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SISTEMAS AERONÁUTICOS LEÓN DE T., TIBISAY

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CAPÍTULO 2

SISTEMA HIDRÁULICO

CONCEPTO

El Sistema Hidráulico es el conjunto de unidades y componentes de la aeronave,

que efectúan un trabajo mediante el movimiento de un fluido incompresible.

Los sistemas hidráulicos tienen la ventaja de tener un peso relativamente bajo de

acuerdo con el esfuerzo que es posible realizar, simplicidad de instalación, facilidad

de mantenimiento además de tener casi un 100% de eficiencia con pocas pérdidas

debidas a la fricción del fluido en las tuberías. Estos sistemas fueron creados para

facilitar el trabajo de la tripulación, reduciendo el esfuerzo para accionar ciertos

subsistemas como: frenos aerodinámicos y de ruedas, mandos de vuelo, tren de

aterrizaje, dispositivos hipersustentadores, compuertas de carga y pasajeros, los

cuales se hicieron complejos en la medida que los aviones adquirieron grandes

velocidades.

Estos sistemas poseen el fluido con el caudal y presión adecuada para alimentar

los circuitos de energía tales como: Bombas de presión, reguladores, acumuladores de

presión, válvulas de alivio e indicadores de presión.

El principio de funcionamiento del sistema hidráulico está basado en el principio de

Pascal, el cual establece que si se aplica una fuerza a un líquido, ésta se transmite

íntegramente en todas direcciones. En tal sentido, si se ejerce una fuerza (F) sobre

una superficie (S) se crea una presión P = F/S. Este principio tiene como aplicación

inmediata la prensa hidráulica, que consiste en dos cilindros de diferentes diámetros

unidos entre sí y que contienen un fluido. (Fig. 2.1)


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Fig. 2.1 Ilustración del Principio de Pascal en una prensa hidráulica.

Los sistemas hidráulicos producen directamente la presión P1 y el área S2 varia

dependiendo del valor de la fuerza que se necesite para hacer actuar el elemento del

avión que se requiera.

NECESIDADES DEL SISTEMA HIDRÁULICO EN LAS AERONAVES Y SUS

APLICACIONES

Cuando la aviación era menos compleja, había poca necesidad de usar sistemas

hidráulicos, los aviones eran tan lentos que la resistencia aerodinámica era de poca

importancia, así que no era necesaria la retracción del tren de aterrizaje, las

velocidades de aterrizaje eran tan bajas que no había necesidad de flaps o de frenos.

Hoy en día las aeronaves serían mucho menos eficientes si no fuera por los

sistemas hidráulicos: por ejemplo, los frenos hidráulicos permiten al piloto el control

de la aeronave en tierra sin necesidad de mecanismos complejos, los sistemas de

retracción hidráulicos retraen el pesado tren de aterrizaje para disminuir la resistencia

aerodinámica y los controles de vuelo hidráulicos hacen posible los vuelos a grandes

velocidades.

Normalmente los elementos operados hidráulicamente son: tren de aterrizaje, flaps

del ala, frenos aerodinámicos y frenos de ruedas, mandos de vuelo, compuertas de

carga y pasajeros y otros elementos que requieran de un gran esfuerzo para ser

accionados.

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F1 = P1 . S1 F2 = P1. S2

P1 = 1

1

SF y F2 = P1 x S2 => F2 = F1 x

1

2

SS


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ELEMENTOS BÁSICOS DE UN SISTEMA HIDRÁULICO

Los elementos básicos de un Sistema Hidráulico de avión se muestran en la (fig

2.2):

Fig. 2.2. Elementos básicos de un Sistema Hidráulico.

El primer elemento del sistema es el depósito hidráulico que se encarga de

almacenar el fluido hidráulico.

El fluido es succionado desde el depósito a través de la bomba hidráulica que tiene

la función de expulsar el líquido hidráulico a presión, la bomba se acciona

normalmente a través de una toma de potencia en la caja de engranajes de accesorios

del motor de la aeronave o eléctricamente accionadas por un motor eléctrico.

De allí pasa a la válvula selectora, que es un mecanismo que permite dirigir el

fluido por la ruta adecuada, según el servicio que se desee efectuar, esta válvula es un

controlador de la dirección del fluido hidráulico. Si la bomba es arrastrada por el

motor del avión continuamente, la presión del sistema tiende a subir tanto que la

bomba puede fallar, o las tuberías reventarse, por ello es necesario incluir otros

equipos de control en el sistema.


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La válvula de alivio es uno de estos dispositivos, la cual es una válvula de bola que

está cargada por un resorte, cuya función es limitar la presión que alcanza el sistema.

