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NIVEL: PERFECCIONAMIENTO MODO: ESPECIALIZACIÒN
INSTITUTO NACIONAL DE COOPERACIÓN EDUCATIVAGERENCIA REGIONAL INCE ARAGUADIVISIÓN DE FORMACIÓN PROFESIONALUNIDAD DE TECNOLOGÍA EDUCATIVA
Maracay, agosto 2004
Especialistas en contenido Miguel Ángel Martínez (Instructor INCE Metal minero La Victoria)
Trascripción y diagramaciónLic. Judith Rodríguez M. (Diseñadora Instruccional INCE Aragua)
Supervisión General:T.S.U Dilia Robles (Supervisora Unidad de Tecnología Educativa INCE Aragua)
Coordinación Técnica EstructuralDivisión de Recursos para el Aprendizaje
Coordinación GeneralGerencia General de Formación ProfesionalGerencia de Tecnología Educativa
1ra Edición 2004
Agosto 2004
Copyright INCECONTENIDO
¿QUÉ ES EL INCE? PRESENTACIÓN
INTRODUCCIÓN
OBJETIVO COMPONENTES DE CIRCUITOS HIDRAULICOS
o Cilindro Diferencial………………………………………………………Definición……………………………………………………………….
Funcionamiento……………………………………………………...... Función en un circuito…………………………………………………
o Acumulador Hidráulico………………………………………………...
Definición………………………………………………………………. Tipos………………………………………………………………….… Volumen utilizable…………………………………………………….. Precarga……………………………………………………………….. Función en un circuito…………………………………………………
0909091010101114141517171718192021242424252729292930
o Válvula de Control de Presión…………………………………………. Definición…………………………………………………………………
Tipos……………………………………………………………………. Características………………………………………………………… Drenajes……………………………………………………………….. Ajuste de la presión…………………………………………………… Función en un circuito…………………………………………………
o Válvula de Control de Flujo con Compensación de Presión……….. Definición………………………………………………………………. Tipos……………………………………………………………………. Funcionamiento………………………………………………………. Función en un circuito…………………………………………………
o Motor Hidráulico…………………………………………………………. Definición……………………………………………………………….
Tipos…………………………………………………………………… Función en un circuito…………………………………………………
SIMBOLOGÍA DE CIRCUITOS HIDRÁULICOS Simbología de Cilindros Hidráulicos……………………………………. Simbología de Acumuladores Hidráulicos…………………………….. Simbología de Válvulas Hidráulicas…………………………………….
Simbología de Motores Hidráulicos……………………………………
AVERÍAS EN SISTEMAS HIDRÁULICOSo Sistemas
Hidráulicos……………………………………………………Definición……………………………………………………………….Componentes…………………………………………………………..Funcionamiento……………………………………………………….. o Averías en Cilindros
Hidráulicos………………………………………o Averías en Válvulas Hidráulicas………………………………………o Averías en Motores y en Bombas Hidráulicas……………………….
GLOSARIO
BIBLIOGRAFÌA
33333436
39393939404142
¿QUÉ ES EL INCE?
El Instituto Nacional de Cooperación Educativa ( INCE ), es un
Organismo autónomo con personalidad jurídica y patrimonio propio, adscrito al
Ministerio de Educación y Deportes, creado por Ley el 22 de Agosto de 1959 y
reglamentado por Decreto el 11 de Marzo de 1960 de acuerdo con Decreto
publicado en la Gaceta Oficial N° 34563 de fecha 28 de Septiembre, se reforma
el reglamento de la Ley del INCE, con la finalidad de reorganizarlo y adecuarlo a
los intereses del País y al proceso de reconversión industrial.
EL INCE, es el ente Rector de la Formación Profesional en Venezuela,
razón por la cual su acción ha estado dirigida a la formación y capacitación de la
fuerza laboral, en consonancia con las necesidades de los sectores productivos y
con las políticas de desarrollo económico y social del estado venezolano.
El Instituto tiene como Misión: Formar y capacitar de manera integral, bajo la tutela del estado y con la participación y compromiso de los empleadores y trabajadores, a la fuerza laboral que demandan los sectores productivos, orientando la formación hacia el empleo productivo, en aras de la competitividad, contribuyendo así al desarrollo social, económico y tecnológico del país.
PRESENTACIÓN
El Manual se ha diseñado para ser utilizado como una herramienta
didáctica en la administración de los contenidos programáticos del Curso
Hidráulica Avanzada, del nivel perfeccionamiento, durante el proceso de
enseñanza-aprendizaje.
El contenido se ajusta al Programa de estudio diseñado según los
requerimientos del Curso; pero desearíamos que además, investigue en otras
fuentes para incrementar los conocimientos adquiridos.
Esperamos que aproveche al máximo la oportunidad que el INCE le brinda
de convertirse en un trabajador altamente capacitado que responda,
ampliamente, a las exigencias de su área laboral.
INTRODUCCIÓN
Como es sabido, la hidráulica trata del empleo y características de los
líquidos como fluido confinado para transmitir energía, multiplicando su fuerza y
modificando su movimiento. Por eso un fluido a presión es uno de los medios
más versátiles conocidos hoy por hoy, para originar o modificar movimientos y
para transmitir potencia ya que es tan rígido como el acero y a la vez muy
flexible, cambia instantáneamente su forma para adaptarse al cuerpo que resiste
su empuje y puede ser derivado pudiéndose reunir nuevamente para trabajar en
conjunto.
