módulo hidráulica enero 2015
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Módulo HirdráulicaTRANSCRIPT
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GUA DE ESTUDIO DE ASIGNATURA
HIDRULICA
MATERIAL DESARROLLADO Y RECOPILADO PARA USO DIDCTICO
AUTOR ING. JOVANNY RAFAEL DUQUE
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Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 1
Tabla de
Contenido
UNIDAD 1.
FUNDAMENTOS DE LA HIDRULICA 4
Competencias 4
1.1 Definicin de hidrulica. 4
1.2 Campos de aplicacin de la hidrulica 5
1.3 Ventajas y desventajas de la hidrulica 6
1.4 Presin 7
1.5 Presin absoluta y presin manomtrica 8
1.6 Ley de Pascal 8
1.7 La presin atmosfrica carga la bomba .. 11
1.8 Las bombas de desplazamiento positivo ...
12
1.9 Como se crea la presin en un circuito hidrulico..
13
1.10 Circulacin de caudal en paralelo 14
1.11 Circulacin de caudal en serie 14
1.12 Cada de presin a travs de un orificio 15
1.13 Clculo de la velocidad de un lquido que fluye por una tubera 15
1.14 Velocidad en las tuberas 16
1.15 Clculo de la velocidad de un actuador. .. 17
1.16 Clculo de fuerzas en cilindros .. 20
1.17 Trabajo y potencia .. 21
1.18 Transformacin de la potencia en un sistema hidrulico 22
1.19 Eficiencia y prdidas de potencia en un sistema hidrulico 24
1.20 Diseo de un sistema hidrulico sencillo
25
UNIDAD 2.
COMPONENTES DE UN SISTEMA HIDRULICO. .
28
Competencias 28
2.1 Representacin esquemtica de la cadena de mando 29
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2.2 Lquido a presin... 29
2.3 Depsito 30
2.4 Filtro 31
2.5 Grupo de accionamiento 34
2.6 Bomba de engranajes 36
2.7 Vlvula limitadora de presin 40
2.8 Vlvulas distribuidoras 43
2.9 Vlvula antirretorno.. 59
2.10 Vlvula de estrangulacin fija 61
2.11 Vlvula de estrangulacin regulable 62
2.12 Vlvula de estrangulacin y antirretorno 64
2.13 Regulador de caudal, de dos vas Tipo de construccin A . 65
2.14 Regulador de presin, de dos vas (regulador sin orificio de escape) 72
2.15 Regulador de presin, de tres vas (con orificio de escape) 76
2.16 Vlvula de secuencia (mando en funcin de la presin) 77
2.17 Vlvula antirretorno, desbloqueable hidrulicamente 80
2.18 Cilindro de simple efecto ... 84
2.19 Cilindro de doble efecto ... 85
2.20 Motor hidrulico ... 87
2.21 Acumulador hidrulico.... 94
UNIDAD 3. 97
CIRCUITOS HIDRULICOS ... 97
Competencias.. 97
3.1 Simbologa de los componentes hidrulicos segn norma ISO 1219. 98
3.2 Introduccin a la tcnica de mando hidrulico. 100
3.3 Diseo cinemtico de sistemas hidrulicos. 108
3.4 Diseo de circuito (dimensionamiento de elementos) 115
BIBLIOGRAFA
164
ESTRATEGIAS PEDAGGICAS PARA EL USO DEL INGLES TCNICO
165
ANEXOS ARTICULOS EN INGLES LECTURAS RECOMENDADAS
ARTICULOS INGLES....
168
Aplication of Hydraulics in Mining Equipmen . 168
Large hydraulic Liebherr excavator R995 Litronic
169
KOMATSU Excavators PC600LC-8
170
CATERPILLAR 789C Mining Truck (195 tons)
173
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Unidad
1
FUNDAMENTOS DE LA
HIDRULICA Definicin, aplicaciones, ventajas y desventajas de la hidrulica. Presin y sus factores de conversin. La
ley de Pascal y su aplicacin a la palanca hidrulica. Transmisin de la potencia hidrulica y ventajas
respecto a sistemas elctricos. Derivaciones del caudal. Diseo de un sistema hidrulico sencillo. Principios
de hidrosttica y de hidrodinmica. Propiedades caractersticas de un fluido hidrulico. (8 Horas).
Al finalizar esta unidad el estudiante desarrollar las siguientes competencias y estar en capacidad de:
Comprender los principios fsicos que explican la transmisin de potencia a travs de fluidos
comprimidos.
Inculcar el respeto por los compaeros de trabajo, superiores y personas con las que trata
continuamente, como punto de partida para llevar buenas relaciones personales.
Manejar con propiedad el lenguaje tcnico relacionado con el campo de los sistemas hidrulicos en
el idioma espaol y el idioma ingls.
Actuar de acuerdo con los principios ticos, morales y de seguridad necesarios para el correcto
desempeo profesional en la empresa.
1.1 Definicin de Hidrulica: La palabra "Hidrulica" proviene del griego "hydor" que significa "agua". Hidrulica1 es la tecnologa que se emplea para la transmisin y control de fuerzas y movimientos
por medio de lquidos comprimidos, los lquidos que mejor prestan este servicio son los aceites minerales
pero tambin pueden emplearse otros fluidos, como aceites sintticos, o una emulsin agua-aceite.
1.2 Campos de aplicacin de la hidrulica: En la actualidad las aplicaciones de la oleohidrulica son muy variadas, esta amplitud en los usos se debe principalmente al diseo y fabricacin de elementos de
mayor precisin y con materiales de mejor calidad, acompaado adems de estudios mas acabados de las
materias y principios que rigen la hidrulica .Todo lo anterior se ha visto reflejado en equipos que permiten
trabajos cada vez con mayor precisin y con mayores niveles de energa, lo que sin duda ha permitido un
creciente desarrollo de la industria en general. Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos, mviles e
industriales:
1 VICKERS. Manual de Oleohidrulica Industrial, Vickers Systems.
Pgina Web recomendada www. tecnicaoleohidraulica.com curso de Hidrulica
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Aplicaciones Mviles El empleo de la energa proporcionada aceite a presin, puede aplicarse para
transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar vehculos mviles tales
como:
Maquinaria para la minera
Tractores
Gras
Retroexcavadoras
Camiones recolectores de basura
Cargadores frontales
Frenos y suspensiones de camiones
Vehculos para la construccin y manutencin de carreteras
Aplicaciones Industriales
En la industria, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar,
posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la lnea de produccin, para estos efectos se utiliza
con regularidad la energa proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene entre otros:
Maquinaria para la industria plstica
Mquinas herramientas
Maquinaria para la elaboracin de alimentos
Equipamiento para robtica y manipulacin automatizada
Equipo para montaje industrial
Maquinaria para la industria siderrgica
Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios de vehculos automotores, como automviles,
aplicaciones aerospaciales y aplicaciones navales, por otro lado se pueden tener aplicaciones en el campo de
la medicina y en general en todas aquellas reas en que se requiere movimientos muy controlados
y de alta precisin, as se tiene:
Aplicacin automotriz: suspensin, frenos, direccin, refrigeracin, etc.
Aplicacin Aeronutica: timones, alerones, trenes de aterrizaje, frenos, simuladores, equipos de
mantenimiento aeronutico, etc.
Aplicacin Naval: timn, mecanismos de transmisin, sistemas de mandos, sistemas especializados de
embarcaciones o buques militares
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Medicina: Instrumental quirrgico, mesas de operaciones, camas de hospital, sillas e instrumental
odontolgico, etc.
La hidrulica tiene aplicaciones tan variadas, que pueden ser empleadas incluso en controles escnicos
(teatro), cinematografa, parques de entretenciones, represas, puentes levadizos, plataformas de perforacin
submarina, ascensores, mesas de levante de automviles, etc.
Actividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ15 ESQUEMA Y APLICACIN DE SISTEMAS
HIDRULICOS en el enlace http://www.youtube.com/watch?v=EU5DsMaj5Lo
Actividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ01 FUNDAMENTOS DE HIDRULICA
https://www.youtube.com/watch?v=Cw2twCrd0XY&feature=c4-overview&list=UUTNjkZn6TQHj5hg_i86vIXQ
Actividad: descarga Curso de Sistemas Hidrulicos de Maquinaria Pesada en el enlace
https://docs.google.com/file/d/0B1WvXuSVyhHqcDNyVFFlYlpaN2M/edit?pli=1
Actividad: Revisar On Line HYDRAULICS http://electronics.wisc-online.com/Category.aspx?ID=6
1.3 Ventajas y Desventajas de la hidrulica
Ventajas de la hidrulica
La hidrulica presenta una serie de ventajas principalmente frente a otras tecnologas como la elctrica ya que frente a esta:
Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o momentos de giro, incluso puede arrancar con el actuador bloqueado
Velocidad de actuacin fcilmente controlable con solo regular una vlvula de estrangulacin.
Cambios rpidos de sentido con solo conmutar una vlvula distribuidora.
Proteccin simple contra sobrecargas ya que cuenta con vlvula limitadora de presin a la descarga de la bomba.
Instalaciones compactas, pues con tamaos muy pequeos se puede transmitir grandes potencias. El aceite empleado en el sistema es fcilmente recuperable
Desventajas de la hidrulica
No obstante, tambin tienen desventajas. En muchos casos se encuentran en el medio de transmisin,
en el mismo lquido a presin.
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En las altas presin del lquido hidrulico hay peligros inherentes. Por esta razn, hay que prestar
atencin a que todas las conexiones estn firmemente apretadas y estancas.
El fluido es ms caro y muy sensible a la contaminacin.
Perdidas de carga debidos al rozamiento y las fugas de aceite reducen el rendimiento.
Personal especializado para la manutencin.
