HIDRÁULICA BÁSICA

PROFESOR: ANTONIO QUITRAL

FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA

HIDRÁULICA:

Es una parte de la física que estudia las leyes del movimiento y equilibrio de los líquidos y su aplicación práctica.

LA HIDRODINÁMICA COMPARADA CON LA HIDROSTÁTICA

LEY DE PASCALla presión aplicada a un fluido confinado se transmite íntegramente en todas las

direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales.

Un gas es compresible Un líquido resiste a la compresion

Presión = Fuerza / Area (Kg / cm2)

Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah

La distancia que recorre el pistón es inversamente proporcional a su superficie

La palanca hidráulica

Trabajo = Fuerza x Distancia (Kg m)

El peso de un fluido

Presion atmosférica

1 Kg / cm2 = 10 mt ca

Presión barométrica

Comparacion de escalas de presión y vacio

La presión atmosférica carga la bomba

Nivel sobre la bomba Nivel bajo la bomba

Generalmente la presión en el depósito es la presión atmosférica, que es de l,03 Kg/cm2. Es, pues necesario tener un vacío parcial o una presión reducida a la entrada de la bomba, para que ésta pueda aspirar aceite.

La reducción de presión debe ser limitada, ya que los líquidos sometidos a vacio o presiones negativas se vaporizan proporcionalmente a la reducción de presión lo que puede producir cavitación.

Esta reducción de presión puede ser provocada por un diámetro reducido en la aspiración, por un filtro semi-obstruido, por falta de hermetismo en una conexión o una velocidad de rotación muy elevada de la bomba.

La presión generada depende de la carga o resistencia que deba vencer el fluido

Como se crea la presión?

Circulación del caudal en derivación

Circulación de caudal en serie

Flujo Laminar

Flujo Turbulento

TIPOS DE FLUJOFLUJO LAMINAR LAS PARTÍCULAS DEL LIQUIDO EN ESTE TIPO DE FLUJO SE MUEVEN FORMANDO CAPAS QUE SE DESLIZAN ORDENADAMENTE HASTA UNA CIERTA VELOCIDAD. 

FLUJO TURBULENTO SI AUMENTA LA VELOCIDAD Y LA SECCIÓN DE PASAJE NO VARÍA, CAMBIA LA FORMA DEL FLUJO.SE HACE TURBULENTO Y ARREMOLINADOS Y LAS PARTÍCULAS NO SE DESLIZAN ORDENADAMENTE EN UN SENTIDO. LA VELOCIDAD A LA QUE EL FLUJO SE DESORDENA SE LLAMA "VELOCIDAD CRITICA"   

Como se vio, el tipo de flujo depende de muchos factores como ser rugosidad interna, el diámetro de la tubería, la velocidad y viscosidad del fluido, etc. Para determinar si es flujo laminar o turbulento se debe conocer el número de Reynolds “R”. Donde:

R = v x D υDonde: V = Velocidad recomendada en cm / sg. D = Diámetro interno de la tubería en cm. υ = Viscosidad cinemática del fluido en Stokes (0,45 a 0,50 Stokes).

0 < R ≤ 2000……. flujo laminar2000 < R < 3000…flujo indeterminado.R ≥ 3000 ………..flujo turbulento.

* El radio de curvatura de una tubería debe ser 21/2 a 3 veces el diámetro de esta.

VELOCIDADES RCOMENDADAS PARA CIRCUITOS OLEOHIDRÁULICOS

Para Succión V = 60,96 a 121,92 cm/sg (2 a 4 ft/sg).Para retorno V = 304,8 a 457,2 cm/sg (10 a 45 ft/sg).Para presión bajo 210 bar V = 762,2 a 914,4 cm/sg (25 a 30 ft/sg).Para presión sobre 210 bar V = 457,2 a 509,6 cm/sg (15 a 20 ft/sg).

Estas velocidades aseguran un flujo laminar y el mínimo de perdida de carga.

Perdida de carga:

Durante el desplazamiento del aceite hidráulico a través del circuito de presión ocurre una perdida de presión(perdida de carga) y es debida a varios factores. Todos estos factores están incluidos en el cálculo de perdida de carga siguiente:

ΔP = f . L . V2 . γ . 1 _ D 9266 215915 Donde:ΔP = Perdida de carga del sistema en bar.f = factor de fricción (numero puro).L = LI + Ls = largo de tuberías rectas más largo equivalente singular(codos, t, etc.)D = Diámetro interno de la tubería en cm.V = Velocidad del fluido en cm/sg. γ = densidad del fluido en kg/cm3 (881,1 para aceite SAE 10).9266 x 215915 = factor de conversión para obtener ΔP en bar.

Factor de fricción f = X R

X = 64 para tubos rígidos y temperatura constante.X = 75 para tubos rígidos y temperatura variable o para tubos flexibles y temperatura constante.X = 90 para tubos flexibles y temperatura variable.f = 0,316 / Re 1/4

Por ejemplo RACINE entrega las perdidas de carga que ocurre en cada una de sus válvulas: válvula de control direccional ¼” cuando trabaja a 200 bar y 44 lt/min de caudal posee perdida localizada de 3,5 bar.Válvula de secuencia de 3/8 “ provoca perdida de carga de 2,84 bar.Válvula reguladora de caudal (8 GPM máx) 18,92 lt provoca 3,55 bar de perdida.Válvula de retención pilotada ¾” montada en placa provoca 0,71 bar.

Ahora la perdida de presión supone una perdida de potencia del sistema lo que podemos traducir en:

HP perdido = Δ pt (bar) . Q (lt/min) HP 447,19

Los cambios de sección hacen variar la velocidad del fluido.

Utilización del efecto Venturi en el Carburador

Al reducir el diámetro a la mitad, la velocidad aumenta 4 veces

La velocidad del actuador depende del caudal entregado

Velocidad de un actuador

La velocidad de desplazamiento del vástago de un cilindro o de giro de un motor depende de su tamaño y del caudal que se le envía. Para relacionar el caudal con la velocidad, consideremos el volumen que requiere el actuador para obtener un desplazamiento determinado. La relación entre estas magnitudes puede expresarse como sigue:

VELOCIDAD = VOLUMEN/TIEMPO

SUPERFICIE(AREA)

Pero:

VOLUMEN/TIEMPO = Q (Caudal) Lt/min

Entonces:

CAUDAL = VELOCIDAD X AREA

Velocidad en las tuberías

La velocidad a que circula el fluido hidráulico a través de las líneas es una consideraci6n de diseño importante, debido al efecto de la velocidad sobre el rozamiento. generalmente las velocidades recomendadas son:

- Línea de aspiración de la bomba: de 0,6 a 1,2 metros por segundo. - Línea de trabajo: de 3 a 5 metros por segundo. - Linea de retorno 2 a 3 metros por segundo.

La velocidad del aceite varia inversamente al cuadrado del diámetro interior del tubo.

El rozamiento variaría con el cuadrado de la velocidad.

Propiedades de los fluidos

DefinicionesMasa (M): Es una medida de la resistencia de un cuerpo a un cambio de movimiento (cantidad de fluido).Peso(w): es la fuerza con que un cuerpo es atraído hacia la tierra por la acción de la gravedad.

Se define la densidad específica o absoluta como la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia (densidad)

El peso específico corresponde a la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia

3 3

M kg slugρ = ; V m pie

f3 3

lbw Nγ = ; V m pie

La relación entre densidad y peso específico es:

g V

gm Vw

La densidad relativa puede definirse como el cuociente entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua a 4ºC

1 agua rel

Aceite Hidráulico

Tipos de fluidos utilizados en sistemas hidráulicos1.Aceite mineral.El aceite mineral aplicado en sistemas oleo-hidráulicos, es el aceite derivado del

petróleo a través de un cuidadoso proceso de refinado, que consiste en separar los diversos derivados del oro negro.