Si la presión en el sistema sube más allá de cierto valor, la fuerza de presión que

actúa sobre la bola es suficiente para vencer la carga del resorte, por lo tanto la bola

se desplaza y se separa de su asiento, quedando libre el orificio de paso de la válvula

y así el líquido puede circular hacia el depósito por la tubería de retorno. La bomba

trabaja con carga constante, por lo tanto está continuamente sometida a la carga de

presión y podría fallar a corto plazo, por lo que se hace necesaria la incorporación de

válvulas antiretorno (check) y de un regulador de presión. La válvula antiretorno es

una válvula unidireccional, que consiste en una bola o cono de acero, que se mantiene

en su asiento por la carga de un resorte, la presión diferencial que comprime el resorte

y separa la bola de su asiento es muy pequeña entre 0.2 a 0.35 Kgs./cm²; si la presión

en el lado de la bola que da a la bomba es superior al lado opuesto, la fuerza

resultante sobre la bola es suficiente para vencer la carga del resorte más la carga que

representa la presión opuesta y así el fluido tiene paso libre, si al contrario, la presión

es menor del lado de la bomba, la bola se ajusta a su asiento y el liquido queda

atrapado a presión en el circuito, manteniendo la presión nominal de servicio del

sistema. El regulador de presión por su parte tiene la función de mantener la presión

del sistema entre los límites predeterminados, descargando la bomba cuando no se

necesita servicio hidráulico, por lo que al añadir este regulador la válvula de alivio

pasa a ser una válvula de emergencia, cuya función es salvaguardar la integridad del

sistema por alguna sobrepresión que pueda imponerse por falla del regulador de

presión. Por otra parte es importante la inclusión de un acumulador hidráulico que

tiene como funciones: a) prevenir la carga y descarga de la bomba por posibles fugas

de fluido y b) amortiguar las oscilaciones de presión en las líneas por compresibilidad

del gas del acumulador, el cual debe ubicarse como muestra la (figura 2.2) entre dos

válvulas antiretorno, de manera de que se mantenga la presión en el acumulador y

este proporcione la presión suficiente para desplazar al menos un mecanismo.


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PARTES Y COMPONENTES DEL SISTEMA HIDRÁULICO

Todos los sistemas hidráulicos tienen una serie de componentes más o menos

comunes, y la diferencia entre una aeronave y otra vendrá dada por la complejidad del

avión. A continuación se presenta un cuadro sinóptico de los componentes:

VÁLVULAS DE DERIVACIÓN

ACTUADORES Rotativos Lineales

FLUIDOS HIDRÁULICOS Base Vegetal Base Mineral Sintético

DEPÓSITOS

Presurizados

No Presurizados Integrales

En Línea

BOMBAS HIDRÁULICAS

Bombas Eléctricas y Movidas por Motor

Bombas Manuales

De Desplazamiento Variable

De Desplazamiento Constante

- Bomba de Pistón Múltiple

- Bomba Gerotor

- Bomba de Succión o de Vacío - Bomba de Piñón o de Engranaje

SELLOS DE ALTA PRESIÓN

Sellos Chevron Sellos O-Ring

Válvula Selectora Válv. de Secuencia Válvula de Prioridad Fusibles Hidráulicos Válvula de una Sola Dirección

Válvula de Alivio

Regulador de Presión

Reductor de Presión

Líneas Flexibles

Líneas Rígidas

Manguera de Baja Presión Manguera de Presión Media Manguera de Alta Presión Manguera de Teflón

VÁLVULAS HIDRÁULICAS

Válvulas de Control de Flujo

Válvulas de Control

de Presión

Líneas de fluido

Acumuladores

Filtros Filtros de Superficie, Filtros MicrónicosFiltros de Borde o Filtros Cuña


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DEPÓSITOS

El depósito hidráulico no sirve solamente para almacenar el fluido para el sistema,

sino que, además, sirve como una cámara de expansión. Los depósitos deben tener la

capacidad suficiente pera almacenar todo el fluido que pueda ser retornado al sistema

en cualquier configuración del tren, flaps y todos los demás componentes actuados

hidráulicamente. Se clasifican en dos tipos: presurizados y no presurizados.

Depósitos No Presurizados

Los depósitos pueden ser de 2 tipos: en línea e integrales.

Los depósitos en línea: constituyen un elemento independiente y aislado del sistema y

esta conectado a él por medio de tuberías.

Los depósitos integrales: no son en realidad un depósito, sino que incorporan todo

el sistema hidráulico con depósito, válvulas y bomba de mano en una sola unidad.

Existe la tendencia de usar este tipo de depósito en aeronaves pequeñas con sistemas

hidráulicos limitados. En ente caso, o sea, depósitos no presurizados, la simple

presión atmosférica hace que el fluido se dirija a la bomba para su funcionamiento, y

el retorno de fluido al depósito se hace de tal forma que se minimiza la espuma y el

aire que haya en el fluido será extraído. Algunos depósitos tienen filtros en la línea de

retorno, para filtrar el fluido que regresa al tanque. Los depósitos para la mayoría de

los sistemas hidráulicos medianos tienen dos salidas, para evitar que se pierda todo el

fluido en caso de una fuga en el sistema.