Actividad: Buscar en Youtube Serie Energa Hidrulica Titulo La Seguridad Con Los Sistemas Hidrulicos
en el enlace https://www.youtube.com/watch?v=uF_xfDTQBL4 se enumeran y amplan cada una de las
reglas de seguridad que deben ser seguidas al operar y hacerle mantenimiento a un sistema hidrulico.
Actividad: Buscar en Youtube Serie Energa Hidrulica Titulo Diagnstico de Sistemas Hidrulicos en el
enlace https://www.youtube.com/watch?v=nz2l4i9ia5E se identifican los factores a ser considerados al
evaluar la operacin un sistema hidrulico, identificar los pasos que deben ser parte de un procedimiento
sistemtico de anlisis e identificar los sntomas de varias fallas en los componentes y sistemas.
1.4 Presin: Se define como la cantidad de fuerza total ejercida sobre una superficie. Generalmente expresamos esta presin en Kgf/cm2. Conociendo la presin y el nmero de cm2 de la superficie sobre la
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cual se ejerce, se puede determinar fcilmente la fuerza total. (Fuerza en Kgf = presin en Kgf/cm2 x
superficie en cm2).
P = F/A
El esquema anterior se muestra dos cuerpos rectangulares que tienen la misma masa y por ende el mismo
peso (Fuerza F) y se encuentran apoyados sobre dos superficies A1 y A2. Segn la frmula anterior se
ejercer mayor presin sobre la superficie A2 ya que en ella la fuerza se encuentra mas concentrada.
Las unidades ms comunes para expresar la presin son: Pa (N/m2) , Kgf/cm2 ,
PSI (Lbf/pulg2) , Atm , etc.
Los factores de conversin de presin, fuerza, longitud y rea mas usados son:
PRESIN 1bar = 1 Atm = 1.03 Kgf/cm2 = 100000 Pa (N/m2) = 14.63 PSI (Lbf/pulg2) = 760mm de Hg
FUERZA 1 Kgf = 9.8 N = 2.2 Lbf
TIEMPO 1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3600s 1 da = 24 h 1 ao = 365 das
LONGITUD 1 mt = 3.28 ft = 39.36 pulg = 1000 mm = 100 cm 1 Pulg =2, 54 cm 1 ft = 12 pulg
AREA 1 mt2 = 10.76 ft2 = 1550 pul2= 10000 cm2
Ejemplo resuelto: Si a un cilindro cuya rea de pistn es de 7.85 cm2 se le aplican 100 bar de presin,
Cuanta es la fuerza mxima que se puede obtener en N?
P= 100 bar = 1000N/Cm2
A = 7.85 cm2
F = P x A = 1000 N/cm2 x 7.85 cm2 = 7850 N
USO DE FACTORES DE CONVERSIN
1. ) 50 Ton Convertir a lb
2. ) 5 das Convertir a min
3. ) 5000 min convertir a das
4. ) 450 ft convertir a m
5. ) 250 pulgadas convertir a ft
6. ) 350 Psi convertir a bares bares
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Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 8
7. ) 35 atm convertir a kgf/cm
8. ) 250 MPa convertir a bares
9. ) 2 m convertir a ft
10. ) 200 Kgf/cm convertir a KPa Pa
11. ) 770 pulgadas convertir a ft
12. ) 6000 KPa convertir a bares
EJERCICIOS PROPUESTOS - Usar los factores de conversin de unidades entre el Sistema
Internacional y el Sistema Ingles
1. 5.5 Ton Convertir a lbf
2. 7 das Convertir a seg
3. 4 lb Convertir a gr
4. 7800 min convertir a das
5. 45 ft convertir a m
6. 85 pulgadas convertir a ft
7. 120 mm convertir a pulgadas
8. 3000 Psi convertir a bares
9. 1 MPa convertir a bares
10. 25 m convertir a ft
11. 450 Kgf/cm convertir a KPa
12. 65 ft convertir a m
13. 540 mt convertir a ft
14. 260 mt convertir a ft
15. 770 pulgadas convertir a ft
16. 700 KPa convertir a PSI
Ejemplo propuesto: Una plataforma elevadora debe levantar una carga de 15000N, si el sistema suministra
una presin mxima de 75 bar. Cul debe ser el rea (cm2) del pistn para que pueda hacer este trabajo?
Ejemplo propuesto: Si un pistn es sometido a una presin de 750 PSI y ejerce una fuerza de 100000
N, De que dimetro (mm) debe ser su pistn?
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1.5 Presin absoluta y presin manomtrica
La presin absoluta es aquella cuya referencia es el cero absoluto o el vacio completo, las medidas de
presin en unidades absolutas siempre sern positivas, mientras que las presiones relativas o
manomtricas son tomadas con referencia a la presin atmosfrica por tanto estas presiones pueden ser
positivas (arriba de la presin atmosfrica) o negativas (por debajo de la presin atmosfrica).
Pabs = Pmanomtrica + Patm
Una presin manomtrica de 4bar equivale a una presin absoluta de 5 bar, una presin manomtrica de
0.3 bar equivale a una presin absoluta de 0.7 bar.
1.6 Ley de Pascal
La Ley de Pascal, enunciada sencillamente, dice: La presin aplicada a un fluido confinado se transmite
ntegramente en todas las direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre reas iguales, actuando estas fuerzas
normalmente en las paredes del recipiente, Esto explica por qu una botella llena de agua se rompe si
introducimos un tapn en la cmara ya completamente llena, el liquido es prcticamente incomprensible y
transmite la fuerza aplicada al tapn a todo el recipiente. El resultado es una fuerza considerablemente
mayor sobre un rea superior a la del tapn. As, es posible romper el fondo de la botella empujando el
tapn con una fuerza moderada.
Aplicacin de la Ley de Pascal por Bramah: En los primeros aos de la revolucin industrial, un
mecnico britnico llamado Joseph Bramah utiliz el descubrimiento de Pascal para desarrollar una prensa
hidrulica.
Bramah pens que si una pequea fuerza, actuando sobre un rea pequea, crea una fuerza
proporcionalmente ms grande sobre un rea mayor, el nico lmite a la fuerza que puede ejercer una
mquina es el rea a la cual se aplica la presin.
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Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 10
Bramah aplic el principio de Pascal a la prensa hidrulica. La fuerza aplicada es la misma que en el tapn
(10Kgf) y el pequeo pistn tiene el rea de 1 cm2. El pistn grande, sin embargo tiene un rea de 10 cm2.
El pistn pequeo es empujado con 10 Kgf /cm2 de forma que puede soportar un peso total o fuerza de
100Kgf
Puede verse fcilmente que las fuerzas o pesos que equilibran este aparato son proporcionales a las reas
de los pistones. As pues, si el rea del pistn de salida es de 200 cm2, la fuerza de salida ser de 2000 Kgf
(suponiendo el mismo empuje de 10 Kgf/cm2). Este es el principio del funcionamiento de un gato y de la
prensa hidrulica.
Es interesante notar la similitud entre esta prensa simple y una palanca mecnica. Como Pascal ya haba
indicado, en este caso, tambin la fuerza es a la fuerza como la distancia es a la distancia.
En la figura siguiente vemos un mtodo de multiplicar la fuerza en un sistema hidrulico. Una fuerza de 70
Kg es aplicada sobre el pistn A (10 cm2). Mediante el clculo que hemos descrito, se origina una presin
disponible de 7 Kg/cm2.
Esta presin acta sobre la superficie del pistn B de 20 cm2 produciendo una fuerza de empuje de 140
Kgf.
Es decir que la fuerza aplicada sobre el pistn A es multiplicada en la misma relacin, que la existente entre
las reas de los dos pistones.
Este principio, de multiplicacin de fuerza es empleado en el freno de los automviles y en las prensas
hidrulicas.
Refirindonos nuevamente a la figura vemos que la multiplicacin de fuerzas se hace a expensas de
sacrificar la carrera del cilindro B. El pistn A se mueve una distancia de 10 cm desplazando 100 cm (10 x
10).
Esta cantidad de aceite mueve el pistn B solo 5 cm.
La velocidad de la carrera se ha sacrificado. El pistn B se mueve 5 cm, en el mismo tiempo que el pistn A
recorre 10 cm.
En la figura vemos una analoga mecnica al sistema hidrulico descrito. El producto de las fuerzas por
las distancias debe ser igual en ambos sistemas de acuerdo a las leyes de la mecnica. En el extremo
izquierdo 70 Kgf x 0,10 m = 0,700 Kgfm, en el extremo derecho 140 Kgf x 0,5 m = 0,700 Kgfm.
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Actividad: Buscar en Youtube Serie Energa Hidrulica Titulo Controlando La energa Hidrulica en el enlace
https://www.youtube.com/watch?v=z-7B-IHM2Ks se describe la ley de Pascal, la relacin entre presin de fluido y movimiento de
fluidos e identificad los factores que afectan el nivel de presin, el caudal, la velocidad del fluido en un circuito hidrulico.
Actividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ03 LEY PASCAL Y VELOCIDAD en el
enlace http://www.youtube.com/watch?v=kQ3tTDN3hXs&feature=youtu.be
Actividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ04 PRENSA HIDRULICA en el enlace
http://www.youtube.com/watch?v=jFAj4l1YCFU&feature=youtu.be
Conservacin de la energa: Una ley fundamental de la fsica afirma que la energa no puede crearse ni
destruirse. En este sentido tambin se cumple que el mismo trabajo que el operador ejerce sobre el pistn
pequeo es el mismo trabajo que el pistn grande ejerce sobre la carga.
Para los dos casos anteriores se cumple que F1 x d1 = F2 x d2 siendo d1 el desplazamiento del pistn
pequeo y d2 el desplazamiento del pistn grande.
Otra forma de determinar el desplazamiento de los cilindros es a travs de la relacin A1 x d1 = A2 x d2
la cual indica que el volumen desplazado por el pistn pequeo es el mismo volumen que desplaza el
pistn grande.
