
WLLF
WLF
×=
L×=×
1
2
1 2
alanca de Segunda Clase
Figura 8. Palanca de segunda clase. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.7]
− Palanca de Tercera Clase
WLLF
WLF
×=
L×=×
1
2
1
Figura 9. Palanca de segund
L1
PIVOTE
L2
W F
W F
2
L2
L
B - 19
2
a clase. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.7]
PIVOTE
B - 19
B - 20
Como puedes observar, la fuerza requerida para mover una carga puede ser
disminuida utilizando adecuadamente una palanca (primera y segunda clase).
Otro factor importante, es la distancia que se quiera mover dicho peso; para la
palanc de segunda clase, la distancia que se moverá la carga es menor que la
distancia que recorre la fuerza aplicada. En todo caso, el tipo de palanca utilizada
depende de cada necesidad, así por ejemplo, la palanca de segunda clase podría
ser usada para mover una carga pesada que requiera poco desplazamiento,
mientras que la de tercera clase, podría utilizarse para aumentar la distancia que
debe recorrer cierta carga. Otros ejemplos de palanca:
a
Figura 10. Fotos tomadas de los trabajos realizados por los estudiantes de Ingeniería Mecánica del
ciclo 02/2005
EQUIPO A UTILIZAR
2 pesos (5 y 15 lbf)
1 regla graduada
1 sistema de palanc
cilindro de 1 ½” (vástago)
2 mangueras
1 recipiente c
2 accesorios para pivo
ra sujetar la palanca
O
a
1
2 accesorios machos
on aceite
tar
2 tornillos pa
PROCEDIMIENT
14) Construye dos palancas1 de las clases que se te indiquen, mediante el
iento que te indicará el instructor. El cilindro debe ser armado procedim
de la siguiente manera:
Figura 11. Conexión del cilindro para cada palanca
15) Coloca los pesos a diferentes distancias del picote, anota el valor de
presión para calcular la fuerza y compara dichos valores con los teóricos.
Llena la Tabla 1.
1 Las mangueras tienen que ir del cilindro al recipiente con aceite para que cargue y descargue en ese lugar.
B - 21
PALANC
A CLASE PESO DISTANCIA L1 DISTANCIA L2 PRESIÓN
B - 22
EXPERIMENTO No. 3: "LA PALANCA OLEOHIDRÁULICA"
OBJETIVO
Que el alumno determine qué es una palanca oleohidráulica y sus aplicaciones.
INTRODUCCIÓN
Al igual que los sistemas mecánicos, los sistemas oleohidráulicos tienen palancas.
Así, la fuerza puede ser aumentada si se incrementa el área so
presión. Como se observa en la figura
logrado si cada uno de los
esos genera la misma presión en el tubo.
za de 10 lbf genera una presión de 10 psi, esta
área mayor produce una fuerza de 40 lbf, en otras
cuatro veces.
tilizado en el gato oleohidráulico (mica), utilizado para levantar
un vehículo.
10 psi
bre la cual actúa la
10 lbf 40 lbf
1 plg
A = 1 plg2 A = 4 plg2
4 plg
Figura 12. Palanca mecánica. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.11]
La presión en el tubo es constante, así el balance es
p
Como puedes observar, la fuer
presión actuando sobre el
palancas, la fuerza ha sido amplificada
Este principio es u
B - 23
Ahora bien, al igual que en la palanca mecánica, la amplificación de fuerza es
or una disminución en la distancia recorrida, así en la figura 12, si el
l pistón del cilindro B subirá 1”.
sto ocurre debido a que un movimiento del pistón A desplaza menos volumen
que un movimiento igual del pistón B.
QUIPO A UTILIZAR:
acompañada p
pistón del cilindro A baja 4”, e
E
E
Cilindro ¾”
Cilindro 1 ½”
Acoples hembra
Mangueras oleohidráulicas
Manómetro (0 - 150 psi)
Pesos (5 lbf y 15 lbf)
ROCEDIMIENTO.
1
1
2
2
1
2
P
1) Carga con aceite las mangueras y los cilindros, siguiendo el
procedimiento de la práctica 2.
2) Construye el circuito oleohidráulico mostrado en la figura 13.
3) Monte el peso de 5 lbf sobre el cilindro de ¾” y el de 15 lbf sobre el de 1
½”.
4) Mueva los pesos hacia arriba y hacia abajo, para aflojar los sellos de los
pistones. Nota si es más fácil mover el pistón de ¾” o el de 1 ½”.
5) Desconecta la manguera que conecta al cilindro de 1 ½”. Golpea
ligeramente el peso de 5 lbf y anota el valor de presión. Presión cilindro
¾” psi.
6) Reconecta el cilindro de 1 ½” y desconecta el de ¾”. Golpea ligeramente
e 15 lbf y anota la presión. Presión cilindro 1 ½”
esión.
el peso d
psi.
7) Reconecta el cilindro de ¾” y anota la pr
Presión del sistema psi.
B - 24
8) Mide las distancias recorridas por los pesos cuando empujas uno de
ellos.
Distancia del peso pequeño pulg.
Distancia del peso grande
5 lbf 15 lbf
_ pulg.
uito de la palanca mecánica. Antiguas guías de l p.13]
Figura 13. Circ aboratorio [2005:
B - 25
EXPERIMENTO No. 4: "EL GATO HIDRÁULICO"
OBJETIVO
Que el alumno estudie como opera un gato oleohidraulico y conozca la
construcción de su circuito típico.
INTRODUCCIÓN
El gato oleohidráulico es una de las aplicaciones más simples y común de la
es
echo pasar a través de otra válvula check hacia el cilindro grande, es este cilindro
potencia oleohidraulica. Este es utilizado en talleres mecánicos, imprentas,
fábricas, etc., para mover grandes cargas. Básicamente este mecanismo consiste
de una bomba manual, cilindro, reservorio, válvula de alivio, válvula check y una
válvula de purga, todo arreglado en un pequeño paquete. En la figura se muestra
un circuito típico de un gato oleo hidráulico.
Figura 14. Gato oleohidráulico. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.14]
Cuando el operador hala la palanca, el aceite es succionado a través de la válvula
check desde el reservorio y entra al pistón pequeño, luego al empujar, el aceite
h
quien mueve y soporta la carga. Para bajar el gato, la válvula de purga es abierta
permitiendo así que el aceite regrese al reservorio.
B - 26
Este dispositivo tiene como mayor aplicación soportar y mover grandes cargas,
combinando las ventajas mecánicas y oleohidraulica. Dado que la operación se
realiza manualmente, el flujo de aceite por lo general es bajo, por lo que su
aplicación se limita en la mayoría de los casos a distancias cortas, es por lo
general, ya que en el cilindro que soporta la carga, el aceite entra en una sola
dirección, este se selecciona de simple acción y del tipo RAM (o vástago buzo),
puesto que esta sujeto a grandes cargas.
EQUIPO A UTILIZAR
2 Cilindros Oleohidraulicos (3/4” y 1 ½”)
2 Válvulas check
1 manómetro, 0
conectores hembras
15 lbf
Recipiente con aceite
-150 psi
2
8 mangueras
1 Tee
1 Peso de
1
Un sistema de palanca
PROCEDIMIENTO
1. Construye el circuito oleohidraulico mostrado en la figura 1. coloca el peso
sobre el cilindro hasta que se te indique.
2. Acciona la Bomba manual muy despacio para elevar la carga. Anota la
presión a medida que la carga es elevada.
P __________________ psi
3. ide la distancia que el cilindro grande se mueve, para tres carreras del
M
pequeño.
4. Para bajar la carga, conecta la manguera del cilindro grande, al múltiple de
retorno.
B - 27
CONTESTA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS
Experimento No. 1
1. Utilizando las presiones anotadas en el experimento No. 1, calcule la
fuerza teórica soportada.
2. ¿Existe diferencia de la fuerza anterior con el peso real? Si su respuesta
es afirmativa, ¿Por qué?
3. Calcula la presión teórica generada por los pesos de 5 lbf y 15 lbf, al
actuar sobre los cilindros de ¾” y 1 ½”, respectivamente.
4. Compara estos valores con los obtenidos en los pasos 5 y 6. Comenta
los resultados.
5. Explica porqué la presión del sistema anotada en el procedimiento (7),
no es igual a los valores combinados de las presiones anotadas en los
pasos 5 y
ndros adicionales e ilústrelos con una aplicación
elementos oleohidráulicos en el país?
escoger un manómetro que será
y porque es importante tomarlos en cuenta.
e ¾”?
ilindro pequeño como bomba manual?
sperabas observar en el paso dos?
6. ¿Por qué es que no necesitamos retraer el cilindro que soporta la carga por
medio de presión fluidica?
6.
Experimento No. 3
1. Investigue tres tipos de cili
a cada uno
2. ¿Investigue tres distribuidoras de
3. Que criterios se deben de tener para
utilizado en un circuito
Experimento No. 4
1. ¿Cuál fue la presión ejercida para mover la carga?
2. ¿Calcule la relación de áreas de los dos cilindros?
3. ¿Qué fuerza fue requerida en el cilindro d
4. ¿Por qué se utilizó el c
5. ¿Qué valor de presión e
Compáralo con el valor anotado y comenta el resultado.
B - 28
7. En ese sentido, ¿Qué inconveniente tendrá un gato oleohidraulico que
opere horizontalmente?, ¿Qué tipo de cilindro se recomendaría para mover
TA
una carga en una aplicación como esa?