Depósitos Presurizados

Los depósitos presurizados se instalan en aviones que deben volar en posición

invertida o a elevadas altitudes. La presurización puede lograrse por medio del

sistema de presurización de la cabina, o de aire sangrado directamente del motor

hacia el depósito. En este tipo de depósito se instala un diafragma separador entre el

aire que presuriza y el líquido hidráulico.

Cuando se utiliza aire de sangrado del motor se suele enviar a una presión de 100 psi

y luego se reduce a valores entre 5 y 15 psi. antes de inyectarse al depósito. En otros

casos se usa líquido hidráulico para presurizar el depósito. Los depósitos también

poseen aletas separadoras interiores para evitar el chapoteo del líquido cuando el


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avión se mueve.

Otros componentes de los depósitos son: las bocas de llenado y de Vaciado,

drenajes, filtros, aliviadores de presión y conexiones.

Algunos sistemas incluyen depósitos auxiliares que aseguran el funcionamiento de

ciertos elementos en casos de emergencia.

Cuando se utiliza fluido hidráulico para hacer un trabajo, se genera calor. Este

calor debe ser disipado, y para ello en algunas aeronaves se instalan intercambiadores

de calor en el fondo de los tanques de combustible.

Fig. 2.3. Depósito Presurizado.

BOMBAS HIDRÁULICAS

Son elementos encargados de suministrar la fuerza que será transmitida a través

del fluido hidráulico a las partes actuadoras del sistema y permite mover el elemento

requerido. Hay dos tipos básicos de bombas hidráulicas; aquellas operadas

manualmente y aquellas movidas eléctricamente o por el motor.

Bombas Manuales

Este tipo de bombas tiene una capacidad muy limitada, y se utilizan para mover

ciertos elementos en tierra sin tener que aplicar energía eléctrica o poner en marcha

los motores, o en algunos casos de emergencia. Estas bombas consisten en un cilindro

que se mueve manualmente. Las bombas de acción simple mueven el fluido solo en


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una carrera del pistón, mientras que las de doble acción mueven fluido en ambas

carreras. Las bombas de doble acción son las más usadas por su eficiencia.

Fig. 2.4. Bombas Manuales de doble acción.

Bombas Eléctricas y Bombas Movidas por el Motor

Básicamente ambos tipos de bombas son iguales, variando solamente el origen de

la fuerza que las mueve. Las primeras se mueven con un motor eléctrico y las

segundas se conectan a la caja de accesorios del motor.

Este tipo de bombas pueden ser de desplazamiento constante, o de desplazamiento

variable.

Bombas de Desplazamiento Constante

Son aquellas que mueven una cantidad dada de fluido cada vez que rota.

Bomba de Succión o de vacío (Vane Pump)

Este tipo de bomba posee unas paletas móviles en el rotor, las cuales son

mantenidas contra la pared del anillo de acero por medio de un espaciador. A medida

que el rotor gira en la dirección indicada, el volumen entre las paletas del lado de

entrada aumenta, y el volumen entre las paletas del lado de descarga disminuye. Esto

hace que el fluido sea succionado hacia la bomba y lo expulse a presión por el otro

lado de la bomba.


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Fig. 2.5. Bomba de Succión o de Vacío.

Bomba de Piñones o Engranajes

Consisten en dos ruedas dentadas que giran en sentido contrario imprimiendo

presión en el sistema a medida que las ruedan dentadas giran, el espacio entre los

dientes del lado de entrada se hace mayor. El fluido es traído hacia este espacio,

atrapado entre los dientes y la carcasa, y llevado al lado de descarga de la bomba.

Aquí los dientes de ambas ruedas se juntan, disminuyendo el volumen, y forzando al

fluido a salir por la descarga de la bomba.

Fig. 2.6. Bomba de Piñones o Engranajes.


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Bomba Gerotor

Esta bomba posee un engranaje de 4 dientes el cual es movido por la caja de

accesorios, a medida que este engranaje rota, hace rotar el rotor interno de 5 dientes.

Si se ve la relación que existe entre ambas ruedas, puede verse que a medida que el

engranaje de 4 diente rota, y hace girar el rotor interno, el espacio entre los dientes se

hace mayor de un lado y menor del otro. Cubriendo a estos engranajes esta una placa

con una abertura en forma de media luna encima de cada lado de los engranajes. La

abertura del lado donde el espacio se hace mayor es la entrada y la abertura del lado

donde los engranajes se juntan es la salida.

Fig. 2.7. Bomba Gerotor.

Bomba de Pistones Múltiples

Consiste de siete a nueve agujeros axiales en un bloque de cilindros rotatorio, y en

cada uno de esos agujeros hay pistones conectados a una placa de accionamiento por

medio de una varilla. El bloque de cilindros y los pistones rotan como una sola

unidad. La carcasa tiene un ángulo de manera que los pistones de un lado del bloque

de cilindros estén en el punto inferior de su carrera, mientras que los del otro lado

estarán en el punto superior. A medida que la bomba rota media vuelta, la mitad de

los pistones se mueven desde su punto superior, al inferior; y los pistones del otro

lado se mueven desde su punto inferior al superior. Una placa de válvulas con dos

aberturas en forma de media luna cubre el extremo de los cilindros, una abertura

encima de los pistones que suben y la otra encima de los pistones que bajan. A


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medida que los pistones bajan, succionan fluido hacia la bomba, y a medida que

suben expulsan el fluido hacia el sistema.

