practica 12_circuito con cilindros en paralelo.pdf

7/21/2019 Practica 12_Circuito con cilindros en paralelo.pdf

1/17

Laboratorio de Neumtica y Oleohidrulica

1

Prctica 12.1: Circuito con cilindros en paralelo

En algunas ocasiones se disponen actuadores en paralelo gobernados por sendasvlvulas distribuidoras y alimentados por una nica bomba. Para que cada cilindro

pueda trabajar de forma independiente es necesario que las vlvulas distribuidorastengan una posicin central con las vas cerradas. Para que cuando los cilindros estnparados no se desve el aceite de la bomba a la presin de la vlvula de seguridad sesuele habilitar una vlvula (0V2) que desva el caudal sin presin a tanque.

3000.00 N

1Y21Y1

4000.00 N

2Y22Y1

0V1

0V2

1V1 2V1

1A 2AD = 40 mm

d = 28 mm

D = 32 mm

d = 14 mm

0.00 BarP = 80 bartara

Q = 4,64 l/minmx

1P

0Y1

0.00 Bar 0.00 Bar

1S1 2S1

Qu sucede si los dos cilindros se accionan a la vez? Se desplazan a la vez?Se mueve primero uno y luego otro? Razonar la respuesta.

La presin necesaria en cada cilindro para que se venza la fuerza y comience amoverse es:

Cilindro 1A:[ ]

[ ] [ ] bar37

Pabar10

m0,032

N3.0004

D

F4

A

Fp

5

222

11

=

=

==

Cilindro 2A:

[ ]

[ ] [ ] bar32Pabar10m0,04N4.0004

D

F4

A

F

p

5

222

11 =

=

==


2/17


2

En primer lugar se desplazar el cilindro 2A una vez que la presin en el circuitoalcance un valor de 32 bar. Cuando el cilindro 2A llegue al final de carrera la presinaumentar hasta llegar a 37 bar y en ese momento se desplazar el cilindro 1A.

Salida del cilindro 2A

Salida del cilindro 1A

Nota 1: La presin en el lado del mbolo del cilindro que se est moviendo es mayorque la que se ha calculado debido a la contrapresin que existe al desalojar el aceitedel lado del vstago.

Nota 2: La presin en el lado del mbolo del cilindro que no se est moviendo esmayor que la correspondiente del cilindro que s se est moviendo. La presin en elcilindro que no se mueve es la misma que en la bifurcacin (punto P) porque no hayflujo de aceite entre ellos. Sin embargo, entre la bifurcacin y el cilindro que se mueves existe flujo y se producen prdidas de carga.

P

P


3/17


3

La funcin conjunta que realizan las vlvulas 0V1 y 0V2 en el circuito se puedeefectuar con una Vlvula de descarga a vaco. Se trata de una vlvula limitadora depresin precomandada que puede descomprimirse cuando se requiera y desviar as elaceite de la bomba sin presin hacia el tanque.

Vlvula limitadora precomandada Vlvula de descarga a vaco

Explicar brevemente el funcionamiento de cada una de las vlvulas.

La vlvula limitadora precomandada se emplea en circuitos con bombas que

proporcionan caudales elevados. Para que esos caudales no produzcan prdidas decarga excesivas se hace que los conductos internos de la vlvula tengan unosdimetros relativamente grandes. Para bloquear el paso de fluido en estos conductosse necesitara unas vlvulas de asiento con una gran rea, lo que hara que elesfuerzo necesario para realizar el cierre fuera enorme. Los muelles que realizaraneste cierre seran excesivamente grandes.

Por esta razn las vlvulas limitadoras precomandadas tienen una vlvula limitadorapequea que al alcanzarse la presin deseada se abre y da la consigna de apertura ala vlvula principal, mucho ms grande, que slo necesita un muelle pequeo pararealizar un cierre seguro. La vlvula limitadora pequea est comunicada con la va depresin (P) mediante un pequeo orificio y cuando en sta se alcanza la presin

ajustada la vlvula se abre y permite la circulacin de un pequeo caudal entre lasvas P y T. Este caudal provoca unas prdidas de carga al pasar por el orificio quehace que exista una diferencia de presin entre las dos caras de la vlvula principal.Esta diferencia de presin es suficiente para producir una apertura parcial de la vlvulaprincipal y el aceite se enva hacia el tanque a la presin ajustada.

