U R I Y E R S I D f l D D E C f l l T I U f l - l O m A l C l l f l e s c u e m i d e m o E n i E R n m m E R n e i n D u i T R i m d e t u m r i D E n

rea de Ingeniera Mecnica

Seminario:

DISEO DE TRANSMISIONES OLEOHIDRULICAS

MOTOR OSCILANTE

1. Cmara del cilindro.2. Tope fijo que delimita carrera.3. Vstago.4. Carcasa.5. Topes regulables que delimi

tan el ngulo de giro.6. Entradas y salidas de fluidos a

la cmara.7. mbolos.8. Eje giratorio donde se hace la

aplicacin.9. Pin transmisor del esfuerzo.

10. Tuerca tapn de relleno.11. Carcasa.12. Ruido.

FRANCISCO MATA CABRERA

Ampliacin de Diseo de mquinas

S E M IN A R IO : DISEO DE TR A N SM ISIO N ES

HIDRULICAS EN M Q UINA S

NDICE

1. Introduccin

2. Conceptos generales de hidrulica industrial

3. Aplicaciones

4. Ventajas frente a otro tipo de transmisiones

5. Componentes de una transmisin oleohidrulica

6. Simbologa normalizada

7. Fluidos de trabajo

7.1. Lquidos de base acuosa

7.2. Aceites sintticos

7.3. Aceites minerales

7.4. Aceites vegetales

7.5. Aditivos

7.6. Mantenimiento

8. Central oleohidrulica

9. Bombas

9.1. Clasificacin

9.2. Bombas de engranajes

9.3. Bombas de paletas

9.4. Bombas de pistones

9.5. Otros tipos

9.6. Expresiones de diseo y clculo de grupos moto-bomba

9.6. Cavitacin y efecto diesel

10. Motores hidrulicos

11. Cilindros hidrulicos

11.1. Clasificacin

11.2. Caractersticas constructivas

11.3. Determinacin de caudales y velocidades

11.4. Anlisis de esfuerzos. Criterios de diseo

11.5. Pandeo del vstago

11.6. Ejemplos

12. Vlvulas y distribuidores

13. Dispositivos de medicin y control

14. Red de tuberas

14.1. Consideraciones generales

14.2. Dimensionado de tuberas y racores

15.Diseo de circuitos oleohidrulicos

16. Anexos

Ampliacin de Diseo de mquinas

Ampliacin de Diseo de mquinas

1. INTRODUCCIN

Una vez realizado el estudio de los principales elementos y rganos de las

mquinas, pasamos a analizar otro tipo de mecanismos en los que entran en

juego, adems de los elementos mecnicos, circuitos oleohidrulicos,

utilizados para transmitir movimiento y potencia en multitud de

aplicaciones prcticas, como veremos.

El estudio de esta temtica conecta directamente con lo abordado en el

curso pasado acerca de los mecanismos neumticos, dado que, salvando los

mrgenes de presiones de trabajo y los campos de aplicacin, tienen en

comn la mayora de los componentes, simbologa y metodologa de

diseo.

2. CONCEPTOS GENERALES DE HIDRALICA

INDUSTRIAL

- HIDRULICA

Ciencia que estudia las leyes que rigen el equilibrio y movimiento de los

lquidos. Tcnica encargada de la produccin y distribucin de fluidos

para satisfacer necesidades humanas.

Ejemplos:

- redes de abastecimiento de agua

- instalaciones de calefaccin y AC'S

- instalaciones de saneamiento

~ desarrollo de potencia en mquinas

Hidrosttica

Parte de la hidrulica que estudia las leyes de los lquidos en reposo.

Hidrodinmica

Parte de la hidrulica que estudia las leyes de los lquidos en movimiento.

- OLEOHIDRULICA

Tcnica que utiliza el aceite como fluido para desarrollar trabajo en

mquinas. Las presiones normales de trabajo estn comprendidas entre 10 y

300 bar.

Ampliacin de Diseo de mquinas

- NEUM TICA

Tcnica que utiliza el aire comprimido para desarrollar trabajo, hasta

presiones mximas de 10 bar.

- TRANSM ISIN HIDRULICA

Se entiende por transmisin hidrulica el conjunto de mecanismos,

elementos, equipos y accesorios utilizados en la transmisin de movimiento

y desarrollo de potencia en mquinas e instalaciones.

- M ANDO HIDRULICO

Se habla de mandos hidrulicos para referirse a las transmisiones

hidrulicas en mquinas-herramientas, tales como los dispositivos

copiadores.

Ampliacin de Diseo de mquinas

3. APLICACIONES

Entre las aplicaciones ms destacables de la oleohidrulica se encuentran:

- M qu inas-herram ien ta : generacin de movimientos de trabajo,

sujecin de piezas, dispositivos copiadores, etc.

- Maquinaria minera y de obra pblica: excavadoras, volquetes,

trituradoras, perforadoras, etc.

- Maquinaria agrcola: tractores, volquetes, segadoras, etc.

- Automviles: frenos, direcciones, suspensin, etc.

- Manipulacin industrial: elevadores, transportadores, lneas de

montaje, dispositivos mezcladores, etc.

- Industria qumica, militar, etc., etc...

4. VENTAJAS FRENTE A OTRO TIPO DE

TRANSMISIONES

Transmisin hidrulica Vs Transmisin mecnica

- facilidad para multiplicar esfuerzos

- transmisin de potencia a grandes distancias y en puntos de difcil

acceso

- ausencia de fenmenos de desgaste

- flexibilidad

simplicidad

Ampliacin de Diseo de mquinas

- autolubricacin

- absorcin de choques y eliminacin de vibraciones

- seguridad

- regulacin fcil de la presin

- control de la velocidad (velocidad infinitamente variable)

- facilidad para realizar ciclos automticos

Transmisin hidrulica Vs Transmisin elctrica

- continuidad de funcionamiento

- capacidad para transmitir grandes potencias

- seguridad

5. COM PONENTES

5.1. Fluidos de trabajo

La tabla siguiente resume las cualidades que se le deben exigir al fluido de

Ampliacin de Diseo de mquinas

trabajo.

CAUTERIO CUALIDADFuncionamiento del circuito Alto rendimiento en la transmisin de la

energaCapacidad para absorber y evacuar calor

Conservacin de componentes LubricidadResistencia a la oxidacinInalterabilidad con el tiempoBaja agresividad conjuntas y accesorios

Seguridad Baja o nula toxicidadBaja o nula inflamabilidad

- APARATOS Y ACCESORIOS HIDRAULICOSFLUIDOS HIDRAULICOS 67

19. FLUIDOS PARA CIRCUITOS HIDRAULICOS

El fluido hidrulico es un producto bsico en el funcionamiento y rendimiento de las instalaciones oleohidruli- cas, por lo que es necesario que rena una serie de propiedades y caractersticas, algunas de las cuales se citan a continuacin.

PRINCIPALES CUALIDADES DE LOS LQUIDOS HIDRULICOS

1. Respecto al funcionamiento del circuito

Transmisin de la energa con el mximo rendimiento posible.

Mantener el conjunto del circuito a niveles razonables de temperatura.

Evitar alteraciones bruscas en las maniobras que efecten los aparatos, con repercusin en el propio fluido hidrulico.

2. Respecto a la conservacin de los aparatos y los circuitos

Que tenga buenas cualidades lubricantes.

Que est protegido contra la oxidacin.

Que no se altere con el tiempo.

Que no ataque a las juntas y elementos de los aparatos y tuberas.

3. Respecto a la seguridad de la instalacin y de las personas

Que no sea txico.

Que no sea inflamable.

19.1. Tipos de lquidos hidrulicos

Entre los lquidos hidrulicos se distinguen tres grandes grupos, a saber:

Lquidos de base acuosa.

Lquidos sintticos.

Lquidos minerales y vegetales.

19.2. Cualidades principales que deben reunir los lquidos hidrulicos

19.2.1. Lquidos de base acuosa

En estos lquidos la resistencia a la inflamacin viene dada por su presencia en agua, ya que en caso de incendio genera vapor que impide la afluencia de oxgeno a la zona de ignicin.

El agua nunca se utiliza sola como fluido hidrulico por presentar una serie de inconvenientes, como:

No tiene poder de lubrificacin.

Se congela a 0 C.

Es un agente altamente oxidante.

Su viscosidad es muy baja (1 cSt a 20 C), por lo que resulta fcil su fuga.

Utilizacin de materiales antioxidantes.

Las bombas presurizadoras a pistones son voluminosas y lentas.

Lo normal es utilizar emulsiones, soluciones y mezclas en las que el agua est mezclada con otros productos.

1. Solucin agua-glicol

35 a 60% de agua y resto giicol, que es un producto de la familia de los alcoholes.

La temperatura de trabajo est entre -15 C y +60 C.

Tiene un poder lubricante comparable a las emulsiones de agua/aceite, con una estabilidad mayor.

Las soluciones agua/glicol son de baja compresibidad, inferior a la del agua.

3 APARATOS Y ACCESORIOS HIDRULICOSFLUIDOS HIDRULICOS68

Para mejorar la viscosidad se le incorpora un espesante.

Tambin se le aaden aditivos para evitar la formacin de espuma, la oxidacin y la corrosin.

Este fluido tiene aplicacin en circuitos con servomecanismos o mecanismos donde se necesita reducir al mximo los efectos elsticos que afectan a la precisin.

2. Emulsin de aceite mineral en agua

Este tipo de emulsin comprende un porcentaje de aceite mineral soluble variable entre 2 y 15% y tiene buen poder lubricante con propiedades anticorrosivas.

La temperatura de trabajo est comprendida entre +10 y +70 C.

Es resistente a la inflamacin.

Dado que se trata de una emulsin, cuando est en reposo la emulsin se rompe, volviendo a situacin de rgimen normal con el agitado de los productos.

Deben mantenerse limpios de impurezas. La posible descomposicin por microorganismos se controla aadiendo agentes bactericidas a la emulsin.

3. Emulsin de agua en aceite

Esta emulsin comprende entre 50 y 60% de aceite.

Tiene un poder lubricante muy superior a las emulsiones aceite/agua.

La resistencia a la inflamacin es inferior a la emulsin aceite/agua.

Las temperaturas de servicio estn comprendidas entre +10 y +70 C.

19.2.2. Lquidos sintticos

Las principales cualidades de estos lquidos son las siguientes:

Muy buena resistencia al fuego.

Buenas cualidades lubricantes. Superior a los lquidos de base acuosa.

Amplio campo de aplicacin en lo que se refiere a las temperaturas.

Buena duracin y conservacin.

Incompatible con juntas y pinturas normales.

A continuacin se referencian los principales lquidos sintticos.

2.1. Esteres fosfatados

No tienen efecto corrosivo si estn limpios.

Su campo de aplicacin est entre los -55 C y los +150 C.

Son insolubles en agua.

No es txico a temperaturas normales de utilizacin.

Es uno de los lquidos sintticos ms empleados.

2.2. Hidrocarburos clorados o halgenos

No son muy empleados por su elevado costo.

2.3. Siliconas

Tienen un ndice de viscosidad muy elevado.

Las siliconas son compuestos orgnicos en los que entra el silicio.

Las temperaturas de servicio oscilan entre -70 C y +300 C.

Tienen un ndice de viscosidad muy elevado.

Tienen una gran resistencia a la hidrlisis (combinacin que con el agua produce cidos y alcoholes).

PAATQS Y ACCESORIOS HIDRULICOS ^ ^FLUIDOS HIDRAULICOS 69

19.2.3. Lquidos minerales

Son los lquidos hidrulicos ms empleados, dado que su relacin calidad-precio es buena y sus principales cualidades a considerar son:

3.1. ViscosidadLa viscosidad de trabajo en los aceites hidrulicos est comprendida entre 15 y 120 cSt, equivalentes a 2,5 E y 16 E, siendo los valores ms normales de utilizacin los comprendidos entre 35 y 70 cSt, equivalentes a 4,5 E y 9 E.