Fig. 2.8. Bomba de Pistones Múltiples.

Bomba de Desplazamiento Variable

Es aquella que mueve un volumen de fluido proporcional a las demandas del

sistema. Una de las bombas más conocidas de este tipo es la bomba a demanda

Stratopower.

Esta bomba utiliza nueve pistones y cilindros axiales. Los pistones son movidos

hacia arriba y hacia abajo en los cilindros por medio de una leva. Cuando la parte

gruesa de la leva esta contra el pistón, este estará en el punto superior de su carrera; y

a medida que la leva rota, el pistón baja hasta en la parte delgada de la leva, llega

hasta el punto inferior. La carrera es siempre la misma sin importar la cantidad de

fluido demandada por el sistema, pero el largo efectivo de la carrera controla la

cantidad de fluido bombeado.

Puede verse en la (figura 2.10), como se controla la presión en la bomba. Un

conducto del lado de descarga de la bomba dirige presión de fluido alrededor de una


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varilla de compensación. Esta varilla tiene un corte que sirve como pistón a medida

que la presión del sistema aumenta, esta varilla es empujada, comprimiendo el resorte

compensador sujeto a la varilla, hay una araña que mueve unas mangas hacia arriba o

abajo de los pistones. Cuando la presión es alta, esta actúa sobre el pistón de la varilla

para subir la araña contra el resorte compensador, y los orificios de alivio cerca de la

parte inferior de los pistones estarán descubiertos durante toda la carrera. Los pistones

se moverán hacia arriba y hacia abajo, pero no saldrá fluido de la bomba, ya que todo

es aliviado de nuevo hacia la bomba. Cuando la presión es baja, el resorte

compensador mueve la araña hacia la parte inferior del pistón, cubriendo el orificio

de alivio cuando el pistón esta cerca del punto inferior de la carrera. En esta forma se

utiliza la carrera completa del pistón para mover el fluido, y este sale por la línea de

descarga.

En cualquier condición de presión intermedia la manga cierra los orificios de

alivio en algún punto a lo largo de la carrera del pistón.

De esta manera se bombea el suficiente fluido para mantener la presión del sistema

al nivel para el cual se ha ajustado el resorte compensador.

Fig. 2.9. Bomba de Desplazamiento Variable.


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Fig. 2.10. Esquema del funcionamiento de la Bomba de desplazamiento Variable.

Válvulas Hidráulicas

Se dividen en dos grandes grupos: las válvulas de control de flujo y las de control de presión. Válvulas de Control de Flujo

Válvulas Selectoras

Las válvulas selectoras se instalan para controlar la dirección del movimiento del

líquido hidráulico y en consecuencia la dirección en que se deberá mover el elemento

actuador. Hay dos tipos comunes de válvulas selectoras: La válvula de centro abierto,

que dirige fluido a través del centro de la válvula de regreso al depósito cuando una

unidad no esta siendo actuada, y la válvula de centro cerrada, que detiene el flujo de

fluido cuando esta en posición neutral. Ambos tipos de válvulas dirigen fluido bajo


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presión hacia un lado del actuador y ventilan el lado opuesto hacia el depósito. En

sistemas que utilizan una presión relativamente baja se utilizan válvulas sencillas

giratorias en los sistemas de alta presión donde las exigencias son mayores se utilizan

selectoras tipo obturador o Poppet Type.

Fig. 2.11. Válvulas Selectora Giratoria.

Válvula de Secuencia

Las aeronaves modernas de tren retráctil, por lo general tienen compuertas para

cerrar el pozo del tren. Para asegurar que el tren no se extienda mientras las

compuertas estén cerradas, se usan válvulas de secuencias. Estas válvulas operan

mecánicamente.

En la (figura 2.12) puede verse la posición en que irían instaladas estas válvulas

en un sistema de retracción del tren.

Las compuertas del tren deben abrirse por completo antes que la válvula de

secuencia permita que el fluido fluya hacia el actuador del tren principal, el fluido de

retorno fluye sin restricción, a través de la válvula de secuencia en su regreso al

depósito.


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Fig. 2.12. Válvula de Secuencia en posición abierta y cerrada.

Válvula de Prioridad

Son similares a las de secuencia, con la diferencia que operan por presión

hidráulica y no mecánicamente, se llaman de prioridad porque en dispositivos como

las compuertas del tren, que deben operar primero, requieren menos presión que el

tren principal, y la válvula cerrará todo el flujo hacia el tren principal cuando hayan

actuado y la presión se acumule. Cuando se acumula presión, la válvula se abre el

fluido fluye hasta el tren principal.