La vlvula de descarga a vacoes una vlvula limitadora precomandada que incorporauna vlvula distribuidora. Cuando la vlvula distribuidora abre el paso entre la va depresin (B) y la de tanque (T) se produce el caudal de aceite entre ambas sinnecesidad de que se abra la vlvula limitadora pequea. La presin en la partesuperior de la vlvula principal es pequea pero menor que la de la parte inferior porlas perdidas de carga en el orificio. De esta forma la vlvula principal se abre

completamente y el aceite se enva hacia el tanque con una presin pequea. Cuandola vlvula distribuidora cierra el paso entre la va de presin (B) y la de tanque (T) lavlvula funciona exactamente igual que la vlvula limitadora de presin precomandadade la izquierda.

Vlvula principal


4/17


4

Prctica 12.2: Circuito diferencial

Se conoce como circuito diferencial a aquel que consigue que un cilindro tengaaproximadamente la misma velocidad de avance y retroceso. Para construir un circuitocon esta caracterstica es necesario que el cilindro utilizado sea diferencial, es decir,

que la seccin circular del mbolo sea aproximadamente el doble de la seccin anular.La igualacin de las velocidades se consigue realizando las conexiones entre elcilindro y la vlvula distribuidora de la forma que se muestra en la figura siguiente:

Con estas conexiones, al producirse la salida del vstago el caudal de aceite que va

hacia el lado de seccin circular es la suma del caudal proporcionado por la bomba(QB) y el desalojado por el lado del vstago (Q2).

Comparar las velocidades de entrada y salida del vstago en el caso del circuitodiferencial y el circuito normal.


5/17


5

La conexin realizada en el circuito diferencial hace que la relacin que existe entre elcaudal que proporciona la bomba (QB)y el desalojado por el lado del vstago (Q2) sea:

( )1-

QQ B

2 ==

+=

2

2

1

2B

s

A

Q

A

QQv

Al utilizarse un cilindro diferencial se cumple que 2, por lo queB2

QQ (en este

casoB2

Q0,96Q , por ser = 2,04).

De lo anterior se deduce que en el caso de un circuito diferencial:

1) La velocidad de salida del vstago es casi el doble que en el caso del circuitonormal porque el caudal de aceite que llega al cilindro es prcticamente el doble.

2) La velocidad de salida del vstago es casi igual que la velocidad de entrada:

esvv =

2

2

2

B

e A

Q

A

Qv

Comparar las presiones que se producen en el cilindro en el movimiento de salidadel vstago cuando se aplica una fuerza exterior de compresin de 15.000 N. Cules la fuerza mxima que se puede vencer en cada caso?


6/17


6

Debido a la conexin que se realiza en el circuito diferencial la contrapresin queexiste en la salida del vstago es prcticamente igual que la presin de empuje; sloson diferentes por las prdidas de carga que existen en las tuberas.

De lo anterior se deduce que en el caso de un circuito diferencial, en la salida delvstago:

3) Se puede considerar que el rea neta sobre el que acta la presin de empuje es el

rea del vstago.

vstago211

212211 A

F

AA

FPFAPAP

PP=

==

En este caso:

[ ]

[ ] [ ] bar94

Pabar10

m0,045

N15.0004

d

F4

A

Fp

5

222vstago

1 =

=

=

4) Al utilizarse un cilindro diferencial (A12A2) la presin de empuje necesaria paravencer una fuerza de compresin determinada es casi el doble que en el caso delcircuito normal. Esto supone que para una presin mxima de trabajo del cilindro lafuerza mxima que se puede realizar con un circuito diferencial es casi la mitad que laque se puede realizar con un circuito normal.

[ ] [ ]

[ ]N25.4474

m0,045Pa10160ApF

225

vstagodifer.Mx.