REA
1) Investigue dos aplicaciones industriales del gato oleohidráulico.
con el aceite en
Esquematice y explique
2) Investigue cuales son los cuidados que se debe de tener
un equipo oleohidraulico
B - 29
B - 30
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS DEPTO. CC ENERGÉTICAS Y FLUÍDICAS MECÁNICA DE FLUIDOS II
LABORATORIO No 3
EXPERIMENTO No.1: "CONTROL DE VELOCIDAD DE UN CILINDRO OLEOHIDRÁULICO”
OBJETIVO Que el alumno aprenda los métodos de control de velocidad de los sistemas
oleohidráulicos.
INTRODUCCIÓN
El control de la velocidad de un cilindro oleohidráulico consiste en controlar la
elocidad a la cual se mueve el conjunto pistón - vástago. Hay varios métodos de
iendo todo un detalle en común, esto es, controlando el caudal de
aceite que fluye hacia el cilindro.
Discutiremos a continuación dos métodos:
a) Controlando el caudal entregado por la bomba.
b) Desviando o dividiendo el caudal
Algunos entos,
decuando exactamente el caudal proporcionado por la bomba a sus
sistemas generalmente tienen uno o dos cilindros. Así, estos
su velocidad de operación tendrán que modificar el
ntregado por la bomba, por lo que necesariamente
bombas de caudal variable.
el flujo, tiene un gran número de variantes. El método
s utilizar una válvula que restrinja el flujo llamada válvula de aguja.
v
lograrlo, ten
sistemas oleohidráulicos controlan la velocidad de sus elem
a
requerimientos; estos
sistemas para lograr variar
desplazamiento o caudal e
tienen que utilizar
El otro método, dividiendo
más simple e
B - 31
Esta se utiliza en
conjunto con una válvula de alivio, tal como se observa en la
figu
La válv
través a de presión
es arcialmente la válvula de alivio y el flujo
se
El
que deberá incluirse una válvula de control direccional del flujo.
Un
diferen trola en una
dire
Su construcción y Símbolo es mostrado en la figura 2
Figura 2. Símbolo y construcción de la válvula de control de flujo. Gemini fluid power manual
[1982: p.17-2]
ra 1.
FLUJO = 6 GPM FLUJO TOTAL DE LA BOMBA = 10 GPM
Figura 1. Control de velocidad dividiendo el flujo. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.2]
ula de aguja tiene un orificio variable que causa una caída de presión a
de ella, dicho orificio se reduce manualmente hasta que la caíd
tal que la presión en el sistema abre p
divide, desviando la cantidad deseada hacia el cilindro.
circuito mostrado anteriormente, no tiene manera para retomar el cilindro, por lo
a variación de la válvula de aguja es la válvula de control de flujo. La única
cia entre ambas válvulas es que la de control de flujo, lo con
cción y lo permite libremente en la otra.
EXTENSION
CAIDA DE PRESION
CARGA
VALVULA DE AGUJA
FLUJO DE LA VALVULA DE ALIVIO = 4 GPM
B - 32
Una ventaja de las válvulas de control de flujo, es que dos de ellas pueden ser
usa
independientemente de la otra.
Una v control de flujo se mantiene constante mientras la
caída también constante. Si la caída de presión cambia,
como resultada de una variación de carga u otro factor, el control de flujo se
denomina “no compensado”, puesto que no compensa dichos cambios de presión.
Hay dos maneras
de colocar las
válvulas de control
de flujo en un
circuito:
a) “Meter in”
b) “Meter out”
Figura 3. Colocación de la válvula de control de flujo. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.3]
“Meter in”:
das para controlar las velocidades de extensión y retracción de un cilindro, una
ez regulada la válvula, el
de presión se mantenga
Significa que se controla el flujo que entra al cilindro, mientras que el
“Meter out”, el flujo que se controla es el que sale del cilindro. Ver Fig. 3
La forma de control utilizada en la mayoría de circuitos es la “Meter out”; excepto
cuando los cilindros no sean capaces de soportar la elevación de la presión de
operación producida en el lado del pistón con vástago.
EQUIPO A UTILIZAR
1 válvula de control de 4 pasos
1 válvula de control de flujo
1 Cilindro oleohidraulico (1 1/2” x 6”)
8 Mangueras
1 válvula de alivio
METER IN METER OUT
B - 33
1 Accesorio mac
Cronómetro
(0 - 1500 psi)
Figura 4. Circuito. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.4]
PROCEDIMIENTO
ho
1
1 manómetro
1) Conecta el circuito mostrado en la figura 4
2) Enciende la unidad y purga el aire del sistema
3) Apaga la unidad y desconecta el circuito del múltiple de presión.
4) Regula la válvula de alivio instalado sobre el reservorio a 600 psi.
VALVULA DE ALIVIO
DISTRIBUIDOR DE PRESION
RETORNO
ULTIPLE DE
A B
IN
VALVULA DE CONTROL DE FLUJO
MPRESION
RESERVORIO
OUT
CYL 2
CYL 1
B - 34
5) Apaga la unidad y reconecta el circuito
la válvula de alivio instalado en el circuito a 300 psi.
manguera de retorno de la válvula de alivio y colócala
.
ula de control de flujo
mpo y presión requerido para la extensión y retracción. Realiza
cribe cuando es que ocurre el flujo a través de la válvula de
xtensión (Seg.) Presión (psi.)
6) Enciende la unidad y ajusta
7) Desconecta la
directamente dentro del reservorio
8) Abre completamente la válv
9) Anota el tie
varias pruebas. Des
alivio.
MAXIMA VELOCIDAD
E
Retracción (Seg.) Presión (psi.)
COMENTARIO ____________________________
10) Ahora gira la válvula de control de flujo, hasta que la velocidad de retracción
se reduzca aproximadamente a la mitad. Describe cuando es que ocurre el flujo a
través de la válvula de alivio.
Extensión (Seg.) Presión (psi.)
Retracción (Seg.) Presión (psi.)
COMENTARIO ____________________________
11) Cambie la pos ad de
la forma “Meter in”. Note
12) Conect idades
de extens
13) Apague la unidad.
ición de la válvula de control de flujo para regular la velocid
como es afectado el control.
e otra válvula de control para lograr, independientemente, veloc
ión y contracción. Experimente con diferentes ajustes.
B - 35
EXPERIMENTO No. 2: “LA VÁLVULA DE ALIVIO”
OBJETIVO
Que el alumno entienda cómo trabaja una válvula de alivio y cuál es su función en
un circuito.
INTRODUCCIÓN
Recordemos el hecho de que la presión del sistema está determinada por la
fuerza requerida por el cilindro para mover la carga; ahora bien ¿qué pasa cuando
l pistón llega al final de su carrera? Dado que la bomba no ha dejado de
funcionar, el aceite continúa fluyendo hacia un volumen fijo, comprimiéndose.
uesto que este fluido es relativamente incompresible, la presión se elevará
pidamente y continuará elevándose hasta que un componente o una tubería falle
que el motor de la bomba se frene.
mbas situaciones son destructivas para un sistema. Para evitar este problema,
es que se aceite al
servorio, cuando la presión del sistema alcance un valor predeterminado.
s cuales se encuentran entre
completamente abierta hasta completamente cerrada para limitar la presión.
VÁLVULA DE ALIVIO DE ACCIÓN DIRECTA
e
P
rá
o
A
utiliza la válvula de alivio. Básicamente, la función de
re
Existen dos tipos generales de válvulas de alivio; las de accionamiento directo y
las operadas por piloto. La más simple es la de accionamiento directo (ver Fig. 1).
Esta consiste de una carcasa con dos puertas, conteniendo en su interior una bola
de acero, o un cabezal móvil el cual es mantenido asentado por la acción de un
resorte. La válvula normalmente permanece cerrada hasta que la presión
aumenta lo suficiente como para vencer la fuerza del resorte y levantar el pistón
de su asiento, permitiendo así el flujo de aceite usualmente hacia el reservorio.
La válvula puede tomar una serie de posiciones, la
B - 36
La presión a la cual la válvula comienza a abrirse se llama presión de apertura.
5. Circuito. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.7]
de una válvula de alivio operada por piloto es el mismo
cta, sin embargo, su método de operación y construcción es
este tipo de válvula se le conoce también como de pistón balanceado, porque en
es esto es un balance oleohidráulico. Un orificio taladrado en
el p os lados. Cuando la presión
lcanza el ajuste de la válvula, el cabezal móvil se abre limitando así la presión en
cámara superior. El flujo que es restringido a través del orificio dentro de la
ámara superior, da como resultado un aumento de presión en la cámara inferior.
sto desbalancea las fuerzas oleohidráulicas y tiende a levantar al pistón de su
siento.
uando la diferencia de presión entre las cámaras superior e inferior es suficiente
ara exceder la fuerza del resorte interno (20 psi), el pistón es elevado de su
siento permitiendo que el flujo vaya directo al reservorio.
Para una válvula de alivio de acción directa, la diferencia de presión entre la
presión de ajuste y la de apertura es alrededor de l00 - 200 psi. La presión de
ajuste para flujo completo se regula mediante la acción del tornillo sobre el resorte.
Figura
El principio de operación
que el de acción dire
diferente.
A
operaciones normal
istón permite que la presión sea la misma a amb
a
la
c
E
a
C
p
a
B - 37
La
50 psi
permit
cual conduce a un ahorro de potencia.
ventaja de este método es que permite pequeñas diferencias de presión (20 -
) entre la presión de apertura y la de flujo completo. Obviamente, esto
e aliviar el sistema a presiones ligeramente mayores que la de operación, lo
Figura 6. Circuito. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.8]
O A UTILIZAR
EQUIP
gueras 5 Man
1 V
1 Válv
1 Acop
1 Manómetro (0 - 1500 psi)
PROCEDIM
álvula de alivio de acción directa
ula de control de flujo
le macho
IENTO
1. Constru figura
2. Temporalmente, desconecta las mangueras del distribuidor de presión.
3. Abre completamente la válvula reguladora de flujo instalad e el depósito y
ajusta el valor de presión a su valor máximo.