En vista de esto el estudio de la hidráulica se hace necesario e importante
en un momento de empuje y transformación constante como el que estamos
viviendo.
El presente manual de hidráulica, tiene por finalidad brindar información
avanzada sobre contenidos inherentes a componentes de circuitos hidráulicos,
simbología de circuitos y averías en sistemas hidráulicos, tal como se refleja en
cada uno de los capítulos que veremos a continuación, buscando la
especialización de trabajadores que se desempeñan en esta área.
OBJETIVO
Proporcionar a los participantes los conocimientos necesarios para que
perfeccionen habilidades y destrezas requeridos en hidráulica avanzada, a fin de
cumplir con los procedimientos establecidos en ésta área de trabajo.
Hidráulica Avanzada
COMPONENTES DE CIRCUITOS HIDRÁULICOS
Cilindro Diferencial
DEFINICIÒN
Es un cilindro de doble efecto en el que las superficies efectivas del lado
del émbolo y del lado del vástago están construidas en una determinada relación.
En este caso, la relación entre la superficie del émbolo y la anular del lado del
vástago es de 2:1. La superficie del émbolo es el doble de la superficie anular del
vástago.
FUNCIONAMIENTO
En un circuito diferencial el grupo de accionamiento suministra la corriente
de líquido. Hay montada una válvula limitadora de presión, a fin de no
sobrepasar la presión admisible en el sistema. En el manómetro puede leerse la
magnitud de la presión admisible pe1. Para pilotar el cilindro diferencial con
circunvalación hay que accionar la válvula distribuidora 4/3 (posición b) y la 3/2
(posición a).
El vástago del cilindro sale sin circunvalación, es decir, lentamente,
cuando la válvula distribuidora 4/3 se encuentra en posición b y la 3/2 en posición
a. Ver Figura 1.
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Hidráulica Avanzada
Fig. 1
FUNCIÓN EN UN CIRCUITO
El cilindro diferencial se emplea en circuitos hidráulicos con el objeto de
elevar la velocidad de avance o de igualarla a la de retorno. Como el caudal de
líquido desplazado se emplea directamente sumándose al caudal de la bomba,
se pude emplear una bomba de menor potencia. El émbolo está sujeto
hidráulicamente por el líquido actuante por ambos lados. Ver figura 2.
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Hidráulica Avanzada
Fig. 2
Acumulador Hidráulico
DEFINICIÓN
Es un dispositivo que almacena la presión hidráulica. Esta presión
constituye la energía potencial dado que se puede convertir en energía de
presión.
TIPOS
Cargado por peso: Este tipo de acumulador aplica una fuerza a un líquido, por
medio de pesos pesados. Dado que el peso no cambia, el mismo se
caracteriza por una presión constante durante la carrera del pistón. Es
bastante grande. Se le puede utilizar en varias máquinas a la vez, pero se le
utiliza con mayor frecuencia en los sistemas hidráulicos centrales y de planta.
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Hidráulica Avanzada
Los pesos pesados que se utilizan pueden ser de cualquier material pesado,
tal como hierro, hormigón, incluso agua. Ver figura 3.
Fig. 3
Cargado a resorte: Este acumulador consiste de un cuerpo del cilindro, un
pistón móvil y un resorte. El resorte aplica una fuerza al pistón, resultando en
la presión del líquido. Dado que el fluido se bombea al acumulador cargado a
resorte, la presión en el mismo se determina por la velocidad de compresión
del resorte. En algunos se puede variar la presión del resorte mediante el
ajuste del tornillo. Se caracteriza por ser más pequeño y flexible que otros
acumuladores y se puede montar en cualquier posición. Ver figura 4.
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Hidráulica Avanzada
Fig. 4
Hidroneumático: Este tipo de acumulador es el que más se utiliza en los
sistemas hidráulicos industriales. Aplica una fuerza a un líquido utilizando un
gas comprimido que actúa como un resorte.
Nota: En todos los casos en que se emplea este tipo de acumulador en los sistemas industriales, el gas utilizado es nitrógeno seco. Nunca se utiliza aire comprimido porque se corre el riesgo de liberar un vapor aire-aceite.
Hay tres tipos:
o De pistón : Este tipo de acumulador hidroneumático consiste de un cuerpo
del cilindro y un pistón móvil. El gas que ocupa el volumen que está arriba del
pistón, es comprimido a medida que se carga el cuerpo del cilindro con
líquido. Cuando el acumulador está lleno, la presión del gas es igual a la
presión del sistema. (Ver figura 5).
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Hidráulica Avanzada
Fig. 5
o De diafragma : Este tipo de acumulador hidroneumático consiste de dos
hemisferios de metal, que están separados por un diafragma de hule sintético,
flexible. El gas ocupa una cámara y es comprimido a medida que el líquido
ingresa a la otra cámara. Ver figura 6.
Fig. 6
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Hidráulica Avanzada
o De vejiga : Este tipo de acumulador hidráulico consiste de una bolsa de hule
sintético, que está dentro de un casco de metal.