=

==

[ ] [ ] [ ]N49.8764 m0,063Pa10160ApF

22

5pistn

norm.Mx.===


7/17


7

Prctica 12.3: Circuito con bomba de paletas de cilindradavariable

En el circuito hidrulico de la mquina dobladora de tubos se ha sustituido la bomba

de engranajes internos de cilindrada constante por una bomba de paletas de cilindradavariable controlada por un regulador de presin.

40000.00 NA1 = 50,27 cm2

A2 = 34,36 cm2

D = 80 mm

d = 45 mm

Ptara = 160 bar

Cilindrada: 10 c.c/rev (mx.)

Velocidad: 1.450 r.p.m.

= 830 kg/m3

= 50 cSt

ACEITE

Dint = 8mm

L = 3 m

Dint = 8mm

L = 3 m

1 2

0

1A

1V1

1V2

0V1

1P

Q (l/min)

P (bar)

14,5

115108

El regulador se ha ajustado de forma que cuando la presin de la bomba alcanza los108 bar empieza a disminuir la excentricidad de la cmara de compresin y con ellodisminuye la cilindrada. Cuando se alcanzan los 115 bar la cmara se centracompletamente y la bomba mantiene dicha presin sin proporcionar caudal a lainstalacin.


8/17


8

La curva Q-P que tiene la bomba en este caso es una de las muchas que puede teneren funcin de la presin a la que se ajuste el regulador de presin. Este conjunto decurvas se representan en el catlogo como una zona sombreada que indica todos losposibles puntos de funcionamiento de la bomba.

El conjunto de la bomba de cilindrada variable y el regulador de presin essensiblemente ms caro que una bomba de cilindrada constante, pero su rendimientoenergtico es mejor porque es capaz de proporcionar exactamente el caudal necesariopara mover el cilindro a la velocidad deseada. Adems es capaz de mantener lapresin mxima de trabajo (cuando el cilindro llega al final de carrera o se bloquea)con un consumo de energa mucho menor.

Salida del vstago

Determinar la potencia realizada por el cilindro y la proporcionada por la bomba confuerzas antagonistas de 40.000 y 45.000 N. Calcular la eficiencia energtica delcircuito hidrulico en ambos casos.


9/17


9

Fuerza de 40.000 N

La velocidad del cilindro se obtiene con el caudal que llega al lado del mbolo:

[ ] [ ]

[ ] sm104,15

cm50,27

smin

60

1

lcm1.000

minl12,53

A

Qv

2-

2

3

1

1 =

==

Como en el movimiento vence una fuerza de 40.000 N la potencia que realiza es:

[ ] W1.662s

m104,15N40.000vFW-2

Cil===

La potencia que proporciona la bomba es el producto del caudal por la presin:

[ ] [ ] [ ] [ ] W2.260bar

Pa10bar108,24s

min60

1

l

3m10

minl12,53pQW

53

B===

La eficiencia energtica del circuito es el cociente entre la potencia realizada por elcilindro y la proporcionada por la bomba:

[ ][ ]

73%0,73W2.260

W1.662

W

W

bomba

cilindro ===


10/17


10

Fuerza de 45.000 N

Siguiendo el mismo razonamiento que con la fuerza de 40.000 N:

[ ] [ ]

[ ] sm103,41

cm50,27

smin

60

1

lcm1000

minl10,29

A

Qv

2-

2

3

1

1 =

==

[ ] W1.535s

m103,41N45.000vFW-2

Cil===

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] W1877bar

Pa10bar109,44s

min60

1

lm10

minl10,29pQW

533

B===

[ ][ ]

82%0,82W1.877

W1.535

W

W

bomba

cilindro ===

Comparar la eficiencia energtica obtenida con la bomba de cilindrada variable conla que se obtiene con la bomba de cilindrada constante (ver soluciones de prcticas

anteriores).Los datos de la solucin del ejercicio 6.1 con una bomba de cilindrada constante eran:

Fuerza de 40.000 N:[ ][ ]