Fig. 2.13. Válvula de Prioridad.


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Fusibles Hidráulicos

La mayoría de los aviones modernos de transporte usan más de un sistema

hidráulico independiente; por ello se utilizan fusibles, para bloquear una línea en caso

de que exista una fuga grave.

Hay dos tipos básicos de fusibles:

El primer tipo cierra el flujo de fluido, si hay una caída de presión suficiente a

través del fusible.

El segundo tipo de fusible no opera por caída de presión, pero cerrará el flujo

luego que una cierta cantidad de fluido pase por la línea.

En condición estática, todos los conductos están cerrados. Cuando el fluido fluye

en la dirección normal de operación, la manga se mueve, comprimiendo el resorte, y

abriendo la válvula para el flujo normal. En ese momento algo de fluido pasa por el

pequeño orificio y empieza a mover el pistón.

La operación normal de este fusible no requiere del flujo suficiente como para que

el pistón selle la línea si hay una fuga en la línea, fluirá el fluido suficiente para

mover el pistón y bloquear la línea. El flujo en reversa ocurre a medida que el fluido

actúa en el pistón abriendo los conductos para el fluido de retorno.

Fig. 2.14. Fusibles Hidráulicos.

Válvula de una Sola Dirección (Check Valve)

Hay instantes en que se desea en un sistema hidráulico que el fluido fluya en una


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dirección, y prevenir que se mueva en dirección contraria. Esto se hace con las

válvulas check. Hay varios tipos de estas válvulas; de bola, cono y de chapaleta,

siendo estas las más comunes.

Algunas aplicaciones requieren de flujo completo en un sentido y flujo restringido

en el sentido contrario. Un ejemplo de esto es en el sistema del tren, en donde el peso

del tren y las cargas de aire causan que la extensión sea excesivamente rápida. Una

válvula check de orificio se instala de tal forma que el fluido que fluye hacia las

líneas de tren arriba no encuentre restricción, y el fluido que baja el lado del tren

arriba es restringido por el orificio en la válvula check.

Fig. 2.15. Válvulas de Una Sola Dirección (Check Valve).

Válvulas de Control de Presión

Válvulas de alivio

Las válvulas de alivio de presión están ajustadas para aliviar a una presión por

encima de aquella mantenida por el sistema regulador de presión, y solamente en

caso de una falla del regulador, será que la válvula de alivio entrará en

funcionamiento.


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En sistemas en donde el fluido puede estar en una línea entre el actuador y la

válvula selectora, existe el problema de acumulación de presión por expansión

térmica. Válvulas de alivio térmicas se instalan en estas líneas para prevenir daños

mediante el alivio de pequeñas cantidades de fluido hacia la línea de retorno.

Fig. 2.16. Válvula de Alivio.

Reguladores de Presión

La misión de los reguladores de presión, es la de mantener la presión en el sistema

dentro de los márgenes tolerables y el de mantener la bomba descargada cuando no sé

esta actuando ninguna unidad. El tipo más común de regulador, es el de tipo

balanceado (ver Fig.2.17). Este regulador funciona del modo siguiente: en un sistema

descargado, la bomba envía líquido a través de una válvula check hacia el sistema y

el acumulador se llena y la presión aumenta. Esta presión actúa sobre el pistón y

sobre la bola. Se lleva a una condición en que hay un balance de fuerzas; tanto la

presión sobre la bola y el resorte actúan hacia abajo y la presión hidráulica sobre el

pistón empuja hacia arriba. Ahora si la presión aumenta por encima de la condición

de balance, ya que la fuerza del resorte es constante y no es afectada por la presión

hidráulica, el pistón subirá y sacará a la bola de su asiento. Al salir la bola, el fluido

regresa al depósito y la presión de la bomba baja a cero.

La válvula check se cierra y mantiene la presión atrapada en el acumulador y en el

sistema. Esta condición baja hasta que la presión baja lo suficiente para que el resorte


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haga bajar el pistón y la bola se asienta haciendo que la presión suba de nuevo.

Fig. 2.17. Regulador de Presión.

Reductor de Presión

Si se desea reducir la presión en algunas ramas de un sistema hidráulico, una

válvula reductora de presión podrá ser usada, la válvula reduce la presión mediante

un balance de fuerzas hidráulicas y de resortes.

Asumamos que un pistón con un área de una pulgada cuadrada se mantiene en su

estado mediante un muelle de 100 libras de fuerza. El pistón tiene un área del chaflán

de 1/2 pulgada cuadrada, la cual es movida por la presión del sistema que son 1500

Psi. y tiene un área del asiento de 1/2 media cuadrada, movido por una presión de

200 Psi. (reducida), un pequeño agujero en el pistón sangra fluido hacia la cámara

detrás del pistón y la válvula de alivio mantiene esta presión en 750 Psi. Esta acción

de alivio esta determinada, por la presión dentro de la cavidad del pistón actuando

sobre un lado de la bola de alivio, y el resorte y la presión reducida (200 Psi)

actuando del otro lado. Cuando la presión reducida baja, la fuerza hidráulica en la

bola baja, permitiendo que se salga del asiento. Esto disminuye la fuerza hidráulica


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sobre el pistón, permitiendo que suba. El fluido entra ahora hacia la línea de presión

reducida y restituye los 200 Psi. Esta presión aumentada cierra la válvula de alivio de

manera que la presión detrás del pistón pueda subir de nuevo a 750 Psi. y asentar.

