Conceptos, elementos ,esquemas y aplicaciones

Carlos Javier Martín Lucas

INTRODUCCIÓN

La palabra Hidráulica proviene del griego "hydor" que significa agua.

Es la ciencia que estudia la transferencia de energía que ocurre cuando se empuja a un fluido líquido, el cual es su medio transmisor.

Suelen emplearse aceites minerales pero también líquidos sintéticos, agua o una emulsión agua-aceite.

La ventaja que implica la utilización de la hidráulica es la posibilidad de transmitir grandes presiones de trabajo (hasta 700 bar).

Fundamentos Físicos• LA PRESIÓN (P)

•Principio de Pascal

“La presión existente en un líquido confinado (encerrado) actúa igualmente en todas direcciones, y lo hace formando ángulos rectos con la superficie del recipiente".

Esta es la ley más elemental de la física referida a la hidráulica.

P1

P2 P3

P4

P5

P1 = P2 = P3 = P4=P5

•Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah

Joseph Bramah, utilizó el descubrimiento de Pascal para fabricar una prensa hidráulica.

o Si una pequeña fuerza, actúa sobre un área pequeña, ésta creará una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor.

Propagación de la presión Multiplicación de la fuerza Multiplicación de la presión Multiplicación de la

distancia

• CAUDAL VOLUMÉTRICOEs el volumen de un liquido que fluye a través 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: área S: carrera

o El caudal volumétrico de un líquido que fluye por un tubo de varios diámetros es igual en cualquier parte del tubo. Esto significa que el fluido a traviesa los segmentos más pequeños con mayor velocidad.

El flujo de fluidos en tuberías•Flujo laminar

Las capas de fluido se mueven en forma paralela una a la otra, las próximas a las paredes internas de la tubería lo hacen más lentamente, mientras que las cercanas al centro lo hacen rápidamente.

•Función del fluido oleohidráulicoLas finalidades esenciales de un fluido oleohidráulico

son:

I. Ser el medio transmisor de energía. II. Lubrificar los componentes que constituyen el

sistema. III. Minimizar las fugas. IV. Disipar el calor generado en el sistema

Además de estas funciones: Impedir la corrosión (oxidación). Reducir la formación de espuma. Compatibilidad con los elementos de estanqueidad. Mantener un índice de viscosidad relativamente estable en un amplio

rango de temperatura. Resistencia al fuego. No ser tóxico

•Clasificación de los Fluidos Desde 1977 la clasificación internacional adoptada para los

aceites industriales (por el I.S.O.), está basada en la

viscosidad a 40 gC en centiestokes. Las distintas normas (AFNOR, DIN, CETOP, ISO)definen 4

tipos de fluidos:

HH : aceite mineral no inhibido. HL : aceite mineral poseedor de propiedades

antioxidantes y anticorrosión. HM : fluido de categoria HL con características

antidesgaste. HV : fluido de categoria HM con propiedades

viscosidad-temperatura mejoradas.

•Propiedades de los fluidoso Densidad.

En la práctica, se puede asimilar al peso específico y proporciona, en algunos casos, una referencia en cuanto al origen del aceite.

La densidad se expresa en gramos por centímetro cúbico. La densidad varia con la temperatura en 6x10-4 g/cm3

aproximadamente, por grado centígrado.

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 Viscosidad La 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 través de un orificio normalizado a una determinada temperatura. Esta temperatura suele ser 100 gF y 210 gF (37.8 gC y 98.9 gC). En general, se definen dos tipos de viscosidad:

-La viscosidad dinámica Donde τ es la tensión tangencial (se opone al movimiento) y es

la dirección normal al movimiento. La unidad fundamental es al poise (en la práctica centipoise).

-La viscosidad cinemática

Donde ρ es la densidad del fluido. Su unidad fundamental es el stoke (en la práctica centistoke, cst).

Variación de la viscosidad:

Temperatura, la viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad, que tiene lugar al aumentar la temperatura.

Presión, 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 expansión en liquido y gases. La expansión del aceite hidráulico en un circuito cerrado es un problema, ya que la presión interna puede alcanzar valores de 1400 kg/cm2.

Todos los materiales son compresibles en mayor o menor grado (ya sean líquidos, gases o sólidos). El diseñado hidráulico debe tener en cuenta la compresibilidad de los líquidos para prevenir los golpes de ariete.

Elementos de una instalación hidráulica

Las bombas hidráulicas

Tipos de bombas

Bombas de engranajesDe dientes externos:

Están compuestas por un par de engranajes que trabajan dentro de un cuerpo de aluminio.

El aceite atrapado entre los dientes de los engranajes y las paredes de la caja, es llevado hacia la boca de salida.

Gracias a los dientes opuestos impiden que el aceite retroceda, por lo tanto el aceite es obligado a circular por todo el sistema.

De dientes internos:

Estas también constan de dos engranajes, pero en ella el engranaje recto gira dentro de otro más grande de dientes internos.

El principio de funcionamiento es el mismo que el de la bomba de engranajes externos, con la diferencia que en ésta ambos engranajes giran en la misma dirección.

Engranaje de lóbulo:

Esta bomba funciona siguiendo el principio de la bomba de engranajes de dientes externos, ambos elementos giran en sentidos opuestos.

Bombas de paletaDesequilibradas:

Tiene un solo ciclo de trabajo a cada revolución del motor esta solo tiene una boca de entrada y una boca de salida y el rotor esta descentrado en relación con el estator.

Al tener la bomba una sola zona de alta presión se originan fuerzas que no son compensadas, lo que indica que la bomba se trata de una bomba desequilibrada.

Equilibradas:

El rotor y el anillo están ubicados concéntricamente.

Posee dos zonas de aspiración y dos de descarga, por lo tanto la aspiración y descarga se realiza dos veces en cada revolución.

Su caudal es fijo. Las fuerzas resultantes se

anulan, por lo tanto la bomba es equilibrada

Bombas de pistonesAxiales:

El vaivén de los pistones se consigue por el ángulo que forman el eje de accionamiento de la placa con el eje longitudinal del bloque de cilindros bombeando el aceite.

Radiales:

Estas son las más ingeniosas de todas permite obtener altas presiones, grandes caudales, grandes velocidades y caudal variable .

Válvulas distribuidoras

El fluido que circula por el sistema hidráulico debe ser dirigido convenientemente a los diversos cilindros, actuadores, o motores, de acuerdo a las exigencias y secuencias del trabajo que se deba realizar.

Las válvulas direccionales más elementales son las de dos, tres y cuatro vías .

Los accionamientos suelen ser iguales a los usados en sistemas neumáticos (pulsadores, rodillos, solenoides, etc.) pero en hidráulica se ejecutan por la derecha.

Válvulas reguladoras de caudal

Las aplicaciones de los reguladores de caudal no están limitadas a la reducción de la velocidad de los cilindros o actuadores en general, pues además tienen gran aplicación en accionamientos retardados, temporizaciones, impulsos, etc.

Los reguladores de caudal

pueden se unidireccionales y bidireccionales.

Válvula de aguja

Válvula de compuerta

Válvula de esfera

Simbologíaa) Reguladora de caudal bidireccional

b) Reguladora de caudal unidireccional

c) Reguladora de caudal compensada

d) Válvula de estrangulación de

diafragma

e) Válvula de estrangulación de

diafragma unidireccional

f) Válvula de estrangulación de

diafragma ajustable

g) Válvula de estrangulación de

diafragma ajustable unidireccional

h) Reguladora de caudal en alimentación

i) Controles de caudal

Válvulas reguladoras de presiónUna válvula reguladora

de presión tiene por misión mantener en línea sistema un valor de presión constante, aún si la red de alimentación tiene presiones de valor oscilante y consumos variables.

Estas válvulas pueden tener un ajuste fijo o regulable, por lo que pueden ser con muelle o sin este.

Simbologíaa) Limitadora de presión

b) Limitadora de presión con piloto externo

c) Reductora de presión

d) Válvula de descarga

e) Reductora de presión con piloto externo

f) Válvula de secuencia

g) Válvula de secuencia con piloto externo

h) Limitadora de presión preaccionada

i) Válvula de descarga con antirretorno

j) Válvula de descarga con piloto externo

k) Válvula de secuencia con antirretorno

Válvulas de seguridadLa válvula de seguridad es

un elemento indispensable en las instalaciones hidráulicas y es el aparato que más cerca debe ponerse de la bomba, su misión es limitar la presión máxima del circuito para proteger a los elementos de la instalación.

Esta válvula, también conocida como válvula de descarga, de alivio, de sobrepresión o VLP, actúa cuando se alcanza el valor de la presión regulada en el resorte.

Válvulas de retenciónTambién llamadas de

bloqueo, antirretorno, check o clapet.

Es una válvula que permite la circulación del fluido en un solo sentido, en la dirección contraria se cierra impidiendo el paso.

La obturación del paso puede lograrse con una bola, disco, cono, etc., impulsada por la propia presión de trabajo o bien con la ayuda complementaria de un muelle.

Sin precarga

Con resorte de precarga

Desbloqueable

Actuadores

Cilindros

a) Retorno por resorteb) Extensión por resortec) Retorno por fuerza externad) Con vástago

simple( general)e) Con amortiguación

ajustablef) A vías múltiplesg) Diferencialh) Compresióni) Telescópicoj) A tracciónk) Telescópico doble efecto

Elementos de una unidad hidráulica

DepósitosLos depósitos de fluidos

hidráulicos son fabricados con láminas de aceros, fundiciones especiales y aluminio.

Se clasifican en dos grandes grupos:

los abiertos al aire libre los cerrados bajo presión

Y pueden ir instalados:

Con tubería que desemboca por encima del nivel del fluido.

Con tubería que desemboca por debajo del nivel del fluido (caso corriente).

Con tubería en carga.

Propósito de los depósitos:

Almacenar el fluido de transmisión de potencia.

Compensar las fugas. Permitir que el fluido se

desecante y se desemulsione.

Actuar como un regulador térmico.

Completar la función de filtrado.

Proteger al fluido contra la suciedad y cuerpos extraños.

AcumuladoresLos acumuladores son

dispositivos hidráulicos que pueden realizar la misma función que una bomba, es decir, actúan como “generadores de energía”.

Propósitos de los acumuladores:

Acumulador de energía Antigolpe de ariete Antipulsaciones Compensador de fugas Fuerza auxiliar de

emergencias Amortiguador de

vibraciones Transmisor de energía de un

fluido a otro

Tipos de acumuladoresAcumulador de

contrapesoAcumulador cargado

por muelle

Acumulador de Pistón

Acumulador de Diafragma

Acumulador de gas no separado

Acumulador de vejiga

Equipos de medición y otros componentes

Filtros

a) manómetros.b) Termómetro.c) Medidor de caudal.d) Enfriadore) Enfriador –

calentador f) Enfriador por aire

Algunas aplicaciones de los sistemas hidráulicos