La vejiga se llena de gas comprimido. La válvula de disco, ubicada en la boca
de descarga, cierra la boca cuando el acumulador se descarga
completamente. Esto evita que la bolsa salga hacia el sistema. Ver figura 7.
Fig. 7
VOLUMEN UTILIZABLE
Un acumulador hidroneumático que se utiliza para desarrollar el flujo del
sistema opera a una presión máxima y mínima. En otras palabras, el acumulador
se llena o se carga con fluido hasta que se alcanza la presión máxima y se
recarga a una presión inferior, después que se realiza el trabajo. El volumen de
líquido que se descarga entre estas dos presiones, es el volumen utilizable del
acumulador.
PRECARGA
La presión del gas (nitrógeno seco) presente en un acumulador
hidroneumático, cuando se drena el fluido hidráulico, constituye la precarga del
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Hidráulica Avanzada
acumulador. Cuanto mayor es la precarga menos líquido retiene el acumulador.
No obstante esto no significa que disminuye el volumen utilizable.
Generalmente, la precarga de de gas de un acumulador hidroneumático es
de 100 PSI menos que la presión inferior del sistema.
FUNCIÓN EN UN CIRCUITO
Los acumuladores cumplen una gran variedad de funciones en un sistema
hidráulico. Algunas de ellas son:
- Mantener la presión del sistema
- Desarrollar el flujo del sistema
- Amortiguar los golpes del sistema
En situación de emergencia el acumulador puede mantener la presión del
sistema. En el caso de que en un circuito de sujeción, de laminación o de
prensado, falle la bomba, se puede utilizar el acumulador para mantener la
presión del sistema, evitando que se destruya el material que está siendo
trabajado. En este caso, frecuentemente, se utiliza el volumen del acumulador
para completar el ciclo de la máquina.
Un acumulador hidráulico puede mantener la presión en una rama del
circuito, mientras que la bomba descarga el flujo presurizado a otra parte del
circuito. Además, mantiene la presión del sistema, compensando la pérdida de
presión originada por las pérdidas o el aumento de presión originado por la
expansión térmica. Ver figura 8.
Fig. 8
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Hidráulica Avanzada
Los acumuladores constituyen una fuente de energía hidráulica. Cuando
los requerimientos de un sistema son mayores que la descarga de la bomba, se
puede utilizar la energía potencial almacenada en el acumulador, para desarrollar
el flujo del sistema. Por ejemplo, si una máquina está diseñada para efectuar su
ciclo pocas veces, se puede utilizar una bomba de poco volumen para llenar el
acumulador.
Cuando llegue el momento de operar la máquina, se desplaza la válvula
direccional y el acumulador descarga el flujo presurizado necesario al actuador.
Utilizar de este modo el acumulador junto con la bomba pequeña, constituye un
sistema para ahorrar potencia (HP). Ver figura 9.
Fig. 9
En algunos casos se utiliza un acumulador hidráulico para amortiguar los
golpes del sistema. En un sistema, los golpes pueden surgir por la inercia de una
carga conectada a un cilindro o a un motor hidráulico. O bien, pueden surgir por
la inercia de un fluido cuando se bloquea repentinamente, cuando se cambia la
dirección del flujo del sistema y cuando se desplaza rápidamente la válvula
direccional.
17
Hidráulica Avanzada
El acumulador hidráulico en el circuito amortiguará algunos de los golpes,
evitando que estos sean totalmente transmitidos a través del sistema. Ver figura
10.
Fig. 10
Válvula de Control de Presión
DEFINICIÒN
Es un dispositivo que permite controlar la presión máxima de un sistema,
con la boca primaria de la válvula conectada a la presión del sistema y la boca
secundaria al tanque, se actúa el vástago en el cuerpo de la válvula, por medio
de un nivel de presión pre-determinado, donde se conectan los conductos
primarios y secundarios y el flujo se deriva hacia el tanque.
TIPOS
18
Hidráulica Avanzada
De secuencia : Es una válvula de control de presión normalmente cerrada, que
hace que una operación tenga lugar antes que la otra.
De contrabalanceo : Es una válvula de control de presión normalmente
cerrada que se utiliza para balancear o contrarrestar un peso como el de la
plancha de una prensa o para demorar el movimiento de giro de un peso
fijado al eje del motor.
Reductora de presión : Es una válvula de control de presión normalmente
abierta que opera midiendo la presión del fluido después que este pasa a
través de la válvula. Ver figura 11.
Fig. 11
De descarga : Es una válvula de control de presión normalmente cerrada que
se opera a control remoto y que conduce el flujo hacia el tanque, cuando la
presión en una parte remota de un sistema alcanza un nivel pre-determinado.
De frenado : Es una válvula de control de presión normalmente cerrada, con
ambos controles directo y remoto, conectados simultáneamente para
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Hidráulica Avanzada
efectuar la operación. Está sujeta directamente a los requerimientos de
carga de un motor.
CARACTERÍSTICAS
A continuación se mencionan algunas características de las válvulas de
control de presión:
Aquellas, cuyas bocas secundarias se presurizan, están provistas con
drenajes externos (Válvulas de secuencia y reductoras de presión).