%660,66W2.547

W1.674

W

W

bomba

cilindro

hid ===

Fuerza de 45.000 N:[ ][ ]

%600,6W2.571

W1.549

W

W

bomba

cilindro

hid ===

Cuando se regula el caudal que llega al cilindro con la vlvula estranguladora labomba de cilindrada constante trabaja a la potencia mxima (P0V1QB, casi const.)independientemente de la carga y del grado de cierre de la vlvula. La bomba decilindrada variable, sin embargo, lo hace a una potencia diferente en funcin de la


11/17


11

carga y el grado de cierre de la vlvula, que siempre es menor que la de la bomba decilindrada constante porque slo proporciona el caudal exacto que llega al cilindro.

Determinar a partir del grfico del catlogo la potencia que consume la bombacuando el cilindro llega al final de carrera y mantiene la presin de 115 bar sinproporcionar caudal en el circuito. Compararla con la que consumira si fuera decilindrada constante y proporcionara un caudal de 14 l/min con un rendimiento del90%.

En realidad esta bomba no sera adecuada para trabajar a 115 bar porque la presin

mxima a la que el fabricante recomienda trabajar es 100 bar. No obstante, si se haceuna extrapolacin de la curva que proporciona el catlogo se obtiene que la potenciaconsumida a caudal nulo sera de un poco menos de 1 kW.

Una bomba de caudal constante trabajando a 115 bar y proporcionando un caudal de14 l/min con un rendimiento del 90% consumira una potencia de:

[ ] [ ] [ ] [ ]W2.981

0,9

bar

Pa10bar115/lm10min/s

601

minl14

pQW

533

bomba =

=

=

&

Como se puede observar, el ahorro energtico que se consigue con la bomba decilindrada variable en el caso de que el cilindro se quede bloqueado es muy notable.


12/17


12

Prctica 12.4: Circuito para montaje y taladrado de dospiezas

Se trata de un proceso de montaje de dos piezas a las que una vez montadas se les

realiza un agujero. Dispuesta la primera pieza en un alojamiento de la mesa, se ubicala segunda pieza encima para que un cilindro (1A1) la aloje en el interior de la primeray produzca un apriete con una fuerza determinada. A continuacin un segundo cilindro(1A2) empuja un taladro que realiza el agujero a las dos piezas montadas.

El cilindro de apriete (1A1) tiene una carrera 200 mm. Mientras aloja la Pieza 2 venceuna fuerza pequea hasta que el vstago recorre 140 mm. Entonces termina de alojarla pieza y realiza un apriete con una fuerza de 50 kgf.

El cilindro que empuja el taladro (1A2) tiene tambin una carrera de 200 mm y tieneque vencer una fuerza de 1000 N producida por el proceso de taladrado.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 20 40 60 80 100Carrera (%)

Fuerza

(N)

Pieza 1

Pieza 2

Montaje final

Vaco Taladrado


13/17


13

Para producir el movimiento secuencial de los cilindros se utilizan sendas vlvulas desecuencia (1V3 y 1V4). La fuerza de apriete se regula por medio de una vlvulareductora de presin (1V2).

Cilindro Apriete Cilindro Taladro

P = 20 barP = 20 bar

P = 10 bar

P = 30 bar

Q = 1,23 l/min

1A1 1A2D = 25 mm

d = 12 mm

D = 25 mm

d = 12 mm

1V2 1V3 1V4

1V1

reg

tara ara

ara

0V1

P1

mx

Comentar la evolucin de la presin en el cilindro de apriete durante todo elproceso.


14/17


14

Cuando se acciona la vlvula de gobierno 1V1 el cilindro de apriete (1A1) comienza asalir con la presin necesaria para vencer la contrapresin (1,33 bar) y la fuerzaprecisa para introducir la Pieza 2 en el alojamiento de la Pieza 1. Todo el caudal de labomba llega al cilindro de apriete porque la presin producida en el proceso (6 bar) noes suficiente para abrir la vlvula de secuencia 1V4 que permite el paso al otro cilindro.