El aceite debe poseer una serie de cualidades, algunas inherentes y otras que son adicionadas (aditivos) a fin de asegurar buen rendimiento al sistema hidráulico.

2. Fluidos resistentes al fuego:Fosfatos de ésteres.Clorhidratos de hidrocarbonos.Agua glicol.Agua en aceite.3.Aceites sintéticos:Estos son fosfatos de ésteres y clorhidratos e hidrocarbonos, que debido a sus

estructuras químicas ofrecen resistencia a la propagación del fuego. Poseen buenas características de lubricación y resisten bien al tiempo de uso.

Los fluidos sintéticos tienden a deteriorar los elementos elásticos y de aislamiento eléctrico del sistema (se utiliza Viton A), así también actúa semejante a un solvente cuando entra en contacto con tintas (por eso no se recomienda la pintura interna de un estanque cuando se utiliza un fluido sintético).

1. Funciones principales:

• Transmitir energías de presión.• Lubricar los componentes.• Sellar en elementos o dispositivos de ajuste

mecánico.• Refrigerar el sistema hidráulico.

2. Propiedades del fluido:a) Viscosidadb) Índice de viscosidad.c) Punto de fluidez o congelación.d) Resistencia a la oxidación.e) Compatibilidad.f) Resistencia a formar espuma.g) Desemulsibilidad.h) Buen lubricante.i) Punto de inflamación.

La viscosidad de un fluido es aquella propiedad que determina la cantidad de resistencia que opone el fluido al movimiento relativo de sus moléculas (fluidos newtonianos).A mayor temperatura disminuye la viscosidad y a más baja temperatura es mas viscoso.

Aceite con alta viscosidad produce:Baja transmisión de presión.Operación pesada y lenta.Problema de separar del aceite el aire en el estanque.Calor generado por rozamiento.Aumento consumo de energía.Alta resistencia a fluir.

Aceite con baja viscosidad produce:

Calor generado por las fugas y filtraciones.El desplazamiento de la bomba disminuye originando bajas velocidades en actuadores.Origina desgaste excesivo.Aumentan las fugas internas.

En el sistema CGS, la unidad de la viscosidad absoluta es g/(cm s), que se denomina poise (P).

Debido a que la viscosidad del agua a 1 atm y 20 º C es del orden de 0.01 P, es decir un centipoise, es usual este término como unidad de viscosidad absoluta.

La relación de unidades de viscosidad en los sistemas de unidades SI y CGS es:

-Viscosidad absoluta o dinámica (μ): 1 P = 0.1 Pa s 1cP = 10-3 Pa s-Viscosidad cinemática (ν): 1 St = 10-4 m2/s 1cSt = 10-6 m2/s

La siguiente tabla, además de expresar la viscosidad cinemática en centistokes, se han utilizado varias escalas: • Segundos Redwood (R”). • Segundos Saybolt (S”). • Grados Engler (Eº).que están relacionadas con ensayos normalizados consistentes en la medida del tiempo del descarga del fluido de un determinado recipiente.

Índice de viscosidad:Es una medida arbitraria de una resistencia del fluido a un cambio de viscosidad

por los cambios de temperatura.Segundos Saybolt Universal: Tiempo en segundos que 60 ml de aceite demora

en escurrir a través de un orificio calibrado 1,75 mm de diámetro a tº constante de 38º.

Ahora 1mm2/seg, 1cStpara aceite hidráulico (0,45 a 0,50 Stokes)

Viscosímetro Engler:Mide el tiempo de paso de 200cc de aceite por un orificio a una determinada temperatura del aceite. El tiempo que tarda en caer este aceite se divide por el tiempo que tardan en caer 200 cc de agua a 20 ° C y nos da los grados Engler directamente.

En la Tabla se muestra la variación de la viscosidad cinemática en función de la temperatura para un fluido de índice de viscosidad 0 y dos fluidos de índice de viscosidad 100.

La viscosidad depende también de la presión, según se muestra el gráfico.

Bomba ViscosidadMínima deoperación

Viscosidad ideal de operación

Viscosidad máxima de operación

Viscosidad máx. para inicio de operación

Paletas caudal fijo (NE)

80SSU 15cSt

|125-250SSU 26-54cSt

1.000SSU 216cSt

4.000SSU 864cSt

Paletas caudal variable (NE)

100SSU 21cSt

150-250SSU32-54cSt

1000SSU216cSt

4.000SSU86 cSt

Paletas caudal fijo (E)

150SSU32cSt

200-300SSU43-65cSt

1000SSU216cSt

4000SSU464cSt

Pistones radiales

60SSU5cSt

100-250SSU21-54cSt

300SSU65cSt

750SSU162cSt

Pistones axiales

60SSU5cSt

80-200SSU16-43cSt

300SSU65cSt

3000SSU648cSt

Engranajes 40SSU5cST

100-250SSU21-54cSt

1000SSU216cSt

4000SSU864cSt

Motor hidráulico

80SSU15cSt

125-250SSU26-54cSt

1000SSU216cSt

4000SSU864cSt

La medida de viscosidad SSU del aceite es el tiempo en segundos que 60 ml de aceite escurren a través de un orificio determinado, a una temperatura cte. de 38 ° C

- Únicamente clasifica la viscosidad de los aceites industriales.- Clasifica la viscosidad en cSt a 40°C.- Sólo se relaciona con la viscosidad del aceite industrial y no tiene nada que ver con su calidad.- El grado ISO aparece al final del nombre del aceite industrial, cualquiera que sea su marca.

Punto de fluidez o congelación:Es la temperatura a la cual el fluido se torna tan viscoso que deja de fluir y se forman los primeros cristales de cera (-15 a -20 ° C), mínimo se debe trabajar sobre 15 ° C del punto de congelación.Compatibilidad:El aceite hidráulico no debe atacar a los componentes y al sistema hidráulico. El sistema hidráulico y los componentes no debe atacar al aceite hidráulico. Ver cuadro de compatibilidad.Resistencia a la Oxidación: (descomposición del aceite).El oxigeno aportado por el aire o el agua se combina con el carbono y el hidrógeno del aceite, produciendo la oxidación, formando una separación de aceite en gomas, lodos, etc.Resistencia a formar espuma: (uso de siliconas)Es la capacidad del aceite de desprender el aire sin formar espuma, por lo general pueden absorber hasta un 8% de aire del volumen de aceite.Punto de inflamación:Es la temperatura en la cual se desprenden tantos vapores que la mezcla aceite-aire puede encenderse con un punto de ignición exterior. (180 a 200ª C)

Cuadro de compatibilidad según fluido utilizado

Acidez: El número de acidez(neutralización) nos indica el grado de refino de un aceite nuevo. Como los aditivos no son neutros, tanto como la acidez inicial, interesa seguir su evolución durante el trabajo.Punto de Anilina ( PA):Es la temperatura en la cual el aceite y la anilina , en solución bifásica asumen una única coloración formando una solución única (aparece un enturbiamiento en una mezcla de volúmenes iguales de aceite y anilina).Valores menores de 93 º C son considerados bajos, y sobre esa temperatura altos.

Un aceite con bajo PA posee una acción solvente en la goma. Si usamos elementos de retención indicados para bajo PA y trabajamos con un aceite de PA elevado, los elementos de retención se tornaran duros y quebradizos (cristalizado). Si ocurre lo contrario los retenes se tornaran blandos y de fácil disolución.