Aquellas, cuyas bocas secundarias se conectan al tanque, por lo general
están provistas con drenajes internos (válvulas de alivio, de descarga, de
contrabalanceo y de frenado).
Para pasar el flujo inverso a través de una válvula de control de presión se
utiliza una válvula de retención (check).
DRENAJES
En una válvula de control de presión, el vástago se desplaza dentro de un
conducto. Habrá pérdida de fluido en el conducto sobre el vástago.
Esta pérdida es normal y se utiliza para lubricarlo. Para operar adecuadamente
una válvula de presión, se debe drenar continuamente la superficie que está
sobre el vástago, de manera tal que el líquido no perjudique el movimiento del
mismo. Esto se logra por medio de un conducto que está dentro del cuerpo de la
válvula, el cual se conecta al tanque.
Hay 2 tipos de drenaje:
1. Drenaje interno: Si se conecta al tanque el conducto secundario de una
válvula de presión, el conducto de drenaje se conecta interiormente al
conducto del tanque o al conducto secundario de la válvula.
20
Hidráulica Avanzada
2. Drenaje externo: Si el conducto secundario de una válvula es una línea
de presión, el conducto de drenaje se conecta al tanque por medio de
una línea separada. Ver figura 12.
Fig. 12
AJUSTE DE LA PRESIÒN
En una válvula de control de presión, por lo general, se varía la presión del
resorte ajustando el tornillo que comprime y descomprime el resorte. Ver figura
13.
21
Hidráulica Avanzada
Fig. 13
FUNCIÓN EN UN CIRCUITO
Válvula de secuencia : En un circuito ésta se coloca delante del cilindro
perforador para permitir que el cilindro sujetador se desplace antes que aquel.
El resorte de la válvula no permitirá que el vástago conecte los conductos
primarios y secundarios, hasta que la presión sea lo suficientemente alta
como para superarlo. Cuando el sujetador entra en contacto con la pieza de
trabajo, la bomba ejerce una mayor presión para superar la resistencia. Este
aumento de la presión activa al vástago en la válvula. Los conductos
primarios y secundarios se conectan. El flujo va hacia el cilindro perforador.
Ver figura 14.
22
Hidráulica Avanzada
Fig. 14
Válvula de contrabalanceo : En el circuito de una prensa, el vástago en la
válvula no conectará los conductos primario y secundario hasta que la
presión, que se siente en la parte inferior del vástago sea mayor que la
presión desarrollada por el peso de la plancha. De este modo se equilibra el
peso de la plancha a través de su carrera descendente.
Un motor hidráulico que hace girar una rueda pesada puede excederse
después de haberle dado impulso. Al colocar la válvula en la salida del motor,
ésta no se abrirá hasta que la presión alcance la salida del motor. Esta
presión contrarresta la fuerza del peso del giro. Ver figura 15.
23
Hidráulica Avanzada
Fig. 15
Válvula reductora de presión : El circuito del sujetador ilustrado requiere que el
cilindro de sujeción B ejerza una fuerza menor que el de A. La válvula ubicada
delante del cilindro de sujeción B, permitirá que el flujo pase al cilindro hasta
que la presión alcance el ajuste de la válvula. En este punto se activa el
vástago de la válvula restringiendo dicha rama del circuito. La presión
excesiva, delante de la válvula, se convierte en calor. El cilindro B, sujeta a
una presión reducida. Ver figura 16.
Fig. 16
Válvula de descarga : Conectada a un circuito, con su línea piloto conectada
corriente abajo desde la válvula de retención, permitirá que el flujo de la
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Hidráulica Avanzada
bomba vuelva al tanque a una presión mínima cuando se carga el acumulador
al ajuste de la válvula. Ver figura 17.
Fig. 17
Válvula de frenado : Si se fija la válvula de frenado para operar a 57 Kg/cm2,
esta se abrirá cuando haya 7 Kg/cm2 en la línea de entrada del motor. La
presión en la entrada del motor será aquella que sólo haga girar la carga
(suponiendo que esta presión sea superior a 7 Kg/cm2). Si la carga intenta
desplazase, la presión cae en la línea de entrada al motor. La válvula de
frenado se cierra y no se abre hasta que se genere una contrapresión de 57
Kg/cm2, para reducir la carga. Ver figura 18.
25
Hidráulica Avanzada
Fig. 18
Válvula de Control de Flujo con Compensación de Presión
DEFINICIÒN
Es un dispositivo mecánico provisto de un cuerpo de la válvula y una parte
móvil y se utiliza para reducir la velocidad de flujo de una bomba a un actuador,
sin alterar la presión.
TIPOS
Restrictor : Compuesta de un cuerpo con bocas de entrada y salida, una
válvula de aguja, un vástago de compensación y un resorte que presiona al
vástago. Ver figura 19.
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Hidráulica Avanzada
Fig. 19
By – Pass : Compuesta de un cuerpo de válvula con entrada y salida, salida
del tanque, válvula de aguja, vástago compensador y un resorte que
posiciona al vástago. Ver figura 20.