3.2. ndice de viscosidadPara aceites hidrulicos se considera el siguiente ndice de viscosidad:

De 60 a 70, se considera un ndice de viscosidad (VI) bajo. De 80 a 90, bueno. De 90 a 100, muy bueno. Por encima de 100, excelente.

3.3. Poder antiespuma (El)

La espuma es una consecuencia de la falta de estabilidad de la dispersin del aire en el aceite. Un buen purgado reduce la espuma en el lquido.

3.4. FilmorresistenciaResistencia lmite a la rotura de la pelcula de aceite que cubre las partes en presin.

Importante para prevenir desgaste prematuro de los rganos del circuito.

3.5. DemulsibilidadUn buen aceite debe tener un ndice que no supere 40, aunque se puede modificar con los aditivos que acompaan al aceite.

3.6. UntosidadEs la propiedad que tiene el lquido de mantenerse adherido a las superficies, para as evitar el contacto directo entre piezas deslizantes.

3.7. ndice de acidezEl ndice de acidez se expresa en miligramos (mg) de potasa (KOH), que son necesarios para neutralizar 1 g del aceite a ensayar y debe ser inferior a 0,1 g de potasa.La acidez en el lquido hidrulico lo hace corrosivo, lo que se debe evitar.

3.8. Estabilidad qumicaCon la temperatura, el oxgeno y otras sustancias que recoge el lquido al recorrer el circuito, tales como hierro, plomo, cobre, estao, cinc, cidos, etc., resultan agentes perjudiciales y tienden a su envejecimiento.

La estabilidad qumica es un factor que da resistencia al envejecimiento del lquido.

Evitar temperaturas elevadas en los circuitos, impurezas, formacin de espumas, partculas metlicas y otras, ayudan a mantener el lquido en buenas condiciones de servicio durante ms tiempo.

3.9. DetergenciaPropiedad que tiene el lquido para mantener diluidos los diferentes productos que contiene, tales como lacas, barnices, lodos, agentes limpiadores y otros. Al estar diluidos, se evita que queden adheridos a las superficies, lo que dificultara el funcionamiento de los aparatos.

3.10. Punto de destelloTemperatura a la cual los gases emanados se inflaman espontneamente en presencia de una llama en condiciones normales y que se sita entre 110 y 200 C.

3.11. Punto de coagulacinSi se baja la temperatura en un aceite con predominio de parafina se hace viscoso.No es aconsejable trabajar con este tipo de lquido por debajo de los 15 C.

370

3.12. Punto de anilina

Resulta muy importante conocer el punto de anilina cuando en el circuito y aparatos hay juntas de perburn o neopreno. El punto de anilina es la temperatura ms baja en C a la cual una mezcla a partes iguales de aceite y anilina permanece homognea y transparente. Cuando se baja la temperatura por debajo del punto de anilina se rompe la mezcla y se pierde la transparencia.

Se puede ensayar el comportamiento de juntas y cauchos introducindolos en el lquido a ensayar durante 168 h (7 das) a +70 C.

3.13. Punto de inflamacin

Temperatura a la cual se obtiene una combustin permanente si se le aproxima una llama y que est en +20 C sobre el punto de destello.

3.14. Punto de autoinflamacin

Temperatura a la cual los vapores de aceite se inflaman espontneamente.

19.2.4. Aceites vegetales

Los aceites vegetales estn constituidos a base de ricino y alcohol, y aunque tuvieron su importancia en pocas pasadas por tener buenas cualidades lubricantes y permitir utilizar las juntas a base de caucho natural han quedado en desuso, al comenzar a utilizarse las juntas de caucho sinttico.

Tienen el inconveniente de que estos aceites se degeneran con el tiempo y con el uso, llegando a volverse oxidantes.

19.2.5. Aditivos que se aaden a los lquidos h idrulicos

Los aditivos tienen por finalidad mejorar, conservar y dar propiedades especiales a los lquidos hidrulicos. Entre los principales aditivos se citan los siguientes:

5.1. Aditivos viscosos

Aumentan la viscosidad del lquido hidrulico.

5.2. Aditivos anticongelantes

Mejoran la fluidez a bajas temperaturas, impidiendo la formacin de cristales de parafina.

5.3. Aditivos de adherencia

Mejoran la adherencia a las paredes de los elementos metlicos del circuito.

5.4. Aditivos antiespuma

Reducen la formacin de espuma.

Las siliconas son los productos antiespuma ms utilizados (una parte de silicona por 106 partes de fluido).

5.5. Antioxidantes

Estos productos evitan la formacin de posos insolubles en el aceite y el aumento de la viscosidad.

Segn sea la temperatura del fluido los productos a utilizar son los siguientes:

Para trabajar entre 100 y 130 C, aminas-fenoles y aminofenoles.

Para trabajar entre 150 y 200 C, productos con contenido de azufre o fsforo, o ambos a la vez.

5.6. Otros aditivos

Inhibidores de corrosin (anticorrosivos).

Aditivos antiherrumbre.

19.2.6. Lquidos h idru licos resistentes al fuego

Los lquidos hidrulicos comnmente utilizados estn constituidos a base de aceites que proceden del petrleo. Al ser hidrocarburos tienen riesgo de incendio cuando se dan las circunstancias propicias.

FLUIDOS HIDRAULICOS . : : Y:\ ; : '

:. -OS Y ACCESORIOS HIDRAULICOS

FLUIDOS HIDRAULICOS 71

En lugares con riesgo de incendio o explosin, hay que evitar la utilizacin de lquidos fabricados con derivados del petrleo, para lo que hay que recurrir a lquidos especiales que sean poco inflamables. La utilizacin de estos lquidos disminuye la calidad y las prestaciones respecto a los lquidos convencionales en base a derivados del petrleo.

Los lquidos resistentes al fuego son los siguientes:

a) De base acuosa Emulsiones aceite en agua. Emulsiones agua en aceite. Soluciones agua-glicol.

b) Sintticos

steres fosfricos. Hidrocarburos clorudados. Siliconas.

19.2.7. Duracin de los lquidos hidrulicos

De acuerdo con la calidad del lquido y la temperatura a la que trabaja se establece esta tabla orientativa de duracin o vida probable.

Temperatura v de servicio, en C

Aceite de baja calidad

Aceite debuena calidad

Aceite de alta calidad

Muy buenas < 38 2.000 a 3.000 h 10.000 a 15.000 h > 20.000 h

Buenas 38 a 44 1.500 a 2.500 h 8.000 a 10.000 h 12.000 a 20.000 h

Regulares 44 a 55 1.000 a 2.000 h 4.000 a 5.000 h 8.000 a 12.000 h

Malas 55 a 65 500 a 1.000 h 2.000 a 4.000 h 4.000 a 8.000 h

Muy malas > 65 500 a 1.000 h 2.000 a 4.000 h

19.2.8. Conservacin de los lquidos hidrulicosDe la conservacin del lquido hidrulico depende el funcionamiento de la instalacin y el mayor o menor nmero de averas que se pueden generar, por lo cual hay que hacerle un seguimiento peridico de acuerdo con las puntualizaciones que se relacionan a continuacin.

Un fluido hidrulico no es para toda la vida y no debemos olvidar que est ah.

Anlisis peridicos.

Verificar el estado de los filtros. Limpiarlos o cambiarlos cuando proceda.

Evitar temperaturas elevadas en el fluido.

Controlar los niveles del aceite en el depsito.

La aspiracin y los retornos deben estar cubiertos de aceite en todo momento.

Evitar la formacin de espuma.

Evitar la contaminacin del fluido con sustancias externas.

Evitar la entrada de agua.

Evitar que el fluido vaya acompaado de aire. Purgar cuando proceda.

6. FISICA DE LOS FLUIDOS

6.1. Presin hidrosttica

Es la presin ejercida sobre un lquido y se transmite por igual en todas las direcciones.

| f

i: :'S

P=-

. . . .

p - Presin en bar.

F - Fuerza en N.

S - Superficie en cm2

6.2. Transmisin hidrulica

Se trata de dos recipientes comunicados entre s y que tienen mbolos de diferente seccin.

Relacin entre fuerzas y secciones.F

P =

51 _ F252 F1 F1 = p S1 F2 = p S2

F1 F2S1 S2

P=-

Principio en el que se basa la prensa hidrulica.

Area = 1 cm!

E squem a del principio fundam ental de los m andos hidrulicos. La presin de 1 kg que acta sobre la cara del mbolo de 1 cm 1 de superficie es transm itida al otro mbolo de 10 cm1 de superficie, de modo que se equilibre una presin de 10 kg, igual

a 10 veces el rea de la superficie del mbolo pequeo.

Presin = 1 kg/cm 5

8 COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS

6.3. Multiplicador de presin

En las transmisiones de presin, las presiones son inversamente proporcionales a las superficies.

;. f ii

i ----------F2 -------

S2

S1

F1 =F2 = F p1 S1 = p2 S2 F1 =p1 S1 F2 = p2 S2

p1 _ S2 p2 ~ S1

El multiplicador de presin es un dispositivo mediante el cual una presin referencial p1 puede convertirse en una presin p2 (p1 < p2) para su aplicacin industrial y as obtener mayores fuerzas de aplicacin.

P2 =p1 S1

S2S1 > S2

7. CAUDAL QUE CIRCULA POR UNA TUBERIA

El caudal que circula por una tubera depende de los siguientes factores:

Seccin interior de la tubera. Velocidad del fluido en la tubera. Rgimen de circulacin del fluido. Tipo de fluido.

Seccin interior de la tubera de seccin circular (tipo de seccin ms normal):

S = ti r2

4S = 0,785 d2

S = 7t

r - Radio,

d - Dimetro.

Caudal circulante en unidad de tiempo.

6 S v t

Q =

Q =

100

6 0,785 d2 - v t 100

4,72 d2 v t 100

Q - Caudal en l/min.S - Seccin en mm2. v - Velocidad del fluido en m/s. t - Tiempo en min. d - Dimetro interior del tubo en mm.

Segn sean las aplicaciones, el caudal puede considerarse en:

Litros por segundo (l/s). Litros por minuto (l/min). Litros por hora (l/h).

Equivalencias:

11 = 1 dm3 = 1.000 cm3 1 m3 = 1.000 dm3 = 1.000 I1 h = 60 min = 3.600 s (60 x 60)

- rio, v>M FLUIDOSHIDRODINAMICA

8. ESTUDIO SOBRE EL FLUIDO HIDRAULICO

8.1. Caudal

Cantidad de fluido lquido que pasa por una determinada seccin por unidad de tiempo.

Q = t

V = S v t

Q = -V S - v tt t

Q = 6 S v (2)

S v (1)

Q - Caudal en l/min.V - Volumen en I. t - Tiempo en min.S - Seccin en mm2.

v - Velocidad en m/s.

(1) Para que Q venga en l/min, la seccin deber darse en dm2 y la velocidad del fluido en dm/m.

(2) En esta frmula: Q en l/min, S en cm2 y v en m/s.

8.2. Desplazamiento del lquido en una tubera

La energa hidrulica al transportarse por una tubera sufre prdidas, particularmente debidas a la friccin y que dependen de:

Longitud de la tubera. Nmero de codos, curvas y otros elementos de la instalacin. Rugosidad y estado de la tubera. Seccin de la tubera. Velocidad del lquido en la tubera.

La dificultad encontrada por el fluido repercute en una prdida de presin en la utilizacin.

En la prctica, el flujo se desplaza por la tubera de forma irregular, pudiendo ser ste de dos tipos, principalmente.

8.2.1. Flujo lam inar

En lujo laminar, las partculas de lquido se desplazan formando capas que se deslizan ordenadamente a diferentes velocidades, siendo mayor en el centro y menor en la periferia, donde los rozamientos son mayores.