Desemulsibilidad :El agua en el aceite puede producir válvulas pegadas y desgastes acelerado de los componentes. Se define como la capacidad del aceite para separar el agua.

Buen LubricanteDepende de la forma con que el aceite impregna los metales, de la cohesión entre las moléculas de aceite y su viscosidad. Evita el roce directo entre piezas gracias a una película lubricante.

Aditivos del aceite hidráulicoAditivos utilizados para adecuar los aceites hidráulicos a los sistemas donde serán ocupados.Clase 1: con el fin de modificar las características físicas del aceite.- Mejoradores del índice de viscosidad.- Deprimentes del 0punto de fluidez.- Agentes anti-espuma.- Estabilizadores de calor y tintes.

Clase 2: para mejorar el rendimiento real del aceite en uso.-Detergente (no recomendado por tender a mantener el agua en emulsión)-Aditivos de “oleosidad” para resistencia de la película.-Inhibidores de la oxidación.-Aditivos para presiones extremas.-Inhibidores de moho.-Nota: los fluidos sintéticos no son compatibles con los sellos de neopreno y nitrilo

Almacenamiento y manejo:

Almacenar los bidones apoyándolos lateralmente y en una zona que no llegue la radiación del sol.

Antes de abrir un bidón, limpiar la parte superior y el tapón de forma que no pueda entrar suciedad.

Usar solamente mangueras y recipientes limpios para transferir el líquido del bidón al depósito hidráulico. Se recomienda un grupo de trasiego equipado con un filtro de 20 micras absolutas.

Utilizar una tela de malla lo más fina posible en el tubo de llenado del depósito. Si el filtro se mantiene libre de humedad durará mucho más tiempo y se evitará dañar las las piezas de precisión de los componentes hidráulicos.

Clasificación de los sistemas hidráulicos según Presión de trabajo

0 a 14 bar = Baja Presión.14 a 35 bar = Media Presión.35 a 84 bar = Media-Alta Presión.84 a 120 bar = Alta Presión.Más de 210 bar = Extra-alta Presión.

Estanque o depósito

La reserva de aceite hidráulico debe ser 2 a 3 veces la capacidad volumétrica (caudal) de la bomba.

Función del depósito:•Contener el aceite hidráulico necesario para su funcionamiento.•Eliminar el aire que se pueda producir por la agitación del aceite.•Mantener el aceite libre de contaminación exterior.•Disipar el calor durante la operación del circuito.

Partes componentesPlaca deflectora:Esta placa prolonga el recorrido del aceite (entre retorno y aspiración), lo que permite:•Prevenir la turbulencia en el estanque.•Precipitar las partículas en el fondo.•Libera el aire atrapado.•Ayuda a la disipación de calor a través de las paredes del estanque.

Conexiones:Comprende a las líneas de succión, retorno y drenaje.

•La tubería de succión debe instalarse lo mas lejos posible del retorno.•La tuberías de retorno terminan bajo el nivel del aceite y con un corte de 45º hacia la pared sobre todo cuando llegan al fondo del depósito.•Las tuberías de drenaje deben montarse por encima del nivel del aceite del depósito ya que arrastran burbujas y al caer sobre el nivel es más fácil su evacuación.

Tapón y boca de llenado:El tapón de llenado debe tener un diámetro tal que permita que la adición de aceite se realice en un tiempo breve, puede ir acompañado de un filtro de tela de 0,2 mm para evitar el ingreso de cualquier objeto sólido al interior del estanque.Respiradero:El respiradero debe tener la forma tal que evite la precipitación de impurezas sobre la toma de aire. En el interior del respiradero existe un filtro de aire para retener partículas en suspensión.

Lo ideal que la altura h sea máximo 40 cm

Observamos una disposición corriente de una tubería de succión  en ella cada conexión de accesorio es decir 1, 2 , 3 y 4 presenta un camino propicio para el ingreso de aire si bien esta tubería no soporta presión, el empaquetado de los accesorios y conexiones señaladas, debe efectuarse con extremo cuidado para impedir que , por succión de la bomba , se introduzca aire.

Tapón de vaciado:Se ubica en el fondo del estanque, y normalmente tiene incorporado un imán para atraer las partículas metálicas propias del circuito. Cada vez que se retire este tapón será necesario instalar un nueva arandela de ajuste (Cobre o aluminio)Visor:Permite observar el aspecto y color del aceite hidráulico. Puede ser incluido en el visor un termómetro que efectué la lectura de temperatura del fluido.

Tapas de registro:Permiten el acceso al interior del estanque para realizar mantención o reparaciones.Indicadores de nivel:Los indicadores de nivel de fluido son generalmente dos localizados de forma que indiquen nivel mínimo y máximo del aceite. El trazo indicador de mínimo debe estar a 75 mm de la extremidad inferior del indicador de nivel; y el trazo indicador de nivel máximo a 75 mm de la extremidad superior.Se utiliza vidrio pírex que resiste mejor los cambios de temperatura.

Enfriamiento del Sistema

Enfriador por aire

Enfriador por agua

Enfriador en el circuito

Filtros hidráulicos

El tipo de filtro a utilizar dependerá principalmente de los siguientes factores:

Complejidad estructural de la máquina. Entorno de funcionamiento. Importancia en la secuencia del proceso productivo en el que se encuentra integrada.

En función de su situación, las características de diseño y la naturaleza de cada filtro puede ser diferente de manera a responder de manera eficiente a su función, de manera que se distinguen:

Filtro de succión: llamados también '''''strainers''''', se disponen inmediatamente antes del grupo de impulsión de manera a proteger de la entrada de partículas el cuerpo de las bombas.

Filtro de impulsión o de presión: situado en la línea de alta presión tras el grupo de impulsión o bombeo, permite la protección de componentes sensibles como válvulas o actuadores.

Filtro de retorno: en un circuito hidráulico cerrado, se emplaza sobre la conducción del fluido de retorno al depósito a baja presión o en el caso de filtros semi-sumergidos o sumergidos, en el mismo depósito. Actúan de control de las partículas originadas por la fricción de los componentes móviles de la maquinaria.

Especificaciones de filtración

Las Diversas normas internacionales especifican las características de construcción o diseño relativas a los sistemas de filtración hidráulicos:ISO 2941: Elementos filtrantes –verificación del índice de presión de colapso/ruptura.ISO 2942: Elementos filtrantes –verificación de la integridad de fabricación y determinación del primer punto de burbujaISO 2943: Elementos filtrantes –verificación de la compatibilidad del material con los fluidosISO 3724: Elementos filtrantes –determinación de la resistencia a la fatiga del caudal utilizando un contaminante formado por partículasISO 3968: Filtros –evaluación de la presión diferencial frente a las características del caudalISO 10949: Directrices para conseguir y controlar la limpieza de componentes que van de la fabricación a la instalaciónISO 11170: Elementos filtrantes –secuencia de pruebas para verificar las características de rendimientoISO 16889: Elementos filtrantes –Método de evaluación por recirculación del rendimiento de filtrado de un elemento filtrante.ISO 18413: Limpieza de componentes –documento de inspección y principios relacionados con la recogida de contaminante, análisis y recopilación de datosISO 23181: Elementos filtrantes –determinación de la resistencia a la fatiga del caudal utilizando fluidos de alta viscosidadSAE ARP4205: Elementos filtrantes –método para evaluar la eficiencia dinámica con un caudal cíclico

El cálculo de la eficiencia o micronaje.Los filtros de líquidos, especialmente filtros hidráulicos son especificados por su eficiencia. Esta eficiencia es expresado en la relación Beta. Un valor Beta no tiene ningún sentido si no esta relacionado con el tamaño de partícula relacionado. Podemos filtrar y publicar una eficiencia para contaminantes de 2 micrones, 5 micrones, 20 micrones, o cualquier valor que queremos saber. En este ejemplo usaremos el “x” para representar el tamaño de la partícula. Aquí podemos ver un ejemplo donde tenemos 100,000 partículas de “x” tamaño antes del filtro. Después del filtro, contamos las partículas de tamaño “x”. Si tenemos 50,000, podemos decir que el “valor nominal” o “eficiencia” de este filtro para partículas de “x” tamaño es 50%, o Beta 2.