Fig. 20
FUNCIONAMIENTO
Tipo Restrictor : Con el vástago compensador hacia el lado A, todo el líquido
presurizado, que entre al sistema, llegará a la válvula de aguja. Si el vástago
27
Hidráulica Avanzada
está ligeramente desplazado hacia el lado B, el líquido presurizado queda
bloqueado. Para mantener el flujo a través de la válvula, el resorte desplaza al
vástago compensador hacia el lado A. La presión delante de la válvula de
aguja es sensada en el lado A del vástago por medio de un pasaje piloto
interno. Cuando la presión del fluido en este punto supera la presión del
resorte, el vástago se mueve hacia el lado B. Si el orificio de la válvula aguja
está ajustado para que pase un poco menos que el caudal de la bomba, la
presión delante de la válvula de aguja tratará de superar la presión de
calibración de la válvula de alivio. Cuando la presión supera la del resorte
compensador, el vástago se mueve y restringe el flujo hacia la válvula de
aguja. Al pasar el fluido por la restricción, toda la presión en exceso del valor
del resorte se transforma en calor.
Tipo By-Pass : El vástago compensador en esta válvula desarrolla una presión
diferencial constante a través del orificio de la válvula de aguja, abriendo y
cerrando un pasaje hacia el tanque. Con el vástago compensador totalmente
en posición inferior, el pasaje al tanque está bloqueado. Con el vástago
compensador en la posición superior, el pasaje al tanque está abierto. En esta
condición, todo el flujo hacía la válvula retornará al tanque. En condiciones
normales, el vástago compensador está en la posición de cerrado actuando
por el resorte.
Si el resorte tiene un valor de 7 Kg/cm2, la presión de la válvula de aguja
estará limitada a 7 Kg/cm2.
Durante la operación, la presión delante de la aguja intenta aumentar
hasta la presión de calibración de la válvula de alivio. Cuando la presión llega
a 7 Kg/cm2, el vástago descubre el pasaje hacia el tanque limitando, de esta
manera, la presión delante de la válvula de aguja a 7 Kg/cm2.
Un valor constante de la presión delante del orificio de la válvula de
aguja, no garantiza un flujo constante. Si la presión después del orificio
cambia, la presión diferencial a través del orificio cambia y por lo tanto
también el flujo. Para compensar esta situación, la presión después de la
28
Hidráulica Avanzada
válvula de aguja actúa sobre la parte superior del pistón por medio de un
pasaje piloto.
Dos presiones actúan, la presión del resorte y la presión del fluido
después de la válvula de aguja. Si el resorte tuviese un valor de 7 Kg/cm2, la
presión del fluido delante de la válvula de aguja estaría limitada a 7 Kg/cm2
sobre la presión detrás del orificio. Siempre que, la presión de calibración de
la válvula de alivio sea lo suficientemente alta, la presión diferencial a través
de la válvula de aguja tendrá el valor del resorte que en este ejemplo es de 7
Kg/cm2, de esta manera, siempre tendremos la misma presión diferencial
disponible para desarrollar el flujo, independientemente de los cambios de
presión.
FUNCIÓN EN UN CIRCUITO
Tipo Restrictor : En todo el circuito ilustrado, la válvula de control de flujo con
compensación de presión tipo restrictor, está ajustada para 12 l/min. La
presión de calibración de la válvula de alivio es 35 Kg/cm2. La presión de
carga es 14 Kg/cm2. El resorte actuante sobre el vástago compensador tiene
un valor de 7 Kg/cm2.
Durante la operación del sistema, la presión de carga de 14 Kg./cm2, más
los 7 Kg/cm2 del resorte actúan sobre el carrete compensador. La bomba
intentará hacer pasar su caudal total de 20 l/min a través del orificio de la
válvula de aguja. Cuando la presión de la válvula de aguja alcanza 21 Kg/cm2
, el vástago compensador se desplaza y restringe la entrada del flujo.
La presión en la entrada del control de flujo alcanza la presión de
calibración de la válvula de alivio 35 Kg/cm2 . Al pasar el fluido por la
restricción producida por el vástago compensador 14 Kg/cm2 de los 35 Kg/cm2
se transforman en calor.
La presión delante de la válvula de aguja está limitada a 21 Kg/cm2 , de
éstos, 14 Kg/cm2 son usados por la resistencia de carga, 7 Kg/cm2 se utilizan
29
Hidráulica Avanzada
para desarrollar el flujo a través del orificio de la válvula de aguja. El caudal
en este caso es 12 l/min., los restantes 8 l/min. pasan de la válvula de alivio.
Ver figura 21.
Fig. 21
Tipo By- Pass : En el circuito ilustrado, esta válvula está abierta para que
pasen 12 l/min. La presión de apertura de la válvula de alivio es 35 Kg/cm2, la
presión de carga 14 Kg/cm2 , el resorte actuante sobre el vástago
compensador tiene un valor de 7 Kg/cm 2 .
Durante la operación, la presión de carga de 14 Kg/cm2 más los 7 Kg/cm2
del resorte actúan sobre el vástago compensador.
La bomba intenta enviar su flujo total de 20 l/min a través del orificio
delante de la válvula de aguja. Cuando la presión delante de la válvula de
aguja alcanza 21 Kg/cm2 , el vástago compensador descubre el pasaje hacia
el tanque.
