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 Oleohidráulica Ing. Elvis Arguello  542, 543, 549, 567, 589 Octavo Nivel - Ing. Industrial  TEMA: SISTEMA OLEOH IDRÁULICO PARA ELEVACIÓN Y TRANSPORTE DE CARGAS INTRODUCCIÓN La oleo-hidráulica es la aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, para construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas. Su fundamento es el principio de Pascal, que establece que la presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo. El filósofo y científico Blaise Pascal formuló en 1647 el principio que lleva su nombre, con aplicaciones muy importantes en hidráulica.

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542, 543, 549, 567, 589 Octavo Nivel - Ing. Industrial   

TEMA: 

SISTEMA OLEOHIDRÁULICO PARA ELEVACIÓN Y TRANSPORTE DE

CARGAS

INTRODUCCIÓN

La oleo-hidráulica es la aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, para

construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. La

hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales

abiertos y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas. Su fundamento es

el principio de Pascal, que establece que la presión aplicada en un punto de un

fluido se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo.

El filósofo y científico Blaise Pascal formuló en 1647 el principio que lleva su

nombre, con aplicaciones muy importantes en hidráulica.

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JUSTIFICACIÓN

Los montacargas son muy útiles para las empresas comerciales, ya que con ellos

se pueden elevar materiales fácilmente. Los montacargas pueden ser hidráulicos

y eléctricos, y son bastante resistentes a golpes. Hay muchas empresas

comerciales que utilizan este tipo de montacargas para facilitar su tarea diaria, es

por esto que se ha fijado la necesidad de diseñar un sistema de elevación oleo-

hidráulico para mercadería en la empresa de servicios “Auto en línea”, ya que se

dedica a la distribución de neumáticos para equipo pesado y caminero.

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DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA

La empresa “Auto en línea” se encuentra ubicada en la provincia de Tungurahua,

sector de la Av. El rey (Ambato), cuenta con una instalación propia de dos

plantas.

Posee un número de 5 trabajadores, los cuales se dedican a diferentes

actividades como administración, enllantaje, alineación y balanceo.

1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar un sistema oleohidráulico capaz de realizar el trabajo de levantar

grandes cargas.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Familiarizarse con los sistemas oleohidráulicos, su funcionamiento y su

importancia en la industria.

Obtener un sistema que realice el objetivo principal de elevar la carga.

Diseñar un sistema oleohidráulico con elementos de control, para lo cual se

debe seleccionar adecuadamente estos dispositivos, teniendo en cuenta un

factor muy importante, la factibilidad y confiabilidad.

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2. MARCO TEORICO

2.1 OLEOHIDRÁULICA

El nombre correcto es oleohidráulica al ser el aceite el fluido que generalmente

circula por las tuberías (en el lenguaje práctico se nombra como hidráulica).

Su definición sería: «La técnica hidráulica tiene por objeto el estudio de las leyes

de equilibrio y movimiento del aceite hidráulico con miras a su aplicación

práctica».

Es un medio de transmitir energía empujando un líquido confinado. El

componente de entrada se llama bomba; el de salida se denomina actuador.

El actuador puede ser lineal (cilindro), o rotativo (motor).

Características especiales que destacan a la Hidráulica. Muchas razones

hacen que la elección recaiga en un control y propulsión hidráulicos.

Las fuerzas se gradúan automáticamente a las necesidades. El movimiento

puede realizarse con carga máxima desde el arranque.

Graduación continua simple (ya sea control o regulación) de la velocidad,

momento o fuerza.

Protección simple contra sobrecarga.Útil para movimientos rápidos controlados, así como para movimientos de

precisión extremadamente lentos.

Acumulación relativamente sencilla de energía por medio de gases. Posibilidad de

sistema de propulsión central con transformación en energía mecánica

descentralizada (Gran economía).

Veremos los principios, leyes y magnitudes esenciales para entender elfuncionamiento de los circuitos hidráulicos.