Ejercicio propuesto: Para fabricar la pieza (2) ha de montarse en la prensa hidrulica, con el fin de
someterla a una fuerza de 4000 Kgf. A) determine la fuerza F1 necesaria para lograr el objetivo, si A1= 20
cm2 y A2= 600 cm2. b) determine la fuerza F aplicada al extremo de la palanca necesaria para alcanzar
la fuerza F1. c) determine el desplazamiento del embolo de trabajo d2 si el embolo de apriete se desplaza
d1= 15cm.
Funcionamiento del gato hidrulico
Actividad: Observar el video GATO HIDRULICO -H20
http://www.youtube.com/watch?v=qMgl8ACkd-E
1.7 La presin atmosfrica carga la bomba
Normalmente la entrada de una bomba est cargada con aceite, debido a la diferencia de presiones entre el
depsito y la entrada de la bomba. Generalmente la presin en el depsito es la presin
atmosfrica, que es de l,03 Kgf/cm2. Es, pues necesario tener un vaco parcial o una presin reducida a la
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entrada de la bomba, para que sta pueda aspirar aceite.
Situacin tpica de una bomba manual, que es simplemente un pistn reciproco. En la carrera de aspiracin, el
pistn crea un vaco parcial en la cmara de bombeo. La presin atmosfrica en el depsito impulsa al aceite
hacia la cmara para llenar el vaco. (En una bomba rotativa las cmaras de bombeo sucesivas aumentan de
tamao a medida que pasan por la entrada creando, efectivamente, una condicin de vaco).
Si fuese posible crear un vaco completo a la entrada de la bomba, se dispondra de 1,03 Kgf/cm2 para
impulsar al aceite. Sin embargo, prcticamente la diferencia de presin disponible es mucho menor. Uno de
los motivos es que los lquidos se evaporan en un vaco. Esto introduce burbujas de gas en el aceite. Las
burbujas son arrastradas a travs de la bomba, desaparecen con fuerza considerable cuando se ven
expuestas a la presin en la salida y causan daos que pueden perjudicar al funcionamiento de la bomba y
reducir su vida til.
La mayora de los fabricantes de bombas recomiendan un vaco, que no exceda de 127 mm de mercurio, el
equivalente de aproximadamente 0,83 Kgf/cm2 en la entrada de la bomba. Con una presin atmosfrica de
1,03 Kgf/cm2 disponible en el depsito esto deja solamente una diferencia de presin de 0,20 Kgf/cm2 para
impulsar al aceite hacia la bomba. Debe evitarse una elevacin excesiva y las lneas de entrada de la bomba
deben permitir que el aceite circule con un mnimo de resistencia.
1.8 Las bombas de desplazamiento positivo
Las bombas utilizadas en los sistemas hidrulicos se clasifican como de desplazamiento positivo. Esto
significa que, exceptuando los cambios de rendimiento, la salida de la bomba es constante, aislada de la
entrada, de forma que cualquier cosa que entre se ve forzada a salir por el orificio de salida.
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Como puede observarse en la grfica, las bombas de desplazamiento positivo tienden a suministrar el mismo
caudal a medida que aumenta la presin del sistema, incluso cuando la bomba ha perdido rendimiento
volumtrico.
El nico objeto de una bomba es dar caudal; la presin es originada por la resistencia al caudal. Aunque
existe la tendencia de culpar a la bomba por la prdida de presin, con pocas excepciones, la presin puede
perderse solamente cuando hay fugas que desvan todo el caudal procedente de la bomba.
Como ejemplo supongamos que una bomba de 10 (Lt/min) litros por minuto se utiliza para alimentar un
cilindro de 100 cm2 y para levantar una carga de 4000 Kgf. Mientras la carga sea elevada o soportada por el
aceite hidrulico, la presin debe ser 40 Kgf/cm2.
Incluso si hay un agujero en el pistn y 9,5 Lt/min se fugan a 40 Kgf/cm2, la presin se seguir manteniendo.
Con solamente 0,5 Lt/min disponibles para mover la carga, sta, naturalmente, se levantar muy despacio,
pero la presin requerida para moverla seguir siendo la misma.
Ahora imaginemos que la fuga de 9,5 Lt/min estuviese en la bomba en vez de en el cilindro. Todava habra
0,5 Lt/min para mover la carga y todava habra presin. As pues, una bomba puede estar muy desgastada,
perdiendo casi todo su rendimiento, y la presin todava puede mantenerse. El mantenimiento de la presin no
indica el estado de la bomba. Es necesario medir el caudal a una presin determinada para comprobar si una
bomba est en buenas o malas condiciones.
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Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 14
Actividad: Simula el circuito con el software Fluid Sim H apoyado en los videos de las siguientes
actividades
Actividad: Buscar en la Web y analizar el siguiente Video CARACTERISTICAS DE LAS BOMBAS
HIDRAULICAS http://www.youtube.com/watch?v=TrBQbQoCkgs
Actividad: Buscar en la Web y analizar el siguiente Video Interfaz usuario del software FLUID SIM
H
http://www.youtube.com/watch?v=LRJPdI8tzeA
Actividad: Buscar en la Web y analizar el siguiente Video Construccin de circuitos con Software FLUID
SIM H http://www.youtube.com/watch?v=ZhNqeMjWjGA
Actividad: Buscar en la Web y analizar el siguiente Video Introduccin a la simulacin de circuitos
FLUID SIM H http://www.youtube.com/watch?v=ewm2mAVuxdQ
1.9 Como se crea la presin en un circuito hidrulico
La presin se origina cuando el caudal encuentra resistencia. La resistencia puede ser debida a la carga
del actuador o a una restriccin (u orificio) en las tuberas. La tendencia a suministrar caudal (o empuje)
puede originarse mediante una bomba mecnica o simplemente por el peso del fluido.
Elevacin de la presin en un sistema hidrulico
Los tres esquemas anteriores muestran como se puede elevar la presin en un sistema hidrulico, en el
primero se puede notar que cuando la vlvula est 100% abierta, solo es necesario 0.5 bar de presin para
hacer fluir el aceite al tanque. A medida que se cierra la vlvula a un 50% se nota un incremento de la
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presin ya que al aumentar la resistencia el fluido debe subir la presin para atravesar la vlvula y retornar
el aceite al tanque. En el tercer caso la vlvula se cierra completamente y el aceite no puede pasar a travs
de ella, debiendo pasar por la vlvula limitadora de presin que est regulada a 60 bar. Es decir que la
presin del sistema es directamente proporcional a la carga que esta manejando.
1.10 Circulacin de caudal en paralelo
Una caracterstica inherente a los lquidos, es que siempre toman el camino de menor resistencia. As pues,
cuando las derivaciones ofrecen resistencias diferentes, la presin aumenta solamente en la cantidad
requerida para circular por el camino de menos resistencia.
El esquema muestra un circuito hidrulico con tres vas en paralelo, en su posicin inicial, al activar la bomba
esta solo deber vencer la resistencia que le proporciona la vlvula de cheque del primer tramo, que es de 7
bar, si la vlvula de cierre este tramo es cerrada, el aceite se ver forzado a paras por el segundo tramo,
elevando la presin en 14 bar, si la vlvula de cierre del segundo tramo se cierra, el aceite deber pasar por el
tercer tramo, a una presin mnima de 21 bar, si por ltimo son cerradas todas las vlvula de cierre, el aceite
tendr que subir la presin justo para vencer la resistencia de la vlvula limitadora de presin que est
regulada a 50 bar.
Cuando el caudal de salida de una bomba se dirige hacia dos actuadores, el actuador que necesita menos
presin es el primero en moverse. Como es difcil equilibrar las cargas exactas, los cilindros que deben
moverse juntos se suelen conectar mecnicamente.
1.11 Circulacin de caudal en serie
Cuando las resistencias al caudal estn conectadas en serie, las presiones se suman.
1.12 Cada de presin a travs de un orificio
Un orificio es un paso restringido en una lnea hidrulica o componente, usado para controlar el caudal o
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Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 16
crear una diferencia de presin (cada de presin) Para que el aceite fluya a travs de un orificio, tiene que
haber una diferencia de presin a travs del orificio (el trmino cada" procede del hecho de que la presin
inferior siempre est ms abajo en el sentido de la corriente). Inversamente, si no hay caudal no hay
diferencia de presin a travs del orificio.
Actividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ06 CAVITACIN Y CAIDA DE PRESIN
http://www.youtube.com/watch?v=mEZCaOa7bq0
1.13 Clculo de la velocidad de un lquido que fluye por una tubera
Velocidad. Es la velocidad media de las partculas del lquido en un punto determinado a la distancia media
que las partculas recorren por unidad de tiempo. Se mide en metros por segundo o en metros por minuto.
Caudal. Es la cantidad de lquido que pasa por un punto, por unidad de tiempo. Los caudales grandes se
miden en litros por minuto. Los caudales pequeos pueden expresarse en cm3/minuto.
Los factores de conversin ms usados para el caudal, el volumen y el tiempo son:
CAUDAL 1 Ltr/min = 1 dm3/min = 1000 cm3/ min
VOLUMEN 1Ltr = 1000 Cm3 = 1dm3 1Galon = 3.785 Ltr 1m3 = 1000 Ltr= 35.29ft3
Flujo laminar y turbulento Idealmente, cuando las partculas de un lquido circulan por una tubera se
mueven segn trayectorias rectas y paralelas. Este rgimen se denomina laminar y se produce a baja
velocidad, en tuberas rectas. Con rgimen laminar el rozamiento es menor lo mismo que las perdidas
hidrulicas.