La presión delante de la válvula de aguja está limitada a 21 Kg/cm2, de estos
21 Kg/cm2, 14 Kg/cm2 son usados para superar la resistencia de carga, 7
Kg/cm2 se usan para desarrollar el flujo a través de la válvula de aguja.
El flujo, en este caso, es 12 l/min. Los restantes 8 l/min se desvían hacia el
tanque a través del pasaje de la válvula. Ver figura 22.
30
Hidráulica Avanzada
Fig. 22
Motor Hidráulico
DEFINICIÒN
Es un dispositivo de desplazamiento positivo, es decir, a medida que
recibe un flujo constante de fluido, la velocidad del motor permanecerá
relativamente constante, sin tener en cuenta la presión. Convierte la energía
operativa de un sistema hidráulico en energía mecánica rotativa.
TIPOS
De paleta : Es un motor de desplazamiento positivo que genera un torque de
salida en su eje permitiendo que la presión hidráulica actúe sobre las paletas
que están desplazadas. El grupo rotativo está conformado por paletas, un
rotor, una carcasa, un eje y una placa con orificios de entrada y salida en
forma de riñón. Ver figura 23.
31
Hidráulica Avanzada
Fig. 23
De engranaje externo : Es un motor de desplazamiento positivo, que genera
un torque de salida en su eje, permitiendo que la presión hidráulica actúe
sobre los dientes del engranaje. Está conformado por una caja con bocas de
entrada y salida y un grupo rotativo formado por dos engranes. Uno, el
engrane de accionamiento fijado al eje que se conecta a la carga y el otro el
accionado. Ver figura 24.
Fig. 24
De engranaje interno : Consiste en un motor de engranaje externo que se
engancha con los dientes que están sobre la circunferencia interna de un
engranaje de mayor tamaño.
32
Hidráulica Avanzada
De pistón : es un motor de desplazamiento positivo que genera un torque de
salida en su eje, permitiendo que la presión hidráulica actúe sobre los
pistones. Está conformado por una placa oscilante, un cuerpo del cilindro,
pistones, una placa de zapata, un resorte polarizador de la placa de zapata,
una placa con orificios y un eje.
FUNCIÓN EN UN CIRCUITO
El torque generado por un motor hidráulico es el resultado de la presión
hidráulica que actúa sobre el grupo rotativo del motor. La fuerza generada por la
contrapresión sobre el grupo rotativo, se debe superar antes de hacer girar la
carga. Para controlar con precisión la velocidad del motor hidráulico, se utiliza un
circuito medidor de salida. Por lo general, los motores hidráulicos se drenan
desde el exterior. Esto significa que una parte del flujo que ingresa al motor
termina en pérdida. Dado que aumentan los requerimientos de torque y la
presión en el motor, un mayor caudal de flujo sale del drenaje. Como resultado,
disminuye la velocidad del eje del motor.
El circuito medidor de salida controla el flujo a medida que éste es
descargado del motor pero no controla la pérdida. Este constituye el único
circuito que puede controlar precisamente la velocidad del eje del motor, sin tener
en cuenta la carga.
Uno de los puntos más importantes en los circuitos del motor es el control
de la carga que está fijada al eje del motor. La válvula de contrabalance evita que
se desplace la carga y permite al motor generar un torque pleno.
33
Hidráulica Avanzada
SIMBOLOGÍA DE CIRCUITOS HIDRÁULICOS
Simbología de Cilindros Hidráulicos
A continuación se puede observar el símbolo utilizado para los cilindros
hidráulicos. Ver figura 1.
Fig. 1
Simbología de Acumuladores Hidráulicos
A continuación se presentan varios símbolos establecidos para los
acumuladores hidráulicos. Ver figuras 2,3, 4 y 5.
Fig. 2
35
Hidráulica Avanzada
Fig. 5
Simbología de Válvulas Hidráulicas
A continuación se presentan varios símbolos establecidos para las
válvulas hidráulicas. Ver figuras 6, 7,8 y 9.
Fig. 6
37
Hidráulica Avanzada
Fig. 9
Simbología de Motores Hidráulicos
A continuación se presentas varios símbolos establecidos para los
motores hidráulicos. Ver figuras 10,11 y 12.
Se incluye símbolo para bombas hidráulicas. Ver figura 13.
39
Hidráulica Avanzada
AVERÍAS EN SISTEMAS HIDRÁULICOS
Sistemas Hidráulicos
DEFINICIÓN
Son sistemas que transmiten potencia desde un punto hasta otro y que
convierten la potencia disponible en potencia utilizable en el lugar donde se
requiere.
COMPONENTES
Bombas y sus unidades impulsoras (fuentes de potencia).
Actuadores.
Conectores y conductores.
Válvulas de control.
Equipo de acondicionamiento y almacenamiento de fluido.
Fluidos Hidráulicos: Son fluidos que actúan como portadores de la potencia
hidráulica a través del sistema pero también cumplen la función esencial de
lubricar el equipo hidráulico. La mayoría son mezclas cuidadosamente
seleccionadas de aceite y aditivos, siendo, muchos de ellos, resistentes al fuego.
FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento se explica según la máquina básica o pieza de equipo
en que está instalado el sistema. Si, por ejemplo, es una unidad de taladro
deslizante que tiene una unidad de potencia hidráulica montada a todo lo largo, el
42
Hidráulica Avanzada
impulso del cilindro hidráulico se usa para mover y colocar en posición el cabezal
del taladro de la máquina. Cuando la máquina está en reposo, el cilindro retrae el
carro. Con una señal el cilindro se extiende rápidamente para mover las
herramientas hacia la pieza de trabajo. La velocidad del impulsor se desacelera
para reducir la velocidad utilizada para cortar. La velocidad lenta es mantenida
hasta que se termina el corte. Luego, las herramientas son devueltas
rápidamente a su posición de partida, donde esperan otro ciclo de trabajo.
Averías en Cilindros Hidráulicos
Para localizar las averías se pueden usar como base las siguientes
preguntas:
1. ¿Es el cilindro lo suficientemente grande para el trabajo?
2. ¿Existe desalineamiento entre el cilindro y la carga que se va a mover?
3. ¿Es la presión de fluido hidráulico en el cilindro adecuada para producir la
fuerza requerida?
4. ¿Están los sellos del pistón o empaquetaduras de las varillas del pistón
desgastadas, dejando escapar presión?
Lo más fácil de examinar son el tamaño del cilindro y el tamaño de la
carga a mover, aunque generalmente ésta es bastante constante. Si es
necesario aumentar el tamaño del cilindro, se ha de determinar cuánto
trabajo puede hacer el cilindro o ha hecho en el pasado.
El desalineamiento es un problema muy común del cilindro y puede
ubicarse fácilmente por la inspección visual de su longitud. Si es
creado por la carga lateral excesiva hace que el cilindro se atasque y
quede inoperante. Pude ser interno o externo, siendo éste el más
frecuente y significa que la varilla del cilindro no se mueve en línea
recta, es decir, que el extremo de la varilla del cilindro no está alineado
con la línea central del mismo.
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Hidráulica Avanzada
Si la superficie del prensa estopa está seca, aunque el cilindro esté
bien lubricado, el desalineamiento se nota debido al ruido, el cual
puede ser un chirrido o vibración.
Los cilindros de extremo doble en que se conectan dos varillas al
pistón son más susceptibles al desalineamiento externo que aquellos
de extremo simple.
La carga lateral también puede identificarse por las marcas de
desgaste en la varilla del pistón y prensa estopa de la varilla. Estas
marcas son causadas por la flotación de la varilla contra el lado del
prensa estopa. Además de las marcas de desgaste en la varilla del
pistón, el prensa estopa mostrará evidencia de frotación. El desgaste
del prensa estopa, generalmente, resulta en fugas de fluido del cilindro.
Si la carga lateral es lo suficientemente severa y la varilla del pistón no
cede o se pandea, la misma se romperá. En la mayoría de los casos, la
rotura será en las secciones recortadas de la varilla. El
desalineamiento externo, a menudo, será transmitido de vuelta al
pistón, haciéndolo rayar el diámetro interno del tubo.
El desalineamiento interno es menos común que el externo, pero no
obstante, sucede. Un problema puede ser la conexión entre el pistón y
la varilla, si el cilindro parece estar tascándose mientras no está bajo
carga, esta es una causa posible.
Cuando el pistón no está firmemente sujeto a la varilla, inclinará y
rayará el diámetro interno del tubo. El cilindro no funciona durante
mucho tiempo bajo éstas condiciones, pues las marcas de ralladuras
en el tubo permiten el escape de fluido, reduciendo la efectividad del
cilindro. Además, la empaquetadura se destruirá rápidamente.
El apriete inadecuado de la varilla de conexión puede ser otra fuente
de desalineamiento interno.
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Hidráulica Avanzada
Averías en Válvulas Hidráulicas
Las averías más comunes son:
- Fugas excesivas
- Adhesión o atascamiento
- Elemento de control no funciona
- Partes agrietadas o quebradas
- Resortes reformados o rotos
El reemplazo de las piezas dañadas trata los síntomas pero no
necesariamente resuelve el problema. Es necesario examinar las piezas
dañadas ya que nos pueden revelar la causa del problema. La causa debe
corregirse o de lo contrario seguirá ocurriendo el mismo problema.
Otros factores como control de calidad, cambios de diseños, válvulas
incorrectamente aplicadas o identificadas han de tomarse en cuenta para
localizar las averías.
Averías en Motores y en Bombas Hidráulicas
Debido a la similitud de diseño y construcción, los problemas que ocurren
en los motores hidráulicos también ocurren en las bombas hidráulicas y los
procedimientos para localizar las averías son iguales.
Debido a que las inspecciones visuales mientras el motor o la bomba
hidráulica están funcionando son limitadas, la única otra manera de
determinar lo que está sucediendo dentro de ellos es escuchando.
La determinación de la razón de la avería en el motor o bomba hidráulica
debe hacerse en secuencia lógica.
