Capitulo dos

Partes principales y principio de funcionamiento de

actuadores hidráulicos

Los actuadores tienen como misión generar el movimiento de los elementos del robot

según las órdenes dadas por la unidad de control. Los actuadores utilizados en robótica

pueden emplear energía neumática, hidráulica o eléctrica. Cada uno de estos sistemas

presenta características diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de seleccionar el

tipo de actuador más conveniente.

Las características a considerar son entre otras:

-Potencia.

-Controlabilidad.

-Peso y volumen.

-Precisión.

-Velocidad.

-Mantenimiento.

-Costo.

Actuadores Hidráulicos

Se clasifican en Actuadores Lineales, llamados Cilindros. Y actuadores rotativos en general

denominados motores hidráulicos. Los actuadores son alimentados con fluido a presión y

se obtiene un movimiento con una determinada velocidad, fuerza, o bien velocidad

angular y momento a partir de la perdida de presión de un determinado caudal del fluido

en cuestión.

Potencia de Entrada = Presión x Caudal

Potencia Entregada en el Actuador = Variación de Presión x Caudal.

Esta variación de presión deberá computarse entre la entrada y la salida del actuador. En

estas expresiones no consideramos las pérdidas por rozamiento que existen y no se debe

dejar de tenerlas en cuenta para las realizaciones prácticas.

La potencia mecánica de salida estará dada en los actuadores lineales por:

Potencia de Salida = Fuerza x Velocidad

Y en los actuadores rotativos por:

Potencia de Salida = Momento Motor ( Torque ) x Velocidad Angular

Capitulo dos

Actuadores Lineales

Cuando se alimenta con fluido hidráulico por la boca posterior avanza.

La velocidad de avance es proporcional al Caudal e inversamente proporcional al área

posterior del pistón. Es de hacer notar que para que el pistón avance será necesario que el

fluido presente en la cámara anterior salga por la boca correspondiente. Cuando se desea

que el pistón entre se debe alimentar por la boca anterior y sacar el fluido de la cámara

posterior. Este cambio de direcciones del fluido se logra mediante las válvulas

direccionales.

Existen cilindros de simple efecto, en ese caso sólo una cámara es alimentada por aceite,

la otra queda vacía conectada al exterior y el movimiento que correspondería al aceite

llenando la cámara se reemplaza por la gravedad, o bien por un resorte.

Capitulo dos

De acuerdo con su función podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en 2 tipos:

- De efecto simple: se utiliza fuerza hidráulica para empujar y una fuerza externa,

diferente, para contraer.

-De acción doble: se emplea la fuerza hidráulica para efectuar ambas acciones.

Cilindro de presión dinámica

Lleva la carga en la base del cilindro. Los costos de fabricación por lo general

son bajos ya que no hay partes que resbalen dentro del cilindro.

Cilindro de efecto simple

Una barra es colocada en un extremo del pistón, cuando la presión es ejercida en la parte

contraria al extremo del pistón donde esta la barra, esta sube hasta donde la presión lo

empuje, ejerciendo una fuerza sobre la barra de contracción, después la barra es

regresada a la posición inicial por la simple acción de resortes o de la gravedad. La carga

solo puede colocarse en un extremo del cilindro.

Cilindro de efecto doble

La carga puede colocarse en cualquiera de los lados del cilindro. Se genera un impulso

horizontal debido a la diferencia de presión entre los extremos del pistón cuando el

líquido entra en este.

Cilindro telescópico

La barra de tipo tubo multietápico es empujada sucesivamente conforme se va aplicando

al cilindro aceite a presión. Se puede lograr una carrera relativamente en comparación con

la longitud del cilindro

Capitulo dos

Motor hidráulico

En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es generado por la presión.

Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos:

- El de tipo rotatorio: en el que los engranes son accionados directamente por aceite a

presión.

- El de tipo oscilante: el movimiento rotatorio es generado por la acción oscilatoria de un

pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia

Motor de engranaje

Tipo Rotatorio Motor de veleta

Motor Hidráulico Motor de hélice

Tipo oscilante Axial

Capitulo dos

Motor Hidráulico de engranaje

Los motores hidráulicos de engranajes son el sistema más económico que el motor de

paletas o pistones. Por su construcción interna trabaja a alta velocidad puede alcanzar

velocidades hasta de 6.000 RPM.

El par de los motores de engranajes es pequeño, son bastante ruidosos, su rendimiento

cae a bajas velocidades.