Si solamente tenemos 100 partículas del tamaño “x” después del filtro tenemos una eficiencia de 99.99% para esas partículas o una Relación Beta de 1000.

El Micronaje y Eficiencia del Filtro Hidráulico

Una vez que tenemos un control básico, se recomienda hacer el conteo de partículas junto con el análisis básico del aceite. Para evaluar el grado de contaminación de partículas, se desarrolló la Tabla ISO 4406. En este sistema se cuenta las partículas por ml y se clasifica por rango, de acuerdo a su tamaño.

En este conteo se anota las partículas ≥ 2 micrones, ≥ 5 micrones y ≥ 15 micrones.  Esto nos ayuda a saber la contaminación, el desgaste directo y la eficiencia del filtro del aceite. Tenemos que mirar el análisis básico para saber de que material son las partículas.  Si el filtro es eficiente hasta 10 micrones pero hay muchas partículas > 15 micrones, hay una contaminación o desgaste severo y directo o el filtro no está funcionando correctamente.  Si la mayoría de las partículas son entre 2 y 5 micrones, estarán circulando por el filtro.  Tal vez vale la pena colocar un filtro “by-pass” de menor micronaje.

Pueden notar en esta tabla que el Código ISO mostrado arriba de 18/16/13 quiere decir que en cada ml de aceite tenemos:

• Entre 1300 y 2500 partículas de 2 micrones para arriba • Entre 320 y 640 partículas de 5 micrones para arriba • Entre 40 y 80 partículas de 15 micrones para arriba

Aquí, en el análisis de este aceite vemos un “ISO Code” o “ISO Rating” de 19/17/13.  o sea

• Entre 2500 y 5000 partículas de 2 micrones para arriba. • Entre 640 y 1300 partículas de 5 micrones para arriba • Entre 80 y 160 partículas de 15 micrones para arriba

La siguiente tabla indica, por normas y estudios de la industria, que si podríamos bajar la contaminación del actual de 19/17/13 a 16/14/11, se podría DUPLICAR la vida útil de la turbina.  Una reducción a 15/13/10 podría TRIPLICAR la vida útil.

En forma de tabla, si queremos aumentar la vida útil del equipo, esto quiere decir que tenemos que filtrar nuestro aceite mejor para reducir las partículas de los varios tamaños como esto:

  Valor actual(vida actual) Duplicar la vida útil Triplicar la vida

útil

Codigo ISO 19/17/14 16/14/11 15/13/10

≥ 2 micrones 2500 - 5000 320 - 640 160 - 320

≥ 5 micrones 640 - 1300 80 - 160 40 - 80

≥ 15 micrones 80 - 160 10 - 20 5 - 10

Cómo podemos reducir esta contaminación?

La eficiencia del filtro es el elemento clave para reducir esta contaminación y aumentar la vida útil del equipo. Observamos las especificaciones de algunos filtros que podrían estar en este servicio. Estos 6 cartuchos tienen las mismas dimensiones. Al ojo pueden parecer iguales, pero cada uno tiene una eficiencia diferente.

Las especificaciones de 5 de estos 6 filtros muestran la eficiencia Beta 2/20/75, mientras el ultimo solo muestra Beta 2 y 20. 

Qué quiere decir esto?

“Beta 2” quiere decir que el filtro elimina 50% de las partículas del tamaño especificado.

“Beta 20” quiere decir que el filtro elimina 90% de las partículas del tamaño especificado.

“Beta 75” quiere decir que el filtro elimina 95% de las partículas del tamaño especificado

Resumimos los 6 filtros en esta tabla: Beta Rating Tamaño de

partículas Eficiencia en eliminar partículas

Beta 2/20/75 2/3/550% de partículas ≥ 2 micrones90% de partículas ≥ 3 micrones95% de partículas ≥ 5 micrones

Beta 2/20/75 2/7/1050% de partículas ≥ 2 micrones90% de partículas ≥ 7 micrones95% de partículas ≥ 10 micrones

Beta 2/20/75 4/12/1650% de partículas ≥ 4 micrones90% de partículas ≥ 12 micrones95% de partículas ≥ 16 micrones

Beta 2/20/75 10/17/2250% de partículas ≥ 10 micrones90% de partículas ≥ 17 micrones95% de partículas ≥ 22 micrones

Beta 2/20/75 10/21/2550% de partículas ≥ 10 micrones90% de partículas ≥ 21 micrones95% de partículas ≥ 25 micrones

Beta 2/20 25/50 50% de partículas ≥ 25 micrones90% de partículas ≥ 50 micrones

Entonces que quiere decir “rating” o clasificación Beta de un filtro cuando dice que es β 5/10/20 = 2/20/75?Esto quiere decir que el filtro tiene una eficiencia de:

• β2 para partículas de 5 micrones, o 50%; eliminando 50% de las partículas de 5 micrones.

• β20 para partículas de 10 micrones, o 90%; eliminando 90% de las partículas de 10 micrones.

• β75 para partículas de 20 micrones, o 95%; eliminando 95% de las partículas de ese 20 micrones.

FiltrosColadera de Succión: La mayoría de las bombas utilizan para su protección un filtro destinado a retener partículas sólidas en la aspiración La practica usual cuando se emplean aceites minerales estándar, es utilizar coladeras de malla metálica capaces de retener partículas mayores de 150 micrones. Cuando se emplean fluidos ignífugos que tienen un peso especifico superior al aceite, es preferible emplear coladeras de malla 60 capaces de retener partículas mayores de 200 micrones, para evitar la cavitación de la bomba.

Tipos de filtros:De superficie: poseen una sola capa filtrante, con poros de tamaño y distribución regular:tejidos metálicos, membranas de celulosa, materiales cerámicos porosos.De profundidad: el fluido ha de atravesar un cierto espesor de material filtrante contenido en una malla metálica que le da rigidez e impide su arrastre por el aceite: fibras inertes cohesionadas con resinas epoxi, papel, fieltro, polvo de cenizas.

Posición de los filtros

a) Filtro en el conducto de aspiración: Resulta la mejor posición para el filtrado de partículas

para proteger directamente a la bomba. La posibilidad de cavitación hace que sólo las mallas metálicas y los filtros de superficie con huecos de tamaño grande sean los adecuados. El tamaño de las partículas filtradas se encuentra en el rango de 50 a 100 µm.

b) Filtro en el conducto de impulsión: Permite reducir el tamaño de las partículas que llegan al circuito. Al estar en la línea de alta presión requieren una resistencia mayor que la del conducto de aspiración. El tamaño de las partículas recogidas está en el rango de 10 a 25 µm. Se suele tratar de filtros de profundidad muy robustos.

c) Filtro en el conducto de retorno al depósito: Debido a las limitaciones en el tamaño de partículas (aspiración) y en la resistencia del equipo (impulsión), una posición alternativa es la línea de retorno al depósito, donde la presión es baja y no hay problemas de cavitación. El tamaño de las partículas filtradas se encuentra entre 25 y 30 µm.

d) Adicionalmente: Si el funcionamiento del circuito lo requiere, se puede disponer de un circuito independiente de filtrado que incluya también la refrigeración del fluido.