Fig. 2.18. Reductor de Presión.

Acumuladores

Los sistemas hidráulicos funcionan con la presión de las bombas. Sin embargo, si

una bomba quedara inoperativa el sistema quedaría inutilizado. Para prevenir esto, se

instalan acumuladores, los cuales permiten almacenar una cierta presión que será

liberada para permitir que el sistema funcione para actuar ciertos elementos. Hay tres

tipos básicos de acumuladores; dos consisten de esferas de acero huecas, divididas en

dos compartimientos por un diafragma o por una vejiga: el otro es un cilindro de

acero con un pistón flotante que forma los dos compartimientos.

El acumulador está cargado con aire comprimido o nitrógeno a una presión

aproximada de 1/3 de la del sistema. A medida que la bomba hace que el fluido

hidráulico entre al acumulador, el aire es comprimido aun más y ejerce una fuerza

sobre el fluido hidráulico, manteniéndolo bajo presión luego de que el regulador de

presión del sistema haya descargado la bomba.


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Fig. 2.19. Acumuladores tipo pistón y esférico respectivamente.

Filtros

Un filtro es un elemento previsto para eliminar o al menos separar del líquido

aquellas partículas contaminadas que puedan conducir a su descomposición, los

filtros se instalan en varias partes del sistema y no solo en las zonas de retorno al

depósito. Se instalan en las zonas de elevada fricción o con posibilidades de producir

partículas metálicas.

Los filtros son construidos para detener partículas metálicas superiores a 10

micrones, hay tres tipos de filtros usados en sistemas hidráulicos:


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Los filtros de Superficie:

Atrapan la contaminación sobre la superficie del elemento y generalmente están

hechos de un material poroso, hecho de pequeñas bolas metálicas unidas entre sí.

Estos filtros por lo general tienen una válvula de derivación en caso de que el filtro se

tape.

Los Filtros Micrónicos:

Están hechos de elementos de un papel de celulosa con un tratamiento especial.

Este tipo de filtro se instala con frecuencia en la línea de retorno al depósito. Otro tipo

de filtro similar a este último utiliza una malla de acero.

Los Filtros de Borde o Filtros de Cuña:

Están compuestos de pilas de discos metálicos delgados con raspadores

intercalados entre ellos. Todo el fluido fluye entre los discos y las contaminantes

quedan atrapadas en el borde.

Fig. 2.20. Filtro Micrónico.

Líneas de Fluido

Líneas Rígidas:

La mayoría de las líneas rígidas para sistemas hidráulicos están hechas de aleación

de aluminio 5050-0. A este metal es fácil darle forma y tiene la resistencia suficiente

para casi todas las instalaciones hidráulicas. Si se necesita una mayor resistencia en

sistemas con presión más alta se pueden usar tuberías de acero inoxidable.

Líneas Flexibles:


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Manguera de Baja Presión:

Son raramente utilizadas en sistemas hidráulicos.

Este tipo de manguera MIL-H-5593, tiene una cubierta de goma interna sin costura

y un refuerzo de malla de algodón. Todo esto esta cubierto con caucho sintético. La

presión que soporta esta entre 150 - 300 Psi.

Fig. 2.21. Manguera de baja presión.

Manguera de Presión Media:

La manguera MIL-H-8794, tiene un forro interno de caucho sintético cubierta con

un tejido de algodón. Estas a su vez están cubiertas por una capa sencilla de malla de

alambre de acero y sobre esto una resistente malla de algodón se usa en sistemas que

operan a unos 1500 Psi.

Fig. 2.22. Manguera de media presión.

Manguera de Alta Presión:

La manguera MIL-H-8788, tiene un forro Interno de caucho sintético, dos

refuerzos de malla de acero al carbono de alta resistencia, una cubierta de malla de

tela y una cubierta lisa externa de caucho sintético negro. Otra manguera de alta

presión similar a la interior tiene el forro interno de butyl y la cubierta externa verde.


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Esta manguera solo puede usarse con Skydrol.

Fig. 2.23. Manguera de alta presión.

Estas mangueras pueden usarse con presiones hasta de 3000 Psi.

Manguera de Teflón:

El forro interno de esta manguera esta hecho de tetrafluoretileno, o resina de teflón

y esta cubierta por una malla de acero inoxidable. La manguera de media presión esta

cubierta por una malla y la de alta presión tiene dos. El teflón posee características de

operación muy deseables y pueden ser usadas con combustible, lubricantes, sistemas

hidráulicos y neumáticos en los aviones modernos.