4. Apaga la unidad.
5. Reconecta las mangueras
6. Cierra la válvula de control de
ye el circuito de la 72
a sobr
flujo instalada entre las mangueras.
2 Antes de conectar la válvula de alivio, revise las letras que están grabadas en la válvula: P: Bomba, R: Salida, Reg: Seteo
B - 38
7. Enciende la unidad y ajusta la presión a 300 psi. Utilizando la válvula de alivio.
(Gira el tornillo en el sentido de las agujas del reloj para aumentar la presión).
la válvula de control de flujo y anota el valor de presión.
orio,
fluir a través
8. Abre completamente
9. Sosteniendo la manguera de la válvula de alivio, sobre el agujero del reserv
cierra la válvula de control de flujo hasta que el aceite comience a
de la válvula de alivio. Anote el valor de la presión de apertura psi.
10. Ahora cierra la válvula de control de flujo hasta que la presión sea 300 psi.
11. Repite los procedimientos 9 y 10 para verificar los resultados.
12. El Instructor te indicará a qué otros valores de presión se ajustaría la válvula
idad y ajusta la válvula de alivio del reservorio a su mínimo valor.
7. Circuito. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.9]
de alivio para repetir el experimento.
13. Apaga la un
DISTRIBUIDOR DE PRESION
Figura
ACCESORIO MACHO
IN
OUT
VALVULA DE ALIVIO
A B VALVULA DE CONTROL DE FLUJO
RETORNO
B - 39
EXPERIMENTO No. 3: "VALVULA SECUENCIAL"
IVO
OBJET
Qu
INT
e el alumno conozca la construcción y operación de una válvula secuencial.
RODUCCIÓN
La
válvula
De hec la válvula de alivio operan de manera similar y en
alg
como
sis ión de
la v o.
Es
pieza e
Hay va bido a las
condiciones de operación. Una válvula de alivio descarga normalmente el fluido al
reservorio a una presión constante atmosférica. Una válvula de alivio puede ser
directamente activada u operada por pilo
secuencial es normalmente cerrada (no hay paso) y abre cuando a alcanzado la
presión seteada permite el paso de flujo hacia un actuador a una presión de
sistema.
La válvula de secuencia será expuesta a la presión del sistema en su salida, solo
los que se operan por piloto son las normalmente usadas.
Una válvula operada directamente abrirá en la presión seteada y por lo tanto es
capaz de dar una secuencia; sin embargo, la presión del sistema es ejercido en
ambos lados del pistón. La presión seteada de la válvula también representa un
diferencial de presión que puede ser mantenida de tal manera que la válvula este
válvula secuencial viene de la familia de las válvulas control de presión. Una
que conocimos anteriormente, la válvula de alivio, es parte de esta familia.
ho la válvula secuencial y
unos casos pueden ser intercambiados. El propósito de la válvula secuencial,
su nombre lo indica, es hacer una secuencia censando la presión del
tema. Es normalmente cerrado y abre cuando el sistema alcanza la pres
álvula. Básicamente es un interruptor de presión hidráulic
usado a menudo en taladros de abrazadera, antes de que el taladro actúe la
s prensada.
rias diferencias entre la válvula de alivio y la de secuencia de
to. En comparación a una válvula
B - 40
abierta esto significa remento generado por la
diferencia de presió
Por otro lado, una v or piloto, si drena externamente
o es afectada por la presión en la entrada. Por lo tanto abrirá en su presión
erencia de presión 50 psi.
Necesita drenar externamente debido al ac
principal cuando cambia de puesto.
o fuera drenado, la válvula no dará la secuencia.
a situación y drenan internamente desde
nea que va del puerto de salida a la presión atmosférica. Pero el puerto de salida
ncial está sujeto a la presión del sistema, puede ser drenada
que hay energía inutilizada en el inc
n.
álvula secuencial operada p
n
seteada dando una dif normalmente de solo 20-
eite por el escape detrás del pistón
Si el aceite n
Las válvulas de alivio están sujetas a est
lí
de la válvula secue
externamente también al reservorio si fuese necesario.
SÍMBOLO:
Figura 8. Símbolo de válvula de alivio. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.11]
EQUIPO A UTILIZAR:
1 Unidad de potencia fluidica
Tee
2 Válvulas de control de flujo
1 Motor hidráulico
1 Válvula de alivio (que será usado como válvula secuencial)
1 Manómetro (0 – 1500 psi)
7 Mangueras
1
B - 41
PROCEDIMIENTO:
1) Construya el circuito mostrado en la figura 93
Figura 9. Circuito. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.12]
2) y encienda la unidad de potencia fluidica.
Ajuste la válvula de alivio de la unidad a 600 psi y apague.
3) Desconecta la manguera que esta a la salida de la válvula secuencial del
ómetro y reconecte al múltiple de retorno
6) Usando cial
cambiando la presión del sistema.
7) Reajuste la válvula de alivio a 600 psi (cierre la válvula de control de fl
o de la línea entre la salida de la válvula secuencial y el
múltiple de retorno un manómetro (bypass de la válvula secuencial)
ajuste la válvula de control de flujo hasta que el manómetro B
Manómetro B__________
Cierre la válvula de control de flujo No. 1
man
4) Abra completamente la válvula de control de flujo No. 1 y registre el seteo de la
válvula secuencial en el manómetro de la unidad de potencia. Anote
Presión de seteo Inicial de la válvula secuencial: _______________
5) Ajuste la válvula de presión a 200 psi
la válvula de alivio de la unidad abra y cierre la válvula secuen
ujo No. 1 y
apague la unidad.
8) Conecte entre un extrem
9) Encienda la unidad y
registre 200 PSI simultáneamente al cargar.
10) Apague la unidad de potencia y reconecte al circuito como muestra el la Fig. 2
11) Abra la válvula de control de flujo No. 1 y anote lo que lee en el manómetro A y B
Manómetro A__________
3 Antes de conectar la válvula de secuencia, revise las letras que están grabadas en la válvula: P: Bomba (que en el caso de la válvula de secuencia sería entrada), R: Salida, Reg: Seteo
B - 42
12) Abra completamente la válvula de control de flujo No. 2 y anote la lectura de los
dos Manómetros
Manómetro A__________
Manómetro B__________
B - 43
EXPERIMENTO No. 4: “VÁLVULA SELENOIDE”
OBJETIVO
Que el alumno comprenda que es una válvula operada por solenoide y su
ap
IN
licación en oleohidráulica.
TRODUCCIÓN
la continua automatización de los diferentes procesos enCon la industria, el uso
icos se ha vuelto una
prá
Estos sistemas fluídicos utilizando solenoides,
los
Una
excepto que esta utiliza un solenoide para cambiar de posición el carrete de la
vá
Un
mecánica y movimiento. Básicamente consta de una bobina de alambre fino
en
aplicada a la bobina, una fuerza magnética es generada forzando el núcleo a
mo
una v
de la potencia fluídica combinada con los controles eléctr
ctica muy común.
controles eléctricos accionan los
cuales actúan sobre las válvulas.
válvula operada por solenoide es similar a cualquier otro tipo de válvula,
lvula, en lugar de una palanca u otro tipo de operador.
solenoide es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en fuerza
rollado alrededor de un núcleo de hierro. Cuando la corriente eléctrica (AC) es
verse y cambiar de posición el carrete. La figura 10 muestra una el interior de
álvula solenoide:
Figura 10. Bobinas. Gemini hydraulics manual [1982:p.1-2]
B - 44
EQUIPO A UTILIZAR
1 Unidad de potencia fluidita
álvula solenoide 1 V
Cilindro Oleohidráulico 1 ½ x 6
1 Sistema de palanc
4 Mangueras
1 Accesorio hembra
1 Recipiente con aceite
1 Manómetro (0 – 1500 psi)
ROCEDIMIENTO
1
a y peso
P
1) Construye el circuito mostrado en la figura 11
Figura 11. Circuito. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.14]
2) Al montar el circuito, asegúrate de conectar correctamente la válvula
solenoide, tal como lo explicará el instructor
3) Mueve el interruptor a la posición “OFF” antes de conectar válvula
4) Enciende la unidad y ajusta la presión a 200 psi
5) Acciona el cilindro utilizando la válvula solenoide
6) Deja la válvula solenoide energizada por un minuto. Toque la carcaza y
determina si se genera calor y anote.
B - 45
EXPERIMENTO No. 5: “INTERRUPTORES DE PRESION”
OBJETIVO
Que el alumno conozca sobre la operación y ajuste de un interruptor de presión y
sus aplicaciones
INTRODUCCIÓN
En general, el interruptor de presión es un interruptor eléctrico que es accionado o
o oleohidráulicos que utilizan controles eléctricos.
simple interruptor eléctrico, el cual está disponible en una
ptor. Note que el
terruptor mostrado tiene un ajuste de presión, este ajuste controla la presión a la
, o sea:
Presión de conexión
energizado por una señal fluida. Este dispositivo es usado tanto en los sistemas
neumáticos com
Figura 12. Interruptor de presión. Gemini hydraulics manual [1982:p.6-1]
Como se muestra en la Figura 12, el interruptor consiste de dos partes básicas. El
primer elemento es un
variedad de formas dependiendo de los requerimientos del circuito eléctrico. El
segundo elemento es un diafragma que censa la presión del fluido y la convierte
en movimiento mecánico de un émbolo que hace actuar al interru
in
cual el interruptor actúa. Este punto es llamado presión de apagado o corte. Otra
característica de los interruptores de presión, es el rango inactivo o diferencial, que
es la diferencia entre el punto de ajuste de presión de corte y el de presión más
baja cuando el interruptor vuelve a conectar
Diferencia = Presión de desconexión –
B - 46
Estos interruptores están disponibles en una variedad de rangos de ajuste.
e aplicaciones,
n las cuales su función principal se divide, en dos categorías: seguridad o
uy alta. En una aplicación en
circuitos secuénciales el interruptor indica el momento en que el circuito ejecuta
otra operación.