Grados de filtración y las posiciones del filtro recomendadas:

Filtro de retorno:Montaje en línea o directamente a tanque.Su selección 1,5 veces el caudal de la bomba.Presiones entre 2 a 9 bar.Presión de apertura bypass 1.4 a 1.9 bar.Capacidad de filtrado de 60 a 30 micras.

Bombas hidráulicas

Una bomba hidráulica tiene cumplir dos misiones : mover el líquido y obligarle a trabajar. La definiremos como un mecanismo capaz de convertir la fuerza mecánica en hidráulica. Todas las bombas desplazan líquido, pero este desplazamiento puede ser positivo o negativo ( no positivo).

Positivo: las cámaras de aspiración están incomunicadas con las de descarga por lo que a mayor carga mayor será también la presión que deberá resistir la bomba se hace indispensable entonces una válvula limitadora de la presión máxima que pueda resistir la bomba..

Negativo: las cámaras de aspiración y descarga están comunicadas, por lo que el aumento de presión puede ser controlado por este tipo de bombas,( recirculación) no siendo necesario una válvula adicional que alivie el sistema.

Gato hidráulico

La operación y eficiencia de la bomba hidráulica, en su función básica de obtener una presión determinada, a un número también determinado de revoluciones por minuto se define mediante tres rendimientos a saber:

Rendimiento volumétrico: El rendimiento volumétrico de la bomba es el cociente que se obtiene al dividir el caudal de líquido que comprime la bomba y el que teóricamente debería comprimir. Dicho en otros términos el rendimiento volumétrico expresa las fugas de líquido que hay en la bomba durante el proceso de compresión.El rendimiento volumétrico es un factor de la bomba muy importante, pues a partir de él se puede analizar la capacidad de diseño y el estado de desgaste en que se encuentra una bomba.El rendimiento volumétrico se ve afectado también por la presión del fluido hidráulico que se transporta y también por la temperatura del mismo.

Rendimiento mecánico:El rendimiento mecánico mide las perdidas de energía mecánica que se producen en la bomba, debidas al rozamiento y a la fricción de los mecanismos internos.En términos generales se puede afirmar que una bomba de bajo rendimiento mecánico es una bomba de desgaste acelerado.

Rendimiento total o global: El rendimiento total o global es el producto de los rendimientos volumétrico y mecánico. Se llama total porque mide la eficiencia general de la bomba en su función de bombear líquido a presión, con el aporte mínimo de energía al eje de la bomba.Así pues el rendimiento total se expresa como el consumo de energía necesario para producir la presión hidráulica nominal del sistema.

Bomba de engranajes externosEsta es una de los tipos más populares de bombas de caudal constante, Sobre todo si es de engranajes exteriores. En su forma más común, se componen de dos piñones dentados acoplados que dan vueltas, con un cierto juego, dentro de un cuerpo estanco. El piñón motriz esta enchavetado  sobre el árbol de arrastre accionando generalmente por un motor eléctrico. Las tuberías de aspiración y de salida van conectadas cada una por un lado, sobre el cuerpo de la bomba.

Su caudal va de 1 a 600 l/min. Su presión varía de 15 a 175 kg/cm2  (presión de punta hasta 200 kg/cm2). Su velocidad va de 500 a 3000 rpm.

El árbol y el piñón conductor - piñón conducido son de cementación Cr - Ni cementados. El cuerpo es de fundición gris aluminio.

El caudal teórico en m3/s de las bombas de engranajes externos sería:Qt =  ((2 - Pi) / 60) - Dr - m - b - n     

Dr = Diámetro primitivo de la rueda motrizm = Módulob = Ancho del dienten = Velocidad de giro (rpm)

Bomba de tres engranajes

Bomba de engranajes internosEsta bomba la constituyen elementos como, engranajes de dientes externos (motriz), engranajes de dientes internos (conducido) y una placa en forma de media luna. Existe una zona donde los dientes engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes.

Bombas de LóbulosSon bombas rotativas de engranajes externos, que difieren de estas en la forma de accionamiento de los engranajes. Aquí ambos engranajes tienen sólo tres dientes que son mucho más anchos y más redondeados que los de una bomba de engranajes externos son accionados independientemente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo.

Ventajas de las bombas de lobulos externos.

• Los lóbulos son accionados independientemente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo.

• Ofrecen un mayor desplazamiento pero su costo es mayor a las bombas de otro tipo.

• Es excelente para el manejo de fluidos con gases o partículas atrapadas.

Motor de engranajes interno

Bomba engranajes internos GerotorEsta bomba combina un engranaje interno dentro de otro externo. El engranaje interno está enchavetado en el eje y lleva un diente menos que el engranaje exterior. Cuando los engranajes giran, Ambos engranajes giran en el mismo sentido, cada diente del engranaje interno está en constante contacto con el engranaje externo, pero con un diente de más, el engranaje externo gira más despacio.

Ventajas de las bombas de lóbulos internos

• Esta bomba tiene mayor eficiencia volumétrica que la semiluna trabajando a bajas

velocidades.

• El rendimiento volumétrico y total es generalmente similar al que ofrecen las bombas de

engranajes externos.

Bombas de paletasLas bombas de paletas son relativamente pequeñas en función de las potencias que desarrollan y su tolerancia al contaminante es bastante aceptable. Utilizadas para trabajar con presiones de hasta 200 bar

Bombas múltiples.

Bomba no equilibrada de caudal variable

Bomba de paletas equilibradasSe distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones: •Anillo volumétrico •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

SellosRetenes

Rodamientos de rodilloSeguros Seggers

Sellos de descanso

Ejes frezados

Sellos O`ring

Bomba de paletas con placa de presión.

Circuito de accionamiento de un motor de paletas

Ventajas de las bombas de paletas

• Sentido de flujo independiente del sentido de rotación del eje (para bombas de ejecución

especial.

• Mantenimiento sencillo y rápido.

• Capacidad para transportar productos de alta viscosidad.

• Gran poder de aspiración.

• Sencillez técnica.

• Gran vida útil.

Bombas de PistonesEstas bombas diseñadas para presiones de servicio más elevadas que las anteriormente mencionadas, presentan una gran variedad constructiva.

A pesar de la variedad señalada, los altos niveles de presión operativa (hasta 700 kg/cm2) dan características de materiales, aleaciones, y tolerancias comunes a todas ellas a saber:

ROTOR: Bronces fosforosos y una función con la siguiente composición: 3,2% C, 1% Mn , 0.26% P, 1.75% Si , 0.085% Cr, 0.06% Ni, con dureza HB = 200.

PISTONES,- Acero Cr -Ni de cimentación, cementado y templado. EJE DE DISTRIBUCIÓN.- Acero Cr, - Ni, de cementación.

PISTAS = Acero de rodamientos templado. . TOLERANCIAS :

a) Holgura entra pistón y cilindro no mayor de 0,005 a 0,008 mm. b) Ovalización máxima admitida en los pistones 0,005 mm, c) Ovalización máxima del alojamiento 0,01 mm.

Bomba de pistones axiales

Bomba de Pistones en ángulo

Bomba de pistones radiales

  Serie Q

Modelo

Caudal Geom. Cilindrada Presión Velocidad

Peso Max.