Interiormente, consta de dos engranajes de dientes rectos encerrados dentro de una

carcasa con tapas laterales.

Al entrar el aceite a la cámara de entrada se provoca una fuerza sobre los dientes que

generar rotación, de tal forma que se forman cámaras herméticas entre los dientes, la

carcasa y las tapas laterales. Cada cámara transporta el aceite hacia la salida. Del tamaño

de estas cámaras y de la cantidad de aceite que entre (caudal), va a depender la velocidad

de rotación (rpm), y el torque va a depender del desplazamiento y de la presión.

Pueden ser motores unidireccionales o reversibles.

Capitulo dos

Motor Hidráulico de Paletas

Estos motores tienen un rotor montado excéntricamente en un cilindro, con paletas

longitudinales alojadas en ranuras a lo largo del rotor.

El par se origina cuando el aire a presión actúa sobre las paletas. El número de paletas

suele ser de 4 a 8. Normalmente cuatro o cinco paletas son suficientes para la mayoría de

las aplicaciones. Se utilizan mayor número de paletas cuando se necesita mejorar la

fiabilidad de la máquina y su par de arranque.

Los motores de paletas giran desde 3000 a 25000 R.P.M.,en vacío.

Como norma general, los motores deben trabajar con una precarga para evitar que giren a

velocidades altas.

Al girar en vacío el motor, el número de veces que las paletas rozan sobre el cilindro es

casi doble que en carga. Esto supone un desgaste innecesario de las paletas y de la pared

del cilindro sobre la que deslizan.

Los motores de paletas giran a velocidades más altas y desarrollan mas potencia en

relación con su peso que los motores de pistones, sin embargo tienen un par de arranque

menos efectivo.

Los motores de paletas son más ligeros y más baratos que los motores de pistones de

potencia similar.

Son los motores de uso más frecuente.

Capitulo dos

Partes principales y principio de funcionamiento de

las válvulas de control de presión

Las válvulas de control de presión se usan para controlar la presión de un circuito o de un

sistema. Aunque las válvulas de control tienen diferentes diseños, su función es la misma.

Algunos tipos de válvulas de control de presión son: válvulas de alivio, válvulas de

secuencia, válvulas reductoras de presión, válvulas de presión diferencial y válvulas de

descarga.

Válvula limitadora de presión

Válvulas de alivio Los sistemas hidráulicos se diseñan para operar dentro de cierta gama

de presión. Exceder esta gama puede dañar los componentes del sistema o convertirse en

un peligro potencial para el usuario. La válvula de alivio mantiene la presión dentro de

límites específicos y, al abrirse, permite que el aceite en exceso fluya a otro circuito o

regrese al tanque.

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

La válvula de alivio simple (también llamada válvula de accionamiento directo) se

mantiene cerrada por acción de la fuerza del resorte. La tensión del resorte se ajusta a una

“presión de alivio”. Sin embargo, el ajuste de la presión de alivio no es la presión a la que

la válvula comienza a abrirse.

Cuando ocurre una condición que causa resistencia en el circuito al flujo normal de aceite,

el flujo de aceite en exceso hace que la presión de aceite aumente. El aumento de la

presión de aceite produce una fuerza en la válvula de alivio. Cuando la fuerza de la presión

de aceite, en aumento, sobrepasa la fuerza del resorte de la válvula de alivio, la válvula se

mueve contra el resorte y la válvula comienza a abrirse. La presión requerida para

comenzar a abrir la válvula se llama “presión de apertura”. La válvula se abre lo suficiente

para permitir que sólo el aceite en exceso fluya a través de la válvula.

Capitulo dos

Válvula de alivio de operación piloto, posición CERRADA

La válvula de alivio de operación piloto se usa con frecuencia en sistemas que requieren

un gran volumen de aceite y donde hay una diferencia pequeña entre la presión de

apertura de la válvula y la presión de flujo pleno. En la válvula de alivio de operación

piloto, una válvula piloto (válvula de alivio simple) controla la válvula de descarga

(válvula principal).La válvula piloto es mucho más pequeña y no maneja un volumen

grande de flujo de aceite. Por tanto, el resorte de la válvula piloto es también más

pequeño y permite un control de presión más preciso. La diferencia entre la presión de

apertura de la válvula piloto y la presión máxima se mantiene al mínimo. La válvula de

descarga es lo suficientemente grande para manejar el flujo completo de la bomba a la

presión de alivio máxima determinada. La válvula de descarga usa la presión de aceite del

sistema para mantener la válvula cerrada. Por tanto, el resorte de la válvula de descarga

no necesita ser muy fuerte y pesado. Esto permite a la válvula de descarga tener una

presión de apertura más precisa.