Fig. 2.24. Manguera de Teflón.

Sellos de Alta Presión

Los sellos son Utilizados a lo largo de los sistemas hidráulicos para minimizar

fugas internas y la pérdida de presión en el sistema.

Sellos Chevron:

Los sellos chevron o sellos en “V” fueron muy utilizados en el pasado. Este tipo

de sello generalmente se instala en pares y necesitan de un aro metálico de respaldo.

Sellos O-Ring:

La mayoría de los sistemas hidráulicos modernos utiliza este tipo de sello. Los O-

ring se colocan en ranuras en una de las superficies que va a ser sellada. La ranura

deberá ser cerca de un 10% más ancha que el ancho del sello, y lo suficientemente


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profunda como para que la distancia entre el fondo de la ranura y la otra superficie a

sellar sea un poco menor al ancho del o-ring. Esto proporciona el aplastamiento para

sellar bajo condiciones de presión cero.

Un O-ring del tamaño apropiado puede soportar presiones hasta de 1500 Psi sin

distorsionarse, pero siempre existe la tendencia de que el sello se destruya entre la

ranura que sé esta sellando. Para prevenir esto sé, utilizan sellos de respaldo anti-

extrusión. Hay dos tipos de sellos anti-extrusión, unos hechos de cuero y otros de

teflón. Los sellos de teflón se usan para presiones mayores a 1500 Psi.

Actuadores

Lineales: Los actuadores permiten transformar la energía acumulada en la presión del

líquido hidráulico en energía mecánica, permitiendo efectuar un trabajo útil. Los

actuadores lineales consisten de un cilindro y un pistón. El cilindro por lo general esta

adaptado a la estructura de la aeronave, y el pistón va conectado al componente que

se va a mover. Hay tres tipos básicos de actuadores lineales:

El actuador de una sola dirección, tiene al pistón movido en una dirección por

medio de fuerza hidráulica y regresa por un resorte. Los actuadores de doble

dirección, pueden ser balanceados o no-balanceados. Los actuadores no-balanceados

tienen más área de un lado del pistón que el otro, debido a la varilla del pistón. Un

actuador balanceado tiene un eje en ambos lados del pistón, de manera que el área sea

la misma en cada lado y se produzca la misma fuerza en ambas direcciones.

Rotativos: Uno de los más sencillos es el actuador de piñón y cremallera. En la

figura se puede ver el actuador; Este consta de un pintón con dientes de cremallera,

en su eje se mueve hacia dentro y hacia fuera, para hacer rotar el pistón.

Para una rotación continua, se usan motores hidráulicos. Estos son similares a las

bombas hidráulicas excepto por algunos detalles Los motores de pistón tienen muchas

aplicaciones en aeronaves grandes, donde se desea una potencia considerable con un

buen control y la habilidad de dar reversa a la dirección de rotación en forma

instantánea. Los motores de paletas también son utilizados, pero estos requieren que

se balancee la sobre el eje. Esto se hace dirigiendo algo de la presión hacia ambos

lados del motor.


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Fig. 2.25. Actuador Rotativo.

Válvulas de Derivación

Estas válvulas se instalan para la operación del avión en tierra o mantenimiento,

ellas permiten aislar ciertos elementos movidos hidráulicamente para evitar que

puedan ser actuados inadvertidamente, como por ejemplo en el tren de aterrizaje.

Fluidos Hidráulicos

El fluido hidráulico, es básicamente, el elemento transmisor de todas las fuerzas

aplicadas, pero en el sistema hidráulico de una aeronave existen otros requerimientos,

aparte de la simple transmisión de las fuerzas. Un fluido hidráulico debe ser tan

incompresible como sea practico y debe fluir a través de las líneas con un mínimo de

fricción. Debe tener buenas propiedades de lubricación y no debe hacer espuma en

operación. Además, debe ser compatible con el metal de los componentes del sistema

y con el material elástico de los sellos. A continuación se enumeran las propiedades

más importantes que debe poseer un fluido hidráulico:

Viscosidad: Esto es la resistencia que pone el fluido al moverse. Como se menciona

anteriormente, esta debe ser baja.

Punto de Inflamación (Flash Point): Se conoce como punto de inflamación, la

temperatura a la que un líquido produce suficiente vapor o gas, para originar

momentáneamente, una llama cuando se le aproxima algún elemento capaz de

producir ignición. Sin embargo, el fuego se apaga cuando se retira el agente que fue

capaz de producir muy poca cantidad de gases a las temperaturas normales de

operación.

Punto de Encendido (Fire Point): Se conoce como punto de encendido, la


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temperatura a la cual el líquido hidráulico produce la suficiente cantidad de gas o

vapor, de modo que al aproximase alguna llama, él líquido se inflama, y sea capaz de

continuar quemándose aun cuando la llama original se retira. Los líquidos

hidráulicos deberán tener un punto de encendido alto a las temperaturas normales de

operación.