Usualmente, si otro rango es requerido, basta simplemente con cambiar el rango.
Los interruptores de presión son usados en una amplia variedad d
e
protección y secuencial.
Cuando se usa como un dispositivo de seguridad o protección, el interruptor puede
indica que la presión del sistema está muy baja o m
EQUIPO A UTILIZAR
1 Unidad de potencia fluidita
1 Interruptor de presión
de
nómetro (0 – 1500 psi)
PROCEDIMIENTO
1 Válvula solenoi
5 Mangueras
1 Ma
7) Construya el circuito mostrado en la figura 13
s guías de laboratorio [2005: p.16]
8) El instructor le indicará como ajustar el interruptor de presión.
Figura 13. Circuito. Antigua
B - 47
9) Encuentre el valor de la presión de desconexión, elevando gradualmente el
ajuste de la válvula de alivio. Cuando la presión en el manómetro cae a
cero, vea el valor mostrado en el manómetro de múltiple de presión y
anote._____________
la presión de reconexión, disminuyendo el ajuste de la
11)
ula de alivio a 400 psi y luego se hace girar (CCW) el
de ajuste hasta logra que la presión del manómetro indique cero.
n en la válvula de alivio y luego increméntela para
12) de ir
de desconexión y conexión cambian
al es cambiado
10) Ahora determine
válvula de alivio hasta que el manómetro vuelva a indicar presión. Anota el
valor y calcula el diferencial.
Presión de reconexión: _________________psi Diferencial:
___________________________
Ajusta la presión de desconexión a 400 psi. Esto puede ser realizado
ajustando inicialmente el valor de desconexión a un valor mayor de 400 psi,
luego se ajusta la válv
tornillo
Disminuye la presió
probar el ajuste a 400 psi efectuado.
Prueba ahora el ajuste del diferencial. El instructor te indicará la forma
variándolo. Note si las presiones
cuando el diferenci
PRUEBA A PRUEBA B PRUEBA C PRUEBA D
PRESIÓN DE
DESCONEXIÓN
PRESIÓN DE
CONEXIÓN
DIFERENCIAL
13) Compruebe ahora si al variar la presión de ajuste, el diferencial cambia o se
mantiene constante.
B - 48
CONTESTA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS
entre una válvula de aguja y una de control de flujo?
mentos y construcción de estas dos válvulas
leohidráulico controla la velocidad de perforación de
este sufre ciertas variaciones de carga durante dicha operación,
ría instalar la válvula de control de flujo? ¿Por que?
stago en el paso 9? ¿Cuál es el caudal?
. Compare las presiones obtenidas en los paso 9 y 10. Comente el resultado de
5. I emento a usar en lugar de la
álvula de control de flujo en el caso que sea necesario corregir el flujo no
compensado.
EXPERIMENTO No. 2
1. ¿Cuál es la función de la válvula de alivio?
2. ¿Qué pasaría a un sistema si
3. Si un sistema fue diseñado para operar a un máximo de 1,000 psi. ¿Cuál sería
l
4. ¿Cu
com
EX
1. por la que los interruptores de presión permiten
TA
EXPERIMENTO No. 1
1. ¿Cuál es la diferencia
Investigue sobre los ele
2. Considere que un cilindro o
un taladro. Si
¿donde recomenda
3. ¿Cuál es la velocidad del vá
4
estas lecturas.
nvestigue la construcción y funcionamiento del el
v
no existiese una válvula de alivio?
a presión ideal para ajustar una válvula de alivio operada por piloto? ¿Por qué?
ál fue la diferencia en presión entre la presión de apertura y la de flujo
pleto para la válvula de alivio utilizada? Comente al respecto.
PERIMENTO No. 3
¿Cuál crees que es la razón
un diferencial?
REA
Diga 3 razon1. es importantes por la cual se debe de utilizar una válvula de
alivio
B - 49
2. Investigue que datos técnicos da el distribuidor de válvulas de alivio y
reguladores de flujo, ¿Cuáles considera importante a la hora de
seleccionarla
3. Investigue dos tipos de válvulas de alivio en el país. Incluya en un esquema
e l s en
4. e es la válvula perada por pilo o. Investiga sobre los diferentes tipos en
país.
5. estiga sobre l s diferentes tipos de válvulas solenoides de acuerdo al
diseño de su solenoide, descríbelos. ¿Qué ventajas presentan para
6.
7. Investigue dos tipos de interruptor de presión que hayan en el país
8. Diga que diferencias encuentra entre estos dos tipos
9. Que datos considera importante a la hora de seleccionar un interruptor de
presión, anexe una hoja técnica y explique.
10. Diseñe un circuito que contenga un interruptor de presión, este debe activar
un motor cuando el vástago de un cilindro se haya elevado.
y expliqu as diferencia tre ambas.
Qu o t
el
Inv o
diferentes aplicaciones?
Diseñe un circuito que incluya una válvula solenoide, explique su
funcionamiento y aplicación.
B - 50
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA EÓN CAÑAS JOSÉ SIM
DEPTO. CC ENERGÉT UÍDICAS MECÁNICA DE FLUIDOS II
LABORATORIO No 4
ICAS Y FL
AS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO”EXPERIMENTO No. 1: “BOMB
OBJETIVO
Que conozca el alumno cómo trabaja una bomba de desplazamiento positivo e
investigue sobre los diferentes diseños.
INTRODUCCIÓN
ción” y lo introduce
l sistema. El nombre de tubería de “succión” se deriva del hecho de que la
l producir un vacío en su
entrada. Este vacío es creado incrementado un volumen de entrada o espacio de
arga de la bomba, luego el fluido es descargado disminuyendo el volumen de
ste principio se te mostrará utilizando una jeringa.
tivo utiliza un pistón para realizar su operación.
leohidráulica es la de pistón y su funcionamiento es
la jeringa.
eberá enfatizarse el hecho de que una bomba no desarrolla presión, sino que
el fluido dentro de la línea de carga y si existe alguna
desarrolla hasta vencer esta resistencia, dado que
El flujo de aceite en cualquier sistema oleohidráulico es generado por la bomba.
Esta toma el aceite del reservorio a través de la tubería de “suc
a
bomba causa el flujo de aceite desde el reservorio a
c
salida. E
Como podrás observar este disposi
Un tipo de bomba o
esencialmente el mismo que el de
D
simplemente empuja
restricción al flujo, la presión se
teóricamente el flujo se mantiene constante.
B - 51
La confusión es causada por el hecho de que los fabricantes clasifican las bombas
sión. Esta clasificación lo que significa es que la bomba es capaz de
n, y no tiene ninguna relación con la presión desarrollada por el
ay tres tipos populares de bombas de desplazamiento positivo, éstas son: de
por su pre
resistir dicha presió
sistema.
H
engranes, de aspas o paletas y pistones. Durante el desarrollo de las clases
teó nto de estas bombas.
En la evaluación de una bomba para una aplicación, deberán tomarse en cuenta
tres aspectos, éstos son:
− el caudal requerido,
− la presión de trabajo y la eficiencia.
CAUDAL
ricas, se trata con mayor detalle sobre el funcionamie
El caudal producido por una bomba esta relacionado con su desplazamiento, o
sea con el volumen de fluido bombeado por cada revolución. Así pues, para
calcular el caudal, debemos conocer el desplazamiento de la bomba y la velocidad
e rotación del motor ya sea este eléctrico o de combustión interna. Esto es: d
231RPMdQt
×=
(Ec. 4.1)
Donde: d = desplazamiento plg /revolución
Q t = caudal teórico G.P.M.
PRESIÓN DE TRABAJO
Una bomba deberá ser seleccionada considerando la presión requerida para
fugas
FICIENCIA
mover las cargas, de lo contrario, esta puede romperse o tener exceso de
internas produciendo una operación pobre.
E
B - 52
A) Eficiencia ica (Nm cción
entre las partes móviles de la bomba. La eficiencia m ánica varía e acuerdo
a la velocidad de rotación de la bomba.
B) Eficiencia Volumétrica (Nv). Esta es una
las partes móviles de la bomba, lo que hace que el flujo real difiera del flujo
teórico. La eficiencia volumétrica es afectada principalmente por la presión, así
a mayor presión habrán más fugas y por lo tanto una baja eficiencia
volumétrica. Esta puede ser calculada como sigue :
Mecán ). Esta refleja la pérdida de energía debido a la fri
ec d
medida de las fugas que ocurren entre
100×=T
V QQrN
lo que llamaremos eficiencia total
t, la cual se calculará como sigue:
Es entaje de la potencia suministrada al eje de la
La o puede ser evaluada de la siguiente manera:
(Ec. 4.2)
Donde: Qr = caudal real G.P.M.
Estas dos eficiencias combinadas, representan
N
MVt NNN ×=
(Ec. 4.3)
ta eficiencia representa el porc
bomba que es realmente convertida a potencia oleohidráulica.
potencia transmitida al fluid
1714pQW r ×=
(Ec. 4.4)
onde: W = Potencia. H.P. D
EQUIPO A UTILIZAR
1 Reloj
1 Recipiente graduado
Válvula de control de flujo
3 Mangueras
1 Acople macho
1
B - 53
1 Manómetro (0 - 1500 PSI)
PROCEDIMIENTO
b) Revise el nivel de aceite
5 min. y luego apáguela.