8.2.2. Flujo turbulento

Si aumenta la velocidad del fluido sin variar la seccin, habr un cambio de flujo. Este cambio lo llevar a hacerse turbulento y arremolinado en su avance. La velocidad a la que el flujo se desordena y se hace turbulento se denomina velocidad crtica.

En estas condiciones de desplazamiento del fluido, las prdidas hidrulicas crecen, siendo una situacin no deseable para los circuitos hidrulicos.

Flujo laminar

Flujo turbulento

8.3. Nmero de Reynold (Re)

El nmero de Reynold determina por clculo el tipo de fluido para tubos redondos, rectos e idealmente lisos,

v dRe =-

Re ser crtico si Re = 2.300 Flujo laminar Re < Re crtico Flujo turbulento Re > Re crtico

v - Velocidad del fluido en m/s. d - Dimetro interior del tubo en mm.

v - Viscosidad cinemtica en m2/s.

t e a i SICA DE LOS FLUIDOSHIDRODINMICA 11

Coeficiente de rozamiento (f)

El coeficiente de rozamiento, tambin llamado coeficiente Stoke, tendr diferentes valores segn se trate de:

a) Con flujo laminar.

f =64

~Re~

b) Para flujo turbulento en tubos lisos.

0,3164f = -

c) Para rgimen laminar en tubos flexibles.

t =75

~ReTf =

90Re

Nmero de Reynold (Re)

v dRe = 103 Re - Nmero de Reynold.

v

d

Q

v

Flujo laminar: si Re es < 1.200.

Flujo turbulento: si Re es > 2.300.

Velocidad del flujo laminar para tubos rectos

Q

Velocidad media del fluido en m/s.

Dimetro interior del tubo en mm.

Caudal en dm3/min (l/min).

Viscosidad cinemtica en stokes a la presin a la que circula el fluido.

v = 102

6 d2 -

Prdida de presin en los tubos rectos

, . I p v2 10 ., .Ap = f - ------------- (bar)2 d

v

Q

Velocidad del flujo en m/s.

Caudal en la tubera en l/min.

Ap - Prdida de presin en tubos rectos para flujo laminar o turbulento.

p - Densidad del lquido en kg/drn3.

v - Velocidad del fluido en la tubera en m/s.

d - Dimetro interior de la tubera en mm.

L - Longitud de la tubera en m.

f - Coeficiente de rozamiento.

8.5. Potencia hidrulica

Frmula que da la potencia hidrulica generada por una bomba,

p QP =612

P Q 441,2

- (kW)

(CV)

p - Presin en kg/cm2.

Q - Caudal en dm3/min (l/min).

Elasticidad Agent deformador

Traccin 0 compresin Fuerzas normales a los elementos de superficie del cuerpo.

Flexin Fuerzas normales al eje longitudinal del cuerpo.

Torsin Par de fuerzas

Cizalladura Fuerzas tangenciales.

11.1. Elasticidad por traccin

Al = kS

Mdulo de Yound (E)

E = -7- , tambin: E = k S

Coeficiente de compresin (Q)

Q = 1/k

Mdulo de elasticidad (E)

E = 3 Q (1 2 o)

11.2. Elasticidad por flexin

4 F L3

Al

Al - Incremento de la longitud.

k - Coeficiente de alargamiento propio de cada materia.

F - Fuerza.S - Seccin.

E - En Nm2.

d = a b3

11.3. Elasticidad por torsin

1 M 2L(p = --- M ------ -r-p re r4

Q - Coeficiente de compresin,

o - Coeficiente de Poisson.

d - Deformacin.F - Fuerza de deformacin.

E - Mdulo de elasticidad.

L - Longitud de la pieza,

a - Ancho de la pieza,

b - Espesor de la pieza.

(p - ngulo de deformacin. |i - Mdulo de rigidez.

M - Momento del par.

L - Longitud,

r - Radio de giro.

11.4. Elasticidad por cizalladura

1_ _F_S

HSICrt DE LOS FLUIDOSCOMPRESIBILIDAD DE LOS FLUIDOS (1/2) 19

F = 1.000 daN

Carga

C1

J .

D2

EV2

oM2

'

'^r0$!t'rS- .OS FLUIDOS V ^ f S - K M 5 *v. . * S- . r i t : k &>: v i r

20 COMPRESIBILIDAD DE LOS FLUIDOS (2/2)

Las dilataciones tambin se dan en tuberas y depsitos intermedios.

Para compensar todos estos efectos, en el momento de realizar el clculo de la bomba se incrementar su capacidad entre un 5 y un 10%, que tambin compensar las posibles fugas a lo largo de todo el circuito, incluidos sus componentes.

Coeficiente de compresibilidad de lquidos por efecto de la presin

Como se ha indicado, el volumen ocupado por el fluido se ve disminuido por efecto del incremento de presin sobre el mismo.

p/10-

En esta tabla puede apreciarse que la reduccin de volumen no es proporcional o lineal con el incremento de la presin.

Si se descomprime bruscamente una masa lquida se libera una energa que se traduce en vibraciones de mayoro menor intensidad, cuyo valor es mayor cuanto mayor sea el volumen almacenado y la presin a que est sometida. A este fenmeno se le denomina golpe de ariete.

El golpe de ariete se elimina o reduce su intensidad regulando la velocidad de vaciado, haciendo una descompresin gradual cuando as lo permita el funcionamiento de la instalacin.

v ) rRC(Regulacin del escape)

Por medio del regulador de caudal unidireccional se consigue una descompresin gradual de la cmara del cilindro.

VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS 231

La viscosidad Saybolt se mide en los valores de 100, 130 y 210 F, haciendo pasar 60 cm3 de lquido a medir por el agujero del viscosmetro, contabilizando el tiempo que tarda en pasar, que es el que le da su valor (segundos Saybolt).

La viscosidad Engler se mide al hacer pasar 200 cm3 del lquido considerado, y a una temperatura dada, por un orificio de 2,8 mm de dimetro y empujado por un peso, comparndolo con el tiempo de paso de una misma cantidad de agua en las mismas condiciones y a una temperatura de 20 C.

La temperatura a la que se mide el lquido queda reflejada de la manera siguiente:

Lquido a medir: 20 C; se escribe E/20 C. Lquido a medir: 50 C; se escribe E/50 C. Lquido a medir: 100 C; se escribe E/100 C.

Transformacin de la viscosidad expresada en grados Engler a stokes

ndice de viscosidad (Viscosity Index)

Este valor da a conocer la importancia de la variacin de la viscosidad de un aceite ante las variaciones de temperatura. El ndice de viscosidad (VI) se determina al comparar el aceite que se desea estudiar con dos aceites patrn que tengan la misma viscosidad a 210 F (99 C).

Los aceites patrn o de referencia son:

Aceite de tipo asfltico, con gran variacin de viscosidad con la temperatura y se le asigna un ndice 0.

Aceite de tipo parafnico, con poca variacin con la temperatura y se le asigna un ndice 100.

V - La viscosidad en SSU de los dos aceites patrn y del lquido a examinar a 210 F.L - La viscosidad en SSU a 100 F del aceite asfltico.H - La viscosidad en SSU a 100 F del aceite parafnico.U - La viscosidad en SSU a 100 F del aceite a medir.

SSU - Segundos Saybolt Universal.

El ndice de viscosidad (VI) del aceite a medir viene dado por la frmula siguiente:

E/tC = ............. ......... ................. - ---------------------Tiempo de vaciado del agua a 20 C

Tiempo de vaciado del lquido a medir a tC

Vstokes = 0,0731 E - | 31

AL

UH

100 F (38 C) 210 F (99 C)

sEEgsaaaaaggsaaagm gggBsaasgEesaggaaggaEgaeassgM agacggagsgggsaBEBgaiggBaaBgBggagasaEttggH ^g^

VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS

Para los lquidos hidrulicos se exige un ndice de viscosidad (VI) cercano a 100 o superior cuando los lquidos sean sintticos. Cuanto mayor sea el ndice de viscosidad y cuanto ms se acerque a 100 o lo supere, ms seguro estaremos de que dicho lquido experimenta un cambio pequeo en su viscosidad con la variacin de temperatura.

Cuando se trabaja a temperaturas elevadas, por las razones que fuera, habr que utilizar aceites de alto ndice de viscosidad.

Variacin de la viscosidad con la presin

Para presiones superiores a 50 kg/cm2 es necesario tener en cuenta esta circunstancia, ya que la presin repercute fuertemente en el incremento de la viscosidad.

Vp = l/0 (1 + a p)

Vp - Viscosidad absoluta o cinemtica a la presin (p) en kg/cm2.

V0 - Viscosidad a la presin atmosfrica,

a - Coeficiente de dilatacin; 0,003 para los aceites minerales,

p - Presin del aceite en kg/cm2.

Nmero de SAE

SAE. Society of Automotive Engineers (Sociedad de Ingenieros Automotrices).

Denominacin de los aceite para motores

SAE-70, espeso

SAE-60, extraduro

SAE-50, denso

SAE-40, semidenso

SAE-30, semifluido

SAE-20, fluido

Otras veces al nmero le sigue una letra.

20 W, fluido.

10W, ligero.

5 W, soporta temperaturas entre -7 y 34 C.

W, corresponde al grado de viscosidad de 10 y 20. Est medida a unos 18 C y el aceite se utiliza para soportar bajas temperaturas.

Clases de aceites. De entre los ms importantes se citan los siguientes:

Aceite normal. Se utiliza para trabajos sin mucho esfuerzo.

Aceite de primera (premium). Tiene incorporados productos que le hacen resistente a la corrosin y a la oxidacin.

Aceites detergentes. Tienen la particularidad de limpiar la carbonilla, disolvindola.

Aceites multigrados. Tienen la particularidad de soportar variaciones de temperatura en verano y en invierno.

\ ' ............. . . . i S IP D E L O S F L H S I P i l i i s a s i w 1I f A"*5 / $ /ISCOS1DA D DE LOS F:LUDOS 25

1 14.1. Tabla para la conversin de unidades de viscosidad

villfik: % 'Centistokes

cSt

Segundos Saybolt ( S) a: Segundos Redwood ( R) a:Grados ngler

E# 1 ,

100 F (37,8 Cj

130 F(54,5 C)

210 F (98,9 C)

70 F (21,1 C)

140 F(60 C)

200 F (93,3 C)

2 1,140 32,60 32,65 32,83 30,20 30,95 31,203 1,224 36 36,07 36,25 32,70 33,45 33,704 1,303 39,10 39,17 39,37 35,30 35,95 36,305 1,400 42,30 42,38 42,60 37,90 38,45 38,906 1,481 45,50 45,59 45,82 40,50 41,05 41,507 1,563 48,70 48,79 49,04 43,20 43,70 44,158 1,653 52 52,10 52,36 46 46,35 46,90

9 1,746 55,40 55,51 55,79 48,85 49,10 49,6310 1,837 58,80 58,91 59,21 51,70 52 52,5511 1,928 62,30 62,42 62,74 54,75 55 55,6012 2,020 65,90 66,03 66,36 57,90 58,10 58,7513 2,120 69,80 69,93 70,09 61,05 61,30 61,9514 2,219 73,40 73,54 73,91 64,35 64,55 65,2515 2,323 77,20 77,35 77,74 67,70 67,95 68,7516 2,434 81,10 81,25 81,67 71,15 71,40 72,2017 2,540 85,10 85,26 85,70 74,65 74,85 75,7518 2,644 89,20 89,37 89,82 78,10 78,45 79,3519 2,755 93,30 93,48 93,95 81,70 82,10 83,1020 2,870 97,50 97,69 98,18 85,40 85,75 86,9025 3,455 118,9 119,1 119,7 104,2 104,7 106,130 4,070 140,9 141,2 141,9 123,7 124,4 12635 4,695 163,2 163,5 164,3 143,3 144,2 146,240 5,335 185,7 186 187 163,2 164,3 166,745 5,975 208,4 208,8 209,9 183,2 184,5 187,550 6,630 231,4 231,8 233 203,3 204,7 208,360 7,896 277,4 277,9 279,3 243,5 245,3 25070 9,212 323,4 324 325,7 283,9 286 291,780 10,510 369,6 370,3 372,2 323,9 326,6 333,4