Cuando las trayectorias de las partculas no son paralelas y se cruzan, el rgimen se denomina turbulento. El
rgimen turbulento se origina por cambios bruscos en la direccin o en la seccin, o por una velocidad
demasiado elevada. El resultado es un rozamiento mucho mayor que origina calentamiento, aumenta la
presin de trabajo y malgasta potencia.
1.14 Velocidades recomendadas en las tuberas hidrulicas
La velocidad a la que circula el fluido hidrulico a travs de las lneas es una consideracin de diseo
importante, debido al efecto de la velocidad sobre el rozamiento generalmente las velocidades recomendadas
son:
Lnea de aspiracin de la bomba: de 0,6 a 1,2 metros por segundo. (2 a 4 ft/s)
Lnea de trabajo: de 2 a 5 metros por segundo. (7 a 20 ft/s)
A este respecto, hay que observar que:
1- La velocidad del aceite vara inversamente al cuadrado del dimetro interior del tubo.
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 17
2- Generalmente el rozamiento de un lquido que circula por una lnea es proporcional a la velocidad. Sin
embargo, si el rgimen fuese turbulento, el rozamiento variara con el cuadrado de la velocidad.
El rozamiento origina turbulencia en la corriente de aceite y opone resistencia al caudal, lo que da como
resultado un aumento de presin en la lnea. Se recomienda una velocidad muy baja para la lnea de
aspiracin de la bomba porque all la cada de presin admisible es muy pequea.
La relacin entre el caudal (Q), la velocidad del fluido (V) y el rea de la seccin transversal de la tubera (A)
es:
Q = V * A Ecuacin de continuidad
Ejemplo resuelto:
Si por una tubera fluye un caudal de 5 Lt/s a una velocidad de 4 m/s, Cul debe ser el rea de la seccin
interna de la tubera?
2
3
5,12
400
5000
cm
s
cm
s
cm
V
QA
El caudal volumtrico de un lquido que fluye por un tubo de varios dimetros es igual en cualquier parte del
tubo. Ello significa que el fluido atraviesa los segmentos ms pequeos con mayor velocidad. Se aplican la
ecuacin de continuidad a cada tramo.
3*32*21*1 VAVAVAQ
Actividad: Buscar en la Web y analizar el siguiente Video
http://www.youtube.com/watch?v=edbRCoCv4t8
EJEMPLO RESUELTO
Si por una tubera de 4 pulg, pasa un caudal (q) de 3000 lt/min de aceite Qu velocidad lleva el aceite por
esta tubera?
Lo ms conveniente es expresar el caudal en cm3/s
s
cm
sLtr
cmLtQ
33
5000060
min1
1
1000
min3000
q = v * a ecuacin de continuidad
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 18
El rea de una seccin circular se expresa como 4
* 2dA
donde el dimetro del cilindro
cmcm
d 16.10"1
54.2"4
Luego el rea de la seccin circular del cilindro es 22
35.814
)16.10(*cm
cmA
La velocidad
sms
cm
cm
s
cm
cmreaA
s
cmcaudalQ
s
cmvelocidadV /14.662.614
35.81
50000
)(
)(
)(2
3
2
3
EJERCICIOS RESUELTOS
Que caudal en pasa por una tubera de 3 pulgadas, que lleva una velocidad de 5m/s.
d=3"
Pasar de
EJERCICIOS PROPUESTOS
Si por una tubera pasa un caudal de 500Lt/min con una velocidad de 3m/s. De cuantas pulgadas es el
dimetro de la tubera? d=?
Q=? V=5m/s
Q=500Lt/min V=3m/s
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 19
EJERCICIO PROPUESTO
Si por una tubera de succin de una bomba deben pasar 400 Gal/min (GPM) con una velocidad de 1m/s.
De cuantas debe ser pulgadas dimetro interno de la tubera?
d=?
EJERCICIO RESUELTO
Si por una tubera de 2 de dimetro interno pasa un lquido a 15 ft/s Determina el caudal que pasa por la
tubera en ft3/min?
El rea de una seccin circular se expresa como 4
* 2dA
donde el dimetro del cilindro
ftft
d 16.0"12
1"2
Luego el rea de la seccin circular del cilindro es 202.0
4
)16.0(* 2ft
ftA
min18
min1
603.0202.0*15
33 fts
s
ftft
s
ftQ
EJEMPLO RESUELTO
Si por una tubera pasa un caudal (q) de 50 gal/min a una velocidad (v) s
m4
Qu dimetro interno debe
usarse?
s
lt
sgal
ltgalQ 15.3
60
min1
1
785.3
min50
s
cm
lt
cm
s
Lt 333150
1
100015.3
s
cm
m
cm
s
mV 400
1
1004
Q = V * A ecuacin de continuidad
Entonces Q = V * A
Q=400Gal/min V=1m/s
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 20
23
87.7/400
/3150cm
scm
scmA
cmcmd 16.304.1014.3
48.3187.7*4 2
lg25,154.2
lg116.3 pu
cm
pucm
1.15 Clculo de la velocidad de un actuador (cilindro o motor hidrulico).
La velocidad de desplazamiento del vstago de un cilindro o de giro de un motor depende de su tamao y del
caudal que se le enva. Para relacionar el caudal con la velocidad, consideremos el volumen que requiere el
actuador para obtener un desplazamiento determinado.
La relacin entre estas magnitudes puede expresarse como sigue:
Caudal (Q)= Velocidad (V) *rea (A)
2
3
)(
)(
)(cmreaA
s
cmcaudalQ
s
cmvelocidadV
=
s
cmvelocidadV
s
cmcaudalQ
cmreaA
)(
)(
)(
3
2 =
Si el cilindro mostrado es alimentado del lado del pistn con un caudal de 10 lt/min y acta sobre el embolo de
32mm de dimetro. A que velocidad se mover el cilindro?
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 21
Velocidad de avance de un cilindro
Lo ms conveniente es expresar el caudal en cm3/s s
cm
sLtr
cmLtQ
33
66.16660
min1
1
1000
min10
El rea de una seccin circular se expresa como 4
* 2dA
donde el dimetro del cilindro
cmmm
cmmmd 2.3
10
132
Luego el rea de la seccin circular del cilindro es 2
2
84
)2.3(*cm
cmA
La velocidad
s
cm
cm
s
cm
cmreaA
s
cmcaudalQ
s
cmvelocidadV 8.20
8
66.166
)(
)(
)(2
3
2
3
El cilindro avanzar a 20.8 cm/s.
Si al mismo cilindro es alimentado con el caudal de 10 Lt/min del lado del vstago cuyo dimetro es de 15
mm Cul ser la velocidad con la que retorna el pistn?
Es necesario hacer la diferenciacin entre el rea del lado del embolo y el rea del lado del pistn donde
acta la presin de aceite, es claro como lo muestra la grfica que el rea del lado del vstago es mucho
menor que el rea del lado del pistn.
Segn la siguiente relacin:
CA = rea del cilindro 4
*2
C
C
dA
donde Cd
= 3.2 cm. es el dimetro del cilindro
VA = rea del vstago 4
*2
V
V
dA
donde Vd
= 1.5 cm. es el dimetro del vstago
LVA = VCLV AAA =
4
*22
VC
LV
ddA
= 6.28 cm2 es el rea del lado del vstago
Igual se cumple que RLV VAQ * y que la velocidad de retorno s
Cm
Cm
s
Cm
A
QV
LV
R 5.26228.6
36.166
Es decir que para un mismo caudal se obtiene una velocidad de retorno mucho mayor que la de avance.
Actividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ03 LEY PASCAL Y VELOCIDAD
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 22
Una forma para determinar el tiempo (t) que tarda en llenarse un cilindro de volumen (Vol) que es alimentado
con un caudal (Q) se puede obtener usando la expresin.
Caudal (Q)= Volumen (Vol) / t (tiempo).
stiempotcmVolumenVol
s
cmcaudalQ
)(
)()(
33
Para llenar completamente el cilindro anterior se necesita un volumen de aceite de 2000 cm3, si se alimenta
con el mismo caudal de 166 cm3/s. Cuanto tiempo tardara en llenarse?
s
s
cm
cm
s
cmcaudalQ
cmVolumenVolstiempot 12
66.166
2000
)(
)()(
3
3
3
3
Segn esto, podemos sacar las siguientes conclusiones:
Que la fuerza o par de un actuador es directamente proporcional a la presin e independiente del caudal
Que su velocidad depende del caudal que reciba, con independencia de la presin.
Problema propuesto : Si la bomba suministra un caudal constante de 10 Lt/min y el actuador (cilindro) se
desplaza a una velocidad de 10 cm/s, determine el rea del cilindro (cm2).
1.16 Clculo de fuerzas en cilindros
La fuerza con la que se desplaza un cilindro depende directamente de la presin y del rea sobre la cual acta
dicha presin.
Para la fuerza de avance y retorno se cumplen las siguientes expresiones:
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 23
))((*)()( 22
mreaAm
NpresinPNfuerzaF
La fuerza de avance ))((*)()( 22
mreaAm
NpresinPNfuerzaF CA
donde CA es el rea del
cilindro
La fuerza de retorno ))((*)()( 22
mreaAm
NpresinPNfuerzaF LVR
donde LVA es el rea del
lado del vstago.
De tal forma que al aplicarle una presin de 60 Kgf/cm2 a un pistn de 8cm2 se puede alcanzar una fuerza de
480 Kgf en el avance.
Para determinar la fuerza que se logra con un cilindro al retornar es necesario tener en cuenta que en este
caso, el aceite ejerce la presin sobre un rea ms pequea, que es el rea del lado del vstago LVA .
Actividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ05 PRESIN EN CILINDROS
Actividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ09 CILINDROS Y MOTORES
Actividad Trabajo Independiente = Partiendo de las presiones, caudales y dimensiones aplicadas al cilindro
hidrulico verifique los clculos.