. Monta el circuito siguiendo las siguientes instrucciones :
tro al
b) Conecta un extremo de la segunda manguera al puerto B de la válvula de
control de flujo. Conecta el acople macho en el otro extremo de la
que está montada sobre el
f) Ajusta la presión a 100 psi, cerrando parcialmente la válvula de control de
. Apague la unidad y traslade el extremo de la manguera al recipiente
3. Para determinar el caudal de la bomba, anota el tiempo requerido para llenar
exp
1. Antes de comenzar el experimento, haga lo siguiente :
a) Ajuste la válvula de alivio a su mínimo valor.
c) Encienda la unidad y ajuste la válvula de alivio a su valor máximo. Déjela
funcionando por un espacio de
2
a) Conecta un extremo de la manguera al distribuidor de presión y el o
puerto A de la válvula de control.
manguera.
c) Abre completamente la válvula reguladora de flujo
reservorio.
d) Abre completamente la válvula de control de flujo conectada a las
mangueras.
e) Coloca el extremo de la manguera dentro del reservorio y enciende la
unidad.
flujo
graduado.
cierto volumen del recipiente. Calcula el caudal utilizando la siguiente
resión :
utostiempo mingalonesvolumen
== Qr
(Ec. 4.5)
B - 54
4. Apa
5. Rep hasta el 4 para diferentes
valores de presión. Utiliza el cuadro 1 para anotar los resultados.
PRESIÓN VOLUMEN TIEMPO CAUDAL POTENCIA
ga la unidad y vacía de nuevo el aceite en el reservorio.
ite el procedimiento anterior desde el paso 2-e,
B - 55
EXPERIMENTO No. 2 “MOTORES OLEOHIDRAULICOS”
OBJETIVO
Que el alumno estudie las características básicas de los motores oleohidráulicos y
sus semejanzas con las bombas.
INTRODUCCIÓN
En el laboratorio No. 3 se estudio uno de los dos tipos de actuadotes con que se
cuenta para la transmisión de potencia con un fluido. A este se le llama actuador
lineal o cilindro.
En este laboratorio nos corresponde estudiar el actuador rotativo o motor
oleohidráulico.
Este ejecuta la función opuesta de una bomba. De hecho, debido a esta relación,
los motores oleohidráulicos son muy similares en construcción a las bombas y en
algunos casos este mecanismo puede desempeñar las dos funciones.
Los tres diseños básicos de los motores son: de engranes, aspas deslizantes y
pistones. Al contrario que en las bombas, en los motores el fluido es forzado hacia
el interior de este empujándolo contra engranes, aspas o pistones, lo que hace
girar el eje del motor.
Otra diferencia, que es generalmente cierta entre motores y bombas, consiste en
que los motores son con frecuencia girados en cualquier dirección (bi direcciones),
mientras que las bombas son hechas girar en una sola dirección.
Una tercera diferencia consiste en que en el lado de succión de una bomba
generalmente se da una presión de vacío, mientras que en los motores tanto en la
succión como en la descarga, la presión es mayor que la atmosférica. Este hecho
incide sobre el diseño de los sellos del eje.
Además, cuando un motor se somete a una contra presión, el sello del eje deberá
poseer un drenaje para evitar que aquel se reviente.
B - 56
EVALUACION DE U ULICON MOTOR OLEOHIDRÁ
En la evaluación d considerarse tres
factores, a saber: ve rque y eficiencia.
1) VELOCIDAD DE
e un motor para una aplicación deberán de
locidad de rotación del eje, to
ROTACION DEL EJE (N)
La veloci . Similar
a las bombas, la formula teórica para su cálculo es:
dad producida por un motor es proporcional a su desplazamiento
)(RPMD
N 231Q×=
(Ec. 4.6)
onde: Q: Caudal (GPM)
amiento (plg3/rev)
D
D: Desplaz
2) TORQUE (T)
El troqué en un motor es proporcional a su desplazamiento y a la caída de presión
así:
lg)(28.6
plbsPDT −∆×
=
(Ec. 4.7)
onde: = Caída de Presión (lb/plg2)
ué puede ser generado en el eje del motor, aun
uando este no tenga movimiento. Si la carga aplicada al eje del motor requiere
una s el sistema, el motor no girara. Una vez el
troq
ser
3) EFICIENCIA
P∆D
D: Desplazamiento (plg3/rev)
Es importante notar que el troq
c
presión mayor de lo que es capa
ué desarrollado por el motor sea capaz de mover la carga, la velocidad del eje
á dependiente principalmente del caudal.
B - 57
Los motores son también afectados por la fricción mecánica y las perdidas
volumétricas. De hecho, debido a que los motores a veces funcionan a muy baja
velocidad y con cierta precisión, las perdidas pueden ser muy criticas.
a) Eficiencia mecánica
Dada la fricción entre las partes rotatorias, se necesitará un mayor troqué que el
predicho por la formula teórica. Hay tres términos usados comúnmente:
Es el troqué requerido para iniciar a mover una carga, incluyendo el
fricción interna.
varia entre 70 % y 80% del teórico para la
mayoría de motores.
Torque de marcha:
Es el troqué requerido por el motor para mantener una carga girando a
cierta velocidad. Este es generalmente alrededor del 90% del teórico.
b) Eficiencia volumétrica
Todos ión,
experimentan fugas de aceite. Por ejemplo, un motor de pistones tendrá
generalmente una eficiencia volumétrica del 95% o mejor, mientras que un gerotor
pue
La ión.
c) Potencia de salida (Ws)
La potencia generada por un motor oleohidráulico puede ser calculado de la
siguiente manera:
Torque de motor bloqueado:
necesario para vencer la
Torque de arranque:
Es el troqué disponible de un motor a una presión dada para iniciar a
mover una carga. Su rango
los motores cuando se les somete a una diferencia de pres
de ser tan bajo como 80 – 85 %.
cantidad de la fuga varía de acuerdo a la magnitud de la diferencia de pres
(Ec. 4.8)
B - 58
EQUIPO A UTILIZAR
1 Unidad de potencia fluidita.
1 Válvula de control direccional.
flujo.
rda.
500 psi).
2 Pesas (5 y 15 libras).
1 Motor oleohidráulico.
2 Válvulas de control de
7 Mangueras.
1 Cabria y cue
1 Manómetro (0 – 1
PROCEDIMIENTO
1. Instala el circuito mostrado en la figura No. 1.
Figura 1. Circuito. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.8]
2. Encienda la unidad y ajusta la presión a 100 psi. Opera el motor en ambas
direcciones. . Experimente
las variaciones de velocidad ajustando las válvulas de control de flujo.
. Cierre la válvula de control instalada sobre el reservorio y encienda la
5. Accione la válvula de control direccional hacia cualquier extremo y
Note la rápida y fácil inversión del sentido de giro
Apague la unidad.
3. Enganche la cabria y la cuerda al motor. Abra completamente ambas
válvulas de control de flujo.
4
unidad. Ajuste la presión a 600 psi.
sosténgala.
B - 59
6. Usando ningún peso, 5 lbf y 15 lbf, amarrados a la cuerda, gradualmente
se mueva lentamente alzando los pesos.
ga varias pruebas.
P
abra la válvula hasta que el motor
Anote la presión requerida. Ha
ESO (LBF) PRUEBA A PRUEBA B PRUEBA C PROMEDIO.
0
5
15
la de alivio,
hasta lograr que el motor se para estando la cabria parcialmente enrollada.
Anota la presión. __________
7. Utilizando el peso de 15 lbf reduce la presión, utilizando la válvu
__________________ psi.
B - 60
EXPERIMENTO No. 3 “APLICACIÓN DE LOS MOTORES OLEOHIDRAULICOS”
OBJETIVO
Que el alumno conozca los usos de los motores oleohidráulicos y verificar la teoría
erimento No. 2.
TRODUCCIÓN
estudiada en el exp
IN
Los tilizados en diversas aplicaciones tales como:
tran
Alg
pot
rota
ave
En
entre el torque y la presión estudiada en el laboratorio anterior.
T = X T) / 63025
Do
P = Presión en psi.
D = Desplazamiento pulg ^ 3 / rev.
T =
N =
W =
EQ
motores oleohidráulicos son u
sportadores de velocidad variable, mezcladores, maquinaria de agrícola, etc.
unas de las ventajas que presenta este mecanismo son: generación de alta
encia en un pequeño espacio, fácil y amplia variación de la velocidad de
ción, así como del sentido de rotación y habilidad de detenerse sin sufrir
rías.
este laboratorio examinaremos estas características y verificaremos la relación
(P X D) / 6.28 W = (N
(Ec. 4.9)
nde:
Torque (lbf – pulg)
Velocidad de rotación V.P.R.
Potencia HP.
UIPO A UTILIZAR
nidad de potencia fluidica. 1 U
1 Válvula de 4 pasos con centro cerrado operada manualmente
1 Peso de 5 lb
B - 61
1 P
1 C
1 Motor hidráulico
2 R
6 M
ROCEDIMIENTO
eso de 15 lb
ordel
eguladores de flujo
angueras
P
cuito mostrado en la figura No. 2
Figura 2. Circuito. Antiguas guías de laboratorio [2005: p.10]
2) motor sin el peso en ambas
direcciones. Note lo rápido que funciona el motor, pruebe con varias variaciones
de velocidad por medio de las válvulas de control de flujo
3) Ajuste la presión a 600 psi y cierre la válvula de flujo de la unidad fluidica.