90 11,830 415,8 416,6 418,7 364,4 367,4 375100 13,152 462 462,9 465,2 404,9 408,2 416,7

150 19,758 693 694,4 697,9 607,4 612,3 625200 23,718 831,6 833,2 837,4 728,8 734,8 750,1250 32,962 1.155 1.157,3 1.163,1 1.012,3 1.020,5 1.041,7300 39,562 1.386 1.388,7 1.395,7 1.214,7 1.224,6 1.250,1350 46,162 1.617 1.620,1 1.628,3 1.417,1 1.428,7 1.458,6400 52,762 1.848 1.851,6 1.861 1.619,6 1.632,8 1.666,8450 59,362 2.079 2.083,1 2.093,6 1.822 1.836,8 1.875500 65,962 2.310 2.314,5 2.326,2 2.024,5 2.041 2.083,5600 79,162 2.772 2.777,4 2.791,4 2.429,4 2.449,2 2.500,2700 92,303 3.234 3.240,3 3.256,7 2.834,3 2.857,2 2.916,9800 105,403 3.695 3.703 3.722 3.239 3.266 3.334900 118,48 4.158 4.166 4.187 3.644 3.674 3.750

1.000 131,63 4.620 4.639 4.652 4.049 4.082 4.1671.100 144,79 5.082 5.092 5.118 4.454 4.490 4.584

1 SICA DK LOS FLUIDOSi'H : --11 ' - ! s * ; i ,26 VISCOSIDAD DE 1 OS FLUIDOS

14.2. Correspondencia entre diferentes escalas de viscosidad para aceitesEn esta tabla pueden compararse diferentes unidades de viscosidad comparndolas con aceites SAE con ndice de viscosidad VI 80 a la temperatura de 50 C.

OClasificacin Tenmeratura

(D @ O

Viscosidad segundos SAYBOLT. Viscosidad en CENTISTOKES (cSt). Viscosidad en grados ENGLER. y Clasificacin segn SAE. Comparacin entre las temperaturas Celsius (C) y F. y Referencia para poder colocar la regla en el momento de hacer uso de la tabla.

27

1

15. FORMULAS HIDRAULICAS COMPLEMENTARIAS

15.1. Energa cintica (generada por la velocidad)

v = \2 g h

Ec = m v2 2

m - Masa en kg.

v - Velocidad en m/s.

g - Gravedad en m/s2.

h - Altura en m.

15.2. Energa potencial (generada por la presin)

Ep = p V p - Presin en kg/cm2.

V - Volumen en I.

15.3. Coeficiente de frotamiento

15.3.1. Con flu jo lam inar

15.3.2. Con flu jo turbulento

, 0,3164

15.3.3. Con rgimen laminar, en tubos flexibles

15.4. Prdidas de carga en codos, empalmes, aparatos, etc.

Ap - Prdida de carga en kg/cm2.

15.5. Caudal que pasa a travs de un estrangulamiento

a - Coeficiente de caudal en funcin de la forma del orificio.

Ap - Prdida de carga en kg/cm2.

15.6. Transformacin de la energa mecnica en calorfica

Ecal - Energa calorfica en Kcal/h.

k - Coeficiente que depende de la forma del paso.

5 - Peso especfico en kg/dm3.

v - Velocidad de fluido en m/s.

Q = 0,885 a S Vp S - Seccin en mm2.

Ecal = 1,4 Q (p2 p1) Q - Caudal en l/h.

(p2 - p1) - Variacin de presin o prdida de carga en kg/cm2.

15.7. Refrigeracin

Ecal = 60 c At 5 Q

Ecal - Energa calorfica a refrigerar en Kcal/h.

c - Calor especfico en Kcal/kg C.

At - Incremento de temperatura respecto a la de rgimen en C.

8 - Peso especfico del fluido en kg/dm3.

Q - Caudal en l/min.

1 FSICA DE LOS FLUIDOS28 FRfVILAS HIDRULICAS Y MECNICAS

16. CONCEPTOS DE FISICA GENERAL

16.1. Fuerza

F = m a F - N (Newton). m - Masa (kg). a - Aceleracin (m/s2).

1 N = 1 mkg/s~2

1N= A M ii i 1 m/s2 = 0,102 kp9,81 m

1 000 N = 100 daN = 10 hN = 1 kN

16.2. Peso

El peso de un cuerpo es la fuerza que, aplicada a la masa del mismo, le comunica una aceleracin en cada libre, igual a la gravedad = 9,81 m/s-2.

P = m g P - kg.

16.3. Par de una fuerza

Par de una fuerza es el producto de una fuerza (F) por su radio (r) de giro.

M = F r M - Nm. F - N. r - m. d - m.

16.4. Potencia

Potencia es la cantidad de trabajo realizada por unidad de tiempo.

P = M

16.8. Potencia y par en una mquina

Curvas caractersticas, par de giro, revoluciones de un motorM

16.8.1. Potencia necesaria para accionar una mquina (P)P - Potencia en kW.

M n9.550 r|m

F vP = ----------------- v - Velocidad en m/s.

M - Par de giro de la mquina en Nm. n - Nmero de revoluciones de la mquina en rpm. F - Fuerza por peso o por friccin en N.

1.000 r|m

16.8.2. Momento nom inal (MN)

rjm - Rendimiento de la mquina.

^ _ 9 550Pn_ _ Potencia nominal en kW.nN

Mn - Momento nominal en Nm. PN - Potencia nominal e nN - Velocidad en rpm.

16.8.3. Par de arranque (M/J

Par de giro a motor parado, alimentado con tensin y frecuencia nominal.

16.8.4. Par mnimo (Ms)

El par de giro mnimo que da el motor alimentado con tensin y frecuencia nominales, entre el estado de reposo y las revoluciones mximas.

16.8.5. Par mximo (Mk)El par de giro mximo que da el motor alimentado con tensin y frecuencia nominales, entre las revoluciones mximas y las nominales.

16.8.6. Par de frenado (Mg)

Se distinguen dos formas de frenado:a) Par de frenado de reposo: par de frenado esttico.b) Par de frenado de movimiento: par de frenado dinmico.

16.8.7. Potencia absorbida p o r el m otor que acciona la mquina

P = \/3 - U I cosp P - Potencia en W.U - Tensin en V.I - Intensidad en A.

1 ' '

~ _ ' !

POTENCIAS NECESARIAS PARA EL ACCIONAMIENTO DE MAQUINAS 31

16.9.3. Potencia para accionam ientos de elevacin

P = G v ; G = m g

P = m g v (W)

P =_ m g v1.000

(kW)

P = m ~ 9 v . (kW) ri 1.000

m - Masa en kg.

g - 9,81.

v - Velocidad lineal en m/s.

t) - Teniendo en cuenta el rendimiento.

16.9.4. Potencia para accionam ientos en general

p = J ^ L iL (kw) 9.550

wP = (W) t

a) Energa en movimiento de translacin

W : m v (J)

b) Energa en movimiento de rotacin

J (2W = (J)

M - Par en Nm.

n - Velocidad en rpm.

W - Energa en julios (J).

t - Tiempo en s.

m - Masa en kg.

v - Velocidad lineal en m/s.

J - Momento de inercia en kgm2.

w - Velocidad angular.

j = L J L (kgm2) c = (rad/s) r

16.9.5. Frmulas de potencia particulares

16.9.5.1. Motor para central hidrulica

Pac _ P -Q 600 rjtot

(kW)

Pac - Potencia de accionamiento en kW.

p - Presin de servicio en bar.

Q - Caudal en l/min.

r|tot - Rendimiento total (~ 0,8 a 0,85).

16.9.5.2. Potencia del motor elctrico

El motor elctrico debe entregar una potencia til (Pac) calculada en el punto 16.9.5.1.

Pu = ; M /J ;JL?.?.(P..-.-Tl (kW) n - Rendimiento del motor.103

Para entregar la potencia til, calculada por la frmula anterior, el motor deber absorber de la lnea la potencia calculada por la frmula siguiente:

Pa - Potencia absorbida en kW.

(kW) U - Tensin elctrica en voltios (V).

I - Intensidad en amperios (A),

coscp - Factor de potencia.

Pa =_ V3 U i coscp103

PARTE DE TRABAJO

CILINDROS, MOTORES

PARTE DE TRABAJO (REGULACIN)

VLVULAS DISTRIBUIDORAS, VLVULAS DE CAUDAL, VLVULAS DE PRESIN

AY

- J Tr faY

PARTE DE ABASTECIMIENTO DE ENERGA

BOMBA. DEPSITO, ACEITE, FILTRO

3 APARATOS ACCESORIOS HIDRULICOS56 DEPSITOS DE LA CENTRAL HIDRULICA

11. ELEMENTOS PRINCIPALES DEL DEPSITO HIDRULICO

Elementos principales que acompaan al depsito de una central hidrulica:

1. Depsito.2. Bandeja de recogida de fugas de aceite.3. Respiradero o aireacin natural del depsito.4. Nivel visual del aceite almacenado en el depsito (nivel mnimo, nivel normal y nivel mximo).5. Resistencia calefactora.6. Toma de aceite (aspiracin).7. Tapa de registro lateral.8. Sonda elctrica de nivel.9. Sonda elctrica de temperatura.

10. Tapn de la boca de llenado que podr disponer de filtro.11. Llegada del retorno de aceite.12. Refrigeracin del aceite por intercambiador agua/aceite.13. Grifo por donde vaciar el depsito.14. Lquido hidrulico.

11.1. Depsito de aceiteEl depsito en s mismo es uno de los elementos principales del circuito oleohidrulico, ya que almacena y trata el lquido hidrulico mediante el cual se transmite la energa a los diferentes aparatos de mando y control y a los receptores actuadores.Los depsitos deben reunir una serie de condiciones como las que se relacionan a continuacin: Los materiales en que estn construidos sern adecuados al lquido hidrulico a contener, de manera que no

pueda ser atacado por las sustancias qumicas contenidas en el lquido, ni se puedan desprender partculas que lo ensucien o degraden.

Interiormente el depsito puede llevar un tratamiento especial. Es recomendable que en su permetro disponga de una bandeja de recogida de fugas. La capacidad del depsito ser capaz de almacenar todo el lquido del circuito en situacin de parada, con un

excedente que podra llegar hasta el 30%. Otras veces, el volumen del depsito se determina en funcin del caudal de la bomba. El volumen total del depsito ser igual a 3 o 4 veces el caudal de la bomba. Respecto al llenado total del depsito se aconseja dejar libre (vaco) entre un 10 y 15% de su capacidad total

para compensar dilataciones trmicas, almacenado de gases y otros.

- a p a r a -ros Y ACCESORIOS HIpRUC 0 , ..... 3CENTRAL HIDRULICA 57

En el depsito se realizan otras funciones, tales como:

- Refrigeracin del lquido hidrulico o su calentamiento, si procede.- Filtrado del lquido (eliminacin de su suciedad y partculas contaminantes).- Disposicin de los controles de nivel y temperatura.- Inicio de la instalacin a partir de la bomba y retorno del lquido.- Sobre el propio depsito se instala la moto-bomba y los elementos de control, y si la instalacin es pequea

el armario elctrico.

Por ltimo, el depsito contiene el lquido hidrulico fundamental en la instalacin oleohidrulica.

11.2. Criterios de mantenimiento del lquido hidrulico

Controlar peridicamente los niveles.

Evitar la formacin de espumas por defectos en la instalacin.

Los retornos y la aspiracin de lquido se harn por debajo del nivel mnimo del lquido.

Evitar la suciedad en el entorno del depsito y las contaminaciones.

Evitar las entradas de agua al depsito.

Realizar control qumico del lquido, de forma peridica.