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 24
Nota: (Kp es Kgf) (Apr: rea del lado del vstago)
Actividad Trabajo Independiente = Partiendo de las presiones, caudales y dimensiones aplicadas al cilindro
hidrulico realice los clculos basndose en el ejemplo anterior. Determine la fuerza F (Kgf) y el tiempo t
(s) para el avance.
Actividad Trabajo Independiente = Partiendo de las presiones, caudales y dimensiones aplicadas al cilindro
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 25
hidrulico realice los clculos basndose en el ejemplo anterior. Determine la fuerza F (Kgf) y el tiempo t
(s) para el avance.
1.17 Trabajo y potencia:
Cuando se ejerce una fuerza a lo largo de una distancia, se realiza un trabajo: Trabajo = fuerza x distancia
El trabajo se expresa generalmente en Kgfm. Por ejemplo, si un peso de 10Kgf se eleva a 10 metros, el
trabajo es 10 Kgf x 10 m, o sea 100 Kgfm.
Cuando un cilindro avanza 0.5 m aplicando una fuerza de 800 N, se puede decir que ha realizado un trabajo
de 400 Nm = 400J, el cilindro realiza un trabajo debido a que el ejerce una fuerza a lo largo de una distancia.
La frmula precedente para el trabajo no toma en consideracin con que velocidad se realiza dicho trabajo. El
trabajo realizado por unidad de tiempo se denomina potencia.
Para visualizar la potencia pensemos en la operacin de subir unas escaleras. El trabajo realizado es el peso
del cuerpo multiplicado por la altura de las escaleras. Pero es ms difcil correr por las escaleras que andar.
Cuando se corre se hace el mismo trabajo pero a mayor velocidad.
Wattss
J
s
mN
stiempo
mciadisNFuerzaPotencia
*
)(
)(tan*)(
Si el cilindro del ejemplo anterior realiza el trabajo en 20s Qu potencia est transmitiendo?
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 26
La unidad de potencia es el caballo de potencia, en abreviatura HP (Horse Power). Es equivalente a 75
Kgfm/s. Tambin tiene equivalencias en potencias elctrica y calorfica.
Los factores de conversin mas usados para la conversin de las unidades de potencia son:
1 HP = 746 Watt (potencia elctrica)
1 HP = 176,6 Cal/s (potencia calorfica)
Evidentemente es deseable poder transformar la potencia hidrulica en potencia mecnica y conocer su
equivalente mecnico, elctrico y calorfico.
Problema propuesto: si la bomba suministra un caudal de 20 GPM (gal/min) a una presin de 87 PSI.
Determine la potencia hidrulica del fluido a la descarga (HP).
1.18 Transformacin de la potencia en un sistema hidrulico
El sistema hidrulico es un sistema en el cual se genera, transmite y controla la aplicacin de potencia a
travs del la circulacin de aceite comprimido en un circuito. El sistema puede dividirse en tres grandes
grupos que observamos en el diagrama de bloques.
Comenzando desde la izquierda del diagrama, la primera seccin corresponde a la conversin de Energa
Elctrica y/o Mecnica en un sistema de energa hidrulica.
Un motor elctrico, de explosin o de otra naturaleza est vinculado a una bomba, a cuya salida se obtiene un
cierto caudal a una determinada presin.
En la parte central del diagrama, el fluido es conducido a travs de tubera al lugar de utilizacin.
A la derecha en el diagrama, el aceite en movimiento produce una reconversin en energa mecnica
mediante su accin sobre un cilindro o un motor hidrulico. Con las vlvulas se controla la direccin del
movimiento, la velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o cilindro.
En instalaciones hidrulicas es necesario hacer una distincin entre potencia elctrica, mecnica e hidrulica,
la potencia mecnica es convertida en potencia hidrulica, transportada y controlada y vuelta a convertir en
energa mecnica, como puede verse en la figura.
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 27
La potencia elctrica de un motor trifsico depende de la corriente de lnea I (Amperios), del Voltaje entre
lnea y lnea V (Voltios) y del Factor de potencia Cos que depende del ngulo de desfase .
As un motor trifsico alimentado a 220 V que consume una corriente de 30 A con un factor de potencia Cos
de 0.8, estar desarrollando una potencia de 9145 Watt = 9.14 Kw, atendiendo a la ecuacin
CosIVPelec ***3 .
En un sistema hidrulico la velocidad queda indicada por el caudal, en litros por minuto o metros cbicos por
hora, la fuerza, en Kgf o N y la presin, en Kgf/cm2, bar o N/mt2. De esta forma podemos expresar la
potencia hidrulica que se trasporta por una tubera como sigue:
)(*)()(*)()(
)tan(*)(caudalQpresinPvelocidadvfuerzaF
tiempot
ciadisdfuerzaFaPhidrulic
Problema resuelto: Si por una tubera fluye un caudal de aceite de 4.2 Lt/min a una presin de 60bar, Qu
potencia hidrulica se est transportando por la tubera?
La potencia hidrulica que transporta una tubera est determinada por su caudal y la presin que
registra esta puede determinarse en unidades de (Watts) o (HP) con las siguientes expresiones.
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 28
PHidrulica (Watts) = Presin ( )* Q (
PHidrulica (HP)= Presin PSI * Q (GPM) / 1714
Problema resuelto: Qu presin debe tener una tubera que transmite 315 W con un caudal de 4.2 Lt/min?
Problema propuesto: Qu potencia hidrulica transmite un aceite que fluye a una rata de 20 m3/h con
una presin de 350 PSI?
1.19 Eficiencia y prdidas de potencia en un sistema hidrulico.
El esquema muestra como los diferentes tipos de eficiencia deben ser tenidos en cuenta para la
determinacin de las potencias de entrada y salida en un sistema hidrulico, a manera experimental se
observa el porcentaje de perdidas en los diferentes dispositivos, dando como resultado que en promedio se
pierde entre un 25 y 30% de potencia debido a la friccin o perdidas volumtricas en la bomba.
Por lo tanto el sistema hidrulico tiene una eficiencia promedio del 75% a 70%, definiendo la eficiencia como
la relacin entre la potencia mecnica til de salida y la potencia elctrica de entrada.
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 29
%71492
350100
)_(___
)_(___0
Watt
Wattx
WattentradadeelctricaPotencia
WattsalidademecnicaPotencia
Actividad: Buscar en Youtube Serie Energa Hidrulica Titulo El Circuito Hidrulico en el enlace
youtube.com/watch?v=3bFp8kcA7ls se describe la estructura de in sistema hidrulico sencillo.
1.20 Diseo de un sistema hidrulico sencillo
A partir de la informacin dada es posible disear un circuito hidrulico sencillo. Se indica a continuacin la
forma en que se debe proceder para hacerlo
Para disear un circuito, la primera consideracin es sobre el trabajo que se debe realizar. Este trabajo puede
ser levantar un peso, girar una herramienta o bloquear algn elemento. El trabajo determina el tipo de
actuador que hay que utilizar.
Probablemente el primer paso ser la seleccin del actuador. Si los requerimientos fuesen simplemente el
levantar una carga, un cilindro hidrulico colocado bajo ella hara el trabajo, la longitud de carrera del cilindro
seria, por lo menos, igual a la distancia de desplazamiento de la carga. Su superficie se determinara
mediante la fuerza requerida para elevar la carga y la presin de funcionamiento deseada. Supongamos que
un peso de 4000 Kgf ha de elevarse a una altura de 1 m y que la presin mxima de funcionamiento debe
limitarse a 50 Kgf/cm2. El cilindro seleccionado tendra una longitud de carrera de, por lo menos, 1 m, y con
una superficie de pistn de 80 cm2 proporcionara una fuerza mxima de 4000 Kgf. Esto, sin embargo, no
prev ningn margen de error. Una mejor seleccin seria un cilindro de 100 cm2 que permitira levantar la
carga a 50 Kgf/cm2 proporcionando una capacidad de elevacin de hasta 5000 Kgf.
El desplazamiento hacia arriba y hacia abajo del cilindro seria controlado mediante una vlvula direccional. Si
la carga debe detenerse en puntos intermedios de su trayecto, la vlvula direccional deber tener una posicin
neutral en la cual el caudal de aceite del lado inferior del pistn quede bloqueado, para soportar el peso sobre
el cilindro. La velocidad a la cual debe desplazarse la carga determina el tamao de la bomba. El pistn de
100 cm2 desplaza 100 cm3 por cada cm que se levanta. El mover el cilindro 10 cm requerir 1000 cm3 de
aceite. Si hay que moverlo a razn de 10 cm por segundo, requerir 1000 cm3 de aceite por segundo o 60
Lt/min. Como las bombas generalmente se dimensionan en galones por minuto, ser necesario dividir
60/3,785 para obtener el valor en galones por minuto; 60/3,785 = 16 GPM.
Para impedir la sobrecarga del motor elctrico y para proteger la bomba y otros componentes contra una
presin excesiva, debida a sobrecargas o bloqueo, se monta una vlvula de seguridad para limitar la
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 30
presin mxima del sistema, en la lnea, entre la salida de la bomba y la entrada de la vlvula direccional,
calibrada a 1.1 veces la presin mxima de trabajo. Un depsito dimensionado para contener
aproximadamente de 2 a 3 veces la capacidad de la bomba en galones por minuto y tuberas de
interconexin adecuadas completarn el sistema.
