Conceptos, elementos ,esquemas y aplicaciones

Carlos Javier Martn Lucas

INTRODUCCINy La palabra Hidrulica proviene del griego "hydor" que significa agua. y Es la ciencia que estudia la transferencia de energa que ocurre cuando se empuja a un fluido lquido, el cual es su medio transmisor.

y Suelen emplearse aceites

minerales pero tambin lquidos sintticos, agua o una emulsin aguaaceite.y La ventaja que implica la

utilizacin de la hidrulica es la posibilidad de transmitir grandes presiones de trabajo (hasta 700 bar).

Fundamentos FsicosLA PRESIN (P)Es el resultado de una fuerza aplicada a la superficie de un cuerpo (N/m2). Su unidad segn el S.I. es el Pascal (Pa), aunque tambin se suele expresa en:N/m2= 1 Pa bares 1 bar= 105Pa Psi(libra por pulgada cuadrada) = 0.06895 bar Kg /cm ~ Kp/cm ~ bar

El manmetro es el instrumento que se usa para medir la presin.

Principio de PascalLa presin existente en un lquido confinado (encerrado) acta igualmente en todas direcciones, y lo hace formando ngulos rectos con la superficie del recipiente".

Esta es la ley s ele e tal e la fsica referi a a la i r lica.

P5

P1

P4

P2

P3

P1 = P2 = P3 = P4=P5

Aplicacin de la Ley de Pascal por BramahJoseph Bramah, utiliz el descubrimiento de Pascal para fabricar una prensa hidrulica.o Si una pequea fuerza, acta

sobre un rea pequea, sta crear una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor. Propagacin de la presin Multiplicacin de la fuerza Multiplicacin de la presin Multiplicacin de la distancia

CAUDAL VOLUMTRICOEs el volumen de un liquido que fluye a travs de un tubo por un tiempo conocido.Q=V/t Para un cilindro: V=AxS Q=(AxS)/t Q: caudal V: volumen t: tiempo A: rea S: carrera

o El caudal volumtrico de un lquido

que fluye por un tubo de varios dimetros es igual en cualquier parte del tubo. Esto significa que el fluido a traviesa los segmentos ms pequeos con mayor velocidad.

El flujo de fluidos en tuberasFlujo laminarLas capas de fluido se mueven en forma paralela una a la otra, las prximas a las paredes internas de la tubera lo hacen ms lentamente, mientras que las cercanas al centro lo hacen rpidamente.

Flujo turbulentoLas partculas de fluido se mueven en forma desordenada con respecto a la direccin del flujo.y y y

Excesos de velocidad de circulacin Cambios bruscos del dimetro de tubera Rugosidad interna de la tubera

Funcin del fluido oleohidrulicoLas fi ali a es ese cialesI.

e

fl i

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i r lic s

:

Ser el e i tra s is r e e er a. II. Lubrificar l s c e tes ue c stituye el siste a. III. i i izar las fugas. I . Disi ar el cal r ge era e el siste a

e s e estas funci nes:y y y y

y y

e ir la c rr si n ( xi aci n). e ucir la f r aci n e es uma. mpatibili a c n l s element s e estanquei a . antener un ndice de visc sidad relativamente estable en un ampli rango de temperatura. esistencia al fuego. No ser t xico

I

Clasificacin de los FluidosDesde 1977 la clasificaci n internacional adoptada para los aceites industriales (por el I.S.O.), est basada en la viscosidad a 4 gC en centiestokes.Las distintas normas ( FNO , DIN, CETO , ISO)definen 4 tipos de fluidos:y y

y y

: aceite mineral no inhibido. L : aceite mineral poseedor de propiedades antioxidantes y anticorrosi n. : fluido de categoria L con caractersticas antidesgaste. : fluido de categoria con propiedades viscosidadtemperatura mejoradas.

Propiedades de los fluidoso Densidad.En la prctica, se puede asimilar al peso especfico y proporciona, en algunos casos, una referencia en cuanto al origen del aceite. La densidad se expresa en gramos por centmetro cbico. La densidad varia con la temperatura en 6x10- g/cm3 aproximadamente, por grado centgrado.

Cuanto mayor es el grado API, menor es la densidad. La escala API va de 0 (que corresponde a 1076g/cm3) y 100 (que corresponde a 0,6112g/cm3).

o ViscosidadLa viscosidad es la resistencia del fluido a derramarse o fluir por el interior de un conducto. Puede ser determinada midiendo el tiempo que tarda el fluido en fluir a travs de un orificio normalizado a una determinada temperatura. Esta temperatura suele ser 100 g y 210 g (37.8 gC y 8. gC). En general, se definen dos tipos de viscosidad: -La viscosidad dinmica onde es la tensin tangencial (se opone al movimiento) y es la direccin normal al movimiento. La unidad fundamental es al poise (en la prctica centipoise). -La viscosidad cinemtica Donde es la densidad del fluido. Su unidad fundamental es el stoke (en la prctica centistoke, cst).