Sustituir el lquido cuando se cumplan las horas de vida previstas por el fabricante.

Disponer de la ficha tcnica del producto y las indicaciones concretas del fabricante.

Rellenado del depsito cuando los niveles lo indiquen.

Controlar la temperatura. Refrigeracin adecuada.

Buen estado de la bomba. Que la captacin del lquido se haga sin tomar aire, que luego da lugar a la cavitacin de la bomba y a su rpido deterioro.

Purgar de aire la instalacin cuando se haya intervenido en la misma o se detecten funcionamientos deficientes en los aparatos.

Vigilancia y limpieza peridica de los filtros.

Buena limpieza de la central y de todos sus aparatos, incluidas las tuberas.

Proteger la central y sus aparatos contra golpes de objetos, carros y carretillas elctricas por medio de defensas y protecciones.

Buen alumbrado de la zona para facilitar las intervenciones.

Por lo general, las centrales hidrulicas se sitan en lugares escondidos y con deficiente acceso y rodeadas de charcos de aceite, trapos y suciedad. Esta situacin no debera ser la normal.

Por ltimo, insistir en la necesidad de hacer funcionar la central de acuerdo con las instrucciones dadas por el fabricante, as como emplear los lquidos hidrulicos que especficamente se sealan en el dossier tcnico que acompaar a la central.

11.3. Cambio de lquido hidrulico

El recambio de lquido debe ir acompaado de las siguientes operaciones:

Evacuar la totalidad del lquido, tanto el que est en el depsito como el que est en el circuito.

Limpiar el depsito y comprobar su estado.

Cambiar los filtros o, como mnimo, limpiarlos.

Comprobar el estado de todos los elementos auxiliares de la central hidrulica.

Rellenar el depsito con el fluido hidrulico que le corresponda y no con otro.

Purgar el aire contenido en tuberas y aparatos.

Dejar el nivel de aceite a la cota sealada. Rellenado si procede.

APARATOS Y ACCESORIOS HlDRLCS - - - -.y. . r-. y;.-, - __________ - 1 58 ELEMENTOS PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDRAULICA

12. CENTRAL HIDRAULICA

, ! --------- t

> l Hl---- 1

1

'

____X \ _

VI?>

1. Recipiente que contiene el fluido hidrulico y soporta diferentes elementos de accionamiento y control. Bordeando el recipiente hay una bandeja para la recogida de fugas.

2. Nivel visual del fluido hidrulico en el recipiente.

3. Respiradero del depsito con filtro de 1 p para evitar la entrada de polvo.

4. Detector elctrico de nivel, tipo boya, con indicacin de los niveles alto y bajo.

5. Detector elctrico de temperatura del fluido hidrulico con indicacin de temperatura baja y muy alta.

6. Grupo moto-bomba de puesta en presin y circulacin del fluido hidrulico.El grupo est accionado por un motor trifsico con rotor en cortocircuito.

7. Equipo de regulacin compuesto por: Una vlvula de seguridad, tarada a una determinada presin. Un manmetro indicador de presin. Un distribuidor de accionamiento manual para dar paso al fluido que se quiere medir.

8. Salida de presin hidrulica hacia el circuito de utilizacin.

9. Retorno de! fluido hidrulico al depsito.

10. Refrigerador del fluido hidrulico por medio de un intercambiador.

11. Alimentacin de agua fra al intercambiador, por ejemplo, 30 l/min con agua a 25 C.Un distribuidor abrir el paso de agua cuando el fluido hidrulico est caliente.

12. Filtro del fluido hidrulico con deteccin de su estado de limpieza. La malla de filtrado podr ser de 4 a 20p.

13. Detector de temperatura que ser el medio a travs del cual se pilota el distribuidor que permite el paso de agua hacia el intercambiador.

Puede tener otros elementos de control y proteccin.

37

La representacin de las instalaciones y de los aparatos que forman parte de las mismas se hace por medio de smbolos. Los smbolos se ajustan a normas concretas que permiten en primer lugar conocer los aparatos, su significado y la funcin que realizan.

El smbolo como tal no da ninguna visin del aparato que lo representa respecto a su aspecto, forma, dimensiones, etc., sino que se limita a representar la funcin o cometido del aparato, de manera que cuando veamos el smbolo identifiquemos sin ninguna duda el aparato que representa.

A continuacin se relacionan los principales sistemas de normalizacin utilizados para esta materia de la hidrulica.

ISO. International Standardising Organization. Normas internacionales.

VDMA. Verein Deutscher Maschineb au Anstalten. Normas alemanas.

CETOP. Comit Europeo de Transmisiones Oleodinmicas y Neumticas (Pneumatiques).

JIC. Joint Industry Conference. Normas americanas.

ASA. American Standardising Association (Normas americanas).

Las normas ms empleadas son las tres primeras, ya que difieren muy poco entre s, y los aparatos construidos con estas normas, en la mayora de los casos, son intercambiables en lo que respecta a cilindros.

Aunque un esquema se realiza por medio de smbolos, tanto los elementos del esquema como las tuberas y dems elementos debern quedar bien reflejados en el esquema o en la nomenclatura, en la que se sealar lo siguiente, segn el tipo del aparato:

Cilindros. Dimetro, carrera, presin, tipo de anclaje, rosca de los agujeros, fabricante.

Bombas hidrulicas. Caudal, potencia, presin, velocidad de rotacin, acoplamiento, dimetro de la tubera, fabricante y otras.

Motores hidrulicos. Caudal, potencia, presin, velocidad de rotacin, acoplamiento, dimetro de la tubera, fabricante y otras.

Filtros. Caractersticas, superficie de filtrado y mieras (p) de paso. Vlvulas de seguridad. Presin de tarado, rosca del agujero, fabricante. Otros aparatos y vlvulas. Datos caractersticos de estos aparatos.

Depsitos y acumuladores. Capacidad y presin mxima.

Tuberas. Dimetros interiores y presin mxima de servicio.

Racordaje en general. Valores que se correspondan con la presin y con el caudal de paso (dimetro interior del tubo).

La representacin de los esquemas va acompaada generalmente de una lista o nomenclatura donde se relacionan todos los materiales.

El funcionamiento del esquema puede realizarse por un descriptivo o por un organigrama de funcionamiento como es, por ejemplo, el Grafcet, que se aplica en esta obra.

APARATO HIDRAULICOSe trata de un cilindro de doble efecto

con amortiguacin de la velocidad al final de la salida y la entrada. SIMBOLO QUE LO REPRESENTA

Smbolos

1

[mj []

( 1) - -X

-

(1)

(2) lJL

(3)(

(4)

>cb

V

Denominacin

Conducto principal o de potencia (trabajo).Conducto secundario o de maniobra.Conducto de pilotado.

Conducto de drenaje.

Conductos que se cruzan sin conexin.

Conductos que se cruzan con conexin.

Conducto flexible.

Purga de aire.Orificio de evacuacin.

Purga de aire.(1) Piso no conectable.(2) Conectable por roscado.

Conexin sobre aparatos o conductos para toma de potencia o para medicin.(1) Tapado.(2) Con lnea de conexin.

Acoplamiento rpido.(1) Acoplado directo.

(2) Acoplado con vlvula antirretorno operada mecnicamente.

(3) Desacoplado.Conduccin abierta.

(4) Desacoplado.Conduccin cerrada por vlvula antirretorno.

Inicio de instalacin cuando se toma la presin de la red.

Depsitos a presin atmosfrica.

(1) Conducciones por encima.

(2) Conducciones por debajo del nivel del lquido.

(3) Depsito a presin.

(4) Depsito con carga.

Smbolos

(1) ~ c y -

(2)

Y

( 1) :

(2) :

" r(2! = (je

( 3 ) = ^ =>rfrr7T?y

O)

(2) = ^

(1)

(2)H -

(3) d

(4)

Denominacin

Acumuladores.

(1) Acumulador neumtico.

(2) Acumulador hidrulico.

Eje rotativo.

(1) Giro en el sentido de la flecha.

(2) Giro en los dos sentidos.

Dispositivo de mantenimiento de la posicin.

Mecanismos articulados.

(1) Articulacin simple.

(2) Articulacin con palanca.

(3) Articulacin con punto fijo.

Dispositivo de enclavamiento.(1) Enclavado.(2) Desenclavado.

Eje, palanca, vstago, pistn.

Sentido del flujo neumtico.

Sentido del flujo hidrulico.

Una flecha inclinada sobre un aparato indica variabilidad de caractersticas a voluntad.

Mandos o accionamientos mecnicos.

(1) Por pulsador.

(2) Por roldana.

(3) Por resorte.

(4) Por roldana abatible o articulada.

SMBOLOS HIDRULICOScos

39

Smbolos Denominacin Smbolos Denominacin

(1)

(3)

(2)IZ|

(1)'

(2)

,3- t C O -

(1) E Z

(2) Hz]

in (z e T

(2)

(2)

(3)

(4)

* = c

f l d

C

> C

(21= 0 :

Mandos o accionadoreselctricos.

(1) Mando por electroimn.

(2) Mando por electroimn con dos arrollamientos.

(3) Mando por motor elctrico monofsico.

Mandos o accionadores de lapresin.

(1) Por accin directa de la presin.

(2) Por accin directa de la depresin.

(3) Por presin diferencial.

Mandos indirectos.

(1) Para distribuidor, por presin.

(2) Para distribuidor, por depresin.

Mandos combinados.(1) Por electroimn y distribuidor

piloto. Neumtico.

(2) Por electroimn y distribuidor piloto. Hidrulico.

Mandos o accionamientosmanuales.(1) Smbolo general de

accionamiento manual.

(2) Accionamiento por pulsador.

(3) Accionamiento por palanca.

(4) Accionamiento por pedal.

Conexin rotativa.

(1) De una va.

(2) De dos vas.

- t X -

Ti

0

Vlvula de aislamiento de dos vas.

Vlvula de aislamiento de tres vas.

Convertidor de presin aire/aceite.

Aparato que transforma presin neumtica en otra igual hidrulica.

Manmetro.

0 =

Q =

Termmetro.

Medidor de flujo.

Contador contabilizador.

Motor elctrico.

Motor trmico.

NOTA: para no hacernos reiterativos y extensos en la presentacin de los smbolos que luego se repiten a lo largo de la obra, y especialmente en el captulo 3, se presentan algunos de los principales aparatos y dispositivos que se van a emplear en los ms de 100 esquemas que se estudian, para mejor comprender esta importante materia de la tecnologa hidrulica.

SIMBOLOS HIDRAULICOS l Smbolos Denominacin

VALVULAS DE CONTROL DE DIRECCION

Smbolos Denominacin

REGULACION DE CAUDAL

i < - i . i2 ------ 1

Cuando la presin va de 1 a 2, hay alimentacin.Cuando la presin viene de 2, el escape es rpido.

DIVISOR DE CAUDAL

El caudal que llega por 1 se deriva hacia 2 y 3 en la proporcin que convenga a la utilizacin

LIMITADOR DE PRESION. VALVULA DE SEGURIDAD

L. f uTET

TII

Limitador de presin regulable. Abre cuando se llega a la presin reglada.

Limitador de presin pilotado y regulable.

4-

*

Vlvula reguladora de caudal en los dos sentidos.

Vlvula reguladora de caudal en un sentido.Hacia la izquierda.

Vlvula reguladora de caudal en un sentido.Hacia la derecha.

FILTRADO

Smbolo general.Filtrado, purificado del fluido.

Filtro con purgador. Mando manual.

Filtro con purgador. Mando automtico.

INTERCAMBI ADORES DE CALOR

Refrigerador sin representacin de los conductos del fluido refrigerante.

Refrigerador con representacin de los conductos del fluido refrigerante.

Limitador de temperatura.La temperatura del fluido se mantiene entre dos valores preestablecidos.

Calentador de un fluido.