Capitulo dos

Válvula Reductora de Presión

Los gases, los líquidos y el vapor fluyen normalmente a presiones altas hasta los puntos de uso final. En estos puntos, una válvula reductora de presión baja la presión por razones de seguridad y eficacia, y para cumplir con los requisitos de la aplicación. Hay tres tipos de válvulas reductoras de presión.

Existen tres tipos, los cuales son:

1. Acción directa 2. Mediante pistón de piloto interno 3. Pilotada Externamente

1) Acción directa. La válvula reductora de presión más sencilla, la de acción directa, funciona con un diafragma plano o con fuelle. Como es de diseño autónomo, no necesita una línea de detección externa aguas abajo para funcionar. Es la más pequeña y económica de los tres tipos y está diseñada para caudales de bajos a moderados. La precisión de la PRV de acción directa es normalmente del +/- 10% del punto de ajuste aguas abajo.

Para vapor, aire y gases no corrosivos (Acción directa) Es una válvula compacta de acción directa de alto rendimiento. Fácil de usar y económica, es ideal para aplicaciones de flujo bajo a moderado en las que se acepta una precisión del ±-10%. Es adecuado para equipos de lavandería y de limpieza en seco, equipos de hospital, moldes de neumáticos, humidificadores, pequeños calentadores y aplicaciones de proceso de alimentos. Proporciona un cierre ajustado para uso terminal del vapor.

Capitulo dos

Para vapor, aire y gases no corrosivos (acción directa) Es una válvula compacta de acción directa de alto rendimiento. Económica y fácil de usar, es ideal para aplicaciones con un flujo moderado que no justifican el coste elevado de válvulas controladas por piloto. Es adecuado para equipos de lavandería y de limpieza en seco, equipos de hospital, moldes neumáticos, humidificadores, pequeños calentadores y aplicaciones de proceso de alimentos.

Para aire y gases no corrosivos (acción directa) Es es una válvula ligera de diafragma de acción directa que se usa principalmente para el

suministro de aire a herramientas neumáticas y para la regulación de gases que no son

peligrosos. Las conexiones roscadas facilitan el soporte en posición sin líneas de detección

externas o con otras piezas. Los cuerpos en cinc y aluminio eliminan el óxido y la cal. El

tapón, el asiento y el diafragma se pueden renovar en línea, y puede efectuar ajustes

rápidos externamente con una manivela de cierre. Dispone de una conexión de presión

relativa de 4 pulgadas estándar y todas las unidades pueden efectuar un cierre ajustado

para uso terminal.

Capitulo dos

2) Mediante pistón de piloto interno. Este tipo incorpora dos válvulas, un piloto y un válvula principal, en una unidad. La válvula piloto tiene un diseño similar al de la válvula de acción directa. La descarga de la válvula del piloto actúa en la parte superior de un pistón, que abre la válvula principal. Este diseño usa la presión interna para abrir una válvula principal más grande que de otra forma podría abrirse directamente. El resultado es que esta válvula presenta mayor capacidad por tamaño de línea y mayor precisión (+/-5%) que la válvula de acción directa. Como ocurre con las válvulas de acción directa, la presión se detecta internamente, con lo que se elimina la necesidad de una línea de detección externa.

3) Pilotada externamente. En este tipo de válvula los diafragmas dobles sustituyen al actuador del pistón del diseño de piloto interno. Esta gran superficie de diafragma puede abrir una válvula principal más grande, permitiendo una mayor capacidad por tamaño de línea que la válvula que funciona con piloto interno. Además, los diafragmas son más sensibles a los cambios de presión, lo que significa una precisión de +/- 1%. Esta mayor precisión se debe a la colocación de la línea de detección, fuera de la válvula, donde hay menos turbulencia. Esta válvula también ofrece flexibilidad para usar diferentes sistemas de pilotaje: por presión, por temperatura, neumático, solenoide o sus combinaciones.

Capitulo dos

Para los servicios de vapor Es un tipo de válvula reductora para los requisitos de gran capacidad. El uso típico es en

servicio intermitente, incluyendo aplicaciones: como intercambiadores de calor,

serpentines de vapor, secadores rotativos, equipos de proceso y sistemas de calefacción.