4) Amarre el cordel y opere en ambos sentido manteniendo
5) Regule a diferentes velocidades con los reguladores de flujo
6) Usando 0 lb, 5 lb y 15 lb de peso para el motor átelos con el cordel y vaya
regulando gradualmente con las válvulas de control de flujo hasta que el motor no
e mueva. Escriba las presiones requeridas en los distintos ensayos.
1) Construye el cir
Encienda la unidad y ajuste a 200 psi. Opere el
s
B - 62
PESO PRUEBA 1 PRUEBA 2 PRUEBA 3 PROMEDIO
0
5
15
33_2_1_ PRUEBAPRUEBAPRUEBAPROMEDIO ++
=
(Ec. 4.10)
7) Usando un peso de 15 lb reduzca la presión seteada en la válvula de alivio para
ver
ONTESTA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS
la presión requerida para parar el motor y anote.
C
EX
1. Exp uncionamiento de una bomba de desplazamiento
positivo en el espacio exterior?
2. ¿Cuál fue la máxim lada y a qué presión
correspondió dicho valor?
n el caudal a diferentes presiones?
4. ¿
PERIMENTO No. 1
lique ¿Cómo sería el f
a potencia hidráulica desarrol
3. ¿Por qué ocurren diferencias e
Cuál es la eficiencia volumétrica de la bomba a psi y a
psi?
EXPERIMENTO No. 2
1- Si la cabria de tambor es de ¾“ de diámetro. ¿Cual es el troqué teórico
requerido para elevar un peso de 5 lbs? ¿Para 15 lbs?
Para 5 lbs torque (pulg – lb) = _____________________________________
Para 15 lbs torque (pulg – lb) = ____________________________________
B - 63
2-
respectivas presiones teóricas requeridas para elevar los pesos?
Pa
Pa
3-
presió iento 6.
s presión neta = ________________________________________
Pa
- Compara tus respuestas de 2 y 3. Explique cualquier desviación o error.
- ¿Es peligroso cerrar un motor hidráulico? Explique.
- ¿Crees que no es peligroso revertir un motor hidráulico repentinamente?, ¿Que
rees que pasaría si esto fuera hecho con una carga extremadamente pesada,
nganchada al eje del motor?
- Si la velocidad de un motor hidráulico es de 1000 RPM y su torque de salida fue
e 13000 pulg – lbs. ¿Cuántos caballos de fuerza podrían producirse?
AREA
Si el desplazamiento del motor es 0.203 cm^3 pulg / rev. ¿Cuales son las
ra 5 lbs presión = _____________________________________________
ra 15 lbs presión = ____________________________________________
Resta la presión de 0 lbs del promedio de 5 y 15 lbs de presión para obtener la
n neta en el procedim
Para 5 lb
ra 15 lbs presión neta = _______________________________________
4
5
6
c
e
7
d
T
1) Investigue que datos técnicos de las bombas da el distribuidor a los
consumidores, ¿Cuales considera importantes a la hora de seleccionar una
bomba?
2) Diga que diferencias encuentra en los datos técnicos de una bomba de
engranes, de pistón y paletas y menciona una aplicación para cada uno.
3) Investigue tres distribuidores de bombas oleohidráulicas en el país
4) ¿Como difiere la operación de un motor con la de una bomba?
5) ¿Que piensa que puede pasar si un motor se utilizara como una bomba?
B - 64
Investigue do indique los datos más
importantes para seleccionarlo y sus diferencias.
s hojas técnicas de distintos motores,
B - 65
B - 66
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS DEPTO. CC ENERGÉTICAS Y FLUÍDICAS MECÁNICA DE FLUIDOS II
LABORATORIO No. 5: ACUMULADORES
EXPERIMENTO No. 1: “PRECARGA DE UN ACUMULADOR”
OBJETIVO
Que el alumno conozca el funcionamiento de los acumuladores hidráulicos y
aprenda a precargarlos y descargarlos.
INTRODUCCIÓN
Existen muchas formas de energía hoy en día hay una gran variedad de equipos
umática de utilizan reservorios de gas a altas presiones, en la mecánica
trica
luego y ese es: el acumulador.
do no compresible como el aceite
Acumuladores de contra peso
al por medio del cual se hace fácil mover o remover
peso para regular la presión una de sus ventajas es que la presión la mantiene
que tienen la característica de guardar energía para usarla tiempo después.
En la ne
un peso es lanzado desde cierta altura o un resorte comprimido y en la eléc
tenemos los capacitares. En la hidráulica también tenemos un elemento que nos
ayuda a guardar energía para usarla
Un acumulador guarda energía de algún flui
transformando esta energía a alguna otra forma conveniente para su posterior
uso. Alguno de estos tipos son:
a)
Se utiliza un pistón vertic
contaste.
B - 67
Figura 1. Acumulador de contrapeso. www.tecnicaoleohidraulica.com [Noviem re 2005]
b) Acumulad
l fluido es comprimido mediante la compresión de un muelle en espiral
una presión no cons
b
or de resortes
E
colocado detrás del pistón. Por las mismas características del resorte tenemos
tante. FIG. 2
Figura 2. Acumulador de resorte. www.t cnicaoleohidraulica.come [Noviembre 2005]
b) Acumulador de gas
Es el más común, el gas utilizado usualmente es nitrógeno y no se recomienda
el oxígeno, La presión del fluido varía a con la compresión del gas. FIG. 3
Figura 3. Acumulador de gas. www.te icaoleohidraulica.comcn [Noviembre 2005]
B - 68
EQUIPO A UTILIZAR
1 Unidad de potencia fluídica
or
Botella de nitrógeno
flujo
1 Acumulad
1 Set con cargador de nitrógeno
1
2 Reguladores de
1 Manómetro de 0-1500 psi
5 Mangueras
1 Conector macho
PROCEDIMIENTO
1) Construya el circuito de la figura 4
Figura 4. Circuito. Gemini hydraulics manual [1982: p.7-6]
2) a 600 psi
3) Fije el manómetro de la precarga y ensamble la manguera al acumulador.
Pre
4) Abra la válvula de flujo No. 2 totalmente y abra totalmente la que esta antes
ones del aceite y del gas.
Cierre la válvula de control de flujo No.1 y ajuste la presión
Asegurase que la válvula de sangrado esta cerrada y lea el manómetro
sión de precarga__________________
del acumulador
5) Ahora cierre la válvula No. 2 y anote las presi
B - 69
Presión del Gas_____________ Psi
__________ Psi
lvula cerrada anteriormente. Haga el literal 5 y seis para
la No. 2. La presión en ambas llegará a 600 psi
nifold y conecte un accesorio macho
éngalo hasta que drene todo el aceite.
rentes mediciones para las presiones abajo indicadas
Volumen expulsado de aceite
Presión del Aceite_
6) Ahora abra la vá
purgar el aire del sistema
7) Cierra la válvu
8) Desconecte la manguera que va al ma
a la manguera y mant
9) Haga dife
PRESIÓN (PSI) PRUEBA 1 PRUEBA 2 PRUEBA 3
600 0 0 0
500
400
300
200
100
10) Repite el procedimiento anterior con una precarga de 200 PSI
Volumen expulsado de aceite
PR 3 ESIÓN (PSI) PRUEBA 1 PRUEBA 2 PRUEBA
600 0 0 0
500
400
300
200
100
B - 70
EXPERIMENTO No. 2: “APLICACIONES DE ACUMULADORES” OBJETIVO
Que el alumno conozca las diferentes aplicaciones que tienen los acumuladores.
TRODUCCIÓN
IN
ores esta de acuerdo a su función, tales como:
e potencia
s maquinarias demanda un flujo variado para una fracción de
que la necesaria ya que este suple el flujo en las
e esta manera a la bomba del sistema. Durante los
ja demanda la bomba suplirá al circuito del flujo necesario para
ncionamiento y además guardará fluido en el acumulador para los
cos.
2) Fuente de potencia de emergencia
itan de una fuente de energía para losa casos en
ladores pueden ser usados para
3) Pulsaciones
Algunos sistemas están sujetos a choques severos de impacto de carga en los
actuadotes al abrirse o cerrarse repentinamente una válvula. El actuador puede
ser usado para prevenir daños en el sistema cuando sucede lo anterior
4) Compensación de temperatura o salida
Algunas aplicaciones requieren una presión constante la cual debe ser
mantenida en el actuador por largos periodos de tiempo cuando la bomba no
esta fun
El uso de los acumulad
1) Fuente auxiliar d
Algunas veces la
su ciclo de trabajo, con el uso de un acumulador nos evita la compra de una
bomba más grande
demandas pico auxiliando d
periodos de ba
su fu
periodos pi
Algunas aplicaciones neces
que la potencia primario se pierda. Los acumu
ser fuente continua o temporal.
cionando.
B - 71
Los cambios de la temperatura pueden causar cambios en la presión por lo
cual el acumulador puede ser usado para mantener ese volumen.
os reservorios de fluidos
EQ
5) Dispensador de fluido
Los acumuladores pueden ser usados como pequeñ
usados para lubricación constante del sistema.
UIPO A UTILIZAR
1 U
Acumulador
l de cuatro vías centro cerrado
1 M
1 Válvula check
7 Mangueras
1 Cilindro de ¾”x6”
1 Reloj para medir
PROCEDIMIENTO
nidad de potencia fluidita.