LIMITADOR PROPORCIONAL DE PRESION

r 4Limitador proporcional de presin.La presin de la toma de entrada se limita a un valor proporcional a la presin de pilotaje.

Smbolos Denominacin Smbolos Denominacin

n z

i *

Bomba hidrulica de caudal constante, no reversible.

Bomba hidrulica de caudal variable, no reversible.

Motor hidrulico de caudal constante, no reversible.

Motor hidrulico de caudal variable, no reversible.

Motor hidrulico de caudal variable y reversible.

Distribuidor de 4 vas y2 posiciones (4/2) con accionamiento indeterminado para una posicin y resorte para la otra posicin.

Distribuidor de 4 vas y3 posiciones (4/3) con accionamiento elctricoy posicin normal de centro cerrado.

Cilindro hidrulico de simple efecto. Smbolo general.

Cilindro hidrulico de doble efecto. Smbolo general.

Cilindro hidrulico de doble efecto con amortiguacin en los dos sentidos.

Cilindro hidrulico de doble efecto con amortiguacin variable en los dos sentidos.

UL X

J 4

i___

Bomba-motor de caudal constante. Aparato que funciona como bomba o como motor.

Bomba-motor de caudal variable. Aparato que funciona como bomba o como motor.

Motor oscilante, con ngulo de rotacin limitada.

Multiplicador de presin. Aparato que transforma una presin x en una presin y.

Distribuidor de 4 tomas de estrangulamiento (4 vas). Vlvula de palpador accionada por pulsador retorno por muelle.

Electrovlvula de accin directa.Accionamiento directo por electroimn. Sin pilotaje.

Vlvula electropilotada con servomando mecnico. Vlvula accionada hidrulicamente por electrovlvula de accin directa.

Distribuidor de una toma de estrangulamiento (2 vas). Vlvula con pulsador accionada por pulsador, retomo por muelle.

Reductor de presin ajustable.

Reductor de presin pilotado por presin exterior.

SMBOLOS ELCTRICOS

Smbolos Denominacin Smbolos Denominacin

L1N

L1L2L3

L1L2L3N

*EY

Corriente alterna (ca).

Corriente continua (cc).

Conductor de potencia.

Conductor de maniobra.

Lnea monofsica.

Lnea trifsica.

Lnea trifsica con neutro.

Conductores que se cruzan sin hacer contacto.

Conductores que se cruzan haciendo contacto.

Derivacin de un conductor principal.

Interruptor normalmente abierto (NA).

Interruptor normalmente cerrado (NC).

Pulsador normalmente abierto (NA).

Pulsador normalmente cerrado (NC).

Pulsador con dos contactos estando uno normalmente abierto y otro cerrado (1 NA + 1 NC).

Conmutador de dos posiciones.

Conmutador de tres posiciones.

1 . 1 . 1

J J J

i i IYt \1 . 1 . 1

[]

[] [1

m

Interruptor tripolar. Smbolo general.

Seccionador tripolar.

Contactor tripolar.

Disyuntor tripolar.

Seccionador con fusibles incorporados.

Fusible.

Fusibles para un circuito trifsico.

Rel trmico.

Rel magntico.

Lmpara.

il ACCESORIOS HIDFULIC os 3 BOMBAS HIDRULICAS 5913. BOMBAS HIDRULICAS

Las bombas hidrulicas son mquinas hidrostticas cuya misin es la de alimentar los aparatos bajo una presin y caudal determinados.En las aplicaciones industriales se encuentran diversos procedimientos y modelos de bombas, siendo las principales las que se relacionan y estudian a continuacin: Bombas de engranajes. Bombas de paletas. Bombas de pistones (radiales y axiales). Bombas helicoidales. Bombas de accionamiento manual.

Las bombas son accionadas por motores que les imprimen una velocidad a partir de la cual pueden desarrollar su funcin de poner el lquido en movimiento a una determinada presin. Los procedimientos de motorizacin ms importantes son: Motores elctricos [de corriente alterna (CA), o de corriente continua (CC)]. Motores de gasolina y de gas-oil.

Representacin simblica de las principales bombas hidrulicasEl smbolo no tiene en cuenta el procedimiento de bombeo y presurizacin (engranajes, paletas, pistones, helicoidales y otras).

d > ( h

l L i l L (D

I_I_I

Bomba de accionamiento manuai. Bomba de caudal constante. Un sentido de giro. Bomba de caudal variable. Un sentido de giro. Bomba de caudal constante. Dos sentidos de giro. Bomba de caudal variable. Dos sentidos de giro. Dos bombas a caudal constante acopladas en paralelo. Un sentido de giro. Bomba o caudal variable con regulacin de caudal. Un sentido de giro. Bomba de paletas a caudal variable con regulacin de presin. Un sentido

de giro.

(D

IS HIDRULICOS60 BOMBAS HIDRULICAS

14. CONCEPTOS GENERALES SOBRE BOMBAS HIDRAULICAS

Las bombas que se utilizan en los circuitos hidrulicos empujan el lquido hidrulico y lo obligan a circular por la instalacin, tanto si encuentra poca resistencia como si encuentra mucha, por lo que estas bombas se las denomina de flujo positivo y suministran un caudal constante. Tambin reciben el nombre de bombas volu mtricas o dosificadoras.

El caudal suministrado por las bombas volumtricas depende de su cilindrada, que es el volumen terico de lquido que desplaza por cada vuelta o revolucin y su valor viene dado en l/min.

La presin se manifiesta en el momento en el que el fluido encuentra una resistencia y que tendr un lmite en funcin al tipo de bomba de que se trate.

Prdidas mecnicas. Dado que la bomba se comporta como un elemento transformador de la energa elctrica proporcionada por el motor elctrico, en una energa hidrulica (mecnica) realiza esta transfor macin con ciertas prdidas, consecuencia de rozamientos, transmisin, acoplamientos y resistencias mecnicas.

Prdidas volumtricas. Son debidas a las fugas que tienen las bombas en su zona de impulsin hacia la aspi racin. Como es lgico, las fugas aumentan cuando se solicita una mayor presin.

Potencia del motor elctrico que corresponde a la bomba (Pm)

Pb - Potencia de la bomba en kW.Pb PbPm = -------------- = ------ (kW) rime - Rendimiento mecnico de la bomba.

Time - Tjv t|bT|v - Rendimiento volumtrico de la bomba.

rjb = rime i^v rjt - Rendimiento total de la bomba.

p - Presin de servicio en bar.

Pm = 5 (kW) Q - Caudal en l/min.612 rjt

Pm = 2 _ 2 (CV)441,2 T)t

Las bombas volumtricas impulsan el fluido de forma irregular (oscilando entre un mximo y un mnimo), lo que da lugar a ciertas vibraciones que repercuten en las tuberas y aparatos, as como en sus soportes o anclajes de fijacin. Las fluctuaciones o irregularidades en el suministro se pueden corregir o regular mediante acumuladores.

Las bombas de engranajes son de cilindrada constante, mientras que las bombas de paletas y las de pistones pueden ser de cilindrada constante o variable.

Al conjunto moto-bomba se le debe prestar gran atencin, tanto en su montaje (alineacin, nivelacin, acoplamiento) como en su colocacin sobre el propio depsito u otra parte y su mantenimiento o conservacin.

14.1. Cavitacin en las bombas

El fenmeno de la cavitacin se produce cuando en el conducto de aspiracin de la bomba el lquido tiene dificultad para entrar (aspirar), por lo que la presin en este conducto desciende, de modo que si la presin es menor que la tensin del vapor del propio lquido, dar lugar a la formacin de burbujas a las que se denomina cavidades, las cuales sern ocupadas por vapor del propio lquido.

La tensin de vapor de un lquido es la presin mxima que puede alcanzar el vapor saturado de dicho lquido a una temperatura dada y que depender del tipo de lquido de que se trate y de la temperatura que tenga.

El efecto de la cavitacin se presenta cuando estas burbujas de vapor, llamadas cavidades, pasan de la zona de aspiracin a la zona de impulsin (bomba), donde son comprimidas bruscamente bajo presiones dinmicas muy elevadas, que al explotar arrancan micropartculas del cuerpo de la bomba, dando lugar a su deterioro, a un deficiente suministro del lquido y a un envejecimiento rpido de la bomba, con prdida de su capacidad de bombeo (caudal) y subida de presin.

H M @ tP A R A T O S Y ACCESORIOS HIDRULICOS 3BOMBAS HIDRULICAS 61

Este fenmeno se debe principalmente a:

Suciedad en el filtro de aspiracin.

Nivel muy bajo de aceite.

Exceso de velocidad en la tubera de aspiracin por resultar pequeo el dimetro de dicha tubera.

Obturacin de la tubera de aspiracin por la circunstancia que fuere. Que el lquido est a muy baja temperatura.

Que el motor elctrico no d las revoluciones calculadas para esta bomba.

Que est tapado el registro de aireacin del depsito.

Que el aceite no sea el adecuado o no est en condiciones.

Que haya vlvulas cerradas o a medio cerrar en las tuberas de este circuito.

Remedios para evitar la cavitacin

Buen mecanizado y estado de conservacin de la bomba.

Que la tubera de aspiracin sea amplia y corta y que est introducida en el lquido con perfecto sellado con la bomba.

No arrancar la bomba teniendo el lquido muy fro. Si est fro, calentarlo a la temperatura que convenga.

No trabajar con temperaturas muy elevadas del lquido. Que la presin en el circuito de aspiracin sea la indicada por el fabricante.

El filtro de aspiracin debe ser un colador para ciertas materias, no todas, lo que llevara a un microfiltrado, cometido que no debe efectuar.

Asegurar el nivel correcto del lquido en el depsito. Si los problemas para una determinada aspiracin persisten depus de verificar que todo va bien, podra

hacerse lo siguiente:- Montar la bomba sumergida en el depsito.- Instalar el depsito a mayor nivel que la bomba.- Presurizar el depsito.

14.2. Efecto diesel

El fluido hidrulico lleva cierta cantidad de aire disuelto que se desprende al descender la presin en la aspiracin y se mezcla con vapores del fluido en el interior de las burbujas.

Cuando se comprimen las burbujas se eleva rpidamente su temperatura. A estas temperaturas el carbono contenido en el aceite est sujeto a una combustin casi explosiva a la que el oxgeno le sirve de comburente. En esta situacin la cavitacin est favorecida por la subida de temperatura debida al aumento de presin de los vapores saturados.

Una burbuja comprimida a 100 C puede alcanzar una temperatura cercana a los 500 C.

15. BOMBA DE ENGRANAJES

Las bombas de engranajes son las ms utilizadas en las aplicaciones hidrulicas, ya que abarcan una amplia gama de utilizaciones, tal como se resume a continuacin:

Trabajan a presiones que pueden superar los 200 bar en rgimen continuo y en una sola etapa. Se puede subir en presin, reduciendo el caudal.

Funcionan en velocidades comprendidas entre 500 y 3.500 rpm.

Son de construccin slida y de volumen reducido.

Existe una amplia gama de caudales, pero a caudal fijo.

El rendimiento en condiciones normales mximas oscila entre 85 y 90%, que baja rpidamente con el desgaste de la bomba.

362

Resumiendo, se trata de bombas de cilindrada fija y son utilizadas para bajas y medias presiones.

1. Carcasa.

2. Engranajes.

3. Cmara.

4. Entrada de fluido. Aspiracin.

5. Salida de fluido. Impulsin bajo presin.

Bombas de engranajes exteriores

Se utilizan para grandes caudales y presiones relativamente bajas.

Son de construccin sencilla, fciles de utilizar y con rendimientos de hasta el 90%.

Bombas de engranajes interiores

Son bombas con buenas prestaciones y buen rendimiento volumtrico, prximo al 98%.

Tienen buena aspiracin, son silenciosas, de construccin compacta y de reducido volumen.

Bombas de engranajes mltiples

Tienen posibilidad de una o varias salidas independientes.

Bombas de tornillos

Proporcionan un caudal homogneo, sin pulsaciones y turbulencias.