1. Cul sera el dimetro del cilindro?
Se determina el rea del cilindro Ac=
Con el fin de poder tener una capacidad de carga mayor (5000Kgf) con se prefiere usar un cilindro con
rea de Ac=
2. Calcular el dimetro del cilindro?
Ac= despejamos dc
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 31
3. Cul es el caudal que debe llegar al cilindro?
Qavance = Qbomba= Ac * v = * = 1000 = = = =
4. Cul es el dimetro de la lnea de succin?
Vts = velocidad de tubera de succin dentro del rango de velocidades sugeridas
rea de la tubera de succin Ats = =
Dimetro de la tubera de succin Dts = = 3,57 = 1 "
5. Dimetro de la tubera de trabajo (a presin)
VTT= 3 m/s velocidad de tubera de trabajo dentro del rango de velocidades sugeridas
Att = =
Lo que corresponde a un dimetro de 0.81, aproximadamente de 1 de dimetro interior
6. Cul es la presin que debe tener la vlvula limitadora de presin.
El ajuste en la vlvula limitadora de presin debe estar a un 10% por encima de la presin mxima de
trabajo.
Pvlp = 1.1 Ptrabajo = 1.1 * =
7. Cual debe ser el volumen del tanque (VDEP)
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 32
Como regla emprica el volumen del depsito debe ser entre 2 a 3 veces el caudal de la bomba medido en
galones/minuto
VDEP = 2-3 veces el QBomba en GPM
Vdeposito = 3 * 16GPM = 48 Galones
8. Cul es la potencia hidrulica a la salida de la bomba?
Para ello se acude al concepto de eficiencia, que relaciona la Potencia de salida con la Potencia de
entrada al sistema que en este caso es el grupo de accionamiento.
PHidrulica (Watts) = Presin de trabajo mx ( )* Qbomba(
9. Cul sera la potencia elctrica de entrada = PEE
= 8,2 HP
Se requiere un motor trifsico de por lo menos 8 HP
Ejercicio propuesto 1: El cilindro hidrulico mostrado corresponde al de un cargador YALE capaz de
levantar 1.0 m una carga total de 5 toneladas, el sistema consta de un cilindro de doble efecto accionado
por una vlvula 4/3, dicho cilindro tiene un dimetro de dc= 10cm. a) Determine la presin mnima para
levantar la carga total en (bar), (b) Si la velocidad mxima de levante es de 15 cm/s, determine el caudal
de la bomba en (Gal/min). C) Determine la potencia hidrulica a la salida de la bomba en (Watt). D) Si la
eficiencia de la bomba es de 0.9, Qu potencia en (HP) requiere la bomba del motor diesel? E) si la
velocidad del aceite por las tuberas es de 3 m/s de que dimetro interno (pulg) deben ser las mismas?
F) de qu capacidad debe ser el depsito en (galones)?. G) A que presin se debe calibrar la vlvula
limitadora de presin (bar)?.
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 33
Actividad: Instalar y estudiar el curso virtual de hidrulica Curso Virtual EH y EN
DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA HIDRULICO SENCILLO (1)
El cilindro hidrulico mostrado corresponde al de una plataforma elevadora capaz de levantar 1.2 m una
carga total de 15 toneladas, el sistema consta de un cilindro de doble efecto accionado por una vlvula
4/3, el cual debe elevar la carga a una velocidad de 7cm/s aplicando una presin de trabajo de 350
PSI.
A) Determine el dimetro del cilindro (Pulgadas), (B) Determine el caudal (Qb) de la bomba en
(Gal/min). E) si la velocidad del aceite por las tuberas de trabajo es de 3m/s de qu dimetro interno
(Pulg) deben ser las mismas? C) si la velocidad del aceite por las tuberas de Succin es de 1m/s de
qu dimetro interno (Pulg) deben ser las mismas? D) de qu capacidad debe ser el depsito en
(galones)?. E) A qu presin se debe calibrar la vlvula limitadora de presin (PSI)?.) Determine la
potencia hidrulica a la salida de la bomba en (Watt). G) Si la eficiencia de la bomba es de 0.9, Qu
potencia en (HP) debe suministrar el motor elctrico del grupo de accionamiento? (H) Cual es el
tiempo de Avance en (segundos).
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 34
DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA HIDRULICO SENCILLO (2)
El cilindro hidrulico mostrado corresponde al de una plataforma elevadora capaz de levantar 2 m una
carga total de 10 toneladas, el sistema consta de un cilindro de doble efecto accionado por una vlvula
4/3, el cual debe elevar la carga a una velocidad de 2cm/s aplicando una presin de trabajo de 200
PSI.
A) Determine el dimetro del cilindro (Pulgadas), (B) Determine el caudal (Qb) de la bomba en
(Gal/min). E) si la velocidad del aceite por las tuberas de trabajo es de 3m/s de qu dimetro interno
(Pulg) deben ser las mismas? C) si la velocidad del aceite por las tuberas de Succin es de 1m/s de
qu dimetro interno (Pulg) deben ser las mismas? D) de qu capacidad debe ser el depsito en
(galones)?. E) A qu presin se debe calibrar la vlvula limitadora de presin (PSI)?.) Determine la
potencia hidrulica a la salida de la bomba en (Watt). G) Si la eficiencia de la bomba es de 0.9, Qu
potencia en (HP) debe suministrar el motor elctrico del grupo de accionamiento? (H) Cual es el
tiempo de Avance en (segundos).
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 35
-
Texto de Compilacin Desarrollado por Ing. Mec. Jovanny Rafael Duque 36
Unidad
2
COMPONENTES DE UN
SISTEMA HIDRULICO Representacin esquemtica de la cadena de mando. Grupo de accionamiento. Lquido a presin, Deposito.
Filtro Tipos y criterios para seleccin de bombas. Bombas de engranajes, bombas de paletas. Construccin,
funcionamiento y simbologa de los elementos de mando. Vlvulas de vas. Construccin, funcionamiento y
simbologa de los elementos de control: Objeto, descripcin de funcionamiento, aplicacin y simbologa.
Vlvula antirretorno y antirretorno desbloqueable hidrulicamente. Vlvula reguladora de caudal en una va y
de dos vas. Vlvula de estrangulacin y antirretorno. Vlvula reguladora de presin. Vlvula de secuencia.
Construccin, funcionamiento y seleccin de cilindros y motores hidrulicos. Cilindros lineales. Motores
hidrulicos. Smbolos de elementos hidrulicos segn ISO 1219. Criterios para localizar fallas en los sistemas
hidrulicos. (8 Horas).
Al finalizar esta unidad2 el estudiante estar en capacidad de:
Identificar cada uno de los componentes de los sistemas hidrulicos, conociendo su principio de
funcionamiento, simbologa y aplicacin.
Comprender los fundamentos de diseo, criterios de seleccin y operacin de los sistemas
hidrulicos con aplicacin en la industria.
Montar y disear sistemas de control hidrulico, seleccionando tcnicamente los componentes y
siguiendo las normas de seguridad en el campo elctrico.
Actuar de acuerdo con los principios ticos, morales y de seguridad necesarios para el correcto
desempeo profesional en la empresa.
2.1 Representacin esquemtica de la cadena de mando
En los sistemas hidrulicos se genera un caudal constante de aceite en el grupo de accionamiento el cual es
controlado por vlvulas de vas, reguladoras de presin o de caudal para por fin ser llevado al actuador que es
quien realiza el trabajo requerido.
2 FESTO DIDACTIC. Curso de Hidrulica para la Formacin Profesional. Manual de estudio.
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Actividad: Observar detenidamente de FESTO Hydraulics AVSEQ07 ESTRUCTURA SISTEMA HIDRULICO http://www.youtube.com/watch?v=J12hDV9FF88&feature=youtu.be
Actividad: Observar detenidamente de FESTO Hydraulics AVSEQ10 REGULACIN Y ACCIONAMIENTOS http://www.youtube.com/watch?v=bqZN-t0at6w
Actividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ15 ESQUEMA Y APLICACIN DE SISTEMAS HIDRULICOS
2.2 Lquido a presin
El lquido a presin tiene que satisfacer diversas tareas en una instalacin hidrulica:
Debe transmitir la energa hidrulica
Se genera en la bomba hidrulica; Se transforma en el cilindro o motor
Debe lubricar todas las piezas de una instalacin hidrulica (cojinetes, superficies de deslizamiento, etc.).
Debe evitar que las piezas interiores mviles sean atacadas por la corrosin
Debe evacuar suciedades, abrasin, etc.
Debe evacuar el calor
El lquido a presin debe satisfacer diversas exigencias mnimas. Estas ya estn fijadas en la mayora de los
casos.
Una seleccin adecuada del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los componentes del
sistema, principalmente de las bombas y motores hidrulicos y en general de los actuadores.
Algunos de los factores especialmente importantes en la seleccin del aceite para el uso en un sistema
hidrulico industrial, son los siguientes:
1. El aceite debe contener aditivos que permitan asegurar una buena caracterstica antidesgaste. No todos los
aceites presentan estas caractersticas de manera notoria.
2. El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las caractersticas de lubricante y limitante de
fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema hidrulico.
3. El aceite debe ser inhibidor de oxidacin y corrosin.
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4. El aceite debe presentar caractersticas antiespumantes.
Para obtener una ptima vida de funcionamiento, tanto del aceite como del sistema hidrulico; se recomienda
una temperatura mxima de trabajo de 65C.
Actividad: realizar la lectura del capitulo 3 del manual de estudio TP501 sobre fluidos hidrulicos y estudiar su clasificacin, inflamabilidad y limites de viscosidad.
Actividad: Observar video de FESTO Hydraulics AVSEQ02 LIQUDO HIDRULICO EN EL ENLACE http://www.youtube.com/watch?v=IfchQQdHPdI
Actividad: HOJA DE DATOS TCNICOS DIVISIN INDUSTRIAL Aceite para Sistemas Hidrulicos http://roshfrans.com/wordpress/wp-content/uploads/2012/02/01-HDT-HIDRAULICO-AW-ISO-VG-68-R3.pdf
2.3 Depsito
Toda instalacin hidrulica tiene un depsito que ha de satisfacer diversas tareas:
Depsito de reserva, separador de lquido a presin y aire, evacuador de calor, portador de una bomba incorporada o montada encima y del motor de accionamiento, as como placa base para diversas piezas de mando.