1
1 Válvula direcciona
anómetro de 0-1500 psi
PARTE I: Como fuente de emergencia
8. Instala el circuito mostrado en la Figura No 6.
Figura 5. Circuito de la parte I. G
emini hydraulics manual [1982: p.8-3]
B - 72
9. Encienda la unidad de potencia fluidita
10. Contraiga el cilindro totalmente y cargue el acumulador a 600 psi
mule una interrupción de energía apagando la unidad de potencia. Anote
cuantas veces se extendió el vástago y mida la para la ultima vez la porción
xtensiones:____________
PARTE II: Como auxiliar
1) Usando el circuito anterior cargue el acumulador a 600 psi con el cilindro
totalmente retraído
2) Usando un reloj, registre el tiempo requerido para extender el cilindro
usando la bomba y el acumulador.
Tiempo:____________segundos
3) Remueva el acumulador del circuito y repita el procedimiento anterior
usando solo la bomba.
Tiempo:___________segundos
PARTE III: Como compensador
1) Construya el siguiente circuito de la figura No. 7
11. Si
del vástago.
Numero de e
Última porción del vástago:_____________
Figura 6. Circuito de la parte III. Gemini hydraulics manual [1982: p.8-4]
B - 73
2) Abra la válvula No. 1 y encienda la unidad de potencia y purgue el aire del
sistema
3) Cierra la válvula No. 2 y cargue el sistema a 600 psi. Apague la unidad
4) Cierre la válvula No. 1 firmemente y la No. 2. registre sus observaciones.
5) Recargue el stema a 600 psi abriendo la válvula No. 1 y cerrando la No. 2
y encienda la unidad
6) Apague la unidad y deje la válvula No. 1 abierta y crack la No. 2 y escriba
sus observaciones.
TAREA
si
1) Mencione dos aspectos a tomar en cuenta para seleccionar un acumulador:
2) Muestre un ejemplo de la información técnica que da el fabricante.
B - 74
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS DEPTO. CC ENERGÉTICAS Y FLUÍDICAS MECÁNICA DE FLUIDOS II
LABORATORIO No. 6
EXPERIMENTO No. 1: "CIRCUITO REGENERATIVO"
OBJETIVO
Que determine el alumno en que consiste la regeneración y probar sus efectos.
INTRODUCCIÓN
La regeneración es un método para incrementar la velocidad de un cilindro más
paz de hacer la bomba del sistema. Esto es debido a una allá de lo que es ca
retroalimentación la cual se añade al flujo de la bomba para hacer que el cilindro
se extienda más rápido.
Figura 1. Circuito regenerativo. Gemini fluid power manual. [1982: p.36-2]
Para entender como el cilindro es movido observe la figura anterior, cuando la
bomba se enciende primero puede dar ambos flujos ya que al moverse un
extremo del vástago mueve el otro lado y se añade este flujo. Por lo tanto la
presión es la misma. Sin embargo, hay una gran fuerza actuando en el extremo
B - 75
del pistón debido al área efectiva. Esta fuerza del aceite sobre el vástago tiene una
dirección hacia fuera. Al actuar el flujo de la bomba es incrementada la presión
levemente o se intensifica.
Figura 2. Volumen de aceite en cilindro extendido y retraído.
Gemini fluid power manual. [1982: p.36-2]
Cuando el cilindro se extiende, el volumen del aceite representado en la figura
anterior es empujado hacia fuera del cilindro. Aquí el extremo el aceite que esta
en un extremos del pistón ha sido dividido en dos partes imaginarias: Una anular
que es el volumen 2 equivalente al 3 y el volumen del vástago; puesto que el
volumen anular en el extremo de barra es retroalimentando quiere decir que el
único volumen que nos da la bomba es el volumen del vástago.
Figura 3. Regeneración. Gemini fluid power manual. [1982: p.36-2]
Podem tan rápido el volumen del
vástago es llenado por la bomba:
os determinar la velocidad del cilindro viendo que
B - 76
)lg(__231)(___)
minlg(__ 2pvástagodelArea
xGPMbombaladeFlujopvástagodelVelocidad =
(Ec. 6.1)
Una desventaja de este sistema es que durante la extensión la fuerza disponible
para mover la carga es reducida. Esto es debido a que la presión equivalente que
actúa no es la mima en cada lado del pistón. El área efectiva es solo la del
vástago
(Ec. 6.2)
l área regenerada del sistema es usada primariamente en aplicaciones que no
requie es este
tipo de
Para t
de presión en un de los lados del cilindro teniendo así la regeneración del sistema.
Alguna
retracte y se extienda con la misma velocidad
EQUI
)lg(__)(Pr)(_ 2pVástagodelxAreaPSIesiónlbsNetaFuerza =
E
ren de mucha fuerza. En el caso de necesitar de fuerzas muy grand
circuito no es recomendado.
ener la fuerza completa al final del movimiento se hace uso de una válvulas
s veces utilizan cilindros con relación áreas del 2:1, esto hace que se
PO A UTILIZAR
1 Unid d
1 Válvula direccional con centro cerrado de 4 vías operado manualmente
2 Válvulas check
1 Cilindro 1 ½ de diámetro
1 Tee
8 Mangueras
PROCEDIMIENTO:
ad e potencia fluídica
1) onstruya el circuito mostrado en la figura 4
C
B - 77
Figura 4. Circuito. Gemini fluid power manual. [1982: p.36-3]
2) Opere el circuito y anote los tiempos que tarda en extenderse y retraerse
en diferentes ensayos.
PRUEBA A PRUEBA B PRUEBA C
EXTENSIÓN
RETRACCIÓN
B - 78
EXPERIMENTO No. 2: “CIRCUITOS SECUENCIALES”
OBJETIVO
Que el alumno apre énciales y su operación.
TRODUCCIÓN
nda los tipos de circuitos secu
IN
Un
de poder realizar operaciones secuénciales de una manera pre-establecida.
Existen este
boratorio analizaremos tres métodos ampliamente utilizado para automatizar
iditos. Básicamente la operación secuencial que se estudiará es la
operación de esmerilado donde se
quiere, primero, sujetar la pieza a trabajar y luego esmerilarla. Hay diferentes
e secuencia los cuales son usados en maquinaria
manera que la válvula de secuencia.
un botón que actuando su carrete. Cuando el cilindro se extiende actúa
la válvula que hace que actúe la válvula de una barra que activa otra
a de las características básicas de toda maquinaria automática es la habilidad
tantos sistemas secuénciales como máquinas que los utilizan,
la
sistemas flu
extensión de un cilindro seguida de la rotación de un motor; una aplicación
práctica de este circuito podría hacer una
re
tipos de sistemas d
1. VÁLVULA DE SECUENCIA: Haciendo uso de esta válvula se puede lograr
dos operaciones secuénciales hidráulicos. Por ejemplo el que un cilindro se
extienda totalmente lo que hará que la presión antes del cilindro aumente
hasta lograr abrir la válvula al llegar a la presión de seteo.
2. INTERRUPTOR DE PRESIÓN: Este es un mecanismo hidráulico/eléctrico y
funciona de la misma
3. VÁLVULA DE LEVA: Es una válvula de control direccional operado a través
de
función.
Estos tipos de válvulas secuénciales son normalmente usados solo en circuitos
automáticos que involucren dos o tres operaciones.
B - 79
4. Válvula de secuencia
ILIZAR
EQUIPO A UT
ohidráulica
uencial (válvula de alivio)
6”
0 – 1500 psi)
ras
PROCEDIMIENTO
1 Unidad de potencia fluidita
1 Motor ole
1 Válvula sec
1 Cilindro 3/4" x
1 Válvula de 4 pasos operada manualmente
1 Manómetro (
10 Mangue
2 Accesorios T
circuito mostrado en la figura 5.
Figura 5. Circuito. Guías antiguas de laboratorio [2005: p.3]
2) Desconecta la línea del cilindro. Encienda la unidad y ajuste la válvula de
alivio a 600 psi. Desconectar el tramo de la válvula de alivio para calibrar la
presión.
3) Ajuste la válvula de secuencia a 300 psi con ayuda del manómetro en el
circuito
4) Apague la unidad y reconecte la línea del cilindro
1) Construya el
B - 80
5)
6) Saque las burbujas de aire en el circuito
7) Cambie de posición la válvula secuencial y observe.
b) Interruptor de presión.
EQUIPO A UTILIZAR
Encienda la unidad
1 Unidad de potencia fluidita
1 Motor oleohidráulica
1 Cilindro 3/4" x 6”
1 Válvula de 4 pasos operada manualmente
1 Interruptor de presión
1 Varilla para usar de palanca
1 Peso de 15 Kg.
1 Pivote
9 Mangueras
2 Accesorios T
PROCEDIMIENTO
1) Construya el circuito mostrado en la Fig. 2
tiguas de laboratorio [2005: p.5] Figura 6. Circuito. Guías an
B - 81
2)
est
3) De que va a la entrada del motor y conecte un manómetro.
4)
Difere ___________
5)
6)
7) En
8) Sim
) Válvula de leva.
1) Construya el siguiente circuito de la figura.
Note que el vástago del cilindro volverá a su posición original por gravedad,
o debido al peso
sconecta la línea
Settee el interruptor de presión a 400 psi con un diferencial de 30 – 40 psi
ncial seteado: _______________
Ajuste la válvula de alivio de la unidad a 600 psi
Reconecte el motor
cienda la unidad
ule el movimiento secuencial del circuito.
c
Figura 7. Circuito. Guías antiguas de laboratorio [2005: p.5]
2) Arregle el circuito de tal manera que el vástago del cilindro se extienda en
dirección a la válvula de leva
3) Desconecte la línea que va de la válvula de leva al motor
4) Ajuste la distancia entre la válvula de leva y el vástago del cilindro de tal
manera que cuando se extienda el vástago del cilindro golpee suavemente
la el botón de la válvula de leva.