Variacin de la viscosidad:

y Temperatura, la viscosidad de unfluido disminuye con la reduccin de densidad, que tiene lugar al aumentar la temperatura.y Presin, la viscosidad no se ve

afectada ante presiones moderadas pero se han encontrado grandes incrementos a presiones sumamente elevadas.

Efectos a los que son sometido los fluidos

Un aumento de temperatura provoca un efecto de expansin en liquido y gases. La expansin del aceite hidrulico en un circuito cerrado es un problema, ya que la presin interna puede alcanzar valores de 1 00 kg/cm2. los materiales son compresibles en mayor o menor grado (ya sean lquidos, gases o slidos). El diseado hidrulico debe tener en cuenta la compresibilidad de los lquidos para prevenir los golpes de ariete.

Todos

Elementos de una instalacin hidrulica

Las bombas hidrulicasy Son los elementos encargados de impulsar el aceite o lquido

hidrulico, transformando la energa mecnica rotatoria en energa hidrulica. y El proceso de transformaci n de energa se efect a en dos etapas: aspiraci n y descarga. y Clasificaci n de las Bombas:

Caudal constante (cilindrada constante) Caudal variable (cilindrada variable)

y Cili

r : Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revoluci n.D Dimetro mayor del engranaje d Dimetro menor del engranaje l ncho del engranaje Unidad: c 3/r

y Caudal Terico :Es el caudal que de acuerdo al

diseo, debiera entregar la bomba (caudal Ideal)C = Cilindrada (cm3/rev) = Rpm (1/rev)

y Rendimiento VolumtricoQR = Caudal Real QT = Caudal Terico

Tipos de bombasDientes externos Dientes internos Lbulos DesequilibradasEngranajes

Tipos de bombas

Paletas

Equilibradas AxialesPistones

Radiales

Bombas de engranajesy De dientes externos: y De dientes internos:

y Estn compuestas por un par de

engranajes que trabajan dentro de un cuerpo de aluminio. y El aceite atrapado entre los dientes de los engranajes y las paredes de la caja, es llevado hacia la boca de salida. y Gracias a los dientes opuestos impiden que el aceite retroceda, por lo tanto el aceite es obligado a circular por todo el sistema.

y Estas tambin constan de dos

engranajes, pero en ella el engranaje recto gira dentro de otro ms grande de dientes internos. y El principio de funcionamiento es el mismo que el de la bomba de engranajes externos, con la diferencia que en sta ambos engranajes giran en la misma direccin.

y Engranaje de lbulo:

y Esta bomba funciona siguiendo el

principio de la bomba de engranajes de dientes externos, ambos elementos giran en sentidos opuestos.

Bombas de paletay Desequilibradas: y Equilibradas:

y Tiene un solo ciclo de trabajo a cada

revolucin del motor esta solo tiene una boca de entrada y una boca de salida y el rotor esta descentrado en relacin con el estator. y Al tener la bomba una sola zona de alta presin se originan fuerzas que no son compensadas, lo que indica que la bomba se trata de una bomba desequilibrada.

y El rotor y el anillo estn ubicados

concntricamente. y Posee dos zonas de aspiracin y dos de descarga, por lo tanto la aspiracin y descarga se realiza dos veces en cada revolucin. y Su caudal es fijo. y Las fuerzas resultantes se anulan, por lo tanto la bomba es equilibrada

Bombas de pistonesy Axiales: y Radiales:

y El vaivn de los pistones se consigue

por el ngulo que forman el eje de accionamiento de la placa con el eje longitudinal del bloque de cilindros bombeando el aceite.

y Estas son las ms ingeniosas de

todas permite obtener altas presiones, grandes caudales, grandes velocidades y caudal variable .

Vlvulas distribuidoras

Vlvulas distribuidoras

Vlvula 2/2

Vlvula 3/2 3/3

Vlvula /2 /3

Vlvula 5/2 5/3

y El fluido que circula por el

sistema hidrulico debe ser dirigido convenientemente a los diversos cilindros, actuadores, o motores, de acuerdo a las exigencias y secuencias del trabajo que se deba realizar.y Las vlvulas direccionales ms

elementales son las de dos, tres y cuatro vas . y Los accionamientos suelen ser iguales a los usados en sistemas neumticos (pulsadores, rodillos, solenoides, etc.) pero en hidrulica se ejecutan por la derecha.

Vlvulas reguladoras de caudaly Las aplicaciones de los Vlvula de aguja

reguladores de caudal no estn limitadas a la reduccin de la velocidad de los cilindros o actuadores en general, pues adems tienen gran aplicacin en accionamientos retardados, temporizaciones, impulsos, etc.y Los reguladores de caudal pueden

Vlvula de compuerta

se unidireccionales y bidireccionales.

Vlvula de esfera

Simbologaa) b) c) d) e)

Reguladora de caudal bidireccional Reguladora de caudal unidireccional Reguladora de caudal compensada Vlvula de estrangulacin de diafragma Vlvula de estrangulacin de diafragma unidireccional

f)

Vlvula de estrangulacin de diafragma ajustable

g)

Vlvula de estrangulacin de diafragma ajustable unidireccional

h) i)

Reguladora de caudal en alimentacin Controles de caudal

Vlvulas reguladoras de presiny Una vlvula reguladora de presin tiene por misin mantener en lnea sistema un valor de presin constante, an si la red de alimentacin tiene presiones de valor oscilante y consumos variables. y Estas vlvulas pueden tener un ajuste fijo o regulable, por lo que pueden ser con muelle o sin este.

Simbologaa) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k)

Limitadora de presin Limitadora de presin con piloto externo Reductora de presin Vlvula de descarga Reductora de presin con piloto externo Vlvula de secuencia Vlvula de secuencia con piloto externo Limitadora de presin preaccionada Vlvula de descarga con antirretorno Vlvula de descarga con piloto externo Vlvula de secuencia con antirretorno

Vlvulas de seguridady La vlvula de seguridad es un

elemento indispensable en las instalaciones hidrulicas y es el aparato que ms cerca debe ponerse de la bomba, su misin es limitar la presin mxima del circuito para proteger a los elementos de la instalacin. como vlvula de descarga, de alivio, de sobrepresin o VLP, acta cuando se alcanza el valor de la presin regulada en el resorte.

y Esta vlvula, tambin conocida

Vlvulas de retenciny Tambin llamadas de bloqueo,

antirretorno, check o clapet.y Es una vlvula que permite la

circulaci n del fluido en un solo sentido, en la direcci n contraria se cierra impidiendo el paso.y La obturaci n del paso puede

Sin precarga Con resorte de precarga Desbloqueable

lograrse con una bola, disco, cono, etc., impulsada por la propia presi n de trabajo o bien con la ayuda complementaria de un muelle.

Actuadores

Cilindrosa) Retorno por resorte b) Extensin por resorte c) Retorno por fuerza externa d) Con vstago simple( general) e) Con amortiguacin ajustable f) A vas mltiples g) Diferencial h) Compresin i) Telescpico j) A traccin k) Telescpico doble efecto

Elementos de una unidad hidrulica

Depsitosy Los depsitos de fluidos

hidrulicos son fabricados con lminas de aceros, fundiciones especiales y aluminio. y Se clasifican en dos grandes grupos: los abiertos al aire libre los cerrados bajo presin

y Propsito de los depsitos:

Almacenar el fluido de

y Y pueden ir instalados:

Con tubera que desemboca por encima del nivel del fluido. Con tubera que desemboca por debajo del nivel del fluido (caso corriente). Con tubera en carga.

transmisin de potencia. Compensar las fugas. Permitir que el fluido se desecante y se desemulsione. Actuar como un regulador trmico. Completar la funcin de filtrado. Proteger al fluido contra la suciedad y cuerpos extraos.

Acumuladoresy Los acumuladores son dispositivos

hidrulicos que pueden realizar la misma funci n que una bomba, es decir, act an como generadores de energa . ropsitos de los acumuladores:

y

Acumulador de energa Antigolpe de ariete Antipulsaciones Compensador de fugas Fuerza auxiliar de emergencias Amortiguador de vibraciones Transmisor de energa de un fluido a otro

Tipos de acumuladoresy Acumulador de contrapeso y Acumulador cargado por muelle

y Acumulador de Pistn

y Acumulador de gas no separado

y Acumulador de Diafragma

y Acumulador de vejiga

Equipos de medicin y otros componentesa) manmetros. b) Termmetro. c) Medidor de caudal. d) Enfriador e) Enfriador calentador f) Enfriador por aire

Filtros

Algunas aplicaciones de los sistemas hidrulicos