Con un rango de operación 20:01 y de alta Cv, es fiable y preciso (+ / -1% de la presión del

punto de ajuste de 5% a 100% del flujo) durante un largo servicio de vida y sin problemas.

Partes de trabajo de acero inoxidable endurecido se pueden renovar en línea.

Válvulas de contrapresión para vapor Es una válvula de contrapresión, pilotada externamente, de estrangulamiento y de alto

rendimiento para aplicaciones de gran capacidad. Las aplicaciones normales deberían

incluir sistemas que usan vapor flash para procesos o calentamiento de baja presión. La

válvula funciona para mantener una presión constante aguas arriba. Esta válvula no es una

válvula de seguridad y no debería usarse con ese propósito.

Capitulo dos

Válvula Secuencia de Presión

Características: Utilícelas para secuenciar automáticamente las funciones de

posicionamiento, sujeción y soporte a medida que aumenta la presión del sistema. Las

válvulas secuenciales impiden que el líquido fluya a una parte del porta pieza hasta que se

alcance una presión de disparo predeterminada (la cual es fácilmente ajustable). Utilices

en configuración múltiple para un secuenciamiento multi-etapa. La versión ilustrada en la

figura se utiliza para montaje en línea con accesorios estándares y líneas de fluidos

expuestas. También vienen disponibles en una versión para montaje con múltiple y una

versión para montaje en serie ideal para el secuenciamiento multi-etapa.

Orificios Roscados para Racores

Orificios Roscados para racores

Funcionamiento: Para la configuración inicial, gire el tornillo de ajuste en la parte superior

hasta alcanzar la presión de disparo deseada. Durante el funcionamiento normal, la

válvula de secuencia se abre automáticamente cuando la presión del sistema alcanza la

presión del sistema alcanza la presión del sistema alcanza la presión de disparo fijada. Una

vez que la válvula se abre, la presión del sistema aumenta de manera uniforme del lado de

subida y de bajada.

Capitulo dos

Partes principales y principio de funcionamiento de

las válvulas de control de dirección

Son válvulas de varios orificios (vías) los cuales determinan el camino el camino que debe

seguir el fluido bajo presión para efectuar operaciones tales como puesta en marcha,

paro, dirección, etc.

Pueden ser de dos, tres, cuatro y cinco vías correspondiente a las zonas de trabajo y, a la

aplicación de cada una de ellas, estará en función de las operaciones a realizar.

Representación esquemática

Hay que distinguir, principalmente:

1. Las vías, número de orificios correspondientes a la parte de trabajo.

2. Las posiciones, las que puede adoptar el distribuidor para dirigir el flujo por una u otra

vía, según necesidades de trabajo.

Válvulas Tipo Corredera

Una válvula de corredera consiste en un cuerpo que en su interior contiene una parte

móvil y una serie de pasajes internos. La parte móvil puede (al adoptar diversas

posiciones) desconectar o comunicar entre si, de diversas formas, a estos pasajes

internos. La parte móvil la constituye una pieza torneada que puede deslizarse (como si

fuera un pistón) dentro de una cavidad cilíndrica que tiene el cuerpo de la válvula. La

forma de esta parte móvil en el caso de las válvulas direccional se asemeja a un grupo de

varios émbolos pequeños, unidos a un eje que los atraviesa por el centro y que los

mantiene separado entre sí.

Capitulo dos

Funcionamiento

La válvula en estudio, corresponde a una válvula distribuidora de corredera 4/2, lo que

significa que posee 4 vías (A, B, P y T) y 2 posiciones

(con el conmutador hacia la derecha y con el conmutador hacia la izquierda).

En la primera posición (figura 1) el conmutador comunica la línea de presión P con la línea

de trabajo A y la línea de trabajo B queda comunicada con tanque T, por lo tanto el fluido

que proviene de la bomba se dirige hacia A y el fluido de B retorna al tanque o depósito

del sistema.

En la segunda posición (figura 2) ocurre exactamente lo contrario, la línea de presión P

queda comunicada con la línea de trabajo B y la línea de trabajo A se comunica con tanque

T.

Válvula de corredera y cursor

En este tipo de válvula, la comunicación entre las distintas conexiones se realiza gracias a

la acción de un cursor. La ventaja en la utilización de este elemento, radica en el hecho de

que el resorte lo apoya continuamente, supliendo el desgaste natural del cursor por

efecto del rozamiento interno, en la válvula vista anteriormente, el rozamiento no es

compensado de manera que el desgaste de la corredera puede permitir la filtración a

otras conexiones. En este tipo de válvulas, las fuerzas de accionamiento son

comparativamente pequeñas, comparadas con las válvulas de asiento.