2.1.1 PRINCIPIOS Y LEYES FUNDAMENTALES DE LA OLEOHIDRÁULICA

Los aceites no son comprensibles (pero sí elásticos). 

Los aceites transmiten en todas las direcciones la presión que se les aplica

(principio de Pascal)

Los aceites toman la forma de la tubería o aparato, por los que circulan en

cualquier dirección.

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Los aceites permiten multiplicar la fuerza aplicada prensa hidráulica (Fig.

1). Las fuerzas aplicadas y transmitidas son directamente proporcionales a

sus superficies.

La presión en el punto 1 es igual a la presión en el punto 2:

2.1.2 VELOCIDADES MÁXIMAS EN LAS TUBERÍAS 

Tubería de aspiración 1m/s

Tubería de de trabajo 6m/s

Tubería de de retorno 2m/s

2.2 VALVULAS HIDRAULICAS

El control de una instalación hidráulica se realiza mediante válvulas. Es misiónde las mismas regular la presión, regular el caudal, distribuir el aceite o cerrar

cierta parte del circuito, o sea, regular la potencia que debe transmitir la

instalación procurando que sus pérdidas sean mínimas. En las válvulas las

pérdidas de carga no deben ser superiores al 4%.

Para controlar una instalación necesitamos

Tipos de válvulas Válvulas distribuidoras 

2 vías / 2 posiciones.

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3 vías /2o tres posiciones.

4 vías /2o tres posiciones.

5 vías /2o tres posiciones.

6 vías / 2, 3 ó 4 posiciones.

Válvulas reguladoras de presión 

Válvulas de seguridad.

Válvulas de descarga.

Válvulas limitadoras.

Válvulas reductoras. Válvulas de secuencia.

Válvulas de alta y baja bombas.

Válvulas de descarga de acumuladores.

Válvulas reguladoras de caudal 

Válvulas de estrangulación.

Válvulas reguladoras de caudal compensado. Válvulas divisoras de caudal.

Válvulas limitadoras de caudal.

Válvulas de cierre o bloqueo 

Válvulas de retención.

Válvulas de retención pilotadas.

Válvulas de pre-llenado.

2.2.1 Válvulas reductoras de presión 

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Se emplean para alimentar

subcircuitos que deban trabajar a

presión menor que la fijada por la

válvula de seguridad,

manteniendo constante la presión

reducida circule o no circule

aceite.

Se las suele emplear algunas

veces delante de los restrictores

asegurando con ello el caudal

constante del aceite restringido.

Son válvulas normalmente

abiertas N/A de dos vías traba-

 jando en serie.

Las válvulas anteriores mandan

al depósito una parte del aceite

cuando llegan a su taraje, las

válvulas reductoras cierran el

paso de aceite, pilotándose a la

salida y manteniendo la presión

«aguas abajo», aumente o

disminuya la presión «aguas arri-

ba», siempre que sea superior a

la de taraje de la válvula.

Cuando la válvula reductora deba instalarse en un circuito (tubería) por la quecircula el aceite en los dos sentidos (entre un distribuidor y un cilindro), la válvula

debe llevar antirretorno. Si interesa reducir la presión en los dos sentidos deben

instalarse dos reductoras de este tipo.

2.2.2 Válvulas distribuidoras (distribuidores) 

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En estas válvulas un carrete cilindrico con una serie de ranuras se desplaza

axialmente dentro de un cuerpo con taladros convenientemente distribuidos.

En la figura vemos que el aceite entra por P y sale por B, en el retorno A

comunica con T (tanque); si desplazamos el carrete P comunica con A y B con T.

Los distribuidores pueden ser: posiciona-dos por enclavamiento, posicionados por

muelle, centradas por muelle

Como ya vimos, las válvulas y distribuidores tenían vías y posiciones. En

hidráulica, las válvulas (distribuidores) tienen tres o cuatro posiciones; es muy

importante determinar el tipo de posición central que tiene el distribuido como semuestra a continuación.