Algunas de las causas más comunes de averías son:
- Contaminación
- Cavitación
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Hidráulica Avanzada
- Incompatibilidad de fluidos
- Temperatura
La presencia de contaminantes sólidos normalmente se manifiesta como
una apariencia picada de los engranes y la ranuración circular en las
placas de desgaste laterales. Los motores y bombas de engranes
externos pueden pasar una gran cantidad de contaminación sin un daño
severo inmediato. Las partículas más duras, especialmente las metálicas,
causan daños mayores. El desgaste causado por los contaminantes
reduce la capacidad del motor o bomba para mantener los niveles
apropiados de flujo de fluido y presión.
El aire en un motor o bomba hidráulica resulta en la pérdida de lubricación
y un sistema esponjoso (ligeramente compresible). Normalmente, el ruido
durante el funcionamiento es una indicación que hay aire en la bomba. Si
la fuga de aire se corrige con prontitud, se dañará muy poco o nada. Si no
se corrige, todo el sistema puede atascarse con aire y quedar inoperante.
La cavitación es algunas veces confundida con aire en la bomba o motor
debido a que también aumenta el nivel del ruido de operación. Esta
condición es más notoria cerca de la sección de entrada y suena como si
la bomba o motor tuviese canicas en su interior. Realmente, la cavitación
es una vació que pasa a través de la bomba o motor. A medida que el
vacío se mueve de la entrada a la salida, el aceite se derrumba
rápidamente, algo como una explosión en sentido contrario. Durante el
colapso, se desprenden partículas metálicas de las piezas de la bomba o
motor. Las piezas afectadas tiene la apariencia de estar picadas como
pequeños cráteres. En cierto modo, la cavitación es más problemática que
la contaminación, pues crea su propia contaminación en la misma bomba
o motor.
Las causas típicas de la cavitación incluyen: velocidades excesivas,
entrada restringida de la bomba y filtros de entrada obturados. Las cargas
desbocadas también pueden causar cavitación en el motor de engranes.
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Hidráulica Avanzada
Si la viscosidad del fluido es demasiado baja, se produce el dibujo rayado
en las superficies externas de sellado de las placas de desgaste. Aunque
el fluido tenga buena lubricidad, la baja viscosidad de operación causará
problemas.
La baja viscosidad y mala lubricación, frecuentemente, permiten el
contacto de metal con metal entre las piezas giratorias y no giratorias. El
contacto metálico aumenta la temperatura de operación y permite que se
formen grietas cortas en la superficie (agrietamiento por calor). Estas
grietas pueden ser azuladas indicando que se ha generado calor. El
desalineamiento, empuje terminal o deformación del cuerpo debido al
montaje incorrecto son causas adicionales del contacto metálico.
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Hidráulica Avanzada
GLOSARIO
ACUMULADOR HIDRÁULICO: Es el que almacena la presión hidráulica. Esta
presión constituye la energía potencial, dado que se puede convertir en energía
de presión.
BOMBAS HIDRÁULICAS: Son las que convierten la energía mecánica transmitida
por su generador en energía hidráulica.
CILINDRO HIDRÁULICO: Es un tubo calibrado con un cierre en cada extremo y un
pistón móvil que esta fijo al vástago y transforma la energía hidráulica en
mecánica lineal o directa, la que se aplica a un objeto resistente para realizar un
trabajo.
MOTOR HIDRÁULICO: Es un dispositivo de desplazamiento positivo, es decir, a
medida que recibe un flujo constante de fluido, la velocidad del motor
permanecerá relativamente constante, sin tener en cuenta la presión.
SISTEMAS HIDRÁULICOS: Son sistemas que transmiten potencia desde un punto
hasta otro y que convierten la potencia disponible en potencia utilizable en el
lugar donde se requiere.
VÁLVULA DE CONTROL DE FLUJO CON COMPENSACIÓN DE PRESIÒN: Es un
dispositivo mecánico provisto de un cuerpo de la válvula y una parte móvil y se
utiliza para reducir la velocidad de flujo de una bomba a un actuador, sin alterar
la presión.
VÁLVULA DE CONTROL DE PRESIÓN: Es un dispositivo mecánico provisto con
una parte interna móvil, la cual obstruye o libera un pasaje en el cuerpo de la
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Hidráulica Avanzada
válvula cuando la presión alcanza determinado nivel, permitiendo que el líquido
siga una u otra dirección.
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Hidráulica Avanzada
BIBLIOGRAFÍA
H. Wayne Beaty y James L. Kirtley. (s/f) Manual del Motor Eléctrico.
Edit. Mc Graw-Hill. México.
Schrader Bellows. (s/f) Tecnología Hidráulica Industrial.
Servicios Industriales de Mecánica de Mantenimiento (SIMEN). (s/f)
Detección de Fallas Hidráulicas. División de Adiestramiento.
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MATERIAL APROBADO POR LA DIVISIÓN DE RECURSOS PARA EL APRENDIZAJE SEGÚN
FICHA TÉCNICA CORRELATIVO 049 DE FECHA: 29-07-2005
La Gerencia General de Formación Profesional pone en vigencia el presente material a partir de
la fecha de su edición. Se agradece que los instructores y especialistas del área, realicen una
evaluación del mismo, a fin de incorporar las correcciones pertinentes y garantizar su
actualización.
Se prohíbe la reproducción total o parcial de esta publicación sin la previa autorización del
Instituto Nacional de Cooperación Educativa (INCE)
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