B - 82
Reconecte el circuito y opere.4 5)
TAREA
1) Investigue un proceso industrial en el cual se use un circuito secuencial,
ventajas y desventajas considera usted que tiene calibrar la presión en
lvula secuencial
esquematice y explique.
2) Que
una vá
4 Asegúrese, antes de poner en funcionamiento el circuito, que el vástago del cilindro se mueva suavem hacia el botón de la válvula de leva ente
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B - 84
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS
MECÁNICA DE FLUIDOS II
LABORATORIO No 7: VÁLVULA ANTIRRETORNO PILOTADA
DEPTO. CC ENERGÉTICAS Y FLUÍDICAS
EXPERIMENTO No. 1: “MOVIMIENTO CONTROLADO DE UNA CARGA”
OBJETIVO
ue el alumno conozca el uso y aplicación de las válvulas check pilotadas.
TRODUCCIÓN
Q
IN
na válvula antirretorno pilotada se usa para mantener una parte del sistema libre
e fugas internas, por ejemplo un cilindro hidráulico ó un motor. Un esquema
terno de esta válvula se muestra en la figura 1.
U
d
in
Figura 1. Funcionamiento de válvula check pilotada.
home.wxs.nl/~brink494/ gsttslk_esp.htm [Enero 2006]
la aplicación de la válvula antirretorno pilotada en el
ilindro apoyo de una grúa (Fig. 2). El cilindro está conectado al puerto B de la
álvula antirretorno. Cuando se entrega aceite al puerto A, el aceite puede fluir
bremente hacia el puerto B y al cilindro. Cuando el patín tiene que ser retraído, se
uministra aceite hacia la cámara del vástago del cilindro. La presión en el lado del
Un muy buen ejemplo es
c
v
li
s
B - 85
vástago es usada como presión piloto en el puerto Z para abrir la válvula
ntirretorno. Ahora el aceite puede fluir de vuelta desde B hacia A. La presión en
necesaria para abrir la válvula antirretorno contra la presión del cilindro
etrás de la válvula principal es de aproximadamente 1/3 a 1/10 de la presión del
ilindro (llamado rango de apertura)
a
el puerto Z
d
c
Figura 2. Ejemplo de aplicación para la válvula antirretorno pilotada.
home.wxs.nl/~brink494/ gsttslk_esp.htm [Enero 2006]
QUIPO A UTILIZAR
E
Unidad de potencia fluídica
Válvula 4/3 de centro cerrado
Cilindro 1 ½
Peso de 15 Kg
Mangueras
1
1
1 Válvula antirretorno pilotada
1
1
7
PROCEDIMIENTO
16) Armar el circuito oleohidráulico de la figura 3.
B - 86
Figura 3. Circuito
17) Encender la unidad de potencia y calibrar la presión a 600 psi.
18) Apagar la unidad y
19 el peso
20) Mueva la pal e sucede.
21) Ahora mueva la palanca en dirección a la válvula y anote lo que observa
TAREA:
conectar el circuito
) Mueva la palanca de la válvula dirección hacia usted hasta que
suba.
anca a su estado inicial y observe lo qu
1) Cual es la importancia de esta válvula en el circuito de la práctica
2) Investigue que otro uso se le da a esta válvula en la industria.
B - 87
B - 88
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS DEPTO. CC ENERGÉTICAS Y FLUÍDICAS MECÁNICA DE FLUIDOS II
LABORATORIO No. 8: APLICACIONES DE ELECTRO OLEOHIDRÁULICA
EXPERIMENTO No. 1: “SIMULACIÓN DE PRENSA HIDRÁULICA”
OBJETIVO
Que el alumno conozca aplicaciones sencillas del control automático de circuitos
oleohidráulicos por medio de electroválvulas.
INTRODUCCIÓN
La inserción de tecnologías de la información en la producción industrial de los
países desarrollados ha conocido un ritmo de crecimiento cada vez más elevado
en los últimos años. Por ejemplo, se amplia enormemente la capacidad de
controlar la producción con máquinas de control computarizado y permite avanzar
hacia mayores y más complejos sistemas de automatización, unas de cuyas
expresiones más sofisticadas y más ahorradoras de trabajo humano directo son
los robots, los sistemas flexibles de producción y los sistemas de automatización
integrada de la producción
En este laboratorio se mostrará las bondades de la automatización en dos
circuitos sumamente sencillos con la finalidad de darle una herramienta más al
alumno.
Se harán uso de electroválvulas, que como se dijo antes son elementos que
obedecen a un señal eléctrica que energiza una bobina y causa que la válvula
cambie de posición. Este accionamiento puede provenir de un contactor o bien de
un sistema de control automático como un PLC que es nuestro caso.
B - 89
EQUIPO A UTILIZAR
1 Unidad de potencia fluìdica
1 PLC S7200
1 Electroválvula 4/3 de centro cerrado
1 Meter in
1 Meter out
1 Cilindro 1 ½
1 Final de carrera con rodo inclinado a 30°
6 Mangueras
Alambres
1 Destornillador plano
1 Tester
PROCEDIMIENTO
Nota importante: No haga conexiones en el PLC mientras está encendida
22) Armar el circuito oleohidráulico de la figura 1.
Figura 1. Circuito
B - 90
23) Conectar el siguiente circuito en los bornes indicados del PLC
Figura 2. Conexión de botones
Figura 3. Conexión de focos
Figura 4. Conexión de entradas
Figura 5. Conexión de salidas
24) Encender la unidad y calibrar la presión a 600 psi
25) Regular las válvulas de flujo VF1 con dos vueltas y VF2 con 1 vuelta
26) Encender el PLC
27) Cargar el programa de la práctica si aún no a sido cargado (asegurese
que el PLC esté en modo STOP)
28) Poner el PLC en modo RUN
29) Conectar el circuito oleohidráulico a la unidad de potencia.
B - 91
30) Accionar el botón SO (botón de emergencia). Observe que encenderán
un foco rojo del tablero del PLC lo cual quiere decir que el circuito está en
modo de OFF.
31) Gire SO para poner el circuito en modo ON, uno de los focos verdes se
encenderá indicando el estado.
32) Active el ciclo del circuito con el botón S1.1 del tablero del PLC.
33) Observe que cuando el vástago toque el final de carrera, el vástago
regresará a su posición inicial. Si el vástago no toca el final de carrera
reajuste el PLC con el botón de emergencia y repita desde el numeral 10
34) Para activar otro ciclo oprima nuevamente S1.1
B - 92
EXPERIMENTO No. 2: “ SIMULACIÓN DE TALADRO HIDRÁULICO”
EQUIPO A UTILIZAR
1 Unidad de potencia fluìdica
1 PLC S7200
2 Electroválvula 4/3 de centro cerrado
1 Meter in
1 Meter out
1 Cilindro 1 ½
1 Motor
1 Final de carrera con rodo inclinado a 30°
10 Mangueras
Alambres
1 Destornillador plano
1 Tester
PROCEDIMIENTO
1) Armar el circuito oleohidráulico de la figura 6.
Figura 6. Circuito
B - 93
2) Conectar el siguiente circuito en los bornes indicados del PLC.
Usar la misma conexión anterior con excepción de las salidas
Figura 7. Conexión de salidas
3) Encender la unidad y calibrar la presión a 600 psi
4) Regular las válvulas de flujo VF1 con dos vueltas y VF2 con 1 vuelta
5) Encender el PLC
6) Cargar el programa de la práctica si aún no a sido cargado (asegurese
que el PLC esté en modo STOP)
7) Poner el PLC en modo RUN
8) Conectar el circuito oleohidráulico a la unidad de potencia.
9) Accionar el botón SO (botón de emergencia). Observe que encenderán
un foco rojo del tablero del PLC lo cual quiere decir que el circuito está
en modo de OFF.
10) Gire SO para poner el circuito en modo ON, uno de los focos verdes se
encenderá indicando el estado.
11) Active el ciclo del circuito con el botón S1.1 del tablero del PLC.
12) El vástago comenzará a extenderse y el motor el motor girará
13) Cuando el vástago toque el final de carrera y pasen 15 s el vástago
regresará a su posición inicial y el motor girará al otro lado.
14) Después de pasado 5 segundos se desenergizará la bobina y el circuito
estará listo para un nuevo ciclo.
TAREA
3) Haga un croquis de un circuito oleohidráulico que incluya una
electroválvula por menos y un final de carrera y explique su
funcionamiento
B - 94
4) Investigue tres configuraciones distintas de electroválvulas y explique su
funcionamiento.
5) Investigue el uso del control automático en nuestro país.
B - 95
B - 96
ANEXO C: CATÁLOGO DE EQUIPO DE
LABORATORIO
C - 1
Los elementos que aquí se presentan fueron comprados en ACISA
BLOQUE DE MANÓMETROS DE 0-600 PSI
C - 2
C - 3
BLOQUE DE MANÓMETROS DE 0-1500 PSI
C - 4
C - 5
C - 6
C - 7
C - 8
BLOQUE DE VÁLVULA CHECK PILOTADA
C - 9
C - 10
C - 11
C - 12
C - 13
C - 14
C - 15
C - 16
C - 17
C - 18
BLOQUE DE VALVULA DIRECCIONAL
C - 19
C - 20
C - 21
C - 22
JUEGO DE ACOPLE RÁPIDO
C - 23
C - 24
MANGUERA CORTA
C - 25
C - 26
C - 27
C - 28
MANGUERA LARGA
C - 29
C - 30
C - 31
C - 32
C - 33
MANGUERA MEDIANA
C - 34
C - 35
C - 36
C - 37
PUNTO DE MEDICION
C - 38
C - 39