Funcionamiento de las bombas a engranajes

Una bomba de engranajes consta bsicamente de:

Una carcasa exterior que en su interior aloja los engranajes y en el exterior tiene los acoplamientos roscados para conectar el conducto de aspiracin por un lado y por el otro el conducto de impulsacin.

En el interior de la carcasa estn los dos engranajes o piones, siendo uno el motriz o conductor y que est acoplado en el exterior al eje del motor elctrico y el otro pin el conducido. Los piones estn ajustados a la carcasa y tienen las holguras normales entre dientes de ambos piones, a travs de ios cuales el lquido aspirado es conducido hacia el lado de la impulsin.

El caudal y la presin vienen dados por la capacidad o volumen que tienen los huecos u holguras entre dientes y el ajuste entre los mismos para pocfer dar presin al lquido.

Los piones estn fabricados generalmente en acero al cromo-nquel y cementados a una profundidad de 0,7 a1 mm, que les asegura una dureza elevada y finalmente son rectificados.

Los dientes de los piones para uso en bombas tienen un tallado diferente que los convencionales.

El cuerpo o carcasa es de fundicin gris o de una aleacin de aluminio.

BOMBAS HIDRULICAS D ENGRANAJES

^ BOMBAS HIDRULICAS DE PALETASE! caudal total que proporciona una bomba de engranajes se calcula de forma aproximada mediante la siguiente frmula:

2jt Dp M - b n . . . . .Qt = --------- ----------------- (l/min1.000 '

Dp - Dimetro primitivo, en cm.M - Mdulo del engranaje.b - Ancho del diente, en cm.n - Nmero de revoluciones por minuto (rpm).

16. BOMBAS DE PALETAS

Se utilizan para bajas presiones, pudiendo ser la cilindrada fija o variable.

Estas bombas pueden trabajar en los dos sentidos de rotacin y pueden ser: De construccin equilibrada. Los empujes hidrulicos se equilibran entre s, compensando las holguras. De caudal variable autorreguladora. Buen rendimiento en circuitos simplificados.

Limita en cada instante el caudal necesario segn sea el trabajo a realizar.El caudal de estas bombas est comprendido entre 2,5 y 300 l/min.Se utilizan para trabajar a baja presin, hasta 150 o 200 bar.Las velocidades de rotacin para estas bombas vara entre 500 y 2.000 rpm.

EntradaAspiracin

SalidaImpulsin bajo presin

L Crter

PaletaFuncionamiento de las bombas a paletasUna bomba de paletas consta bsicamente de:Una carcasa de forma cilindrica dentro de la cual y excntrica a la misma gira un rotor sobre el cual van dispuestas radialmente las paletas, que estn alojadas en unas guas.

Al girar el rotor, las paletas son despedidas por la fuerza centrfuga contra las paredes de la carcasa en su parte interior, formando cmaras entre paletas que al avanzar y aumentar volumen durante el giro crean una depresin que aspirar del lquido que viene detrs para llenarlas. Una vez rebasado el punto de mxima excentricidad, el volumen de la cmara se va reduciendo y el lquido es expulsado al circuito a una presin elevada.

Clculo del caudal terico de una bomba de paletas simple

b - Ancho del rotor, en cm.Qt = 2 b n n - (R2 - r2) (R - r) e z

cosa(l/min) R - Radio mayor del perfil del anillo-estator, en cm.

r - Radio menor del perfil del anillo-estator, en cm. e - Espesor de la paleta, en cm. z - Nmero de paletas.a - ngulo de inclinacin de la paleta respecto al radio, n - Nmero de revoluciones por minuto (rpm).

17. BOMBAS DE PISTONESLas bombas a pistones son utilizadas para grandes presiones que pueden ser de 150, 200, 250, 300, 500, 700,1.000 y hasta 2.000 bar.El rendimiento volumtrico para estas bombas puede llegar al 100%.

64

. APARATOS Y ACCESORIOS HIDRAULICOSBOMBAS HIDRAULICAS DE PISTONES

El caudal que pueden suministrar estas bombas puede estar comprendido entre 0,3 y 250 l/min.

Las velocidades de rotacin son elevadas y pueden llegar a las 7.000 rpm.

Las bombas a pistones pueden ser para caudal fijo o variable.

El caudal de estas bombas es muy regular cuando dispone de varios pistones.

Tipos de bombas a pistones. Se distinguen tres tipos de bombas, a saber:

a) Bombas de pistones en lnea.

Tienen cilindrada fija. El rendimiento puede llegar hasta el 97%.Presiones de servicio que pueden superar los 500 bar.De construccin simple.

b) Bombas de pistones radiales.

Pueden ser de cilindrada fija o variable. El rendimiento volumtrico puede llegar hasta el 99%.La presin de servicio puede superar los 500 bar. Presin de 400 bar en rgimen continuo y 600 bar en rgimen intermitente.Estas bombas pueden alcanzar hasta las 3.000 rpm.Se pueden independizar los caudales de cada pistn.

c) Bombas de pistones axiales.

Pueden ser de cilindrada fija o variable.Las presiones de servicio pueden ser altas o muy altas, hasta 2.000 bar.Posibilidad de autorregulacin en las de caudal variable.El caudal se consigue modificando el ngulo que forma el plato inclinado con el eje del motor, lo que hace variar la carrera del pistn y con ella la cilindrada.

Eje que se acopla al motor de accionamiento normal mente elctrico.

Plato inclinado. Placa oscilante.

Rodamientos interpuestos entre la placa aislante y el plato inclinado.

Dispositivo deslizante de regulacin.

Pistones. Bielas que unen la placa

oscilante con los pistones.

Cmara. Bola de retencin (antirre-

torno). Bola de retencin (antirre-

torno).

Salida

Entrada

Funcionamiento de las bombas a pistones

Tomamos como referencia la bomba a pistones axiales de la figura, en la que los pistones van dispuestos de forma simtrica y paralela al eje principal del bloque de pistones, de la que existen dos variantes, como son la de bloque de pistones fijo y la de bloque de pistones giratorios.

La bomba a pistones axiales de bloque fijo (figura) tiene montado a su eje un plato inclinado que, al girar, empuja los pistones describiendo un recorrido equivalente a un cono, con lo que los pistones entrarn aspirando lquido para luego expulsarlo hacia la utilizacin.

APARATOS.Y ACCESORIOS HIDRAULICOSBOMBAS MANUALES 65

18. OTROS TIPOS DE BOMBASAdems de las bombas que se han estudiado, aqu se presentan otras bombas con las que se complementa este apartado sobre bombas hidrulicas: Bombas de engranajes interiores. Bombas de tornillo. Bombas de membrana. * Bombas de accionamiento manual.

18.1. Bombas de tornilloAqu se presenta una bomba de tornillo cuyos elementos principales se relacionan junto al dibujo/croquis de la bomba. Tienen buen rendimiento, sobre el 0,9, pueden alcanzar presiones de hasta 180 bar y su eje puede girar a altas velocidades (3.000 a 5.000 rpm).Puede tratar pequeos y grandes caudales, siendo su funcionamiento silencioso a pesar de trabajar a altas velocidades.

L1 L2L3

18.2. Bombas de accionamiento manual

Subir/bajar

Salida

Entrada

Motor elctrico.

Acoplamiento motor-bomba. Husillo central o motriz. Vlvula limitadora de la

presin para proteger de elevadas presiones las juntas de estanqueidad.

Carcasa o cuerpo de la bomba.

Husillos laterales Cmara de aspiracin.

Cmara de impulsin.

Subir/bajar

Lquido Bola antirretornoDos ejemplos de bomba manual de mbolo cuyo funcionamiento

es el siguiente:Al subir el mbolo se aspira el lquido, que ir llenando la cmara A, a medida que avanza, permaneciendo abierta la tapa 1 y cerrada la tapa 2.Al bajar el vstago se cierra 1 y se abre 2. En este movimiento el lquido contenido en la cmara A pasa a la cmara B. Al volver a subir el mbolo el contenido de la cmara B se enva al exterior y la cmara A vuelve a llenarse.La segunda bomba tiene el mismo funcionamiento que la primera, pero una sola tapa de retencin, disponiendo de una bola de retencin en la tubera de aspiracin.

Bom ba de engranajes, para aceite, con los ejes m ontados sob re cojinetes de bronce. La retencin del aceite se obtiene m ediante guarniciones m ecnicas Pacific para ejes g iratorios y p ara altas presiones. (Tipos de la Angst & Pfister S.p.a. Represen

tacin de Miln.)

(sin

Caudal en 1/min a 1.500 r.p .m . 10 16 20 25 32 40 50 64 80 100

Dimetro prim itivo, en mm , de los engranajes .............................. 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42

Mdulo, en mm ............................. 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Ancho de los engranajes, en m m 12 20 25 32 20 25 32 20 25 32

Nmero de engranajes .................. 2 2 2 2 3 3 3 6 6 6

Longitud L de la bom ba .............. 80 80 80 80 80 80 80 140 140 140

Seccin transversal de una bom ba de paletas de caudal variable para aceite. (Proyectada y constru ida en los Talleres M orara, Bolonia.)

v->ss

^

Esquem a de una bom ba de paletas, para aceite, de caudal variab le: a alim entacin exterior, y b, de alim entacin in terior.

Bom ba de caudal variable para aceite, de m bolos radiales. (Construccin Heller.)

Seccin de una bom ba de tres to rnillos MO (revoluc. n = 3.000 p o r m inuto; caudal Q' cmJ/min = 65 1/min; p resin p' = 155 kg/ram!).

= 65.000

7-v^*-:-. yAPARATOS Y ACCESORIOS HIDRULICOS1 'V " Er ** O''/ t j- - a j- - B _ j- . . . . a ___ . . . - - _ _ - _ . . . . _ a a a a . a a# i n i i n i v-/ w i r \ v vv i -/ vy i 11 w i 11 l / i / v-/ i i v/ v / v/

66 BOMBAS HIDRAULICAS

18.3. Resumen de frmulas de clculo

18.3.1. Caudal proporcionado p o r una bomba hidrulica

V - Volumen o caudal geomtrico que genera una bom ba, en cm3.

_ V n J|vol /|/mn\ n . Velocidad de qiro, en rpm.1.000 v '

i]vol - Rendimiento volumtrico.

18.3.2. Potencia necesaria para e l accionam iento de la bomba hidrulica

p Q 600 iit

P -Q 440 r|t

18.3.3. Rendim iento de las bombas hidrulicas

n . QPa = - (kW) p - Presin en bar.

Q - Caudal en l/min.

Pa = - (CV) T^ t - Rendimiento total.

Pu -Pu

11 PaPa -

r|t = r|v rin r|t -ilt 0,75 llt -

r|v = 0,8 r im e -

T)m e = 0,9

- Potencia til dada por la bomba.

Potencia absorbida por la bomba del motor de accionamiento.

Rendimiento total.

Rendimiento volumtrico.

Rendimiento hidrulico/mecnico.

18.3.4. Rendim iento volum trico de las bombas ms utilizadas (rv)

1. Bomba de engranajes .......................... 0,75 a 0,85

2. Bomba de paletas ................................ 0,90 a 0,95

3. Bomba de pistones................................. 0,70 a 0,95

Clculo del rendimiento volumtrico:

q Qr - Caudal real, nv = -----

Qt Qt - Caudal terico.

18.3.5. Potencia del m otor e lctrico que acciona la bomba hidrulica

1. Potencia til en el eje del motor (Pum)

Pum = V L J J _ L ^ L l (kW)1.000

2. Potencia absorbida por el motor (Pam)

V3 U I cos

APARATOS Y ACCESORIOS HIDRULICOS ___H _ _ . ' ___ :_________________ ________ - ' .