2.3 Cilindro Rotary Actuator 

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Este cilindro es especial ya que al poseer una cremallera transmite de un

movimiento lineal a un movimiento rotacional observándose esto en el elemento 4

que es un eje el cual actuará girando cualquier objeto teniendo en cuenta las

características de éste, los cuales son el peso, tipo de material, la posición de

trabajo, el tamaño, la forma de ensamble, etc.

A continuación presentamos un Rotary Actuator el cual realizará mayoresesfuerzos debido a que posee dos cilindros:

2.4 FILTRO

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Es muy importante para la duración de aparatos hidráulicos el trabajar con un

aceite limpio y no contaminado; esto se logra reteniendo las partículas nocivas y

cambiando el aceite, según la instalación (2.000 a 5.000 horas), todos los años o

cada tres o seis meses en el caso de servoválvulas.

Contaminan el aceite: 

— El agua y los ácidos.

— Partículas metálicas.

— Hilos y fibras.

— Polvo, partículas de juntas y pintura.

El aparato que evita esta contaminación es el filtro.

Datos técnicos de los filtros 

— Grado de filtración (eficacia).

— Caudal filtrante.

— Presión máxima.

— Tipo de fijación.

— Tipo de elemento filtrante.

— Presión diferencial.

— Colocación en el circuito.

NOTA: 

Según el tipo de filtro así será el mantenimiento, siendo los más caros y exigen un

mantenimiento más preciso los de presión.

Filtros: 

— De superficie.

— De profundidad.Sistemas de filtración 

— De paso total.

— En derivación.

3. REQUERIMIENTO DEL SISTEMA. 

Carga máxima a elevar: 1000 Kg. = 2204,6 lb = 1.1 Ton

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Velocidad máxima de elevación: 25 cm/s rango recomendado para este

tipo de sistema.

Velocidad de rotación del brazo hidráulico: 2 r.p.m.

Fluido de trabajo: aceite Temperatura de trabajo: 40°C para garantizar la seguridad y eficiencia del

sistema.

A mayores temperaturas las propiedades del fluido cambia notablemente.

Presión máxima de trabajo: 250 bar 250 Kg/cm2= 3555 psi 

No debe ocupar demasiado espacio y se debe construir con elementos

accesibles al mercado nacional, así como su fácil funcionamiento.

3.1 ESPECIFICACIONES 

El sistema a diseñar se denomina elevador de grandes cargas, dicho sistema

transportará y elevará llantas de diferente tamaño y peso, cuyo peso máximo de

cada carga a elevar va a ser de 1000 Kg

La altura máxima que alcance al ser elevada la carga será de 3 m, y su posición

más baja a de ser de 0.8 m. El brazo debe tener un giro de 90º para mayorfacilidad de manejo.

4. DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA

Se ha tomado en cuenta para el diseño 3 cilindros hidráulicos, un cilindro que

manejará el levantamiento primero de la carga, un segundo cilindro de mayordimensión que tendrá la función de elevar a los dos brazos para dar una mayor

elevación y un tercer cilindro el que tendrá la función de hacer girar la estructura,

este cilindro soportará el gran peso de la estructura, esto para transportar las

cargas de un lugar a otro de forma vertical.

Los cilindros y el motor hidráulico están conectados a al sistema por medio de

reguladores de presión (compuestos por dos válvulas check mas una válvula de

secuencia), estas son alimentadas hidráulicamente por distribuidores 4 x 3 que

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serán accionados manualmente por medio de palancas para su control, estos

tienen la función de realizar la entrada y salida del vástago alargando o

recogiendo el brazo de carga, tendrá la misión, además de accionar el otro

cilindro que hará rotar a la estructura.

Accionando la válvula distribuidora 4 x 3 , en la primera posición de dicha válvula

el fluido hidráulico pasa a través de la tubería hasta llegar al cilindro, que hace

mover el vástago hasta su posición de longitud de carrera máxima, dicho vástago

va acoplado al brazo que asciende hasta la altura máxima de carga, donde un

gancho sostiene la carga a elevarse.