  L/min Cm3 [in3] bar(psi) rpm   kg[lbf]

PVQ 10 18,9 [5.0] 10,5

[0.643] 210

[3000] 1800 7,2[16]

PVQ 13 24.8 [6.0] 13,8

[.843] 140

[2000] 1800 7,2[16]

PVQ 20 38 [10.0] 21,1

[1.290] 210

[3000] 1800 14[31]

PVQ 32 59.2 [15.0] 32,9

[2.010] 140

[2000] 1800 14[31]

PVQ 40 73.8 [19.0] 41,0

[2.500] 210

[3000] 1800 20,6[45.4]

PVQ 45 81.2 [21.0] 45,1

[2.750] 186

[2700] 1800 20,6[45.4]

 

BANCO DE PRUEBAS

Fallas en bombas

Mecanismos de desgaste

Los procesos de desgaste más comunes son: desgaste abrasivo, desgaste adhesivo, desgaste por erosión, desgaste por cavitación, desgaste corrosivo y desgaste por fatiga.

Desgaste abrasivo

se refiere al corte del metal por partículas duras o una superficie áspera. Este tipo de desgaste puede disminuirse removiendo los restos de manufactura antes de iniciar el trabajo

Lubricación de bombas hidráulicas

Una fuente de fallas en las bombas hidráulicas es la mala lubricación. Muchos componentes en el pistón están en contacto deslizante. Este desgaste por deslizamiento afecta el rendimiento del plato y del eje del pistón. Desgaste en esta superficie puede facilitar las fugas, que aumentarán con fluidos menos viscosos. Este desgaste también impacta en gran medida el rendimiento de la bomba en general.

Oxidación del fluido

Los fluidos forman ácidos debido a la oxidación. Esto es acelerado por la operación extendida a altas temperaturas.

Sobre-presurización

Una bomba hidráulica no debe ser sometida a presiones de operación más altas que esas para las que ha sido diseñada.

La sobre-presurización también se puede causar por fallas de componentes

Desgaste adhesivo

Ocurre cuando las asperezas de la superficie se someten a contacto deslizante bajo una carga. Si suficiente calor es generado, se darán microsoldaduras en la superficie

Desgaste por erosión

Partículas de líquido o impregnación de gotas de líquido en la superficie causan el desgaste por erosión..

Desgaste por cavitación

La cavitación se da cuando hay un número excesivo de burbujas de gas. Luego de repetidas implosiones, el material se daña por fatiga, resultando en daños en forma de agujeros.

Desgaste corrosivo

Este tipo de daño se relaciona con ataques electroquímicos al metal. Algunas causas comunes de corrosión son la condensación del agua en la humedad del ambiente, vapores corrosivos en la atmósfera, procesamiento de químicos corrosivos como lo son los refrigerantes y limpiadores, presencia de ácidos de descomposición o exposición a metales activos, etc.

Desgaste por fatiga

La fatiga es favorecida por áreas de contacto pequeñas, cargas altas y flexión repetida bajo ciclos o deslizamientos recíprocos. Si el esfuerzo aplicado es mayor al esfuerzo de fluencia del material, el proceso es acompañado de calor por fricción y flujo plástico del material. Cambios estructurales también se observan en el material.

Válvula de seguridad simple

Válvula de seguridad pilotada

VÁLVULAS DE ALIVIO DE OPERACIÓN  PILOTO

1) La diferencial existente entre la presión de ruptura y la de alivio total es mucho menor que las válvulas de acción directa .

2) Tiene un rango de ajuste mucho más extendido que las válvulas  de acción directa.

3) Pueden ser controladas en forma remota para cambiar y variar la presión de servicio como ser desviadas totalmente permitiendo descargarla bomba libremente al tanque

CONTROL REMOTO DE VÁLVULAS DE ALIVIO POR ACCIÓN PILOTOLa mayoría de las válvulas de alivio operadas por piloto llevan una conexión externa de

control que usualmente es de 1/4" B.S.P.T. Este orificio esta generalmente identificado por las letras RC, o por la palabra VENT, Para que las condiciones de control remoto de la válvula sean adecuadas es aconsejable no montar los sistemas de control a más de diez pies de la válvula principal.

CIRCUITOS DE CONTROL REMOTO PARA VÁLVULAS DE ALIVIO OPERADAS POR PILOTO

Sistema de presiones múltiples

VENTEO DE UNA VÁLVULA DE ALIVIO DE ACCIÓN PILOTO

la válvula (1) es una válvula de ventea, puede ser instalada en forma adyacente en la válvula de alivio principal a una distancia de 3 metros. Generalmente es una válvula a miniatura de apertura manual , accionada a solenoide, o por acción mecánica.

Descarga a presión reducida (Venting)

Sistema Venting

Reductor de presión, simple

Válvula reductora de presión pilotada

Válvula reductora de presión de tres vías tipo cartucho (cartridge)

Válvula de presión diferencial

En la figuras 3.4.14 y 3.4.15 el resorte experimenta una fuerza de 50 libras en el carrete de la válvula de 1 pulg2. La presión de aceite de suministro debe exceder la presión de 345 kPa (50 lb/pulg2) para sobrepasar la fuerza del resorte y mover el carrete de la válvula. La válvula de presión diferencial mantiene una diferencia de presión específica entre dos circuitos.

Al arrancar la bomba, y con una presión cualquiera menor de 345 kPa (50 lb/pulg2) en el circuito principal, la fuerza del resorte mantiene el carrete de la válvula a la derecha. El flujo de aceite se bloquea en el circuito secundario. Cualquier cambio en la presión del circuito primario es registrado en el carrete de la válvula.

Cuando el circuito primario se llena de aceite, la presión comienza a aumentar. Cuando la presión del circuito primario alcanza más de 345 kPa (50 lb/pulg2), la presión del circuito primario sobrepasa la fuerza del resorte de la válvula de presión diferencial de 345 kPa (50lb/pulg2) y mueve la válvula de presión diferencial hacia la izquierda. El suministro de aceite fluye al circuito secundario y a través del conducto a la cámara del resorte de la válvula de presión diferencial.

Cuando el circuito secundario se llena de aceite, la presión aumenta. El aumento de presión ejerce fuerza en la cámara del resorte de la v de presión diferencial. La fuerza combinada del resorte y la presión de aceite mueven el carrete de la válvula a la derecha intentando cortar el flujo de aceite al circuito secundario. Sin embargo, el aumento de presión del circuito primario mantiene la válvula abierta. La presión aumenta tanto en el circuito primario como en el secundario hasta cuando la válvula de alivio se abre y envía el flujo de la bomba de regreso al tanque. La v de presión diferencial establece una posición que constantemente mantiene a 345 kPa (50 lb/pulg2) la diferencia de presión entre los circuitos primario y secundario para todas las presiones mayores de 345 kPa (50 lb/pulg2).

Válvula de secuencia de dos etapas

La válvula de secuencia bloquea el flujo de aceite al circuito 2, hasta que el circuito 1 esté lleno. Cuando el aceite de la bomba llena el circuito 1, comienza a aumentar la presión de aceite. El aumento produce una fuerza a través del circuito, así como en la parte inferiorde la válvula de descarga y en la cámara del resorte de la válvula de descarga de la válvula de secuencia.

Válvulas tipo "R".Las válvulas tipo R y RC son controles de presión de mando directo, de corredera deslizante que pueden ser utilizadas para diversas funciones según como se monten y conecten.

Válvula de seguridad tipo “R”

Válvula de descarga tipo “R”

Válvula de secuencia tipo “R”

Válvula de secuencia tipo “RC”

 

Válvula de equilibraje tipo “RC”

Válvula de frenado tipo “RC”

Válvula de seguridad y descarga para acumuladores

Válvulas de Retención o Antiretorno (Check).

Permite controlar la dirección del flujo en un solo sentido, impidiéndolo en el sentida contrario. Tenemos los siguientes tipos:

Válvula antiretorno en LíneaVálvula antiretorno en ángulo rectoVálvula antiretorno con retorno restringidoVálvulas antiretorno pilotadas, tipo 2C y 4C.