2) Filtro de aire, 2) Empalme de retorno , 3)Tapa desmontable , 4)Tornillo de la abertura de llenado, con varilla indicadora de nivel y cesta de tamiz, 5) Tubo de aspiracin , 6) Tornillo de purga de lquido , 7) Mirilla de control (nivel mximo) , 8) Mirilla de control (nivel mnimo) , 9) Tubo de retorno, 10) Chapa tranquilizadora, 11)Bomba .
Racor de llenado (4)
Debera tener siempre un tamiz de malla, a fin de cribar sustancias ajenas al rellenar el dep-sito.
Tornillo de purga (6)
Debera hallarse en el lugar ms bajo del depsito. En caso de sustituir el lquido, limpiar el depsito y el filtro.
Verificacin del nivel del lquido (7 y 8)
El nivel del lquido se verifica continuamente por medio de la varilla indicadora o por la mirilla de control. Los niveles mnimo y mximo deberan estar marcados.
Purga de aire (1)
Todo depsito debe disponer de un sistema suficiente de aireacin y desaireacin, provisto de un filtro de aire. Es necesario airearlo y desairearlo, para que la presin
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atmosfrica pueda actuar sin ningn impedimento sobre el nivel del lquido, con el objeto de que la bomba pueda aspirar y el aceite se mantenga sin burbujas de aire.
Chapas tranquilizadoras (10)
Dividen el depsito en una cmara de aspiracin y otra de retorno. En sta ltima, el lquido puede tranquilizarse y los cuerpos ajenos pueden depositarse.
Smbolos segn ISO 1219 Depsito, ventilado, con una tubera por debajo del nivel del lquido
2.4 Filtro
El filtraje del lquido a presin en las instalaciones tiene gran importancia para conservar las funciones y la duracin de los equipos hidrulicos. La abrasin metlica, la abrasin de los elementos de estanqueidad, el polvo y la suciedad del aire se entremezclan con el lquido a presin, especialmente durante el rodaje. Estas partculas, ms o menos grandes, deben ser filtradas continuamente, pues de lo contrario obstruirn poco a poco los conductos y las aberturas importantes de la instalacin. Las perturbaciones producidas pueden ser grandes. Las impurezas producen un desgaste muy grande en las piezas mviles de la instalacin hidrulica. Los filtros de tamiz imantado garantizan un f iltraje suficiente con el montaje de un elemento filtrante consistente en un tejido de alambre de malla estrecha preimantado y un fuerte imn.
El propsito de la filtracin no es solo prolongar la vida til de los componentes hidrulicos, si no
tambin evitar paradas producidas por la acumulacin de impurezas en las estrechas holguras y
orificios de las modernas vlvulas y servovlvulas. Para prolongar la vida til de los aparatos
hidrulicos es de vital importancia emplear aceites limpios, de buena calidad y no contaminado. La
limpieza de los aceites se puede lograr reteniendo las partculas nocivas o dainas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los fabricantes o que determinan las
especificaciones tcnicas del aceite y/o elementos del circuito.
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser entre otros:
Agua
cidos
Hilos y fibras
Polvo, partculas de junta y pintura
El elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro.
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos contaminantes; puede procurarse lo
siguiente:
1. En reparaciones, limpiar profusamente
2. Limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3. Cambiar el aceite contaminado peridicamente
4. Contar con un programa de mantenimiento del sistema hidrulico
5. Cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
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El filtro mostrado al lado est previsto para ser montado en la tubera de retorno,
Se diferencia entre:
Filtraje por aspiracin
El filtro se monta en la tubera de aspiracin, se emplea para proteger la bomba de daos producidos por cuerpos ajenos se pueden producir daos por cavitacin, (vase el ejercicio: Motor hidrulico) cuando los filtros estn sucios. En muchos casos se opta por usar una coladera que es una malla metlica que evita solo que partculas metlicas slidas ingresen a la bomba sin causar mucha restriccin.
Filtraje de presin
El filtro se monta en la tubera de presin para proteger los elementos hidrulicos (p. ej., vlvulas servopilotadas) contra cuerpos ajenos, (se utiliza poco).
En la figura vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante de la vlvula reguladora de presin y
alivio. Estos filtros deben poseer una estructura que permite resistir la mxima presin del sistema. Por
seguridad deben poseer una vlvula de retencin interna. La mxima perdida de carga recomendada con el
elemento limpio es de 5 PSI.
Filtro en lnea
Filtraje de retorno
El filtro se monta en la tubera de retorno (es el ms empleado)
Filtro de retorno
Smbolo segn ISO 1219
La vlvula abre el paso por el cheque cuando el filtro est sucio
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Filtro de retorno
Actividad: Observar detenidamente de FILTROS HIDRAULICOS DONALDSON
http://www.youtube.com/watch?v=31tZDk49lec
http://www.youtube.com/watch?v=xejZFXlV6P4
2.5 Grupo de accionamiento
Sirve para suministrar la potencia hidrulica al sistema, garantizndole un caudal casi constante a la presin requerida.
El grupo de accionamiento comprende:
La bomba hidrulica (de engranajes u otro tipo),el motor elctrico , el depsito, La vlvula limitadora de presin (vlvula de seguridad) y las tuberas rgidas y los racores.
La bomba de engranajes (1) est unida al motor elctrico (3) por medio de un embrague (2). La bomba de engranajes, el deposito y a vlvula de seguridad estn unidos entre s mediante tuberas rgidas. El extremo de las tuberas que penetra en el depsito se encuentra por debajo del nivel del lquido, para que en ellas no pueda entrar aire.
Smbolo
Grupo de accionamiento
Para simplificar la representacin grfica de los elementos y tuberas en los sistemas hidru-licos se emplean smbolos. Cada smbolo muestra un elemento y su funcin, pero no el tipo de construccin. Para estandarizar su empleo, estos smbolos estn normalizados
La norma ISO 1219 estandariza los elementos y smbolos para los sistemas fluido tcnico (como son los hidrulicos y neumticos).
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Bomba hidrulica (bomba de engranajes)
Elemento para transformar la energa mecnica en energa hidrulica
Bomba hidrulica con un sentido de flujo de impulsin.
Motor elctrico (Con velocidad casi constante)
Depsito
Ventilado; aqu, con dos tuberas debajo del nivel del lquido
Tuberas
Los elementos hidrulicos se unen mediante tuberas: Tubera de trabajo (1) (para transmitir energa) o tubera de retorno, Tubera de pilotaje (2) (para accionar elementos hidrulicos) y tubera de fuga (3) (para la salida de las fugas de lquido que se producen)
Uniones de tuberas desmontables (p. ej, por rosca), fijas (p. ej, soldadas)
Cruce de tuberas
Tuberas cruzadas que no estn unidas
Vlvula limitadora de presin
Vlvula para limitar fa presin de trabajo (ser tratada en el siguiente ejercicio)
Vlvula de cierre
Bloquea el paso del lquido en el sistema hidrulico
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Grupo de accionamiento
Bomba hidrulica (1) y motor elctrico (2) sobre un eje (3); Vlvula limitadora de presin (4) (vlvula de seguridad);
Depsito (5); tuberas; (6) debajo del nivel del lquido. Se distingue como unidad por el marco de puntos y trazos (7), el manmetro y la tubera de succin.
Actividad: Observar detenidamente de FESTO Hydraulics AVSEQ08 BOMBA, VLP, DEPOSITO Y FILTRO http://www.youtube.com/watch?v=LQiA5Wpyhb4&feature=youtu.be
2.6 Bomba de engranajes
Objeto
Una bomba hidrulica es un dispositivo tal que recibiendo energa mecnica de una fuente exterior la transforma en una energa de presin transmisible de un lugar a otro de un sistema hidrulico a travs de un lquido cuyas molculas estn sometidas precisamente a esa presin. Las bombas hidrulicas son los elementos encargados de impulsar el aceite o lquido hidrulico, transformando la energa mecnica rotatoria en energa hidrulica.
En la bomba de engranajes, la energa mecnica del motor de accionamiento se transforma en energa hidrulica. La bomba tiene por objeto producir una corriente del lquido (un flujo de impulsin).
La bomba de engranajes consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento:
Cuerpo con brida
Dos ruedas dentadas
Juntas
Las ruedas dentadas estn bien ajustadas axialmente y en su periferia con respecto al cuerpo, con el objeto de mantener las prdidas por fugas lo ms pequeas posible. La estruc-tura de la bomba de engranajes es sencilla.
Funcionamiento
La bomba de engranajes funciona segn el principio del desplazamiento. La rueda dentada A, impulsada en el sentido de la flecha, arrastra la rueda B con su dentado, hacindola girar en sentido opuesto.
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La cmara S tiene comunicacin con el depsito. Al girar las ruedas y separarse los dientes quedan vacos los entredientes (cmaras de los dientes). Por la depresin originada, se aspira lquido del depsito. Este liquido llena las cmaras de los dientes. Estas transportan el lquido a lo largo de las paredes del cuerpo hasta la cmara P.
Los dientes engranados impelen el lquido de sus cmaras al espacio P y evitan que regrese de sta a la S. Como consecuencia, el lquido enviado a la cmara P ha de salir forzosamente de la cmara del cuerpo, para dirigirse hacia el consumidor. Como en una revolucin de la rueda, la cantidad de cmaras que trasportan el lquido (desplazndolo) es una determinada, el volumen de lquido impulsado por revolucin es constante. Se denomina
volumen de extraccin v (centmetros cbicos por revolucin; cm3/rev). El caudal Q en Lt/min resulta del volumen de extraccin v multiplicado por el nmero de revoluciones ( n ) por minuto.