Al cambiar el sentido de la válvula, el vástago regresa a su posición inicial,

haciendo que el brazo descienda hasta su altura mínima, luego de lo cual girará el

conjunto los grados que sean necesarios para proceder al embarque.

En el accionamiento de los cilindros, en caso de parada, se ha colocado una

válvula check que evita un vaciado de la instalación a través de la bomba

hidráulica, en este caso la bomba estará distribuyendo el fluido por medio del

relief hacia el reservorio.

Para que la velocidad de movimiento del pistón en el cilindro hidráulico pueda ser

variada, se ha instalado válvulas estranguladoras. Esta variación de caudal, nos

dará la posibilidad de controlar la velocidad y la presión de salida del vástago en

el cilindro hidráulico.

Para proteger la instalación contra presiones demasiado elevadas y contrasobrecargas se ha instalado una válvula de relief. En la instalación, a través de la

bomba y el estrangulamiento actúa la presión ajustada por la válvula de relief,

entre estrangulamiento y los cilindros actuara la presión correspondiente a la

carga.

VENTAJAS

Diseño y montaje sencillo.

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Fácil funcionamiento.

Facilidad de operación.

Permite elevar y descender a cualquier altura dentro del rango de trabajo.

Costo moderado Diseño accesible a facilidad de mantenimiento 

DESVENTAJAS 

No tiene un sistema eléctrico de control, todo es mecánico.

Es necesaria en la mayoría de los casos la intervención de un hombre para

enganchar un objeto debido a que el diseño no se lo hizo con tenazas de

sujeción.

4.1 DATOS TÉCNICOS:

Peso de la estructura = 160 Kg. aproximadamente

Peso a elevar = 1000 Kg

Carrera o desplazamiento del vástago de cilindro 1 = 260mm

Carrera o desplazamiento del vástago de cilindro 2 = 260mm

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4.2 REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA

Esquema Hidráulico Mecánico

En el siguiente esquema se muestra el circuito mecánico en funcionamientodonde los cilindros 1 y 2 que corresponden al brazo están en su recorrido máximode avance y el 3 que corresponde al giro del sistema está en una fase del retornogirando así éste. Cabe señalar que la válvula limitadora de presión en el 3er caso

no se accionó por el pilotaje debido a que la presión con la que se desarrolla el

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sistema es inferior a la presión regulada en dicha válvula que es la presiónmáxima a la que deben funcionar los distintos elementos del sistema

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4.3 GRAFICA DEL MECANISMO:

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5. DISEÑO, DIMENSIONAMIENTO Y SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS  

5.1 DISEÑO Y SELECCIÓN DE LOS CILINDROS

Cilindro 2

Carga a elevar: Será igual a la carga a elevar más el peso de la estructura del

brazo, este valor es aproximadamente de 1600Kg

Se realiza el cálculo para un ángulo de 25º

Presión: 170bar = 2465,6psi

F = 1600Kg

Fy = 0

F2y = 1600Kg

F2 = F2y /Sen25º

F2 = 1600Kg/Sen25º

F2 = 3785,92Kg

Se procede a calcular el área del pistón mediante la fórmula: P = F / A ; A = F / P

2

2

27,22

170

92,3785cm

cmKg

Kg A  

Con esta área se calcula el diámetro del pistón necesario para el cilindro

cm A

d  A

32.51416.3

27.22*44

4

*2

  

  

 

Velocidad de salida del vástago = 6 cm/seg

Calculamos el caudal Q de alimentación para la salida del vástago:

Q = V x A = 6cm/seg x 22.27cm2 = 133.62 cm3 /seg = 8.02lt/min

Seleccionamos el cilindro correspondiente del Catálogo Técnico ATOS  (tabella

2035):

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Para un diámetro de pistón de 53mm que es el más próximo al requerido de

acuerdo a los cálculos y una presión de 170bar tenemos:

CI  – 53 / 28 /28 x 1000 D 0 0 3  – 10

Cilindro 1

Carga a elevar: Esta carga será mayor debido a que se sumará el peso de la

estructura, la carga a elevar y demás aditamentos que se han incluido en el

sistema siendo este valor aproximadamente de: 3000Kg

Se realizará el cálculo para un ángulo de 55º

Presión: 170bar = 2465,6psi

F = 3000Kg

Fy = 0

F2y = 3000KgF2 = F2y /Sen55º

F2 = 3000Kg/Sen55º

F2 = 3662,3Kg

Calculamos el Area del pistón mediante la fórmula: P = F / A ; A = F / P

2

2

54,21

170

3,3662cm

cmKg

Kg A  

Con esta área encontramos el diámetro del pistón necesario para el cilindro

cm A

d  A

24,51416.3

54,21*44

4

*2

  

  

 

Velocidad de salida del vástago = 6 cm/seg

Calculamos el caudal Q de alimentación para la salida del vástago:

Q = V x A = 6cm/seg x 21,54cm2 = 129,24 cm3 /seg = 7,8 lt/min

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Seleccionamos el cilindro correspondiente del Catálogo Técnico ATOS  (tabella

2035):

Para un diámetro de pistón de 52mm que es el más próximo al requerido de

acuerdo a los cálculos y una presión de 170bar tenemos:

CI  – 52 / 28 /28 x 1800 D 0 0 3  – 10

Cilindro 3 Rotary Actuator

Considerando el que soporta un mayor peso y tiene un mayor torque se ha

seleccionado el siguiente con la información necesaria:

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DETERMINACIÓN DE LAS PRESIONES REALES DE LOS CILINDROS 1 y 2:

Cilindro 2:

Diámetro = 53mm = 5,3 cm

Fuerza = 2465,6 Kg

P = F / A

2276,111

1416.3*3.5

4*6,2465

cm

KgP  

Cilindro 1:Diámetro = 52mm = 5,2 cm

Fuerza = 3000 Kg

P = F / A

2226,141

1416.3*2,5

4*3000

cm

KgP  

5.2 BOMBA HIDRÁULICA

Asumiendo una caída de presión en el sistema de: 35bar

Presión de sistema = 141,26bar + 35bar = 176,26bar

Rendimiento volumétrico de la bomba = v = 0.9

Caudal máximo erogado por la bomba = 8,02 lt/min

Caudal Total erogado por la bomba = Qmax / v = 8,02 / 0.9 = 8,9 lt/min  

Con este valor y el valor de la presión seleccionamos la bomba correspondiente a

nuestro sistema en nuestro caso viene a ser una Bomba de alta presión

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(Seleccionada de Catálogo GOULDS), con las siguientes características y

nominación:

MODELO 3710

Velocidad: 2900 r.p.m.

Caudal: 10 lt/min = 166,67 cm3 /min

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5.4 FLUIDO HIDRÁULICO.

La mayoría de los equipos hidráulicos funciona con fluidos de base mineral

(aceites hidráulicos). La selección y el cuidado que se tenga con el fluido

hidráulico de una máquina tiene un efecto importante sobre su funcionamiento y

sobre la duración de sus componentes hidráulicos.

El fluido hidráulico seleccionado es del grupo HFD (Fluido sintético sin agua),

sobre todo al grupo HFD...R (con éster de ácido fosfórico).

Sus características son:

Variación poca de la viscosidad respecto a la temperatura y a la presión.

La temperatura de servicio puede incrementarse respecto a los HFC

(soluciones acuosas de polímeros) 40°C en aproximadamente 50%

hasta 60°C.

Son sensibles respecto al grado de humedad. El contenido de agua no

puede superar el 0.1% en volumen.

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Se usa elastómeros de flúor como el Vitón, en juntas, mangueras y

vejigas de acumuladores de presión por que no resisten el éster ácido

fosfórico.