72 POTENCIA HIDRAULICA DE LA BOMBA

20. POTENCIA DE ACCIONAMIENTO DE LA BOMBA

FRMULAS DE CLCULO

Q = 25 l/mn

F1 F2

t i4.000 kg

C1

1. Presiones a considerar en el c ircu ito

po - Presin atmosfrica.p - Presin relativa, la que marca el manmetro.

2. Caudal que circula por el c ircuito

VQ =

tQ =

P

3. Potencia hidrulica desarrollada por la bomba

x t

V -p

p =

p =

Potencia expresada en trabajo realizado por unidad de tiempo.

Vsiendo Q =

t t

4. Frmulas prcticas de clculo

p -Q

se tendr que: P = p Q

P =

P =

600 ti

p -Q

(kW)

(CV)

p - Presin en bar.

Q - Caudal en l/min.i] - Rendimiento de la bomba.

441 ti

5. Calcular la potencia necesaria para la bomba del circuito

Trabajo a desarrollar: T = m h = 4.000 x 1,5 = 6.000 kg

Presin necesaria: p =T/S1 = 6.000/100 = 60 bar Caudal circulante: Q = 25 l/min

p Q 60 x 25Potencia en kW: P =

Potencia en CV: P

600 ri

P Q 441 ti

600 x 0,85

60 x 25 441 x 0,85

= 2,94 = 3 kW

= 4 CV

Equivalencias: 1 kW = 1.000 W 1 CV = 736 W 1 kW = 1,36 CV

APARATOS Y ACCESORIOS HIDRULICOSGRUPO MOTO-BOMBA. POTENCIAS 73

21. ACCIONAMIENTO DE LA BOMBA HIDRAULICA

FRMULAS DE CLCULO

PE L1 L2 L3

Motor elctrico Bomba hidrulica

1. Potencia solicitada a la bomba hidrulica (Pa)

Pa = (kW)600 T|tot v

2. Potencia de salida (P)

P = J ^ L i l (kW)9.550 v '

3. Par terico (M)

M = (l/min) 20 k v '

9.550 P M = ----- - (kW)

p - Presin de servicio en bar.

Q - Caudal en l/min.

rjtot - Rendimiento total, entre 0,8 y 0,85.

M - Par terico en bombas y motores (Nm).

n - Revoluciones por minuto (rpm).

qn - Caudal geomtrico (cm3/vuelta).

P - Potencia en kW.

4. Potencia absorbida por el motor trifsico con rotor en cortocircuito

Pab = V? U I cos(p ((

3 APARATOS Y ACCESORIOS HIDRULICOS74 MOTORES ELCTRICOS PARA EL ACCIONAMIENTO DE BOMBAS

22. MOTORES ELCTRICOS

En el captulo 7 se estudian diferentes formas de arranque de motores trifsicos, que pueden ser el elemento motriz y principal en las centrales hidrulicas.

La electricidad es compaera necesaria de la hidrulica, ya que la encontramos en:

El motor que acciona la bomba que se encarga de poner el fluido oleohidrulico a la presin que requiere la utilizacin o aplicacin.

En resistencias calefactoras. En agitadores u homogenizadores. En electrovlvulas de accionamiento. En electrnica de accionamiento y control. En niveles, detectores de presencia, presostatos, termostatos y otros muchos. En automatismos de funcionamiento general de una mquina o instalacin. Integrados a sistemas de funcionamiento, bien sea a base de lgica cableada o lgica programada (autmatas

programables).

El motor elctrico es fundamental en toda instalacin hidrulica industrial en la que haya una transformacin de energa elctrica que pasa a energa hidrulica y despus a energa mecnica en cilindros y motores.

En el motor elctrico hay que distinguir las siguientes caractersticas:

a) Caractersticas mecnicas

Altura del eje desde su base. Dimetro del eje y chavetero. Forma de sujecin del motor. A patas, a bridas y otras. Acoplamiento motor/bomba.

b) Caractersticas elctricas

Potencia elctrica en kW. Clase de la corriente elctrica. Corriente alterna (CA) o corriente continua (CC). Tensin de servicio en voltios (V). Intensidad absorbida en amperios (A). Velocidad en revoluciones por minuto (rpm).

Motor de corriente continua.

Motor monofsico de corriente alterna.Motor trifsico con rotor en cortocircuito de corriente alterna.

Atendiendo a la tensin o tensiones del motor y a la tensin de la red, los motores trifsicos con rotor en cortocircuito se podrn conectar en:

a) Conexin estrella (A.).Cuando Um = UL/V3- Um - Tensin del motor.

b) Conexin tringulo (A).Cuando Um = UL.

Formas de arranque de un motor trifsicoVer captulo 7.

Factor de potencia (cos

APARATOS Y ACCESORIOS HIDRULICOS 3CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE MOTORES TRIFSICOS 75

Potencia nominal a 50 Hz ,

RED DE 380 V RED DE 415 VVelocidadnominal

Intensidadnominal

Factor de potencia Rendimiento

Velocidadnominal

Intensidadnominal

Factor de potencia Rendimiento

P nkW

Nnmin- '

'nA

Cosip TI%

Nn min 1

InA

Cosip%

0,09 1.355 0,36 0,7 54 1.390 0,38 0,68 540,12 1.350 0,43 0,8 55 1.390 0,45 0,75 560,18 1.390 0,6 0,78 63 1.420 0,63 0,73 620,25 1.420 0,7 0,76 70 1.440 0,72 0,7 690,37 1.420 1,1 0,74 70 1.430 1,13 0,68 690,55 1.370 1,65 0,78 66 1.410 1,68 0,72 650,55 1.385 1.7 0,76 66 1.410 1,7 0,7 660,75 1.380 2 0,8 69 1.410 2 0,74 700,9 1.415 2.4 0,77 73 1.435 2,4 0,7 721,1 1.410 2,6 0,85 75 1.430 2,5 0,80 771,5 1.420 3,7 0,83 74 1.435 3.6 0,79 741,8 1.420 4,1 0,83 80 1.440 4,1 0,77 792,2 1.410 5,2 0,85 76 1.440 5,2 0,78 763 1.415 7,1 0,83 78 1.430 7,3 0,74 774 1.415 9,2 0,83 80 1.435 9,3 0,76 805,5 1.420 12 0,85 81 1.435 11,7 0,8 827,5 1.445 15,8 0,85 85 1.455 15 0,82 859 1.445 18,3 0,87 86 1.455 18,6 0,79 86

11 1.450 21,5 0,88 88,5 1.460 20,9 0,83 88,515 1.444 29,6 0,87 88,5 1.455 29,2 0,81 89,218,5 1.445 36,2 0,87 89,3 1.455 34,9 0,82 89,922 1.445 43,5 0,86 89,3 1.455 42,1 0,81 89,830 1.450 56,8 0,89 90,1 1.465 54,1 0,85 90,737 1.465 70 0,87 92,0 1.470 67,0 0,83 92,645 1.465 84 0,88 92,5 1.475 79 0,85 92,955 1.475 102 0,87 93,9 1.480 97 0,84 94.375 1.480 140 0,86 94,8 1.485 132 0,83 95,090 1.485 169 0,85 95,0 1.488 158 0,83 95,2

110 1.485 204 0,86 95,3 1.488 191 0,84 95,5132 1.485 244 0,86 95,5 1.488 229 0,84 95,5160 1.485 285 0,89 95,8 1.488 269 0,86 96,1

Esta tabla presenta las principales caractersticas de motores trifsicos con rotor en cortocircuito y frecuencia de 50 Hz para las tensiones de 380 V y 415 V.

1. Velocidad del eje del motor (n)La velocidad de un motor depende de su polaridad y esta tabla es para motores de 4 polos.

2. Potencias en un motor (P)Se distinguen dos potencias, como son:

a) Potencia absorbida de la red por el motor b) Potencia til (la que da el eje del motor)

V ^ U I c o s q , V 3 . U . | . c o s < p . T 1 1.000 u 1.000

3. Factor de potencia (cos

APARATOS Y ACCESORIOS HIDRULICO!- ___ ___ -_______:__ - . ----- : ---_ -----

76 MOTORES HIDRAULICOS

23. MOTORES HIDRAULICOS

Los motores hidrulicos son mquinas hidrostticas.

Existen varios tipos de motores:

Motor de engranajes.

Motor de paletas.

Motor de pistones radiales.

Motor de pistones axiales.

Los motores hidrulicos son accionados por el tluido hidrulico que llega por la tube ra accionado por una bomba hidrulica.

1. Momento generado por el motor (Mm)

Ap V TihmMm =

2 k 100(daNm)

2. Caudal consumido por el motor (Q)

V nQ = (l/min)

1.000 t^voI

3. Nmero de revoluciones (n)

Q T|Vol 10 3n =

V(rpm)

Equivalencias:

Ap - Diferencia de presiones entre entrada y salida del motor, en bar.

V - Caudal geomtrico de la bomba, en cm3.

r|hm - Rendimiento hidrulico/mecnico. Variable entre 0,9 y 0,95.

tivoI - Rendimiento volumtrico. Variable entre 0,9 y 0,95.

4. Motores cuyos smbolos se representan en esta pgina

Motor hidrulico de caudal constante. No reversible.

Motor hidrulico de caudal constante. Reversible.

Motor hidrulico de caudal variable. No reversible.

Motor hidrulico de caudal variable. Reversible.

Motor hidrulico oscilante.

5. Potencia generada (P)

Ap Q rjtotP =

r|tot

600

0,8 a 0,855.

(kW)

APRATOS Y ACCESORIOS HIDRULICOSMOTORES HIDRAULICOS 77

M = F r

24. INTRODUCCION A LOS MOTORES HIDRULICOS

Los motores hidrulicos son mquinas que transforman la energa del fluido que se les aplica en una energa mecnica rotativa y que se toma del eje del propio motor.

Las aplicaciones de los motores, aun siendo menos que las de los cilindros, son muy importantes dentro del amplio campo de las instalaciones hidrulicas, siendo su campo de aplicacin principal en mquinas de obras pblicas, elevacin, barcos, armamento, mquinas herramienta, transfer, mquinas para la fabricacin del cau cho y sus derivados incluyendo los plsticos, prensas, cortadoras y otras muchas.

Caractersticas principales a tener en cuenta al realizar el clculo de motores hidrulicos

a) Par torsor en el eje del m otor (M)

Frmula general de clculo del par

M - Par en Nm.F - Fuerza, en newtons (N).

M = Ap qr r - Radio, en metros (m).Ap - Presin til (Ap = Pe - Ps).

Diferencia de la presin de entrada con la presin de salida.

qr - Cilindrada reducida.

q - Cilindrada por revolucin.

b) Potencia desarrollada p o r el m otor (P)

Q = qr co Q - Caudal de alimentacin.P = M o) qr - Cilindrada reducida.

P = Q - Ap co - Velocidad angular, en 7td/s.M n n - Velocidad de rotacin en revoluciones por minuto (rpm).

(kW)9.550 M - Par en Nm

2n n . . . .(rd/S)

c) Otros elementos de c lcu lo1. Cilindrada terica (q)

Es la cantidad terica de fluido que necesita el motor para que su eje d una vuelta completa, y se expresa en litros (I).

2. Par terico (Mt)Este valor no tiene en cuenta el rendimiento, que ser uno, y viene dado en newton por metro (Nm).

Mt = 0,000159 q Ap

3. Par real (Mr)En este caso se tiene en cuenta el rendimiento del motor, cuyo valor puede estar comprendido entre 90 y 85% del par terico.

Mr = Mt T)m

Par de arranque (Ma)Corresponde al valor real desarrollado en el arranque del motor y est comprendido entre 60 y 95% del valor del par real, segn sea el tipo de motor de que se trate.

La estanqueidad y las fugas son los factores que penalizan el par de arranque.

5. Caudal absorbido por el motor (Q)q - Cilindrada terica (l/min).

Q = ^ (l/min) n - Velocidad de rotacin en rpm.

r)v - Rendimiento volumtrico.

APARATOS Y ACCESORIOS HIDRAULICOS-______ ;________