La vlvula reductora de presin 1V2 est tarada a 10 bar y, como el cilindro slonecesita unos 5 bar en su movimiento, se encuentra completamente abierta y noproduce reduccin de presin alguna.

En el momento en que el cilindro de apriete introduce la Pieza 2 y hace tope, lapresin en l aumenta hasta que llega a 10 bar. En ese instante la vlvula reductorade presin 1V2 entra en funcionamiento y mantiene aproximadamente la presin de 10bar a la que ha sido regulada. La presin en el resto del circuito sigue aumentandopero la vlvula se encarga de mantener los 10 bar en el cilindro de apriete.


15/17


15

Por supuesto, la presin se sigue manteniendo (aprox.) en el valor ajustado ancuando el cilindro 1A2 se desplaza y se produce el taladrado.

Una vez terminado el proceso de taladrado se invierte la vlvula 1V1. El cilindro deapriete se descomprime por la vlvula antirretorno pero no se mueve hasta que lotermina de hacer el cilindro del taladro, ya que ste se mueve con una presin menorque 20 bar y la vlvula 1V3 no se abre. Cuando finalmente el cilindro de aprieteretrocede lo hace con la presin necesaria para vencer la contrapresin.


16/17


16

Comentar la evolucin de la presin en el cilindro que mueve el taladro desde quecomienza a salir el vstago hasta que llega al final de carrera.

Como se ha dicho anteriormente el cilindro que mueve el taladro (1A2) no empieza amoverse hasta que el cilindro de apriete hace tope y la vlvula 1V4 se abre al

alcanzarse los 20 bar en la instalacin. Al principio se desplaza con una presin baja(0,27 bar) porque trabaja en vaco, pero en el momento en el que la broca entra encontacto con la pieza la presin aumenta hasta el valor necesario para vencer lafuerza de 1000 N (20,64 bar). Durante el taladrado la presin que existe en la entradade la vlvula de secuencia 1V4 es mayor que la presin a la que ha sido tarada. Seencuentra, por tanto, completamente abierta y no mantiene la presin tarada sino quepermite el paso del aceite provocando una prdida de carga.

En el momento en que el cilindro llega a su fin de carrera la presin es la mximaajustada por la vlvula limitadora de presin, es decir, 30 bar. En el movimiento deretroceso la presin es pequea puesto que nicamente se tiene que vencer la fuerzaproducida por la contrapresin.


17/17


17

Explicar las posiciones que va ocupando la corredera de la vlvula reductora depresin en todo el proceso.

Cuando el cilindro de apriete introduce la Pieza 2 trabaja con una presin de 5,1 barpor lo que el muelle, apretado para aguantar una presin de 10 bar, empuja a lacorredera y hace que est completamente desplazada hacia la izquierda. El paso entrelas vas P y A est completamente libre y la va T est taponada.

En cuanto el cilindro hace tope la presin comienza a aumentar. Cuando llega a ser de10 bar la corredera se desplaza hacia la derecha para cerrar el paso entre las vas P yA. Como el cierre no se produce de forma instantnea, cierta cantidad de aceite pasade P a A en este lapso de tiempo, lo que produce que la presin en el cilindro (PA) seamayor que 10 bar. Este exceso de presin hace que la corredera se desplace todavams a la derecha y abra el paso entre las vas A y T mientras mantiene el paso entre Py A cerrado. El exceso de aceite en el cilindro se evacua a tanque hasta que la presinen A es (prcticamente) la ajustada y la corredera se centra y cierra el paso entre lastres vas.

La corredera se mantiene en esta posicin mientras se realiza el taladrado ya que lapresin que se produce en el circuito (P) est compensada en la vlvula y no producefuerza alguna sobre la corredera.

Cuando se invierte la vlvula 1V1 para realizar la vuelta a la posicin inicial (P0) lapresin de 10 bar que se haba mantenido en el cilindro de apriete desaparece porqueel aceite se evacua a tanque por la vlvula antirretorno dispuesta en paralelo. Lacorredera de la vlvula se desplaza entonces completamente hacia la izquierda.

practica 12_circuito con cilindros en paralelo.pdf

Documents