5.5 FILTRO:

Con los valores dados para Caudal y Presión hallamos nuestro Filtro en el

Catálogo Técnico ATOS:

Nominación: FEI  – 25 / 60 / 10

Este accesorio no tiene un valor determinado de caída de presión.

5.6 DUCTOS O MANGUERAS:

Se ha determinado que el sistema requerirá de una longitud aproximada 15

metros de manguera para su total distribución. Se determinado que la caída de

presión por cada metro de manguera es igual a 0.2bar/m, dándonos un total de

pérdidas por tubería de: 3bar

5.7 SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO.

Distribuidores (Válvulas 4/3)

De los requerimientos básicos de presión y caudal, recurrimos al Catálogo

Técnico ATOS para seleccionar nuestras electroválvulas, se ha tomado un mismo

tipo de distribuidor para todos los actuadores:

Nominación: DMS – 7 1 1 / A 24 DC / 40

Caídas de Presión: PA y PB = 2bar

AT y BT = 2.6bar

Reductores de Presión:

Estos elementos están compuestos por una válvula de secuencia más una válvula

check. Con los valores dados para Caudal y Presión hallamos nuestros reductores

de presión en el Catálogo Técnico ATOS, de igual manera seleccionamos un

mismo elemento para todos los actuadores:

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Oleohidráulica Ing. Elvis Arguello  

542, 543, 549, 567, 589 Octavo Nivel - Ing. Industrial   

Nominación: AGI SR  – 10 / 250

Caída de Presión: 1.8bar

Estrangulamiento:

Compuesto de igual manera de una check y con ella incluido un estrangulamiento

o reductor de caudal. Con los valores dados para Caudal y Presión hallamos

nuestro estrangulamiento en el Catálogo Técnico ATOS:

Nominación: AQFR  – 10 / 30

Caída de Presión: totalmente abierto = 0.7bar; y totalmente cerrado = 1.4bar.

5.8 DIMENSIONAMIENTO DEL RESERVORIO

Para cumplir con todas las funciones mencionadas, el reservorio debe tener el

tamaño suficiente, cuando esto no es posible, se debe adicionar accesorios extras

y específicos para cada una de las funciones.

Es aconsejable satisfacer los siguientes requerimientos:

1. Debe disiparse la mayor parte del calor generado en el sistema.

2. Debe proveerse de volumen suficiente para permitir la estancia del fluido por un

tiempo adecuado. Se asentará en su fondo la suciedad, y el aire arrastrado

escapará.

3. Debe contener la capacidad suficiente para acoger al fluido que drenará por

gravedad desde todos los ramales.

4. Deben proveerse posibles ampliaciones del circuito.

5. Debe dotarse del área lateral suficiente paid dar cabida a todas las llegadas yconexiones.

6. Si el funcionamiento es continuo, debe mejorarse la capacidad normal.

7. Debe permitirse la expansión térmica del fluido.

8. El reservorio debe ayudar a la estabilidad de la máquina. Esto es importante

cuando su tapa es usada como base de montaje del grupo motor-bomba y otros

elementos.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

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5/11/2018 PROYECTO OLEOHIDRAULICA listo - slidepdf.com

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Oleohidráulica Ing. Elvis Arguello  

542, 543, 549, 567, 589 Octavo Nivel - Ing. Industrial   

Es muy importante el uso de materiales livianos para la construcción de un

brazo mecánico, ya que todo peso adicional redundará en una complejidad

mecánica y económica, debido a que obligará a utilizar motores de

mayores potencias. Un buen material debe ser fácil de conseguir,

relativamente económico y extremadamente liviano en comparación con su

dureza.

Se ha realizado el diseño de una estructura con un sistema oleohidráulico

para levantar grandes cargas, de esta manera se facilita el transporte de

cargas pesadas a gran altura y posiciones diferentes.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. 

CATALOGO TECNICO, ATOS

CATALOGO DE BOMBAS GOULDS

FUNDAMENTOS DE OLEOHIDRAULICA, MORAN IVAN.

APUNTES DE CLASE