Capitulo dos

Partes principales y principio de funcionamiento de

válvulas de control de caudal

Válvula reguladora de caudal

Las válvulas reguladoras de caudal permiten controlar la velocidad de avance o retroceso de un cilindro. Cada reguladora de caudal sólo regula la velocidad en un sentido.

El aire puede circular por la estrangulación o por el antirretorno, cuando el antirretorno le deje paso libre circulará a la misma velocidad que en el resto del circuito, sin embargo, cuando el antirretorno le corte el paso el único camino que le quedará será la estrangulación y por lo tanto disminuirá su velocidad.

A continuación se presentan la simbología de representación y el principio de funcionamiento de la válvula reguladora de caudal. Podrás simular su funcionamiento regulando el paso de la válvula con los botones de giro dcha. e izqda. para pulsar a continuación las flechas de entrada de aire.

SÍMBOLO

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Capitulo dos

Las válvulas reguladoras de caudal deben colocarse lo más cercanas posible al cilindro. En los cilindros de doble efecto siempre se debe regular la salida del aire del cilindro ya sea al avance o al retroceso

Aplicaciones tipo

Control de velocidad de avance en un cilindro de doble efecto.

En este caso se estrangula la alimentación de aire puesto que no existe la conexión de escape. El aire que llega al cilindro lo hará a una velocidad inferior puesto que tiene que pasar por una estrangulación, como consecuencia el cilindro saldrá más despacio.

En este caso, la presión en la cámara posterior sube lentamente por efecto del estrangulamiento del regulador, por lo tanto, hasta que no se alcance la presión necesaria para vencer la resistencia al movimiento del émbolo, éste no se moverá; y cuando lo haga, por efecto de las inercias aumentará el volumen de la cámara posterior, la presión disminuirá y se repondrá lentamente debido al estrangulador (si la presión cae por debajo del valor necesario para mover el émbolo éste se parará o retrocederá ). Como consecuencia de este efecto ésta regulación no se utiliza en la práctica)

Capitulo dos

Control de velocidad de avance y retroceso en un cilindro de doble efecto.

En este caso se estrangula el aire de entrada y el de salida al cilindro, por lo que tanto la velocidad de avance como la de retroceso podrá ser controlada.

Control de la velocidad al avance con una válvula 4/2.

La reguladora se conecta al escape de aire, el aire que se encuentre en la cámara del cilindro tiene que escapar por una estrangulación, esto hace que el cilindro avance más despacio.

Capitulo dos

Control de la velocidad al avance y retroceso con una válvula 4/2.

Al conectar las reguladoras en la alimentación y el escape de la válvula podremos controlar tanto la velocidad de avance como la de retroceso del cilindro.

Control de la velocidad al avance y retroceso con una válvula 5/2.

Esta válvula tiene escapes independientes para cada salida, esta característica aporta dos posibles conexiones.

Control de la velocidad al avance y retroceso con una válvula 5/2 conectando la reguladora de la misma manera que con una válvula 4/2.

Capitulo dos

Control de la velocidad al avance y retroceso con una válvula 5/2 conectando estranguladoras en cada escape.

En este caso no es necesario conectar ningún antirretorno puesto que el aire que entra al cilindro lo hace por una vía de la válvula, mientras que el aire de escape lo hace por otra. Esta posibilidad exige que la válvula 5/2 esté muy cerca del cilindro.

Capitulo dos

Válvulas estranguladoras de caudal

Las válvulas estranguladoras pertenecen al grupo de válvulas insertables

reguladores de caudal. Los t ipos de válvula Q, QR y QV están subdivididos

en cinco tamaños constructivos y sirven para la l imitación del caudal en

circuitos de acumuladores y de mando. Se han realizado como

estranguladoras de aguja con sección de estrangulación constante en toda

la carrera y, por este motivo, son insensibles a la suciedad.

Las válvulas estranguladoras de precisión del t ipo FG se emplean

preferiblemente para el ajuste del t iempo de respuesta de válvulas

direccionales, prevención de golpes de ariete y para la amort iguación

de vibraciones. El efecto estrangulador se logra en toda la carrera.

La modificación de los valores de ajuste

sólo son posibles con herramienta.