Estabilidad Química: La estabilidad química consiste en la capacidad del fluido

hidráulico de resistir el proceso de oxidación y descomposición que aparecerá cuando

trabaje durante largos períodos de tiempo almacenado en los depósitos y conductos.

En el mundo aeronáutico se han diseñado una variedad de fluidos que van a ser

usados de acuerdo a las características de la aeronave y especificaciones del

fabricante, entre ellos se pueden identificar los siguientes tipos de fluidos:

Base Vegetal: Su designación es MIL-H-7644, consiste principalmente en aceites

vegetales y alcohol y es de color azul, los sellos de goma natural pueden usarse con

este tipo de líquido. Es difícil que se consiga este tipo de fluido en una aeronave

moderna.

Base Mineral: Su designación MIL-H-5606, es básicamente un derivado del

petróleo con buenas características de lubricación y aditivos para inhibir la formación

de espuma y de corrosión. Es muy estable químicamente y su viscosidad varia muy

poca con la temperatura. Este líquido es de color rojo. Los sellos de neopreno pueden

utilizarse con este fluido.

Fluido Sintético: El fluido de base mineral esta limitado por su inflamabilidad. Con

el fin de superar esta restricción, y al mismo tiempo tener un fluido capaz de soportar

las altas presiones y temperaturas exigidas en los reactores modernos, se creo un

fluido sintético a base de esteres fosfáticos. El fluido más común de este tipo es el

MIL-H-8446, conocido como SKYDROL-500A. Este fluido es de color púrpura

claro. Los sellos de butil, silicone, o de teflón pueden ser utilizados con SKYDROL.

Sistema Hidráulico del Avión Boeing 777

El sistema hidráulico del Boeing 777 está constituido por tres sistemas

identificados por la localización de sus componentes. Los sistemas derecho e


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izquierdo están ubicados cerca de los respectivos motores y el sistema central cerca

del alojamiento del tren principal. Todos los sistemas operan a una presión nominal

de 3000 Psi, todos los sistemas suplen presión a los controles de vuelo primarios, y

proveen triple redundancia en caso de una función crítica. El B777 puede ser

controlado con por lo menos dos de los sistemas funcionando

Los sistemas derecho e izquierdo son similares, cada uno tiene una bomba dirigida

por el motor (EDP) como bomba primaria y una bomba eléctrica de corriente alterna

(ACMP), según la demanda del sistema. El sistema hidráulico central tiene más

capacidad que el derecho e izquierdo, posee dos bombas eléctricas como bombas

primarias y dos bombas neumáticas (ADPs) según la demanda, este sistema también

tiene una bomba accionada por la turbina de aire de impacto (RAT).

Los sistemas derecho e izquierdo suplen potencia a los controles de vuelo

primarios y los respectivos inversores de los motores, el sistema derecho también

suple presión al sistema de frenos. El sistema central suple presión a los controles de

vuelo primario, sistema de frenos alterno, sistema de dirigibilidad, sistema de

extensión y retracción del tren de aterrizaje y sistemas hipersustentadores. La turbina

de aire de impacto (RAT) suple presión en caso de emergencia para operar los

controles de vuelo primario en caso de pérdida de las otras bombas. El sistema central

posee un sistema de derivación (CHIS) (center hidraulic isolation system) que usa

una reserva de fluido de una de las bombas eléctricas y posee dos válvulas de

derivación que proveen una reserva para el sistema de frenos y dirigibilidad en caso

de fallas del sistema del sistema principal.

Componentes:

• Tres depósitos presurizados por el sistema neumático:

Derecho e izquierdo con capacidad de (7,4 gal.) y central de (11 gal.)

• Nueve bombas de desplazamiento variable de nueve pistones:

2 dirigidas por el motor (EDP)

2 neumáticas (ADP)

4 de corriente alterna (ACMP)

1 alimentada por la turbina de aire de impacto (RAT)


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• Filtros en cada bomba y líneas de retorno:

Las líneas de presión son de titanio y acero, las de retorno son de aluminio y acero

ambas con trenzado de acero y Kevlar.

• Fusibles en las líneas.

• 4 Acumuladores (dos en el sistema izquierdo y 1 en el derecho y central)

• Panel de control e indicación.

APU Sangrado del motor

Sangrado del APU

Motor Izquierdo

Motor Derecho

Bomba Neumática (ADP)

Bomba Neumática (ADP)

Sistema Izquierdo Sistema Central Sistema derecho

Bomba Eléctrica (ACMP)

Bomba Dirigida por el motor (EDP)

Bomba Dirigida por el motor (EDP)

Bomba eléctrica (ACMP)

Bomba Eléctrica (ACMP)

Bomba eléctrica (ACMP)

Bomba Accionada por la turbina de aire de impacto. (RAT)

Controles de vuelo primario Sistema alterno de frenado Reversa de motores

Reversa de motores Extensión y retracción del Tren Frenos

Principal

Hipersustentadores, Dirigibilidad

capÍtulo 2 hidrÁulico.pdf

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