En los entredientes entre las cmaras de aspiracin y de presin se encuentra lquido aplas-tado. Este se conduce a la cmara de presin por una ranura practicada en la cara frontal del cuerpo.
nvQ * en Lt/min
Actividad: Observar detenidamente de FESTO Hydraulics AVSEQ08 BOMBA, VLP Y FILTRO
Aplicacin
Se utiliza para producir una corriente de lquido en instalaciones hidrulicas y para producir una corriente de lubricacin.
Bomba hidrulica con un solo sentido de impulsin.
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Bomba de engranajes
Actividad: Observar detenidamente el video Bomba de engranajes http://www.youtube.com/watch?v=eoocQiwkGbc
Actividad: Buscar en Youtube Serie Energa Hidrulica Titulo Las Bombas y los Actuadores en el
enlace https://www.youtube.com/watch?v=ySx8YWQEIiQ se describen completamente
las principales bombas, motores y cilindros hidrulicos.
Clasificacin de las bombas hidrulicas
Las bombas hidrulicas de desplazamiento positivo se clasifican segn el caudal:
Bombas de caudal constante (cilindrada constante)
Bombas de caudal variable (cilindrada variable)
Las bombas hidrulicas de desplazamiento positivo se clasifican segn su construccin:
Bombas de engranajes (Externos, internos, de lbulos etc.)
Bomba de paletas (Desequilibradas y equilibradas).
Bomba de pistones (Axiales y radiales).
Cilindrada:
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucin, para una bomba de
engranajes externos
en cm3/rev
Donde:
D = Dimetro mayor del engranaje
d = Dimetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Caudal Terico:
Es el caudal que de acuerdo al diseo, debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde:
V = Cilindrada ( desplazamiento) (cm3/rev)
n = velocidad angular (rev/min) es decir en RPM
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Rendimiento volumtrico:
Donde:
QR = Caudal Real
QT = Caudal Terico
2.6.1 Bombas de desplazamiento positivo:
Gracias al movimiento cclico constante de su parte mvil, una bomba de desplazamiento positivo es capaz de
entregar un caudal constante de lquido y soportar (dentro de sus lmites) cualquier presin que se requiera.
En otras palabras, una bomba de desplazamiento positivo genera caudal, pero a alta presin.
Una bomba de desplazamiento positivo consiste bsicamente de una parte mvil alojada dentro de una
carcasa. La bomba mostrada en la figura tiene un mbolo como parte mvil. El eje del mbolo est conectado
a una mquina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo constante del mbolo. El
puerto de entrada est conectado al depsito, en los puertos de entrada y salida, una bola permite que el
lquido fluya en un solo sentido a travs de la carcasa. Estas bombas las constituyen las del tipo
oleohidrulico, es decir, bombas que adems de generar el caudal, lo desplazan al sistema obligndolo a
trabajar, este fenmeno se mantiene an a elevadas presiones de funcionamiento. Pistn
Las bombas pueden clasificarse adems dependiendo de la forma en que se desplaza la parte mvil de stas;
si el desplazamiento es rectilneo y alternado, entonces se llamarn oscilantes, y si el elemento mvil gira se
llamarn rotativas.
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Se dice que una bomba es de desplazamiento no positivo cuando su rgano propulsor no contiene elementos
mviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola.
A este caso pertenecen las bombas centrfugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo
de bombas, se transforma la energa mecnica recibida en energa hidro-cintica imprimiendo a las partculas
cambios en la proyeccin de sus trayectorias y en la direccin de sus velocidades. Es muy importante en este
tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresin pues si la hubiera, dado que la misma
regula la descarga, en el caso lmite que la descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma
seguira en movimiento NO generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el mximo
consumo de fuerza motriz.
Por las caractersticas sealadas, en los sistemas hidrulicos de transmisin hidrosttica de potencia
hidrulica, NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo.
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo, cuando su rgano propulsor contiene elementos
mviles de modo tal que por cada revolucin se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada,
independientemente de la contrapresin a la salida. En este tipo de bombas la energa mecnica recibida se
transforma directamente en energa de presin que se transmite hidrostticamente en el sistema hidrulico.
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a medida que
la misma se obstruya, aumenta la presin en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la rotura
de la bomba; por tal causal siempre se debe colocar inmediatamente a la salida de la bomba una vlvula de
alivio o de seguridad con una descarga a tanque y con registro de presin.
Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo
Actividad: Datos para Seleccin de bomba hidrulica en el enlace
https://www.youtube.com/watch?v=5ezMzoHQS1o
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2.7 Vlvula limitadora de presin
La vlvula limitadora de presin sirve:
Para limitar la presin de trabajo a un determinado valor ajustable
Para ajustar la presin mxima en el sistema hidrulico
Para proteger la instalacin de una carga excesiva por demasiada presin
Construccin
La vlvula limitadora de presin consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento
(1) Cuerpo, (2) Cono, (3) Muelle de compresin, (4) Tornillo de ajuste, (5) tuerca
Funcionamiento
En la posicin inicial, el cono es empujado por el muelle de compresin contra la abertura del taladro.
El lquido que entra con la presin eP acta sobre el cono.
Sobre dicha superficie acta una fuerza
APF e *
Siendo eP = presin delante del cono en Kpa y A = superficie circular del cono en cm2
La fuerza del muelle que acta sobre el cono puede ajustarse por medio del tornillo de ajuste y del muelle de compresin. Al sobrepasar la fuerza F lentamente la fuerza del muelle ajustada (presin de apertura), el cono se levanta de su asiento. Por el intersticio anular producido, el lquido sale sin presin en direccin hacia el depsito.
Al aumentar repentinamente la presin, en la abertura de entrada, por la inercia del cono y del muelle se producen puntas de presin que sobrepasan el valor mximo admisible.
En la vlvula limitadora de presin, de mando directo, tambin hay que tener en cuenta que la presin del sistema vara independientemente de la presin mxima ajustada junto con el caudal que sale.
Aplicacin
En todos los sistemas hidrulicos hay que montar una vlvula limitadora de presin de la bomba
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con el objeto de evitar accidentes y daos por una presin excesiva.
Las vlvulas limitadoras de presin cerradas por muelles se utilizan para ajustar la presin de trabajo y limitar la presin de servicio o como vlvulas de seguridad para finalidades secundarias. Esta ejecucin sencilla es econmica y dentro de grandes lmites insensible a lquidos sucios sometidos a presin. Para caudales grandes se emplean vlvulas limitadoras de presin con mando indirecto (servopilotadas).
Representacin mediante smbolos
Para representar las vlvulas en esquemas de circuitos se emplean smbolos. Estos smbolos muestran solamente las funciones de las vlvulas, pero no los distintos tipos de construccin.
Los smbolos estn normalizados segn ISO 1219. Las vlvulas durante su funcionamiento pueden ocupar dos a mas posiciones finales fijas o pueden ocupar posiciones intermedias conforme al valor de ajuste de una variable (aqu presin), clasificndose estas como vlvulas sin posiciones de conmutacin fija. La vlvula Iimitadora de presin es una vlvula de este tipo.
Las vlvulas se representan por medio de cuadrados.
Dentro de los cuadrados los conductos se representan mediante lneas y las direcciones de flujo mediante puntas de flechas.
Si al conmutar la posicin se une la entrada (1) o la salida (2) con un empalme, la lnea de la flecha recibe en este extremo una lnea transversal que se entiende unida a la flecha al desplazar el cuadrado.
Las vlvulas se deben representar en la posicin de reposo. Por posicin de reposo se entiende la posicin en que las piezas mviles ocupan una posicin determinada si no se acciona la vlvula. En vlvulas con dispositivo de reposicin (p, ej mediante muelle) la posicin de reposo corresponde al cuadrado que tiene a su lado el muelle.
El cambio de posicin hay que imaginarlo esquemticamente con un desplazamiento del cuadrado con todas sus lneas y flechas hasta los empalmes. Para facilitar la comprensin se representa aqu la posicin final.
La vlvula es accionada por presin hidrulica. Simblicamente se representa con una lnea de pilotaje 2 que acta en sentido opuesto al de la presin del muelle de reposicin 1.
Smbolo segn ISO 1219 Vlvula Iimitadora de presin
Vlvula para limitar la presin en la entrada; se abre venciendo la fuerza del muelle recu-perador.
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La flecha diagonal significa que la fuerza del muelle puede regularse.
Actividad : Establezca la diferencia entre una Vlvula de alivio de accin directa y una pilotada en el enlace http://www.cohimar.com/util/neumatica/neumatica_hidraulica12.html#V%C3%81LVULAS%20DE%20ALIVIO%20DE%20OPERACI%C3%93N%20%20PILOTO
Actividad: Observar detenidamente de FESTO Hydraulics AVSEQ08 BOMBA, VLP, DEPOSITO Y FILTRO http://www.youtube.com/watch?v=LQiA5Wpyhb4&feature=youtu.be
Actividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ13 VLP Y VRP http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=bH1DS_BElng&feature=fvwp
Actividad: Buscar en la Web y analizar el siguiente Video. http://www.youtube.com/watch?v=vO2CSbpE90A
Prctica N 1 Banco de Pruebas Hidrulico
Ajuste de la vlvula Iimitadora de presin, de accionamiento directo
Problema:
Establecer un sistema hidrulico conforme al esquema de circuito siguiente.
Las mediciones han de mostrar las propiedades de la vlvula limitadora de presin.
Fases de trabajo
Preparar el material didctico (vlvulas, mangueras, uniones, etc.)
Colocar los elementos segn el esquema de circuito
Pedir al profesor que examine el circuito
Analizar el ejercicio y verificar el comportamiento del componente hidrulico.
Desmontar el circuito y evaluar el ejercicio
Esquema de circuito I y II (Banco FESTO)
Nota
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Para ajustar la presin mxima en el sistema, todos los elementos hidrulicos deben estar cerrados, a fin de que todo el caudal de extraccin pueda evacuarse p