Válvula antiretorno en Línea

Válvula antiretorno en ángulo recto

Válvula antiretorno con retorno restringido

Válvulas antiretorno pilotadas, tipo 2C y 4C.

tipo 2C

Tipo 4C

Válvulas antiretorno dobles

Válvula doble antirretorno pilotaje hidráulicoMontando dos antirretorno, en una misma carcaza, se obtienen el doble antirretorno

1. Cono principal.2. Pistón de mando.3. Cono de descompresión.

APLICACIONES DE LA VÁLVULA BY PASS

Sistema de presión alta y baja mediante el empleo de una bomba de baja presión PF-1 y una de alta presión y pequeños volumen PF-2.

La válvula bypass es utilizada como válvula de secuencia para permitir el avance de cilindros en una predeterminada secuencia.

Cilindro hidráulico soportando un peso ,este debe ser contrabalanceado para prevenir su caída libre y descontrolada cuando la válvula direccional 2 es cambiada.

Válvulas reguladores de Caudal.

Válvulas reguladores de Caudal.

Regulador de caudal unidireccional regulable

Regulador de caudal compensado por presión.

Regulador de caudal con válvula de seguridad incorporada

Regulador de caudal compensado por presión unidireccional

Regulador de caudal compensado por presión y temperatura

Regulador de caudal de control remoto

Válvula reguladora de caudal tipo Z2FRM 6

Válvula desaceleradora

Válvula desaceleradora con “ventana” en lugar de corredera cónica.

Válvula desaceleradora en circuito rápido y trabajo controlado

Divisor de caudal

Divisores de caudal estáticos y autoajustables

Controlar manualmente diferentes caudales demandados por dos o mas circuitos de trabajo (no necesariamente trabajando en forma simultanea)desde una misma fuente de alimentación.

Dividir automáticamente un caudal para un circuito que trabaja simultáneamente suministrado desde una misma fuente de alimentación.

Desventaja: presenta error de medición debido a:

Diferenciales de presión a través de sus orificios fijos que se presentan por las cargas aplicadas en los puertos de salida del divisor.

La influencia de la temperatura de trabajo (viscosidad).

Divisores de caudal autoajustables (corredera)

Ventajas:El dispositivo aprovecha el desequilibrio provocado por el diferencial de presión entre P1 y P2 para entregar un caudal dividido en forma automática y proporcional.Sintetiza uno de los primeros esfuerzos desarrollados para reducir los cortes de equipos oleohidráulicos, utilizando una misma fuente de alimentación para accionar dos circuitos de trabajo.

Desventajas:Fugas internas.El dispositivo funciona solamente como divisor de caudal.Bloqueo diferencial que aparece cuando se origina un excesivo aumento del diferencial de presión entre las cámaras finales P1 y P2 de la corredera. el dispositivo estrangula completamente el conducto de salida hacia el puerto conectado al circuito con menor presión. Ejemplo, cuando uno de los cilindros alcanza su máxima carrera de trabajo mucho antes que el otro cilindro

Divisores de caudal dinámicos

Circuito cerrado

Circuito abierto

Configuración del símbolo de una válvula

Posiciones estables adoptadas por el distribuidor

Vinculación entre bocas de conexión

Mando

MMando

M

ORIFICIOS DIN 24.300 CETOP RP 68

Conductos de trabajo A, B, C .... 2, 4, 6.....

Alimentación P 1

Escape de aire a atmósfera

R; S; T;... 3 , 5

Conductos de fugas L 9

Conductos de pilotaje Z, Y, X... 12, 14, 16

VÁLVULA DE TRES VÍAS

VÁLVULAS DE CUATRO VÍAS DOS POSICIONES .

VÁLVULA DE CUATRO VÍAS TRES POSICIONES

CONTROL DIRECCIONAL DE CILINDROS HIDRÁULICOS DE SIMPLE EFECTO

CONTROL DIRECCIONAL DE CILINDROS DE DOBLE EFECTO

  

Automatismo recíproco.

CIRCUITOS REGENERATIVOS

Accionamiento manual

Tipos de centros:

VÁLVULAS SOLENOIDES HIDRÁULICAS

CONTROLADA POR DOBLE SOLENOIDE

Cuando todas se encuentran en posición centrada la bomba es descarga a través del centro de la primera válvula no permitiéndose en este caso  la operación de las dos restantes.

Observamos un banco de válvulas de operación a operación de cilindro.

Introducción a la técnica de válvulas proporcionales

La posición de la válvula depende de la intensidad que se le aplique al solenoide.

• Una tensión eléctrica de entrada, generalmente entre 0 y ± 9V, es transformada mediante un amplificador eléctrico en una intensidad eléctrica proporcional, por ej. 1 mV = 1 mA.

• El solenoide proporcional transforma esta intensidad eléctrica de entrada en una señal proporcional fuerza o posición como valor de salida.

• Estas magnitudes, fuerza o posición, como señal entrada a la válvula hidráulica, resultan en un determinado caudal o una determinada presión.

• Para el consumidor, y con ello para el elemento de máquina, significa ésto la función analógica, junto a la elección del sentido de marcha, de la velocidad y la fuerza.

• Simultáneamente, se puede fijar la variación por ejemplo de la velocidad en función del tiempo, obteniéndose aceleraciones y desaceleraciones graduables de forma contínua.

¿Qué se entiende en la Hidráulica por técni ca proporcional?

Válvulas Direccionales

Hidráulica Proporcional Válvulas

de Presión

De mando directo

sin regulación de la posición de la corredera

+ Compensador de presión a elección

De mando directo

con regulación de la posición de la corredera

+ Compensador de presión a elección

Pilotadas

sin/con regulación de la posición de la corredera

+ Compensador de presión a elección

+ Compensador de presión a elección

+ Compensador de presión a elección

+ Compensador de presión a elección

Válvula limitadoras de presión de mando

directo con regulaciónde la posición

Válvula limitadoras de presión pilotadas

sin regulaciónde la posición

Válvula reductora de presión de mando directo

con regulación de la posición

Válvula reductora de presión de mando directo

sin regulación de la posición

Funcióndireccional(sentido)

Funcióncaudal

(velocidad)

FunciónPresión(fuerza)

Válvulas de caudalAmplificadores

electrónicos

Válvulas reguladoras de caudal

Con regulación de la posición de la blenda

amplificadores y

amplificadores de regulación

Optimizados a los componentes

proporcionales

Válvulas estranguladoras de caudal

Sin regulación de posición de la blenda

Para cada elemento proporcional se concibió un ampli ficador que inciuye la electrónica correspondiente

Por lo general, comprende:

• Estabilizador de tensión.• Creador de rampa.• Creador de función.• Potenciómetro de valor nominal. • Relés de valores prescriptos.• Tapa final a impulsos.

El solenoide proporcional transforma una señal eléctrica en una fuerza proporcional, es decir, un aumento de la señal de mando provoca un aumento de la fuerza del solenoide. La fuerza graduada en el solenoide, permanece constante durante todo el curso de regulación.

Montaje, puesta en marcha y mantenimiento de válvulas proporcionales oleohidráulicas

Para un funcionamiento correcto de las válvulas propor cionales se deben considerar adicionalmente:

• Las hojas de catálogo del fabricante .

• Las indicaciones de VDI. Puesta en marcha y mante nimiento de instalaciones

oleohidráulicas (VDI 3027).

Montaje

1) Limpieza:• Al montar, debe estar limpia la válvula y el lugar de tra bajo.• El tanque debe ser estanco a la entrada de impurezas.• Los tubos y el tanque no deben tener suciedades, are na, virutas, escorias, etc.• Los tubos doblados en caliente o soldados deben ser decapados, lavados y

aceitados.• Durante la limpieza usar tejidos que no desprendan hi los o papel especial.

2) No son admisibles como elementos de estanqueidad, cáñamo, cintas, masilias, etc.3) A fin de lograr una elevada rigidez del accionamien to se debe tratar de evitar mangueras entre la válvula y el consumidor.4) Para las tuberías se deben usar tubos de acero de precisión según DIN 2391/C.5) Las tuberías entre válvula proporcional y consumidor deben ser lo más cortas posibles. Se recomienda ins talar la válvula cerca del consumidor. La superfície de acoplamiento debe tener una rugosi dad. Rtmax < 4 m y una planitud < 0,01 mm. cada 100 mm.6) Los tornillos de sujecián deben coincidir con las dimensiones indicados en el catálogo. El ajuste se debe realizar con la cupla indicada.7) Como boca de carga y filtro de aire, se recomienda un elemento con un grado de filtraje < 60 m.

Válvulas cartuchoCumplen la misma función que las válvulas convencionales, pero estas van montadas en bloques.Componentes: Tapa, resorte, pistón, Camisa, Block.

Lo que cambia en estas válvulas es el pistón respecto a sus áreas.

Aa : Ap = 1 : 2 Control direccional con retención.Aa : Ap = 1 : 1,1 Control direccional y de presión.Aa : Ap = 1 : 1 Control de presión.

La posición del obturador depende del valor de la presión de los pórticos A, B,y C y del esfuerzo del resorte de cierre.Las superficies activas se relacionan según el dimensional de cada área, observándose siempre la relación Ac=Aa+Ab, pudiendo Ab asumir el valor Ab=0.Los cartuchos se construyen con tres valores de relación: · A = 1:1 · B = 2:1 · C = 14,3:1Los cartuchos pueden ser atravesados por el fluido tanto de A hacia B, como B hacia A, si la relación de presiones entre A y B lo permite, o sin la presencia de la presión del pilotaje C. Si sobre la conexión C se ejerce una presión de pilotaje, el flotante obturador cierra herméticamente el pasaje entre A y B, interrumpiendo la circulación del fluido. Los elementos a cartucho operan solamente en función de la relación de presiones.

Los elementos a cartucho Cid, son válvulas modulares insertables del tipo 2/2 pilotadas, que se utilizan para funciones de comando y regulación en circuitos hidráulicos.Están constituidas por un cuerpo (1), un flotante (2), un resorte de cierre (3) y por una tapa de cierre (4), que cumple las funciones de soportar el pasaje para pilotaje y la fijación del conjunto.La construcción de esta tapa varía según la función a desempeñar por la válvula.Con este tipo de elementos es posible configurar sistemas que cumplan con las siguientes funciones:-Válvula Direccional-Válvula de Retención-Válvula de retención Normal-Válvula de Retención Pilotada-Válvula de Retención Electro pilotada-Válvula de Control de Presión-Válvula de Alivio-Válvula de Alivio Electro pilotada-Válvula de Alivio Electro pilotada Proporcional-Válvula de Secuencia-Válvula Reguladora de Caudal

Actuadores Lineales (cilindros)

Actuadores Rotativos

Motores hidráulicas

MOTORES HIDRÁULICOS

Torque:

Diremos que un motor hidráulico esta aplicando un torque puro cuando ese torque esta siendo aplicado a rotación nula.

En el motor hidráulico ocurre un descenso del torque con el aumento de la velocidad.

El torque del motor hidráulico depende básicamente de dos factores:

1.- A la presión recibida.

2.- Al área de los elementos internos del motor donde actuará la presión.

Velocidad.

La velocidad de un motor hidráulico depende directamente del caudal que es entregado al motor, y para fines de proyecto y dimensionado, se acostumbra dar esa velocidad en rotaciones por minuto (rpm).

Potencia:

La potencia involucra tres factores distintos: Fuerza, distancia y tiempo. En otras palabras se determina la potencia producida o la entregada, a partir del trabajo realizado en un determinado tiempo.

Rendimiento: El motor eléctrico trifásico posee un óptimo rendimiento, pues convierte un 90 a 95

% de la energía eléctrica entregada en energía mecánica. Los motores hidráulicos en tanto es menor el rendimiento. Un motor de tipo

engranajes puede tener un rendimiento máximo que gira entorno al 70 a 85 %. Motores de tipo gerotor, paletas y pistones pueden obtener un rendimiento máximo en torno de 85 a 90 % y algunos motores de pistones sobre el 90%.

Velocidad del motor (Vm):Vm = Q * K Vr Vm= velocidad del motor rpm

Q = caudal entregado Vr = desplazamiento por revolución K = constante

= 231 cuando Q = GPM y Vr = pulg3 / rev.K = 1 cuando Q = Lt/min y Vr = dm3 / rev.

= 10-3 cuando Q = Lt / min y Vr = m3 / rev.

Potencia:

N = T N = F * d t t

N = T * Vm

A partir de la energía hidráulica entregada al motor, podemos calcular la potencia entregada

N = P * Q dondeK

N = PotenciaP = PresiónQ = Caudal 456 cuando P = bar y Q = lt/min. K = Factor de conversión 1714 cuando P = psi y Q = GPM

Resumen de formulas

P = Presión (Kgf/cm) Vr = Volumen desplazado cm3 / rev.

T = P * Vr (Kgfcm) donde: 2π

N = Potencia (HP o CV)Vm = Velocidad en rpm.K1 = 63025 cuando N = HP = 63907 cuando N = CV

T = N * K1 (Kgf/cm) donde: Vm

T = Q * P K2 (Kgfcm) donde Vm Q = Caudal lt/min. P = Presión (Kg/cm2). Vm = Velocidad en rpm. K2 = = 36,77 cuando P = PSI y Q = GPM = 9,47 cuando P = atm y Q = lt/min.

Velocidad del motor hidráulico:

Vm = Q * K3 (rpm) Q = Caudal (lt/min) Vr Vr = desplazamiento por revolución K3 = = 231 cuando Q = GPM y Vr = pulg3/rev = 1000 cuando Q = lt/min y Vr = cm3/rev

Potencia del motor hidráulica

N = T * VmT * Vm (HP) N = Potencia (HP) K4 T = Torque (kgfm) Vm = Velocidad en rpm K4 = = 63025 cuando T = lbfin = 726 cuando T Kgfm

ACUMULADORES.

• Acumulador de energía.

• Antigolpe de ariete.

• Antipulsaciones.

• Compensador de fugas.

• Fuerza auxiliar de emergencia.

• Amortiguador de vibraciones.

• Transmisor de energía de un fluido a otro.

Un acumulador consiste en un depósito destinado a almacenar una cantidad de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presión mediante una fuerza externa.

Acumulador de contrapeso: Acumulador cargado con un muelle:

Acumulador de gas no separado:

Acumulador de émbolo o pistón:

Acumulador de diafragma:

Acumuladores de vejiga:

Acumulador con reserva de energía.

Utilización del acumulador como compensador de fugas.

Utilización de acumulador en circuitos de emergencia

. Utilización del acumulador para evitar pulsaciones

Los problemas que originan las pulsaciones son:

•Deterioro de tuberías.

•Ruidos y vibraciones.

•Desreglaje y rotura de los órganos de control y regulación.

•Fugas en juntas y racores.

Como compensador de la dilatación (expansión) térmica:

Como contrabalanceador volumétrico.

Como fuente de energía auxiliar en circuitos de dos presiones:

Como mantenedor de presión: