Texto de Oleohidraulica

Texto Básico de Electroneumática y Oleohidráulica

Tomo 2

Ing. MSc. Pablo E Montalvo Jaramillo

ii

IInngg.. PPaabblloo EE MMoonnttaallvvoo JJaarraammiilllloo

iii

Índice.

Contenido

HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA ....................................................................................................................................... 1

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................. 3

Transformación de la energía en una instalación hidráulica. .......................................................................... 5

MASA, PRESIÓN, FUERZA ............................................................................................................... 5

PRESIÓN HIDROSTÁTICA ............................................................................................................... 7

PRESIÓN POR FUERZAS EXTERNAS ............................................................................................ 8

TRANSMISIÓN HIDRÁULICA DE FUERZAS ................................................................................ 9

PRINCIPIO DE LA TRASMISIÓN DE PRESIÓN ........................................................................ 11

HIDRODINÁMICA ........................................................................................................................... 12

Ecuaciones del flujo ..................................................................................................................................... 12

Ecuación de continuidad ............................................................................................................................. 13

Ecuación de la energía ................................................................................................................................. 13

PÉRDIDA DE ENERGÍA POR FRICCIÓN .................................................................................... 15

Tipos de flujo .............................................................................................................................................. 15

a) Flujo laminar ................................................................................................................................................. 15

b) Flujo turbulento ............................................................................................................................................ 16

SISTEMA HIDRÁULICO ................................................................................................................. 16

PLANO DE CONEXIONES DE UN CIRCUITO HIDRÁULICO .................................................. 19

iv

FLUIDOS HIDRÁULICOS ............................................................................................................... 21

Misión de un fluido en oleohidráulica .......................................................................................................... 21

Fluidos Empleados ....................................................................................................................................... 22

Generalidades ............................................................................................................................................. 24

Exigencias a los fluidos hidráulicos ............................................................................................................... 24

Resumen de fluidos hidráulicos de uso corriente .......................................................................................... 45

Ejemplo para la selección de componentes hidráulicos adecuados ................................................................. 46

Rango de temperatura del fluido hidráulico y rango de viscosidad de los componentes hidráulicos necesarios

........................................................................................................................................................................... 48

BOMBAS Y MOTORES HIDRÁULICOS ....................................................................................... 50

Hidrobombas ............................................................................................................................................... 50

Bomba de engranajes con dentado exterior ................................................................................................. 52

Bombas de paletas ...................................................................................................................................... 53

Bombas V4 .................................................................................................................................................. 56

Bombas de pistones radiales ........................................................................................................................ 58

Bomba helicoidal ......................................................................................................................................... 60

MOTORES HIDRÁULICOS ............................................................................................................. 61

Principios constructivos ................................................................................................................................ 61

Motores a engranajes .................................................................................................................................. 65

Motores LSHT (Motores hidráulicos de marcha lenta) .................................................................................. 66

Motores hidráulicos según el principio de engranajes planetarios con eje central ......................................... 66

Motores hidráulicos según el principio de engranajes planetarios con eje cardánico ..................................... 69

Principio de motores de pistones de carrera múltiple ...................................................................................... 70

Motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple .............................................................. 75

MÁQUINAS DE PISTONES AXIALES ........................................................................................... 84


v

De eje inclinado .......................................................................................................................................... 84

Principio de eje inclinado .................................................................................................................................. 84

Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una unidad constante ........................................... 84

Descripción del funcionamiento ....................................................................................................................... 86

Fuerzas del grupo motor ................................................................................................................................... 89

Tipos constructivos ........................................................................................................................................... 92

Símbolos ............................................................................................................................................................ 94

Placa inclinada ............................................................................................................................................ 94

Principio de placa inclinada ............................................................................................................................... 96

Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una bomba variable .............................................. 97

Fuerzas del grupo motor ................................................................................................................................. 100

El grupo motor de placa inclinada .................................................................................................................. 101

Tipo constructivos ........................................................................................................................................... 102

Símbolos .......................................................................................................................................................... 103

Motores y bombas constantes en construcción de eje inclinado ................................................................ 104

Motor constante ............................................................................................................................................. 104

Bomba constante ............................................................................................................................................ 105

Bomba constante para camiones .................................................................................................................... 105

El motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto y cerrado ..................................... 106

CILINDROS ...................................................................................................................................... 107

Cilindros hidráulicos (motores lineales) ..................................................................................................... 107

Funciones y clases ........................................................................................................................................... 107

Cilindro de acción simple ........................................................................................................................... 107

Embolo buzo o sumergido .............................................................................................................................. 108

Cilindro con resorte de retorno ...................................................................................................................... 108

Cilindro de acción doble .................................................................................................................................. 108

Cilindro con barra simple ................................................................................................................................ 108

Cilindro con barra pasante .............................................................................................................................. 109

Otros tipos de cilindros ................................................................................................................................... 116

VÁLVULAS DE CAUDAL .............................................................................................................. 119

Válvulas estranguladoras de caudal ........................................................................................................... 119

vi

Válvulas estranguladoras de caudal fijo (bidireccional) .................................................................................. 119

Válvulas estranguladoras de caudal variable (bidireccionales) ....................................................................... 120

Símbolo ............................................................................................................................................................ 121

Válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional) ........................................................................ 121

Válvulas reguladoras de caudal .................................................................................................................. 124

Regulación del caudal en función de la variación de presión .......................................................................... 124

VÁLVULAS DE PRESIÓN ............................................................................................................. 127

Definición y clases ..................................................................................................................................... 127

Válvulas reductoras de presión .................................................................................................................. 127

Válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías .............................................................................. 128

Válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías ........................................................................... 129

Válvulas limitadoras de presión ................................................................................................................. 131

Válvula limitadora de presión (mando directo)............................................................................................... 131

Válvula limitadora de presión (mando indirecto) ........................................................................................... 134

Válvulas de secuencia ...................................................................................................................................... 137

VÁLVULAS DE RETENCIÓN .......................................................................................................................... 142

VÁLVULAS DE RETENCIÓN ANTIRRETORNO SIMPLE ....................................................................................... 142

Antíretorno con apertura hidráulica ............................................................................................................... 143

Doble antíretorno con apertura hidráulica ..................................................................................................... 147

Válvula de prellenado ...................................................................................................................................... 149

VÁLVULAS DIRECCIONALES .................................................................................................... 152

Válvulas direccionales de asiento ............................................................................................................... 153

Válvulas direccionales de corredera ........................................................................................................... 157

Válvulas direccionales de corredera con mando directo ................................................................................ 162

Válvulas direccionales de corredera ‐ Datos Técnicos .................................................................................... 168

Válvula direccional de corredera mando indirecto (piloteadas) ..................................................................... 169

Válvulas direccionales de corredera ‐ Datos Técnicos .................................................................................... 178

ACUMULADORES ......................................................................................................................... 179


vii

Datos técnicos para la selección de los distintos tipos acumuladores hidráulicos. ........................................ 181

Diversos tipos de acumuladores hidráulicos ................................................................................................... 181

CIRCUITOS TIPO ......................................................................................................................... 183

ESQUEMA 1.‐ MANDO DE UN CILINDRO .................................................................................................... 183

ESQUEMA 2.‐ MANDO DE UN CILINDRO CON PUESTA EN DESCARGA DE LA BOMBA A TRAVÉS DEL CENTRO

DEL DISTRIBUIDOR .................................................................................................................................... 184

ESQUEMA 3.‐ MANDO DE UN CILINDRO CON INVERSIÓN MECÁNICA ACCIONADO POR EL MISMO CILINDRO

................................................................................................................................................................. 185

ESQUEMA 4.‐ PUESTA A DESCARGA DE UNA BOMBA CONTROLANDO LINEA DE "VENTING" DE LA VÁLVULA

LIMITADORA DE PRESIÓN .......................................................................................................................... 186

ESQUEMA 5.‐ SELECCIÓN DE LA UTILIZACIÓN DISTINTOS VALORES DE PRESIÓN EN LA UTILIZACIÓN .......... 187

ESQUEMA 6.‐ CIRCUITO CON DOS BOMBAS Y SELECCIÓN MANUAL ........................................................... 189

ESQUEMA 7.‐ CIRCUITO CON DOS BOMBAS CON SELECCIÓN AUTOMÁTICA ............................................... 190

ESQUEMA 8.‐ CIRCUITO REGENERADO ...................................................................................................... 191

ESQUEMA 9.‐ CIRCUITO REGENERADO / CIRCUITO NORMAL CON CAMBIO DE MANDO ............................. 192

ESQUEMA 10.‐ CIRCUITO REGENERADO/NORMAL CON CAMBIO AUTOMÁTICO ......................................... 193

ESQUEMA 11.‐ ACUMULADOR CON PUESTA EN DESCARGA DE LA BOMBA POR MEDIO DEL PRESOSTATO .. 194

ESQUEMA 12.‐ ACUMULADOR CON PUESTA EN DESCARGA Y CARGA AUTOMÁTICA .................................. 195

ESQUEMA 13.‐ CONTROL DE CAUDAL A LA ENTRADA EN LA UTILIZACIÓN .................................................. 196

ESQUEMA 14.‐ CONTROL DE CAUDAL A LA SALIDA EN LA UTILIZACIÓN ..................................................... 197

ESQUEMA 15.‐ CONTROL DE CAUDAL POR SUBSTRACCIÓN (O DERIVACIÓN) .............................................. 198

ESQUEMA 16.‐ CONTROL DE CAUDAL A LA SALIDA DE LA BOMBA CON PRESIÓN DE ESTA IGUAL A LA

REQUERIDA EN LA UTILIZACIÓN ................................................................................................................ 199

ESQUEMA 17.‐ CONTROL DE CAUDAL EN ENTRADA CON CONTRAPRESIÓN EN SALIDA .......................... 200

ESQUEMA 18.‐ CONTROL DE UNIDAD CON AVANCE RÁPIDO, LENTO DE TRABAJO, Y RETROCESO ............... 201

viii

ESQUEMA 19.‐ CONTROL DE UNIDAD CON AVANCE RÁPIDO EN CIRCUITO REGENERADO, LENTO DE TRABAJO

EN CIRCUITO NORMAL ............................................................................................................................... 202

ESQUEMA 20.‐ FUNCIONAMIENTO DE DOS CILINDROS EN SECUENCIA........................................................ 203

ESQUEMA 21.‐ REDUCCIÓN DE PRESIÓN EN UNA RAMA DEL CIRCUITO....................................................... 204

ESQUEMA 22.‐ DESCENSO CONTROLADO DE UNA CARGA VARIABLE (CON PRESIÓN MÍNIMA SOBRE LA

BOMBA) .................................................................................................................................................... 205

ESQUEMA 23.‐ CARGA CONSTANTE INDEPENDIENTEMENTE SI EL PISTÓN SALE .......................................... 206

ESQUEMA 24.‐ CIRCUITO CERRADO ............................................................................................................ 208

ESQUEMA 25.‐ CONEXIÓN EN PARALELO .................................................................................................... 209

ESQUEMA 26.‐ CONEXIÓN EN SERIE ........................................................................................................... 210

ESQUEMA 27A.‐ FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS .............................................................. 211

ESQUEMA 27B.‐ FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS............................................................... 212

ESQUEMA 27C‐ FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS ................................................................ 213

ESQUEMA 28.‐ CIRCUITO DE SEGURIDAD PARA BLOQUEO ACUMULADOR .................................................. 214

ESQUEMA 29.‐ CIRCUITO DE FRENADO ...................................................................................................... 215

ESQUEMA 30.‐ CIRCUITO DE DESCOMPRESIÓN .......................................................................................... 217

ESQUEMA N° 31.‐ MULTIPLICADORES DISCONTINUOS 0 DE ÚNICA CARRERA .............................................. 220

ESQUEMA Nº 32.‐ MULTIPLICADOR CONTINUO ALTERNATIVO ................................................................... 222


ix

Índice de Figuras

Figura 2 Tipos de presión ........................................................................................................... 7

Figura 3 Presión hidrostática ...................................................................................................... 8

Figura 4 Principio de Pascal ....................................................................................................... 8

Figura 5 Trasmisión hidráulica ................................................................................................... 9

Figura 6 Trasmisión de presión ................................................................................................ 11

Figura 7 Tubo Venturi .............................................................................................................. 12

Figura 8 Variación de la presión en función de la velocidad ................................................... 14

Figura 9 Perdidas de presión por rozamiento ........................................................................... 15

Figura 10 Flujo laminar ............................................................................................................ 16

Figura 11 Flujo turbulento ........................................................................................................ 16

Figura 12 Sistema hidráulico .................................................................................................... 16

Figura 13 Esquema de funcionamiento de un sistema hidráulico ............................................ 19

Figura 14 Plano de conexiones de un sistema hidráulico ......................................................... 20

Figura 15 Índice de viscosidad ................................................................................................. 27

Figura 16 Tensión de vapor ...................................................................................................... 28

Figura 17 Viscosímetro de Engler ............................................................................................ 30

Figura 18 Curvas viscosidad-temperatura de los aceites de la empresa Nacional Calvo Sotelo

y de la compañía Española de petróleos ................................................................................... 35

Figura 19 Diagrama viscosidad-temperatura .......................................................................... 36

Figura 20 Aceites, temperatura y viscosidad ............................................................................ 47

x

Figura 21 Bomba de engranajes dentado exterior .................................................................... 52

Figura 22 Símbolo de una bomba hidráulica ........................................................................... 53

Figura 23 Bomba de paletas ..................................................................................................... 54

Figura 24 Bomba V4 ................................................................................................................ 57

Figura 25 Símbolo bomba V4 .................................................................................................. 57

Figura 26 Bomba de pistones radiales ..................................................................................... 59

Figura 27 Bomba de tornillo helicoidal ................................................................................... 60

Figura 28 Motor de engranajes ................................................................................................ 62

Figura 29 Motor de rueda planetaria ........................................................................................ 62

Figura 30 Motor de paletas ...................................................................................................... 62

Figura 31 Motor de pistones .................................................................................................... 62

Figura 32 Motor de pistones radiales ....................................................................................... 63

Figura 33 Motor de pistones axiales con eje inclinado ............................................................ 63

Figura 34 Motor de pistones axiales con placa inclinada ........................................................ 63

Figura 35 Motor de pistones axiales de carrera múltiple con eje fijo ...................................... 64

Figura 36 Motor de pistones axiales de carrera múltiple con carcasa fija ............................... 64

Figura 37 Motores a engranajes ............................................................................................... 65

Figura 38 Esquema motor a engranajes ................................................................................... 66

Figura 39 Motores LSHT ......................................................................................................... 67

Figura 40 Esquema de Motores LSHT .................................................................................... 67

Figura 41 Placa de mando con sus ranuras .............................................................................. 68


xi

Figura 42 Motores LSHT ......................................................................................................... 68

Figura 43 motor de engranajes planetarios con dos extremos de eje, tipo MZD ..................... 69

Figura 44 Motor hidráulico según el principio de engranajes planetarios con eje cardánico .. 70

Figura 45 Motor de pistones de carrera múltiple ...................................................................... 71

Figura 46 Apoyo del pistón a través de una bola sobre la curva de carrera. ............................. 71

Figura 47 Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con carcasa

rotatoria ..................................................................................................................................... 72

Figura 48 Motor insertable sin carcasa ..................................................................................... 73

Figura 49 Motor de pistones axiales con carcasa rotatoria ....................................................... 73

Figura 50 Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con eje rotatorio .. 74

Figura 51 Esquema de un motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con

eje rotatorio ............................................................................................................................... 74

Figura 52 Motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple ....................... 75

Figura 53 Esquema de motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple ... 75

Figura 54 Pistones radiales ....................................................................................................... 76

Figura 55 Motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones ......... 77

Figura 56 Esquema de un motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los

pistones ..................................................................................................................................... 78


pistones sobre anillos ................................................................................................................ 79


pistones sobre superficies esféricas .......................................................................................... 80

Figura 59 Motor de pistones radiales con cilindrada variable .................................................. 81

xii

Figura 60 Esquema de un motor de pistones radiales con cilindrada variable ........................ 81

Figura 61 Esquema de funcionamiento de un motor de pistones radiales con cilindrada

variable ..................................................................................................................................... 82

Figura 62 Captador de carrera ................................................................................................... 83

Figura 63 Máquina de pistones axiales .................................................................................... 84

Figura 64 Diagrama de una máquin de pistones axiales .......................................................... 84

Figura 65 Funcionamiento de una máquinas de pistones axiales ............................................ 85

Figura 66 Descripción del funcionamiento de una máquina de pistones axiales ..................... 86

Figura 67 Descomposición de fuerzas en la brida motriz de la bomba de pistones axiales .... 89

Figura 68 Descomposición de fuerzas en la brida motriz ........................................................ 90

Figura 69 Descomposición de fuerzas en la placa de mando con su superficie esférica ......... 90

Figura 70 Mecanismo motor de pistones cónicos de eje inclinado en tecnología de 40o con

ángulo fijo de basculamiento. .................................................................................................. 91

Figura 71 Unidad constante tipo A2F ...................................................................................... 93

Figura 72 Unidad variable A7VO ............................................................................................ 93

Figura 73 Motor de pistones axiales de placa inclinada .......................................................... 94

Figura 74 Principio de funcionamiento de la placa inclinada .................................................. 95

Figura 75 Principio de placa inclinada ..................................................................................... 96

Figura 76 Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una bomba variable ....... 97

Figura 77 Fuerzas del grupo motor ........................................................................................ 100

Figura 78 Descomposición de fuerzas del grupo motor ........................................................ 101

Figura 79 Representación en forma simplificada de las fuerzas en la placa inclinada .......... 101


xiii

Figura 80 Descomposición de las fuerzas del pistón .............................................................. 101

Figura 81 Bomba variable tipo A4VG para circuito cerrado ................................................. 102

Figura 82 Bomba variable tipo A10VO circuito abierto ........................................................ 103

Figura 83 Motor constante de eje inclinado ........................................................................... 104

Figura 84 Bomba constante de eje inclinado .......................................................................... 105

Figura 85 Símbolos de una bomba hidráulica ........................................................................ 105

Figura 86 El motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto y cerrado

................................................................................................................................................ 106

Figura 87 Símbolo de un motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto

y cerrado ................................................................................................................................. 107

Figura 88 Cilindro de simple efecto de buzo o sumergido ..................................................... 108

Figura 89 Cilindro se simple efecto con resorte de retorno .................................................... 108

Figura 90 Cilindro de doble efecto ......................................................................................... 109

Figura 91 Cilindro con barra pasante o doble vástago ........................................................... 109

Figura 92 Cilindros de doble efecto construidos con tirantes ................................................ 111

Figura 93 Partes de un cilindro de doble efecto ..................................................................... 111

Figura 94 Construcción de cilindros de doble efecto con extremos roscados ........................ 113

Figura 95 Partes de un cilindro de doble efecto con extremos o culatas roscadas ................. 113

Figura 96 Amortiguación regulable en el pie de cilindro ....................................................... 115

Figura 97 Símbolo de un cilindro de doble efecto con amortiguación regulable ................... 116

Figura 98 Cilindro tándem ...................................................................................................... 116

Figura 99 Cilindro telescópico ............................................................................................... 117

xiv

Figura 100 Cilindro telescópico de doble efecto ................................................................... 118

Figura 101 Válvulas de caudal ............................................................................................... 119

Figura 102 Válvulas estranguladoras de caudal variable (bidireccionales) ........................... 121

Figura 103 Símbolo de una válvula estranguladora de caudal variable (bidireccional) ........ 121

Figura 104 Válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional) ............................ 122

Figura 105 Válvula estranguladora de caudal variable (unidireccional) tipo brida ............... 122

Figura 106 Esquema de válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional) ......... 123

Figura 107 Símbolo de una válvula estranguladora de caudal variable (unidireccional) ...... 124

Figura 108 Regulación del caudal en función de la variación de presión .............................. 125

Figura 109 Principio de la válvula reguladora de flujo de 2 vías con compensador de presión

preconectado .......................................................................................................................... 126

Figura 110 Símbolo de la válvula reguladora de flujo de 2 vías con compensador de presión

preconectado .......................................................................................................................... 126

Figura 111 Esquema de una válvula reductora de presión ..................................................... 127

Figura 112 Válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías ...................................... 128

Figura 113 Esquema de una válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías ........... 129

Figura 114 Símbolos de una válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías ........... 129

Figura 115 Válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías ................................... 130

Figura 116 Símbolo de la válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías ............ 131

Figura 117 Válvula limitadora de presión demando directo .................................................. 131

Figura 118 Principio de funcionamiento de la válvula limitadora de presión demando directo

................................................................................................................................................ 132


xv

Figura 119 Esquema de la válvula limitadora de presión demando directo ........................... 133

Figura 120 Símbolo de la válvula limitadora de presión demando directo ............................ 134

Figura 121 Válvula limitadora de presión de mando indirecto .............................................. 134

Figura 122 Esquema de la válvula limitadora de presión de mando indirecto ....................... 135

Figura 123 Principio de funcionamiento de una válvula limitadora de presión ..................... 136

Figura 124 Símbolo de una válvula limitadora de presión ..................................................... 136

Figura 125 Válvula de secuencia ............................................................................................ 137

Figura 126 Las válvulas de secuencia de mando directo ........................................................ 138

Figura 127 Símbolo de la válvula de secuencia de mando directo ......................................... 138

Figura 128 Válvula de secuencia precomandadas ................................................................. 139

Figura 129 válvula de circulación .......................................................................................... 140

Figura 130 Válvula de secuencia precomandada; alimentación interna de aceite piloto,

descarga interna de aceite piloto ............................................................................................. 140

Figura 131 Válvula de secuencia precomandada; alimentación externa de aceite piloto,

descarga interna de aceite piloto ............................................................................................. 141

Figura 132 Válvula de secuencia precomandada; alimentación interna de aceite, descarga

externa de aceite piloto ........................................................................................................... 141

Figura 133 Válvula de secuencia precomandada; alimentación externa de aceite piloto,

descarga externa de aceite piloto ............................................................................................ 141

Figura 134 Válvula de retención ............................................................................................ 142

Figura 135 Esquema de la válvula de retención o antíretorno ............................................... 142

Figura 136 Válvula con obturador de bola ............................................................................. 143

Figura 137 Símbolo de la válvula de retención o antiretorno ................................................. 143

xvi

Figura 138 Antíretorno con apertura hidráulica ..................................................................... 143

Figura 139 Antíretorno sin conexión para fugas .................................................................... 144

Figura 140 Válvula antíretorno piloteada .............................................................................. 144

Figura 141 Símbolo de la válvula antíretorno piloteada ........................................................ 145

Figura 142 Esquema de aplicación de la válvula antíretorno piloteada ................................. 145

Figura 143 Válvula antíretorno con conexión para fugas ...................................................... 146

Figura 144 Símbolo de la válvula antíretorno piloteada con conexión para fugas ................ 146

Figura 145 Esquema de aplicación de la válvula antíretorno piloteada con conexión para fugas

................................................................................................................................................ 147

Figura 146 Doble antíretorno con apertura hidráulica ........................................................... 147

Figura 147 Símbolos de una válvula de doble antíretorno con apertura hidráulica ............... 148

Figura 148 Esquema de aplicación de una válvula de doble antíretorno con apertura hidráulica

................................................................................................................................................ 148

Figura 149 Válvula de prellenado .......................................................................................... 149

Figura 150 Esquema de una válvula de prellenado ................................................................ 150

Figura 151 Esquema de aplicación de una válvula de prellenado ......................................... 151

Figura 152 Símbolo de una válvula direccional 2/2 normalmente abierta ............................ 152

Figura 153 Símbolo de una válvula 4/3 con centro en H ....................................................... 153

Figura 154 Válvula direccional de asiento ............................................................................. 154

Figura 155 Símbolo de una válvula direccional 3/2 de asiento NA ....................................... 154

Figura 156 Válvula direccional 3/2 de asiento NC ................................................................ 155

Figura 157 Símbolo de una válvula direccional 3/2 de asiento NC ....................................... 155


xvii

Figura 158 Esquema de una placa Plus .................................................................................. 156

Figura 159Esquema de placa Plus accionada ......................................................................... 157

Figura 160 Válvulas direccionales de corredera..................................................................... 157

Figura 161 Esquema de una válvula direccional de corredera ............................................... 158

Figura 162 Símbolos de válvulas direccionales ..................................................................... 159

Figura 163 Superposición positiva de la corredera ................................................................ 160

Figura 164 Superposición negativa de la corredera ................................................................ 161

Figura 165 Superposición nula de la corredera ...................................................................... 161

Figura 166 Símbolos de válvulas direccionales con varias posiciones intermedias............... 162

Figura 167 Mando mecánico de una válvula direccional ....................................................... 163

Figura 168 Símbolos de diferentes mandos para válvulas direccionales ............................... 163

Figura 169 Corte que muestra una válvula de dos posiciones ............................................ 164

Figura 170 Solenoide de corriente continúa ........................................................................... 165

Figura 171 Solenoide de corriente alterna .............................................................................. 165

Figura 172 Comparación de electroimán de corriente alterna y de corriente continúa .......... 166

Figura 173 Función de los resortes en las electroválvulas de electroimán húmedo ............... 166

Figura 174 Válvula de cinco vías o cámaras .......................................................................... 167

Figura 175 Válvula pilotada compuesta de la válvula principal 1 y de la válvula piloto 2 ... 170

Figura 176 Esquema de válvula piloto ................................................................................... 172

Figura 177 Mando electrohidráulico centraje por presión ...................................................... 173

Figura 178 Esquema de un mando electrohidráulico centraje por presión............................. 174

xviii

Figura 179 Esquema de la posición central de la válvula piloto ............................................ 174

Figura 180 Alimentación interna y externa del fluido piloto ................................................. 176

Figura 181 Válvula de presión previa .................................................................................... 178

Figura 182 Diferentes tipos y tamaños de acumuladores ...................................................... 179

Figura 183 Constitución interna de un acumulador ............................................................... 180

Figura 184 Fases de llenado de un acumulador ..................................................................... 182

Figura 185 Mando de un cilindro ........................................................................................... 183

Figura 186 Mando de un cilindro con puesta en descarga de la bomba a través del centro del

distribuidor ............................................................................................................................. 184

Figura 187 Mando de un cilindro con inversión mecánica accionado por el mismo cilindro

................................................................................................................................................ 185

Figura 188 Puesta a descarga de una bomba controlando linea de "venting" de la válvula

limitadora de presión .............................................................................................................. 186

Figura 189 Selección de la utilización distintos valores de presión en la utilización ........... 187

Figura 190 Circuito con dos bombas y selección manual ..................................................... 189

Figura 191 Circuito con dos bombas con selección automática ............................................ 190

Figura 192 Circuito regenerado ............................................................................................. 191

Figura 193 Circuito regenerado / circuito normal con cambio de mando ............................. 192

Figura 194 Circuito regenerado/normal con cambio automático ........................................... 193

Figura 195 Acumulador con puesta en descarga de la bomba por medio del presostato ...... 194

Figura 196 Acumulador con puesta en descarga y carga automática .................................... 195

Figura 197 Control de caudal a la entrada en la utilización ................................................... 196


xix

Figura 198 Control de caudal a la salida en la utilización ..................................................... 197

Figura 199 Control de caudal por substracción (o derivación) ............................................. 198

Figura 200 Control de caudal a la salida de la bomba con presión de esta igual a la requerida

en la utilización ....................................................................................................................... 199

Figura 201 Control de caudal en entrada con contrapresión en salida ................................ 200

Figura 202 Control de unidad con avance rápido, lento de trabajo, y retroceso .................... 201

Figura 203 Control de unidad con avance rápido en circuito regenerado, lento de trabajo en

circuito normal ........................................................................................................................ 202

Figura 204 Funcionamiento de dos cilindros en secuencia .................................................... 203

Figura 205 Reducción de presión en una rama del circuito ................................................... 204

Figura 206 Descenso controlado de una carga variable (con presión mínima sobre la bomba)

................................................................................................................................................ 205

Figura 207 Carga constante independientemente si el pistón sale ......................................... 206

Figura 208 Circuito cerrado .................................................................................................... 208

Figura 209 Conexión en paralelo............................................................................................ 209

Figura 210 Conexión en serie ................................................................................................. 210

Figura 211 Funcionamiento simultaneo de cilindros ............................................................. 211



Figura 214 Circuito de seguridad para bloqueo acumulador .................................................. 214

Figura 215 Circuito de frenado ............................................................................................... 215

Figura 216 Circuito de descompresión ................................................................................... 217

xx

Figura 217 Multiplicadores discontinuos o de única carrera ................................................. 220

Figura 218 Multiplicador continuo alternativo ...................................................................... 222


xxi

Índice de Tablas

Tabla 1 Campos de aplicación de accionamientos hidráulicos y fluidos adecuados para cada

caso ........................................................................................................................................... 23

Tabla 2 Correspondencias aproximada, entre expresiones de una misma viscosidad.............. 32

Tabla 3 Fluidos hidráulicos ...................................................................................................... 34

Tabla 4 Fluidos hidráulicos de uso corriente ............................................................................ 45

Tabla 5 Fluidos hidráulicos y su clase de riesgo para el agua (WGK) ..................................... 46

Tabla 6 Datos técnicos de las válvulas direccionales de corredera ........................................ 168

Tabla 7 Datos técnicos de las válvulas direccionales de corredera ........................................ 178

Tabla 8 Datos técnicos para la selección de acumuladores .................................................... 181

1

HHiiddrrááuulliiccaa

Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo

2


3

Introducción

Antes de ocuparnos detalladamente de la Hidráulica, vamos a definir qué se entiende bajo tal

denominación.

La palabra "Hidráulica" procede del vocablo griego "hydor" que en castellano significa

"agua", trataba todas las leyes en relación con el medio agua.

Hoy, al término "Hidráulica", se le atribuye el significado de transmisión y control de fuerzas

y movimientos por medio de líquidos.

Es decir, se utilizan los líquidos para la transmisión de energía. En la mayoría de los casos se

trata de aceite mineral pero también pueden ser líquidos sintéticos, agua o una emulsión

aceite-agua.

El campo de la Hidromecánica (Mecánica de los fluidos), se divide en:

• Hidrostática: Mecánica de los fluidos en reposo (estudio de los estados de equilibrio

en los fluidos).

• Hidrodinámica: Mecánica de los fluidos en movimiento (Dinámica de los fluidos).

• Hidrostática pura es, por ejemplo, la trasmisión de fuerzas en la Hidráulica.

• Hidrodinámica pura es, por ejemplo, la transformación de la energía de movimiento

(cinética) en las turbinas de las usinas eléctricas.

Además de la Hidráulica existen naturalmente otras posibilidades de transmisión de energía,

por ejemplo:

• Mecánica (engranajes, ejes, biela manivela, etc.) Eléctrica (motor de campo

giratorio, motor lineal, etc.)

• Electrónica (amplificador, elementos electrónicos de transformación)

• Neumática (similar a la Hidráulica; el medio de transmisión es aire)

Cada uno de estos elementos tiene su campo de acción definido. Pero en algunos casos se


4

puede elegir entre las distintas posibilidades.

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

Características especiales que destacan a la Hidráulica:

• grandes fuerzas o momentos de giro, producidos en reducidos espacios de montaje.

• las fuerzas se gradúan automáticamente a las necesidades.

• el movimiento puede realizarse con carga máxima desde el arranque.

• graduación continua simple (ya sea control o regulación) de la velocidad, momento o

fuerza.

• protección simple contra sobrecarga.

• útil para movimientos rápidos controlados, así como para movimientos de precisión

extremadamente lentos.

• acumulación relativamente sencilla de energía por medio de gases.

• posibilidad de sistema de propulsión central con transformación en energía mecánica

descentralizada,

(gran economía).


5

Transformación de la energía en una instalación hidráulica.

Masa, presión, fuerza

Definiciones y reducciones de Sistema Internacional de Unidades SI.

Una masa en el sentido de cantidad de materia de 1 Kg produce en la tierra una fuerza de 1

Kp.

Según la ley básica de Newton

.

Fuerza = masa . aceleración. [kg . m/s2]

Según el sistema antiguo se utilizaba la aceleración de la tierra "g" para la aceleración "a".

.

1 Kp = 1Kg . 9,81 m/s2 = 9,81 N

l Kp 10 N

La presión, una de las dimensiones más importantes de la Hidráulica, se define como fuerza

por superficie:


6

P = presión

F = fuerza

A = área o superficie

Kp. Antes la presión venía dada en:

1 1 1

Dado que hoy la fuerza se expresa en Newton (N), resulta:

1 10 1

1 1.02

1 0.98

Si, según el SI, se utiliza para la fuerza el Newton y para la superficie el m, se obtiene para la

presión la unidad Pascal (Pa).

1 1


7

Dado que en la práctica el Pa resulta en cifras muy grandes, se utiliza un múltiplo, la unidad

Bar (bar).

1 100000

Otra unidad para la presión es el "psi" (pound-force por square inch)

1 14.5

Acotación: esta unidad no está integrada el sistema SI.

Cuando se indica la presión en el sistema SI se trata de presión absoluta (bar).

Figura 1 Tipos de presión

Sin embargo, cuando en la Hidráulica se habla de presión de servicio, se trata de la presión

relativa.

Hidrostática (Mecánica de los fluidos en reposo)

Presión hidrostática

Una columna de líquido ejerce, por su propio peso, una presión sobre la superficie en que

actúa. La presión es función de la altura de la columna (h), de la densidad (ρ) y de la

aceleración de la gravedad (g).


8

ó . .

Figura 2 Presión hidrostática

Si se toman recipientes de formas distintas, llenos con el mismo liquido, la presión será

función solamente de la altura de la columna. (Figura 1).

2 3

La presión hidrostática ejerce una fuerza sobre el fondo del recipiente. Si la presión, en

recipientes desiguales, actúa sobre superficies iguales (A1 = A2 = A3) las fuerzas resultantes

serán iguales (F1 = F2 = F3).

Presión por fuerzas externas

(Ley de Pascal)

Figura 3 Principio de Pascal


9

Actúa una fuerza externa F sobre una superficie A, se produce en el líquido una presión.

La presión es función de la magnitud de la fuerza perpendicular a la superficie:

La presión se distribuye uniformemente en todos los sentidos y es igual en todos los lados.

Esto ocurre despreciando la presión del peso del líquido que debe ser adicionada en función

de la altura.

Esta presión, en relación a las presiones con que se trabaja en la Hidráulica, se puede

despreciar; por ejemplo:

10 m de columna de agua = 1 bar

Transmisión hidráulica de fuerzas

Figura 4 Trasmisión hidráulica

Dado que la presión se distribuye uniformemente en el líquido, la forma del recipiente no

tiene ninguna influencia. Para poder analizar la presión resultante por la acción de una fuerza

externa tomamos, como ejemplo, el sistema mostrado en la figura 3.


10

Si actuamos con la fuerza F1 sobre la superficie A1 producimos la presión

La presión P actúa uniformemente en todo el líquido, es decir, también sobre la superficie A2.

La fuerza que se puede obtener (comparable con una carga a levantar) es:

.

Entonces:

ó

Las fuerzas son directamente proporcionales a las superficies.

En estos sistemas la presión está siempre en relación con la carga actuante y la superficie

solicitada. Esto, equivale a decir que la presión aumenta hasta vencer a la carga que se opone.

La carga puede ser levantada sólo si la presión producida por la fuerza F1 y la superficie A1 es

lo suficientemente alta (los rozamientos no se tienen en cuenta).

Los espacios S1 y S2 recorridos por los émbolos están en relación inversa a sus superficies:

El trabajo del émbolo 1 es igual al trabajo del émbolo 2:

.

.


11

Principio de la trasmisión de presión

Figura 5 Trasmisión de presión

Dos émbolos de distintos tamaños están unidos por una barra Si sobre la superficie A1 actúa la

presión P1, se obtiene en el émbolo grande la fuerza F1. Esta fuerza es transmitida por la barra

al émbolo pequeño y actúa sobre la superficie A2 produciendo la presión P2 (Fig.4).

Sin tener en cuenta los rozamientos:

. .

Entonces:

.

.

ó


12

En los transmisores de presión las presiones son inversamente proporcionales a las

superficies.

Hidrodinámica

(Mecánica de los fluidos en movimiento)

Ecuaciones del flujo

Figura 6 Tubo Venturi

Si un líquido fluye por un tubo de sección variable, el volumen que pasa en una unidad de

tiempo es el mismo, independiente de la sección.

La velocidad del flujo varía.

Q = caudal en litros/segundo

V = volumen en litros

t = tiempo en segundos

A = superficie de la sección

s = espacio

.

Remplazando


13

.

El espacio s en el tiempo es:

y obtenemos:

.

Ecuación de continuidad

. .

Ecuación de la energía

(Ecuación de Bernoulli)

La ecuación de la energía nos dice que en un flujo la energía permanece constante, siempre

que no haya intercambio con el exterior.

La energía total está compuesta por:

• energía potencial: energía de posición en función de la altura de la columna de fluido

o energía de presión (presión estática)

• energía cinética: energía del movimiento en función de la velocidad del flujo presión

dinámica.

. 2


14

En relación a la energía de presión es:

. . 2 .

Pt = presión total

Pst = presión estática

ρ.g.h = presión de la columna de fluido

. = presión dinámica

Observando las ecuaciones de continuidad y de energía podemos deducir:

Cuando se disminuye la sección de pasaje, aumenta la velocidad y por lo tanto la energía

cinética también aumenta. Dado que la energía total permanece constante es necesario que se

reduzcan la energía de posición o la energía de presión, o ambas.

La energía de posición varía en forma despreciable en estos casos.

Por lo tanto, tiene que variar la presión estática; varía en función de la presión dinámica y ésta

es a la vez función de la velocidad (Figura 8).

Figura 7 Variación de la presión en función de la velocidad

En una instalación hidráulica es importante la energía de presión (presión estática). La energía

de posición y la energía cinética son muy pequeñas y se las considera despreciables.


15

Pérdida de energía por fricción

Estando el líquido en reposo, las presiones son iguales antes, durante y después de una

estrangulación; son iguales a lo largo de toda la tubería.

Si un líquido fluye en un sistema se produce calor por la fracción y se pierde energía en forma

de energía térmica, significando ello pérdida de presión (figura 7)

Figura 8 Perdidas de presión por rozamiento

La energía hidráulica no se puede transmitir sin Las pérdidas por fricción dependen de:

• Longitud de la tubería

• Rugosidad de la tubería

• Cantidad de codos y curvas

• Sección de la tubería

• Velocidad del flujo

Tipos de flujo

Los dos últimos ítems, sección de la tubería y velocidad del flujo determinan el tipo de flujo y

las pérdidas por rozamiento.

a) Flujo laminar

En el flujo laminar las partículas del líquido se mueven formando capas que se deslizan

ordenadamente hasta una cierta velocidad. No hay interferencia entre las partículas ni

tampoco se influyen en su movimiento. (Figura 10)


16

Figura 9 Flujo laminar

b) Flujo turbulento

Si aumenta la velocidad y la sección de pasaje no varía, cambia la forma del flujo. Se hace

turbulento y arremolinado y las partículas no se deslizan más ordenadamente en un sentido

sino que se interfieren e influyen en su movimiento. La velocidad a la que el flujo se

desordena se llama "velocidad crítica".

Las resistencias de flujo aumentan y las pérdidas hidráulicas crecen .Este tipo de flujo no es

deseado en las instalaciones hidráulicas (Figura 11).

Figura 10 Flujo turbulento

Sistema hidráulico

Figura 11 Sistema hidráulico


17

La figura 12 muestra esquemáticamente un sistema hidráulico básico.

Actuamos con una fuerza sobre el émbolo de una bomba a émbolo simple. La fuerza dividida

por la superficie nos da la presión:

Cuanto más empujamos al émbolo, es decir, cuanto mayor es la fuerza, más crecerá la

presión. Pero esto ocurrirá hasta que la presión, que actúa sobre la superficie, pueda levantar

la carga ( . )

Si la carga permanece constante, la presión no aumentará más. La presión se acomoda

siempre a la resistencia que se opone al flujo del líquido.

La carga puede ser movido sólo si se logra alcanzar le presión requerida.

La velocidad con que se mueve la carga depende sólo del caudal que se suministra al cilindro.

En la figura ello implica que cuanto más rápido es desplazado el émbolo hacia abajo mayor es

el caudal que llega al cilindro y mayor la velocidad de la carga.

En la práctica, sin embargo, este sistema tiene que ser completado con elementos adicionales.

Es necesario introducir dispositivos que influyan, por ejemplo, en el sentido de

desplazamiento del cilindro, la velocidad y la presión que puede soportar el sistema.

Además reemplazamos la bomba manual por una de accionamiento continuo.

Para una mejor comprensión, hemos esquematizado un circuito hidráulico simple.

La bomba 1 es impulsada por un motor (eléctrico o a explosión) (Figura 13)

Absorbe líquido de un recipiente 2 y lo desplaza a través del sistema de tuberías y dispositivos

hacia el cilindro 5 (también en motor hidráulico).

Mientras no se opone ninguna resistencia al flujo, al líquido es simplemente desplazado.

En este caso el cilindro 5 representa una resistencia y la presión aumenta hasta vencerla, es

decir hasta que el cilindro se mueve.


18

Para que el sistema esté protegido de una carga demasiado elevada (presión muy alta) debe

limitarse la presión máxima. Esto se consigue con la válvula limitadora de presión 4.

Un resorte (fuerza mecánica) aprieta una bola contra un asiento.

La presión en las tuberías actúa también sobre la superficie expuesta de la bola. La bola

abrirá cuando la fuerza (F = P. A) (presión por superficie) sea mayor que la fuerza que ejerce

el resorte. La presión no aumentará más.

La totalidad del caudal suministrado por la bomba fluirá por la válvula 4 al recipiente.

El sentido del movimiento del émbolo 5.1 con la barra 5.2 es controlado con la válvula

direccional 6.

Si ahora, además del sentido y la fuerza, se quiere influir sobre la velocidad de la carga, es

necesario controlar el flujo de entrada o salida del cilindro. Esto se logra con una válvula

estranguladora 7 (Figura 13)

Reduciendo la sección de pasaje del fluido en la tubería, se logra reducir el volumen por

unidad de tiempo (caudal) que llega al cilindro. La velocidad de la carga se reduce.

El líquido sobrante que suministra la bomba escapa por la válvula de presión.

Respecto a las presiones en el sistema podemos analizar entre la bomba y la válvula

estranguladora reina la presión máxima graduada en la válvula de presión; entre la válvula

estranguladora y el cilindro reina la presión que corresponde a la carga.


19

Figura 12 Esquema de funcionamiento de un sistema hidráulico

Plano de conexiones de un circuito hidráulico

En la práctica no se representan los circuitos hidráulicos de la manera en que se hizo en la

figura anterior.


20

En lugar de las secciones simplificadas se utilizan símbolos esquemáticos.

Figura 13 Plano de conexiones de un sistema hidráulico

1. Bomba

2. Aceite

3. Válvula antíretorno

4. Válvula reguladora de presión

5. Pistón de doble efecto


21

6. Válvula distribuidora

7. Válvula reguladora de caudal

La representación gráfica de un circuito hidráulico con símbolos esquemáticos se llama plano

de conexiones o plano de distribución.

La representación y significado de los símbolos de dispositivos y funciones están

normalizados. Norma DIN 24.300.

En relación a los distintos dispositivos hemos incluidos la simbología esquemática

correspondiente.

Fluidos hidráulicos

La función principal del fluido hidráulico en una instalación hidráulica es la transmisión de

fuerzas y movimientos.

Debido a las múltiples posibilidades de aplicación y de empleo de los accionamientos

hidráulicos, se le exigen a los fluidos hidráulicos diversas funciones y características.

Dado que no existe un fluido hidráulico igualmente adecuado para todos los sectores de

aplicación, al elegir el mismo deberán considerarse las características específicas de cada caso

de aplicación. Sólo de ese modo resulta posible un servicio libre de inconvenientes y económico.

Misión de un fluido en oleohidráulica

Transmitir potencia

Lubrificar

Minimizar fugas

Minimizar pérdidas de carga

22

Fluidos Empleados

Fluidos Empleados

Aceites minerales procedentes de la destilación del

petroleo

Fluidos ininflamables

Agua ‐ Glicol Fluidos Sintéticos

Esterfosfatos Hidrocarburos clorados Estere orgánicos

Emulciones agua‐aceite

Emulsiones inversas

23

Tabla 1 Campos de aplicación de accionamientos hidráulicos y fluidos adecuados para cada caso

Campo de empleo Fluidos

hidráulicos empleables *)

Presión máx. de servicio

Temperatura ambiente

Lugar de empleo

Construcción de vehículos 1 »2»3 250 bar -40 hasta + 60 °C interior y exterior

Máquinas móviles de trabajo 1 «2 * 3 315 bar -40 hasta. + 60 °C interior y exterior

Vehículos especiales 1 • 2 * 3 - 4 250 bar -40 hasta + 60 °C interior y exterior

Máquinas agrícolas y forestales 1 - 2 - 3 250 bar -40 hasta + 50 °C interior y

exterior

Construcción naval 1 - 2 * 3 315 bar -60 hasta + 60 °C interior y exterior

Construcción de aviones 1 - 2 * 5 210 (280) bar -65 hasta +60 °C interior y exterior

Técnica de elevación y transporte 1 - 2 - 3 - 4 315 bar >-40 hasta + 60 °C interior y

exterior

Máquinas herramienta 1 -2 200 bar 18 hasta 40 °C interior

Prensas 1 - 2 - 3 630 bar 18 hasta 40 °C preferible interior

Siderurgia y laminación, fundiciones 1 « 2 - 4 315 bar 10 hasta 150 °C interior

Construcciones metálicas e hidroeléctricas 1 «2«3 220 bar -40 hasta + 60 °C interior y

exterior

Construcción de centrales eléctricas 1 - 2 - 3 - 4 250 bar -10 hasta +60 °C preferible

interior

Construcción de teatros 1 - 2 - 3 - 4 160 bar 18 hasta 30 °C preferible interior

Técnica de pruebas y simulación 1 - 2 - 3 - 4 1000 bar 18 hasta 150 °C preferible

interior

Minería 1 - 2 - 3 - 4 1000 bar hasta 60 °C exterior y bajo tierra

Técnicas especiales 2 - 3 - 4 - 5 250 (630) bar -65 hasta 150 °C interior y exterior

*) 1= aceites minerales; 2= fluidos hidráulicos sintéticos; 3= fluidos hidráulicos no contaminantes; 4= agua, HFA, HFB; 5= fluidos especiales


24

Generalidades

El aceite en el sistema hidráulico desempeña la doble función de lubricación y transmisión de

potencia.

Constituye un factor vital en un sistema hidráulico, y, por lo tanto, debe hacerse una selección

cuidadosa del aceite, con la asistencia de un proveedor de prestigio. Una selección adecuada

del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los componentes del sistema,

principalmente de las bombas y motores hidráulicos.

Algunos de los factores especialmente importantes en la selección del aceite para el uso en un

sistema hidráulico industrial, son los siguientes:

1. El aceite debe contener los necesarios aditivos para aseguras unas buenas

características anti-desgaste.

2. El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las convenientes

características de lubricación y limitación de fugas a la temperatura esperada de tra-

bajo del sistema hidráulico.

3. El aceite debe ser inhibidor de corrosión y oxidación.

Exigencias a los fluidos hidráulicos

Características de lubrificación y protección contra desgaste

El fluido hidráulico debe poder cubrir todas las piezas en movimiento con una película

continua. Como consecuencia de altas presiones, alimentación insuficiente de aceite, baja

viscosidad y movimientos de deslizamiento lento o demasiado rápido la película puede

romperse. La consecuencia es un agarrotamiento por desgaste (tolerancia estándar, p.ej. en

válvulas direccionales 8 a 10|xm)

Además del agarrotamiento por desgaste se diferencia entre desgaste por abrasión, fatiga y

corrosión.

El desgaste por abrasión se produce en caso de fluidos hidráulicos sucios, no o

insuficientemente filtrados, por ensuciamiento con partículas de sólidos (p.ej. abrasiones de

metales, escoria, arena, etc.) entre piezas que se deslizan entre sí. Las partículas extrañas


25

conducidas en el fluido a altas velocidades pueden producir abrasión en los equipos.

La cavitación puede provocar un cambio en la estructura de los equipos y conducir a un

desgaste por fatiga. También se puede producir un mayor desgaste en caso de ensuciamiento de

los fluidos con agua en los cojinetes de las bombas.

Como consecuencia de tiempos de parada prolongados de la instalación hidráulica y el empleo

de fluidos hidráulicos inadecuados puede producirse desgaste por corrosión. Se forma óxido

por efecto de la humedad en las superficies de deslizamiento, lo que conduce a un mayor

desgaste de los equipos.

Viscosidad

La viscosidad es la medida de la resistencia al movimiento del fluido, la selección de la gama

de viscosidades de un aceite hidráulico debe basarse en las necesidades del sistema, y,

eventualmente, en las limitaciones de algún elemento crítico, o en las condiciones de

funcionamiento óptimo de algún otro elemento.

Podemos decir también que bajo viscosidad se entiende la característica de un fluido hidráulico

de ofrecer una resistencia al desplazamiento laminar recíproco de dos capas vecinas de fluido

hidráulico (véase también DIN 51 550).

La magnitud característica más importante al seleccionar un fluido hidráulico es la viscosidad.

No caracteriza la calidad de un fluido, sino que indica la conducta del fluido hidráulico a una

determinada temperatura de referencia. Para la selección de componentes hidráulicos es muy im-

portante considerar los valores mínimos y máximos de viscosidad indicados en la

documentación del fabricante de componentes hidráulicos.

Las casas fabricantes recomiendan que la viscosidad se mantenga dentro de determinados

límites, distintos en el arranque y durante el funcionamiento. Una viscosidad demasiado alta a

la temperatura del arranque puede causar daños por cavitación en las bombas, un

funcionamiento continuo con viscosidades moderadamente altas tenderá a mantener aire en

suspensión en el aceite mientras éste pasa por el depósito, lo cual puede causar averías

prematuras en las bombas y motores, y erosión en las válvulas. Una viscosidad baja tiene por

resultado una disminución del rendimiento del sistema y de las cualidades de lubricación

dinámica.


26

Conviene elegir la apropiada viscosidad de aceite en cada caso particular, de modo que,

dentro de toda la gama de temperaturas que deba presentarse, la viscosidad de arranque y la

viscosidad de funcionamiento entren dentro de los límites indicados en la tabla. Esto es

importante: conviene obtener del proveedor de aceites la seguridad de que la viscosidad del

aceite empleado no será menor que la mínima recomendada a la máxima temperatura del

aceite.

Temperatura

Para obtener una óptima vida de funcionamiento, tanto del aceite como del sistema hidráulico,

se recomienda normalmente una temperatura máxima del aceite de 65oC.

Índice de viscosidad

El índice de viscosidad de un fluido caracteriza el efecto de las variaciones de temperatura

sobre el cambio de su viscosidad.

En el caso de fluctuaciones de temperatura el fluido hidráulico - también en un amplio rango - no

deberá volverse ni "muy espeso ni muy fluido", dado que en tal caso los caudales variarían en los

puntos de estrangulamiento (variación de velocidad del consumidor). El cálculo del índice de

viscosidad se realiza según DIN ISO 2909. En el diagrama viscosidad-temperatura se reconoce

el índice conveniente de viscosidad del fluido hidráulico por su curva característica plana.

Los fluidos hidráulicos con un elevado índice de viscosidad se requieren especialmente en

aquéllas aplicaciones en que estarán sujetos a elevadas fluctuaciones de temperatura, como

máquinas de trabajo móviles, aviones y vehículos.

Diremos que un fluido tiene un alto índice de viscosidad si ésta varía poco con la temperatura.

En cuanto a los aceites minerales empleados los circuitos hidráulicos, su índice de viscosidad

debe ser igual o superior a 75.


27

Figura 14 Índice de viscosidad

Tensión de vapor

La tensión de vapor t de un líquido, es la tendencia de éste a evaporarse.

La tensión de vapor aumenta al aumentar la temperatura Vgr, en el caso del agua, se evapora a

la temperatura ambiente y a la presión atmosférica. A 100 oC, su tensión de vapor es de 1,033

Kp/cm2 = 760 mm. Hg y pasa tumultuosamente a estado de vapor (ebullición).


28

Figura 15 Tensión de vapor

La evaporación del líquido, aumenta también al disminuir la presión exterior a que está

sometido. Por ejemplo, en la cumbre de un monte de 4800 m. y p = 417 mm. Hg el agua

hierve a 84 oC.

Cuando la presión absoluta del aceite en un punto determinado de un circuito oleohidráulico,

es inferior a la tensión de vapor del líquido, se desprenden del aceite burbujas de vapor.

Las dos condiciones que favorecen la evaporación de un líquido, aumento de temperatura y

disminución de presión exterior, se dan en el tubo de aspiración de una bomba cuando ésta se

monta sobre un depósito a una altura superior al nivel del aceite dentro del mismo.

Las burbujas de vapor interrumpen la continuidad de la corriente líquida y, por lo tanto, las

paredes de las tuberías, de las bombas, de las válvulas, etc, están sometidas a una serie

continua de choques originados por esta discontinuidad. Si nos fijamos en un filete líquido

determinado, primero habrá líquido, después una burbuja de vapor y así sucesivamente.

Este fenómeno, llamado cavitación (formación de cavidades en el seno de un fluido), es

perjudicial para todos los elementos del circuito y particularmente para la bomba. La

cavitación produce erosión en las partes metálicas debido a infinitos pequeños choques de las

burbujas de vapor contra el metal, y en el caso particular de bombas de paletas, rompe la

película líquida que evita el contacto metal-metal entre la punta de las paletas y el anillo.

El caudal de aceite en la tubería de aspiración puede ser insuficiente para llenar


29

completamente los cilindros de una bomba de pistones, o las cámaras entre paleta y paleta, en

una bomba de paletas. La presión absoluta a que está sometido el líquido puede descender a

un valor igual a la tensión de vapor, lo que supone una evaporación del aceite y la formación

de burbujas de vapor.

Puede haber cavitación cuando el diámetro de la tubería de aspiración es demasiado estrecho,

cuando se produce una pérdida de carga excesiva en la misma por haber demasiados codos, o

por ser la tubería demasiado larga (cavitación por mal diseño).

También puede producirse cavitación por estar parcialmente obturado el filtro de aspiración,

por estar el aceite demasiado frió, lo que supone demasiada pérdida de carga, o por velocidad

excesiva de giro del motor que acciona la bomba (cavitación por mal mantenimiento).

VISCOSIDAD CONVENCIONAL

La viscosidad convencional se mide con la ayuda viscosímetros, por la salida del líquido a

través de un de pequeño orificio calibrado.

La viscosidad se mide: en Europa, en grados ENGLER; en Inglaterra, en segundo de

REDWOOD, y, en los EE.UU., en segundos SAYBOLT.

Los grados ENGLER representan el cociente del tiempo de paso de 200 cm3 del líquido

considerado a través de un pequeño tubo calibrado de 2,8 mm de diámetro interior, por el

tiempo de paso de 200 cm3 de agua a 20 oC, a través del mismo tubo.


30

Figura 16 Viscosímetro de Engler

Como la viscosidad de los aceites varía con la temperatura se efectúan generalmente las

medidas a 20 oC, 50 oC y 100 oC, designado las viscosidades así obtenidas en grados

ENGLER por E°20, Eo50 ó Eo

100.

La figura 17 representa esquemáticamente el viscosímetro de ENGLER. El recipiente en latón

(A) contiene 200 cm3 del líquido cuya viscosidad se va a medir.

El recipiente (B) contiene el agua. Calentando o enfriando la misma, llevamos el líquido

contenido en el recipiente (A) a la temperatura en la cual vamos a determinar su viscosidad.

Antes de echar el líquido en el recipiente (A), tapamos con la varilla de madera (D) el orificio

del tubo de platino (C).

Cuando el termómetro (E) indica que se ha llegado a la temperatura deseada, levantamos la


31

varilla (D) poniendo simultáneamente en marcha en cronómetro, que detendremos en el

preciso instante en que todo el líquido ha pasado del recipiente (A) al vaso (F).

Teniendo así el tiempo de paso (T) de 200 cm3 de líquido a la temperatura t oC, dividiremos

este tiempo dado por la ficha del viscosímetro, y que generalmente es muy próximo a 51,6

segundos.

Por tanto:

en la que:

Eot Viscosidad del líquido a la temperatura de t oC, en grados ENGLER.

T Tiempo de paso en segundos de 200 cm de líquido a la temperatura de t oC.

Te Tiempo de paso en segundos a 200 cm3 de agua destilada a + 20 °C

La relación entre grados Engler y segundos Universales Laybolt viene dada por la siguiente

relación:

34.61


32

Tabla 2 Correspondencias aproximada, entre expresiones de una misma viscosidad

Tabla de correspondencias aproximada, entre expresiones de una misma viscosidad en Centistokes, Grados Engler, Segundos

Saybolt y Segundos Redwood.

Centistokes Grados

Engler

Segundos

Saybolt

universales

Segundos

Redwood

comerciales

Centistokes Grados

Engler

Segundos

Saybolt

universales

Segundos

Redwood

comerciales

1500,00 53,96 1863,64 6072,87 410,00 53,96 1864,00 1660,00

1450,00 190,82 6590,91 5870,45 400,00 52,64 1819,00 1620,00

1400,00 184,24 6363,64 5668,02 390,00 51,32 1773,00 1579,00

1350,00 177,66 6136,36 5465,59 380,00 50,01 1728,00 1539,00

1300,00 171,08 5909,09 5263,16 370,00 48,69 1682,00 1498,00

1250,00 164,50 5681,82 5060,73 360,00 47,38 1636,36 1458,00

1200,00 157,92 5454,55 4858,30 350,00 46,06 1590,91 1417,00

1150,00 151,34 5227,27 4655,87 340,00 44,74 1545,45 1377,00

1100,00 144,76 5000,00 4453,44 330,00 43,43 1500,00 1336,00

1050,00 138,18 4772,73 4251,01 320,00 42,11 1454,55 1296,00

1000,00 131,60 4545,45 4048,58 310,00 40,80 1409,09 1255,00

950,00 125,02 4318,18 3846,15 300,00 39,48 1363,64 1215,00

900,00 118,44 4090,91 3643,72 290,00 38,16 1318,18 1174,00

850,00 111,86 3863,64 3441,30 280,00 36,85 1272,73 1134,00

800,00 105,28 3636,36 3238,87 270,00 35,53 1227,27 1093,00

790,00 103,96 3590,91 3198,38 260,00 34,22 1181,82 1053,00

780,00 102,65 3545,45 3157,89 250,00 32,90 1136,36 1012,00

770,00 101,33 3500,00 3117,41 240,00 31,58 1090,91 972,00

760,00 100,02 3454,55 3076,92 230,00 30,27 1045,45 931,00

750,00 98,70 3409,09 3036,44 220,00 28,95 1001,00 891,00

740,00 97,38 3363,64 2995,95 210,00 27,64 954,55 850,00

730,00 96,07 3318,18 2955,47 200,00 26,32 910,00 810,00

720,00 94,75 3272,73 2914,98 190,00 25,00 863,64 769,00

710,00 93,44 3227,27 2874,49 180,00 23,69 819,00 729,00

700,00 92,12 3181,82 2834,01 170,00 22,37 774,00 689,00

690,00 90,80 3136,36 2793,52 160,00 21,06 728,00 648,00

680,00 89,49 3090,91 2753,04 150,00 19,74 683,00 608,00

670,00 88,17 3045,45 2712,55 140,00 18,42 637,00 567,00

660,00 86,86 3000,00 2672,06 130,00 17,11 592,00 527,00

650,00 85,54 2954,55 2631,58 120,00 15,79 547,00 486,00

640,00 84,22 2909,09 2591,09 110,00 14,48 501,00 446,00

630,00 82,91 2863,64 2550,61 100,00 13,16 456,00 405,00

620,00 81,59 2818,18 2510,12 95,00 12,50 433,00 385,00

610,00 80,28 2772,73 2469,64 90,00 11,84 411,00 365,00

600,00 78,96 2727,27 2429,15 85,00 11,20 388,00 345,00

590,00 77,64 2681,82 2388,66 80,00 10,53 365,00 325,00

580,00 76,33 2636,36 2348,18 75,00 9,89 343,00 304,00

570,00 75,01 2590,91 2307,69 70,00 9,23 320,00 284,00

560,00 73,70 2545,45 2267,21 65,00 8,58 298,00 264,00


33

550,00 72,38 2500,00 2226,72 60,00 7,93 275,00 244,00

540,00 71,06 2454,55 2186,23 55,00 7,28 252,00 224,00

530,00 69,75 2409,09 2145,75 50,00 6,62 230,00 203,00

520,00 68,43 2363,64 2105,26 45,00 5,98 207,00 183,00

510,00 67,12 2318,18 2064,78 40,00 5,33 185,00 163,00

500,00 65,80 2272,73 2024,29 35,00 4,70 163,00 143,00

490,00 64,48 2227,27 1983,81 30,00 4,07 141,00 123,00

480,00 63,17 2181,82 1943,32 25,00 3,46 118,00 103,00

470,00 61,85 2136,36 1902,83 20,00 2,87 97,00 85,00

460,00 60,54 2090,91 1862,35 15,00 2,32 77,00 67,00

450,00 59,22 2045,45 1821,86 10,00 1,83 58,00 51,00

440,00 57,90 2000,00 1781,38 5,00 1,39 42,00 37,00

430,00 56,59 1954,55 1740,89 1,00 1,00

420,00 55,27 1909,09 1700,40

34

Tabla 3 Fluidos hidráulicos

DATOS GENERALES SOBRE FLUIDOS HIDRÁULICOS

ACEITE MINERAL AGUA GLICOL EMULSIÓN AGUA-ACEITE ESTER-FOSFATOS ESTERES

ORGÁNICOS HIDROCARBUROS

CLORADOS

JUNTAS SATISFACTORIAS

VI TON NITRILO POLISULFIDO NEOPRENO BUNA N

BUNA S y N NITRILO NEOPRENO BUTILO-VITON GOMA NATURAL

BUNA S y N NITRILO NEOPRENO POLISULFIDO VI TON

VITCN BUTJLO SILICONA P.T.F.E. NYLON

NEOPRENO BUNA N VI TON SILICONA

VI TON SILICONA TEFLON

JUNTAS NO SATISFACTORIAS

GOMA NATURAL BUTILO BUNA S POLISULFIDO GOMA NATURAL

BUTILO

NEOPRENO NITRILO BUNA N y S POLISULFIDO

BUTILO NITRILO-BUNAS NEOPRENO-BUNA N BUTILO POLISULFIDO

EFECTOS CORROSIVOS SOBRE EL METAL

NINGUNO CINC CADMIO MAGNESIO NINGUNO NINGUNO NINGUNO COBRE Y

ALEACIONES

LUBRIFICACIÓN EXCELENTE ACEPTABLE ACEPTABLE BUENA EXCELENTE BUENA

TOXICIDAD NO ES TOXICO NO ES TOXICA NO ES TOXICA ÚNICAMENTE LOS VAPORES

NO SON TÓXICOS

PUEDEN SER TÓXICOS

ININFLAMABILIDAD POBRE BUENA BUENA EXCELENTE EXCELENTE EXCELENTE

TEMPERATURA MÁXIMA DE UTILIZACIÓN EN ºC

90 50 50 90-140 65-260

COSTE COMPARATIVO 1 2 a 4 1,5 a 2 4 a 12 4 a 12

DENSIDAD RELATIVA 1 1,25 1,2 1,3 1,06 1,65

35

Figura 17 Curvas viscosidad-temperatura de los aceites de la empresa Nacional Calvo Sotelo y de la compañía Española de

petróleos

36

Figura 18 Diagrama viscosidad-temperatura

Conducta viscosidadpresión

La viscosidad de los fluidos hidráulicos aumenta con el incremento de la presión. En

presiones superiores a 200 bar deberá considerarse esta característica al proyectar

instalaciones hidráulicas. Con aprox. 400 bar ya se alcanza una duplicación de la viscosidad.

Compatibilidad con materiales

El fluido hidráulico debe presentar una elevada compatibilidad con otros materiales

empleados en la instalación hidráulica, como aquéllos utilizados para rodamientos, juntas,

pintura, etc. Ello también vale para el caso en que se fugue fluido hidráulico de la instalación y

tome contacto con otras piezas, como conductos eléctricos, piezas constructivas mecánicas,

etc.


37

Estabilidad de cizallamiento

En los cantos de mando y en los asientos de las válvulas, al abrir y cerrar, el fluido hidráulico es

solicitado mecánicamente; el caudal de fluido hidráulico se “cizalla”. Este proceso influye

sobre la vida útil del fluido hidráulico.

Si los fluidos hidráulicos contienen mejoradores del índice de viscosidad, la sensibilidad al

cizallamiento aumenta. En caso de solicitación normal de cizallamiento por válvulas y bombas

temporariamente se produce una reducción de la viscosidad, la cual luego vuelve a

normalizarse. Sin embargo, si la solicitación de cizallamiento es superior a la resistencia al

cizallamiento de los mejorado-res del índice de viscosidad, entonces éstos en parte se destruyen

y ya no se vuelve a alcanzar el valor original de viscosidad. Se produce una reducción constante

de viscosidad.

Resistente a cargas térmicas

Durante el funcionamiento de la instalación el fluido hidráulico se puede calentar (en lo

posible, a no más de 80°C). Durante el tiempo de parada el fluido vuelve a enfriarse. Estos

procesos, que se repiten, influyen sobre la vida útil del fluido hidráulico. Por esta razón en

muchas instalaciones se emplean intercambiadores de calor (calefacción y refrigeración) para

mantener constante la temperatura de servicio del fluido hidráulico.

La ventaja es una curva característica estable de viscosidad y una mayor vida útil del fluido

hidráulico. Las desventajas son mayores costos de adquisición y de servicio (corriente para

calefacción y refrigeración agua/aire).

Resistente a solicitación oxidativa

Oxígeno, calor, luz y catálisis influyen sobre el proceso de envejecimiento de aceites

minerales. Un aceite mineral muy resistente al envejecimiento posee inhibidores de oxidación,

que evitan una rápida absorción de oxígeno. Una elevada absorción de oxígeno también

favorecería la corrosión de piezas constructivas.

Cobre, plomo, bronce, latón y acero poseen un efecto catalítico especialmente elevado e influyen

sobre la vida útil de los fluidos hidráulicos.

Estos materiales o pares de materiales pueden encontrarse en elementos constructivos


38

hidráulicos.

Baja compresibilidad

El aire disuelto conducido dentro del fluido hidráulico condiciona la compresión de la columna

de fluido hidráulico. Esta característica influye sobre la exactitud de los accionamientos

hidráulicos. En procesos de mando y de regulación la compresibilidad influye sobre los

tiempos de respuesta. Si se abren rápidamente grandes cámaras que se encuentran bajo presión,

se producen en el equipo golpes por descarga. La compresibilidad del fluido hidráulico se define

por un factor que depende del fluido hidráulico y que aumenta a mayor temperatura y disminuye

con el aumento de presión.

Como valor normativo para aceite mineral para cálculos teóricos se puede utilizar un factor de

compresibilidad de 0,7 a 0,8 % cada 100 bar. Para el medio "agua" se puede utilizar un factor de

0,45 % por cada 100 bar.

La compresibilidad aumenta notablemente cuando se transporta aire no disuelto (burbujas de

aire). Como consecuencia de un tamaño de tanque o construcción del mismo equivocados y

entubado incorrecto, el aire no disuelto ya no se puede separar del fluido hidráulico, em-

peorando notablemente el factor de compresibilidad. Otras consecuencias son ruidos,

movimientos bruscos y calentamiento en la instalación hidráulica (véase también efecto

Diesel).

Bajo efecto Diesel se entiende la autoinflamación de una mezcla aire-gas. El aceite mineral

contiene muchas burbujas pequeñas de aire. Si el aceite mineral se coloca rápidamente bajo

presión elevada, las burbujas de aire se calientan tanto que pueden autoinflamarse. La conse-

cuencia es un elevado aumento local de presión y de temperatura, que puede deteriorar las juntas

de los componentes hidráulicos. La vida útil del fluido hidráulico también se ve afectada.

Baja dilatación por temperatura

Si el fluido hidráulico se calienta a presión atmosférica, el volumen aumenta. En instalaciones

con gran volumen de llenado deberá ser considerada la futura temperatura de servicio de la

instalación.

Ejemplo:


39

El volumen de aceite mineral aumenta un 0.7 % cada 10ºC de aumento de temperatura.

Reducida formación de espuma

Las burbujas de aire que ascienden pueden producir espuma superficial en el tanque. Mediante

la correcta disposición de tuberías de retorno hacia el tanque y por medio de una correcta

construcción del mismo, p.ej. chapas estabilizadoras, se puede reducir a un mínimo la forma-

ción de espuma. Los aceites minerales contienen aditivos químicos que reducen la formación

de espuma. La tendencia del fluido a formar espuma aumenta con el envejecimiento, el

ensuciamiento y el agua condensada.

Si la bomba entrega aceite espumoso pueden producirse importantes fallos en el sistema,

conduciendo rápidamente a una avería de la bomba.

Poca absorción de aire y buena liberación del mismo

En lo posible, el fluido hidráulico debe absorber y transportar poco aire; el aire que

eventualmente haya arrastrado debe ser liberado rápidamente. Los aditivos químicos influyen

positivamente sobre estas exigencias.

La liberación de aire o la capacidad de separación de aire (LAV) se determina según DIN 51 381.

Se mide en minutos el tiempo necesario para liberar burbujas de aire contenidas en el aceite

mineral hasta 0,2 vol %. La capacidad de liberación de aire empeora a medida que aumenta la

temperatura del fluido hidráulico.

Elevado punto de ebullición y baja presión de vapor

Cuanto más alto el punto de ebullición del fluido hidráulico empleado tanto más alta podrá ser

la temperatura de servicio máxima de la instalación.

Elevada densidad

Bajo densidad de un fluido hidráulico se entiende la relación de su masa con el volumen. En

lo posible, debe ser elevada con el fin de poder transmitir una mayor potencia con igual volumen

de fluido hidráulico. En los accionamientos hidrostáticos esta consideración reviste menor

importancia que en el caso de accionamientos hidrodinámicos. La densidad de aceites minerales

oscila entre 0,86 g/cm3 y 0,9 g/cm3.


40

La densidad se utiliza para convertir la relación viscosidad-densidad (viscosidad cinemática)

en viscosidad (viscosidad dinámica) o viceversa.

En la práctica, para la densidad la temperatura de referencia es 15ºC.

Buena conducción de calor

El calor que se produce en bombas, válvulas, motores, cilindros y tubos debe ser transportado

por el fluido hidráulico hacia el tanque. En parte, el tanque entrega el calor hacia afuera a

través de sus paredes. Si las superficies de radiación no fueran suficientes, deberán proyectarse

intercambiadores suplementarios de calor (refrigeradores) para evitar un sobrecalentamiento de

la instalación y del fluido hidráulico.

Buenas características dieléctricas (no conductivas)

En lo posible, el fluido hidráulico no debe poder transmitir energía eléctrica (p.ej. en caso de

cortocircuito, rotura de cable, etc.; los solenoides suelen estar sumergidos en el fluido

hidráulico con el fin de conducir el calor que se produce y lograr una descarga amortiguada de

su inducido).

No higroscópicos (para evitar la entrada de agua al sistema)

En instalaciones operadas con aceites minerales debe tenerse en cuenta que el aceite mineral

permanezca libre de agua, dado que, de lo contrario, se pueden producir fallos y disfunciones

en la instalación. El agua puede entrar a través de juntas de cilindros y ejes, a través de refrigera-

dores de agua no estancos y humedad que se condensa en las paredes del tanque. También al

llenar el tanque, en el nuevo fluido hidráulico puede haber agua (agua de condensación). Si el

contenido de agua es superior a 0,2 % del volumen total, el fluido hidráulico deberá cambiarse.

Con la instalación en funcionamiento (especialmente cuando se trata de grandes instalaciones)

se puede realizar una separación de agua y fluido hidráulico mediante separadores o

centrífugas.

En instalaciones que se encuentran a la intemperie (mayor humedad relativa ambiente y lluvia),

al filtro de aire se le posconecta un secador de aire, el cual seca el aire que se necesita

(condicionado por el volumen cambiante).

Dado que el agua posee el mayor peso específico, durante los tiempos de parada el agua que se


41

encuentra en el fluido hidráulico desciende al fondo del tanque (aceite mineral y agua no forman

uniones químicas), y por lo tanto pueden volver a separarse.

Si en el tanque existe un indicador continuo de nivel de aceite, el agua podrá reconocerse

claramente. Si se abre cuidadosamente el grifo de drenaje, primero sale el agua. En las grandes

instalaciones frecuentemente se montan avisadores de agua en el punto inferior del tanque, los

cuales a un determinado nivel ajustable de agua, provoca una señal de alarma. No se ha podido

imponer en la práctica una estipulación sobre la capacidad de separación de agua en un tiempo

determinado.

Poco inflamables no combustibles

Las instalaciones hidráulicas también se emplean en sitios de producción que trabajan con

fuego abierto y temperaturas muy elevadas. Con el fin de poder calcular e riesgo de tuberías

y/o mangueras que revientan, en dichos casos de aplicación se emplean fluidos hidráulicos

con elevado punto de inflamación, poco inflamables o no inflamables.

No tóxico como fluido, como gas y después de una descomposición

Con el fin de evitar riesgos para la salud y el medio ambiente, al emplear fluidos hidráulicos

deberán tenerse en cuenta las indicaciones correspondientes del fabricante del fluido

hidráulico.

Buena protección anticorrosiva

Los fabricantes de bombas, válvulas, motores y cilindros prueban estos con aceites minerales

que protegen contra corrosión. La capacidad de protección anticorrosiva de los aceites

minerales se logra mediante aditivos químicos que forman una película hidrófuga sobre las super-

ficies metálicas y neutralizan los productos corrosivos de la descomposición en caso de

envejecimiento del aceite mineral.

Una vez que los componentes hidráulicos hayan sido ensayados, el aceite mineral que quedaba

en los componentes, es conducido nuevamente hacia el tanque. La película de aceite mineral

en los componentes protege a los mismos contra corrosión hasta su puesta en marcha. En caso de

almacenaje prolongado de los componentes deberán tomarse medidas anticorrosivas

especiales (p.ej. con aceite conservante).


42

No se forman substancias pegajosas

Durante tiempos de parada prolongados de la instalación, durante el servicio, al calentarse y

enfriarse y como consecuencia del envejecimiento, el fluido hidráulico no deberá formar

substancias que puedan ocasionar un "pegado" de las piezas móviles de los componentes hi-

dráulicos.

Buena filtrabilidad

El fluido hidráulico de una instalación hidráulica se filtra permanentemente durante el servicio

al avanzar o al retornar, o en ambas direcciones, para filtrar las abrasiones del mismo. El fluido

hidráulico y la viscosidad de éste influyen sobre el tamaño del filtro y el material del tejido

filtrante a emplear.

A mayor viscosidad mayor presión dinámica (Ap). Por lo tanto deberá proyectarse un filtro

más grande. En el caso de fluidos hidráulicos agresivos se requieren materiales especiales para

el tejido del filtro.

Las substancias activas contenidas en los fluidos hidráulicos no deben depositarse en los filtros.

Si en las instalaciones se emplean filtros muy finos de anchura de malla de 5 mm y menor, el

fluido hidráulico deberá ser analizado en cuanto a su aptitud para esas condiciones de empleo.

Compatibilidad e intercambiabilidad con otros fluidos hidráulicos (cambio de

fluido hidráulico)

Por cambios en las líneas de producción, distintas condiciones del medio ambiente o por la

introducción de nuevas leyes puede hacerse imprescindible un cambio de fluido hidráulico.

En dichos casos deberá consultarse con los fabricantes del fluido hidráulico y de los compo-

nentes si el fluido hidráulico y los componentes utilizados son adecuados para las nuevas

condiciones de empleo.

Dado el caso, todos los equipos hidráulicos, juntas y mangueras deberán ser extraídos y

limpiados para eliminar el antiguo fluido hidráulico. Si en esos casos no se actúa correctamente

se puede producir una avería total de la instalación hidráulica.


43

No formar lodo

El fluido hidráulico y los aditivos del mismo durante todo el tiempo de empleo no deberán

descomponerse y conducir a la formación de lodo (efectos de pegado).

Fácil mantenimiento

Aquéllos fluidos hidráulicos que por ejemplo después de largos períodos de parada deben

volver a removerse y mezclarse requieren mucho despliegue de mantenimiento. Aquéllos

fluidos hidráulicos cuyos aditivos pierden rápidamente sus características o se evaporan,

deberán controlarse con mayor frecuencia en cuanto a su química y a las características físicas.

Los controles del fluido hidráulico deben poder realizarse con métodos sencillos. En

situaciones límites los fabricantes de fluidos hidráulicos y de filtros podrán analizar muestras

y decidir sobre el recambio o la continuación del empleo.

No contaminante

La mejor manera de proteger el medio ambiente al emplear instalaciones hidráulicas se

alcanza planificando, construyendo, utilizando y manteniendo correctamente las instalaciones.

El empleo de fluidos no contaminantes no es un sustituto para ello.

Los fluidos no contaminantes deben cumplir con las siguientes exigencias:

• buena biodegradación,

• fácil depolución,

• no tóxicos para los peces,

• no tóxicos para bacterias,

• no peligrosos para las aguas,

• no peligrosos para los alimentos,

• no peligrosos para forrajes,

• no irritar piel y mucosas en sus tres estados (sólido, líquido y gaseoso) y

• ser inodoros o, por lo menos, de olor agradable.

Hasta el momento no existen disposiciones legales o normas que definan la "compatibilidad


44

con el medio ambiente" ("menor contaminación") de los fluidos hidráulicos.

Costos y disponibilidad

Básicamente, deberían utilizarse fluidos hidráulicos económicos y que han alcanzado amplia

difusión. Ello resulta de especial importancia para aplicaciones en zonas aún no

industrializadas.

El catálogo para una evaluación sólo pudo realizarse en forma inicial. La selección de un

fluido hidráulico según puntos de vista económicos sólo se puede llevar a cabo calculando

aproximativamente los costos de servicio y los costos derivados del mismo. Por lo tanto,

resulta de suma importancia contar con información sobre propiedades físicas y químicas del

fluido hidráulico para que en el caso de nuevas construcciones, recambios o reparaciones se

puedan evitar errores.

Limpieza

Deben tomarse precauciones para filtrar el aceite en todo el sistema hidráulico antes de su uso

inicial, para eliminar restos de pintura, partículas metálicas, escoria de soldadura, hilas, etc...

que hayan podido depositarse durante la instalación del conjunto. Si no se hace esto, se puede

causar desperfectos al sistema hidráulico. Además, se recomienda un filtrado continuo para

eliminar los productos de contaminación que puedan aparecer durante la vida del sistema. El

grado de filtración recomendado está indicado en las hojas de instalación de cada elemento

Fluidos ininflamables

Los sistemas hidráulicos que usan fluidos ininflamables requieren consideraciones especiales

de diseño.


45

Resumen de fluidos hidráulicos de uso corriente

Tabla 4 Fluidos hidráulicos de uso corriente

Aceite hidráulico a base de aceite mineral

WGK Fluidos hidráulicos poco Inflamables

WGK Fluidos hidráulicos no contaminantes

WGK Fluidos hidráulicos especiales

WGK

DIN 51524, parte 1

aceite hidráulico HL

Fluido hidráulico a base de aceite mineral con sustancias activas para aumentar la protección anticorrosiva y la resistencia al envejecimiento.

2 Agua pura

Tipos HFA (95/5)

0 Líquidos básicos Aceites sintéticos

(por ejemplo poli-α definas

y glicoles)

Aceites vegetales (HTG)

0-1

HFA-E (Emulsión) 3 (Triglicéridos) Fluidos hidráulicos

para aeronáutica

HFA-M (Microemulsión) 3 Poliglicoles (HPG) 0 - 1

DIN 51524, parte 2 aceite hidráulico HLP

Como aceites

hidráulicos. HL, pero

sustancias adicionales

para reducir el desgaste

por agarrotamiento

en el sector de fricción

mixta.

2 HFA-S (Solución) 0-1 Esteres sintéticos (HE) 0-1 Fluidos hidráulicos compatibles con aceites para laminadores. HFA-V (espesado)

80% H2O +

20% concentrado

~1

Etc.

HFB (Emulsión agua

en aceite)

40% H90 +

60% aceite mineral

3

DIN 51524, parte 2

aceite hidráulicos HLP-D

Como aceites hidráulicos

HLP, pero sustancias

adicionales de dispersión

y detergentes.

A diferencia de los

aceites HLP no existen

exigencias en cuanto a

capacidad de separación

de aire y agua.

3

HFC (glicol acuoso)

40% H20 + 60% glicol

0-1

HFD-R

(éster fosfórico)

1-(2)

HFD-U (otra

composición)

(por lo general, Poliéster)

~1

DIN 51524, parte 1 aceite hidráulico HLP

Como aceites HLP, pero

con aditivos para mejorar

la conducta viscosidad -

temperatura.

2


46

Tabla 5 Fluidos hidráulicos y su clase de riesgo para el agua (WGK)

WGZ - Valores de riesgo para el agua

0 hasta 1,9 2 hasta 3,9 4 hasta 5,9 >6

WGK - Clases de riesgo para el agua

0 1 2 3

Comentario Por lo general., no reviste riesgo para el agua

Poco riesgoso para el agua

Riesgoso para el agua Muy riesgoso para el agua

Ejemplo para la selección de componentes hidráulicos adecuados

La grúa de una nave industrial deberá ser equipada con un accionamiento hidrostático de

traslación y con un cabrestante hidráulico. La grúa debe trasladarse en la nave y en el exterior

para cargar camiones. Como temperatura ambiente se debe elegir siempre un valor extremo para

el invierno (-10°C) y para el verano (+40°C).

De entre los fluidos hidráulicos disponibles en depósito se empleará un fluido hidráulico ISO

VG 32. Se han calculado aprox. 110 L/min de caudal de la bomba a 1450 rnin"1; la presión

de trabajo supuesta asciende a 150 bar.

Del diagrama viscosidad-temperatura se debe extraer el valor mínimo y máximo de viscosidad

del fluido hidráulico.

Una vez determinados dichos valores, en base a los datos técnicos, se podrá elegir la bomba

adecuada, las válvulas adecuadas y los consumidores (motores hidráulicos y cilindros

hidráulicos).

47

Figura 19 Aceites, temperatura y viscosidad


48

Rango de temperatura del fluido hidráulico y rango de viscosidad de los

componentes hidráulicos necesarios

Los valores característicos han sido extraídos del catálogo de componentes "RS 00 101" de Mannesmann Rexroth.

Bomba de engranajes G4 (bomba constante)

Rango de temperatura del fluido hidráulico -15 hasta 80°C

Rango de viscosidad 10 hasta 300 mm2/s

Bomba de paletas V2 (bomba constante)



Bomba de paletas V4 (bomba variable)



(a temperatura de servicio y presión a posición cero < 63 bar)


(a temperatura de servicio y presión a posición cero > 63 bar)

Válvula antiretomo S


Rango de viscosidad 2,8 hasta 380 mm2/s

Válvula direccional WE



Válvula direccional WEH



Válvula limitadora de presión DBD




49

Ejercicio

En base a los valores característicos de las bombas hidráulicas se puede reconocer que resulta

posible emplear una bomba de engranajes o una bomba de pistones axiales. La bomba de paletas

para este caso específico no resulta adecuada, dado que el valor para el rango de viscosidad de 16

hasta 160 mm2/s resulta insuficiente. La bomba de paletas sólo podría ser utilizada con un fluido

hidráulico con una curva de densidad muy plana, p.ej. fluido hidráulico para aviones.

En el diagrama de caudal de la válvula direccional pre-comandada TN 10 (véase

documentación del fabricante) se puede reconocer que el caudal puede circular a través de la

válvula sin grandes pérdidas. En el caso de una válvula direccional de mando directo TN 10 el

límite para el caudal se encuentra en máx. 120 L/min con 41 mm2/s y 50°C. Por lo tanto,

ésta válvula no debe ser empleada.

Todos los componentes hidráulicos a utilizar deberán ser analizados en cuanto a su

empleabilidad durante la fase de proyecto o en caso de un cambio de equipos.

Para un correcto funcionamiento de la instalación hidráulica resulta de suma importancia el

dimensiona-miento suficiente del filtro de presión y del filtro de retorno. En el caso de la

temperatura mínima de servicio de -10°C supuesta - a dicha temperatura el fluido hidráulico se

vuelve espeso - filtros con dimensionamiento demasiado reducido provocarían graves

problemas.

Si se montara la bomba de paletas mencionada en el ejemplo, en verano sería posible el

servicio de la instalación. Al comienzo del invierno la bomba de paletas, en el caso de los

valores mencionados, seguramente dejaría de funcionar. Si se emplean bombas variables las

condiciones de empleo en cuanto a dependencia viscosidad-temperatura varían notablemente.

50

Bombas y motores hidráulicos

Las bombas y motores hidráulicos son máquinas hidrostáticas.

La transformación de momento mecánico en presión y caudal o viceversa es en todas las

máquinas hidrostáticas igual. La igualdad del momento (sin rendimiento) es la siguiente:

.2

Bomba M = Momento entregado

Motor M = Momento obtenido (ambos sin rendimiento)

P = Diferencia de presiones: salida y entrada de la bomba entrada y salida del motor

Vh = Cilindrada geométrica

Para lograr esta transformación existen varias posibilidades constructivas.

Hidrobombas

Las bombas, en la Hidráulica, son las máquinas que producen el flujo y que le imprimen al

fluido la energía necesaria. La bomba aspira el fluido (casi siempre de un recipiente) y lo

expulsa por la conexión de salida hacia el sistema.

Por intermedio de los dispositivos de control y regulación, llega el fluido al consumidor, que

es un elemento que ofrece resistencia, por ejemplo un cilindro solicitado con una carga. La

presión en el fluido está en relación con la resistencia ofrecida por el consumidor y aumenta

hasta vencerla.

Se puede imaginar que la columna de flujo es una barra de empuje y que la bomba le imprime

la energía necesaria.

Ing. P

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51

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52

Bomba de engranajes con dentado exterior

Figura 20 Bomba de engranajes dentado exterior

Aquí giran 2 engranajes con dentado exterior. El engranaje 2 es movido en el sentido de la

flecha y arrastra al engranaje 3, en sentido opuesto.

El flujo es transportado por las cámaras 4 y en la zona de presión es expulsado por los dientes

que engranan.

En el corte se observa que los dientes cierran las cámaras antes de que éstas estén vacías.

El fluido remanente estaría solicitado a altas presiones que ocasionarían un funcionamiento


53

irregular.

Para evitar este defecto se practicaron muescas en los costados que permiten la descarga hacia

la zona de presión.

Otro punto a considerar es el juego entre engranajes 5 y cojinetes 6.

Mucho juego: reducido rozamiento

Gran fuga

Poco juego: gran rozamiento

Reducida fuga

Si se construye con juego fijo, la fuga aumenta con el desgaste.

También crecen las pérdidas volumétricas con el aumento de presión.

En estas bombas hemos construido un compensador hidrostático: Por intermedio de disco 7,

accionados por la presión del sistema, se empujan los cojinetes 6 sobre los engranajes. El

juego depende así de la presión del sistema y se logra un buen rendimiento, independiente del

número de revoluciones y de la presión.

Datos técnicos

Cilindrada: 3.5 – 100 cm3/r

Presión de servicio: hasta 250 bar

Figura 21 Símbolo de una bomba hidráulica

Las bombas de engranajes son bombas constantes.

Bombas de paletas

Bombas de paletas de cilindrada constante.


54

El corte esquemático, muestra el principio de construcción de esta bomba (Figura18)

Figura 22 Bomba de paletas

La bomba de paletas se compone principalmente de: carcasa, estator 1 y rotor 2 con las

paletas 3.


55

El estator 1 tiene una pista interna con doble excentricidad.

El elemento impulsado es el rotor 2, que sobre su periferia tiene ranuras en las cuales se

alojan paletas dobles que se pueden desplazar entre sí.

Al girar el rotor, las paletas son expulsadas radialmente hacia el exterior debido a la fuerza

centrífuga y a la presión del sistema que actúa en la parte posterior de las paletas.

Las paletas se apoyan así sobre el estator.

Las cámaras que transportan el fluido están formadas por el estator, el rotor, dos pares de

paletas y los discos laterales. La entrada y salida del fluido se produce por ranuras en los

discos laterales (no se muestran en la figura).

Para un mejor entendimiento se representó entrada y salida radialmente.

Para la puesta en marcha se impulsa el rotor en sentido de la flecha, en las proximidades del

canal de aspiración, arriba y abajo, las cámaras todavía son pequeñas. Al continuar el giro las

cámaras crecen hasta alcanzar su máximo tamaño en el punto en que la distancia del centro

del rotor a la pista interior es máxima. En este punto se separa la cámara de la zona de

aspiración por intermedio de las ranuras en los discos laterales.

Al continuar el giro, las cámaras se ponen en contacto con la zona de presión.

Por la forma de la pista, las paletas son obligadas a introducirse en las ranuras y las cámaras

disminuyen su volumen, obligando al fluido a desplazarse hacia la zona de presión.

Debido a que la excentricidad de la pista es doble, cada cámara desplaza fluido dos veces por

revolución.

El rotor está radialmente descargado por acción hidráulica debido a que las dos cámaras de

presión están enfrentadas, así como las dos cámaras de aspiración.

Datos técnicos

Bombas simples

Cilindrada: 10 – 100 cm3/r


56

Presión de servicio: hasta 175 bar.

Bombas V4

Las bombas de Tipo V4 son bombas de paletas dobles y de cilindrada variable.

Están compuestas fundamentalmente de una carcasa, un rotor con paletas dobles, un estator,

un regulador de presión, un variador de caudal a elección, y una válvula de purgado

automática.

Su función es producir un flujo e imprimirle la energía necesaria.

Proceso de aspiración y de expulsión.

Las cámaras necesarias para el transporte del fluido, están formadas por dos pares de paletas,

el rotor, el estator y las placas laterales.

Debido al giro del rotor, las cámaras, que pasan frente al canal de aspiración, aumentan su

volumen y se llenan de fluido. Una vez que las cámaras han alcanzado el volumen máximo, se

separan del canal de aspiración. Con la continuación del giro se conectan con el canal de

expulsión y reducen su volumen, obligando al fluido a desplazarse a través del canal P hacia

el sistema.

Para limitar el caudal máximo se previó un variador de caudal, a elección.

Regulación de la presión

El anillo estator está sujetado por dos pistones, sobre los cuales actúa la presión del sistema.

El resorte solo debe asegurar la función en el arranque; empuja al anillo estator a su posición

de excentricidad cuando la bomba está en reposo.

La presión de servicio máxima deseada en el sistema es graduada en el resorte del regulador

de presión, que sostiene al émbolo de regulación en su posición extrema.

Cuando alcanza la presión graduada, el émbolo es desplazado y se establece la conexión entre

la cámara posterior del pistón y el tanque es a través de un conducto. El pistón empuja ahora

al estator, hasta que el caudal disminuye casi a cero. La presión de servicio es mantenida y las

fugas son respuestas.


57

De esta manera se reducen las pérdidas de energía y el calentamiento del fluido.

Dado que el estator es desplazado hidráulicamente, la curva Q-p es vertical y se mueve

paralelamente cuando se gradúan diferentes presiones.

Figura 23 Bomba V4

Figura 24 Símbolo bomba V4

58

Bombas de pistones radiales

Bombas de pistones radiales Tipo R2 con 3, 5 y 7 elementos de bombeo

En estas bombas los pistones están ubicados según la disposición estrella, radialmente al eje

motor. El movimiento de los pistones es perpendicular al eje.

El flujo en las bombas de pistones radiales es comandado por válvulas o por lumbreras y

puede ser variable o constante.

Además se pueden distinguir por la forma en que se produce la carrera de los pistones: por

pista externa (los pistones están hacia adentro) o por pista interna (los pistones están hacia

afuera)

En la Figura 21 se muestra las, con pista interna, constante.


59

Figura 25 Bomba de pistones radiales

El caudal está dado por la cantidad y el diámetro de los pistones. La potencia depende de la

presión y del caudal y por ello, dado un diámetro de pistón queda fijada la presión máxima a

que trabajar la bomba.

El número impar de pistones ha sido elegido para reducir irregularidades en el caudal.

Interior cilindro

Cilindrada en

cm3/r

8 mm 10 mm 12 mm 14 mm

para un

elemento:

0,4 0.63 0.91 1.23

presión en bar

hasta:

630 500 350 250


60

EL pistón hueco 6 con la válvula de aspiración 4, es guiado por el buje 7 y apretado contra la

excéntrica 2 por el resorte 8. La forma de la superficie de contacto del pistón corresponde al

radio de la excéntrica.

El buje se apoya contra el vástago 9, fijo a la carcasa 1, mediante una superficie esférica.

En el vástago está alojada la válvula de presión 5. El elemento de bombeo (buje, pistón,

válvula de presión) es sujetado entre el vástago y la excéntrica por medio del resorte 8.

Bomba helicoidal

Figura 26 Bomba de tornillo helicoidal

En una carcasa están alojados dos o más tornillos sin fin (en la figura 26 son tres).

El tornillo central, con rosca derecha, es el eje motor; arrastra a los otros dos que son con

rosca izquierda. De esta manera se forman cámaras cerradas entre los filetes de los tornillos

externos, el filete del tornillo central o motor y la carcasa.

Con el giro de los tornillos, las cámaras se desplazan, sin variar su volumen de la conexión de

aspiración a la de presión. Así se obtiene un flujo constante, continuo y uniforme.


61

Motores hidráulicos

Principios constructivos

Los motores hidráulicos convierten energía hidráulica en energía mecánica.

Al igual que en el caso de las bombas hidráulicas, existe entre los motores hidráulicos una

variedad de principios constructivos y tipos de construcción. Dado que ningún tipo de

construcción puede cumplir óptimamente con todas las exigencias, para cada caso de

aplicación deberá elegirse el motor más adecuado.

Velocidad de rotación

Sólo pocos motores pueden ser utilizados con velocidades de rotación muy bajas y también a

velocidades de rotación superiores a 1000 min-1.

Por lo tanto, los motores hidráulicos se pueden dividir en motores de marcha rápida (n = 500

hasta 10000 min-1) y motores de marcha lenta (n = 0,5 hasta 1000 min-1).

Par de giro

El par de giro que puede ser entregado por el motor hidráulico depende de la cilindrada y de la

diferencia de presión sobre el motor hidráulico. Los motores hidráulicos de marcha lenta

normalmente han sido concebidos de modo tal que a reducidas velocidades ya entregan

momentos elevados. Estos motores LSHT (Low speed -High torque) se tratarán en un párrafo a

parte.

Potencia de accionamiento

La potencia entregada por un motor hidráulico depende del caudal y de la diferencia de presión

en el motor hidráulico. Dado que la potencia resulta directamente proporcional a la velocidad

de rotación, los motores de marcha rápida son adecuados para aplicaciones con gran exigencia

de potencia.

Motora engranajes


62

Figura 27 Motor de engranajes

Motor de rueda planetaria

Figura 28 Motor de rueda planetaria

Motor de paletas

Figura 29 Motor de paletas

Motor de pistones radiales con apoyo interno de los pistones

Figura 30 Motor de pistones


63

Motor de pistones radiales de carrera múltiple con apoyo externo de los pistones

Figura 31 Motor de pistones radiales

Motor de pistones axiales en construcción de eje inclinado

Figura 32 Motor de pistones axiales con eje inclinado

Motor de pistones axiales en construcción de placa inclinada

Figura 33 Motor de pistones axiales con placa inclinada

Motor de pistones axiales de carrera múltiple con eje fijo (no gira)


64

Figura 34 Motor de pistones axiales de carrera múltiple con eje fijo

Motor de pistones axiales de carrera múltiple con carcasa fija (no gira)

Figura 35 Motor de pistones axiales de carrera múltiple con carcasa fija


65

Motores a engranajes

Figura 36 Motores a engranajes

De acuerdo con su construcción, los motores a engranajes son muy similares a las bombas a

engranajes. Las diferencias están en el campo de presión axial y en el hecho de que los motores a

engranajes, concebidos para distintos sentidos de rotación, disponen de una conexión de fugas.

El fluido hidráulico que llega al motor hidráulico actúa sobre los engranajes. Se produce un par de

giro que es entregado sobre el eje del motor.

Los motores a engranajes se aplican frecuentemente en la hidráulica de móviles y en la técnica

agraria para accionar cintas transportadoras, separadores, ventiladores, transportadores sin fin

o sopladores.

Magnitudes características importantes

Cilindrada aprox. 1 hasta 200 cm3

Presión de servicio máx. hasta 300 bar


66

Rango de rotaciones 500 hasta 10000 min-1

Figura 37 Esquema motor a engranajes

Los motores a engranajes y los motores de pistones axiales pertenecen a los de marcha rápida. Los

motores hidráulicos de marcha rápida se emplean en el rango de rotaciones superiores a 500

min-1. Para aplicaciones con velocidades de rotación inferiores se emplean motores de marcha

rápida con reductor o motores de marcha lenta. Los motores de marcha lenta o LSHT (Low

speed-high torque) presentan sus mejores características y rendimiento a velocidades de

rotación inferiores a 500 min-1.

Motores LSHT (Motores hidráulicos de marcha lenta)

Motores hidráulicos según el principio de engranajes planetarios con eje central

Los motores hidráulicos del tipo MZ pertenecen a los motores de engranajes planetarios. Se

caracterizan por su gran cilindrada y sus pequeñas dimensiones.

Ello se alcanza porque por vuelta del eje de accionamiento se produce un gran número de

procesos de desplazamiento.


67

Figura 38 Motores LSHT

Figura 39 Esquema de Motores LSHT

El motor hidráulico recibe o entrega el fluido hidráulico a través de conexiones de tuberías.

En el conmutador (2), que está prensado en la carcasa (1) se conduce el fluido a través de 2

canales anulares (13) y 16 ranuras longitudinales de la placa de mando (10). La placa de

mando está unida a través de un dentado con el eje (4). Por lo tanto, el rotor (6) y la placa de mando

(10) giran a la misma velocidad.

Ranuras de mando ubicadas radialmente (11) en la placa de mando crean una unión entre el

conmutador (2) y las cámaras de desplazamiento. Estas se forman con la superficie interna de

la rueda dentada interior (7), la superficie exterior del rotor (6) y los rodillos internos (8).


68

En el conmutador la mitad de las 16 ranuras longitudinales está unida al lado de alta presión y la

otra mitad, al lado de baja presión.

Todas las cámaras de desplazamiento que momentáneamente aumentan su volumen, están

unidas a través de la placa de mando con el lado de alta presión. Todas las cámaras con

disminución momentánea del volumen se encuentran unidas con el lado de baja presión.

La presión en estas cámaras provoca una fuerza que actúa sobre el rotor y que produce el par de

giro. Aquí la rueda dentada interior (7) se apoya sobre los rodillos exteriores (9).

Figura 40 Placa de mando con sus ranuras

Cada vez que se alcanza el volumen mayor o menor de la cámara se conmuta. Por vuelta de eje

se producen 8 variaciones de volumen por cámara. Por lo tanto, se producen 7 x 8 = 56

procesos de desplazamiento. Ello explica la cilindrada relativamente alta por vuelta.

Figura 41 Motores LSHT


69

El eje saliente central permite instalar frenos de retención o utilizar dos extremos de eje, p.ej.

como accionamiento para transductor de rotaciones (véase la figura 42 perteneciente a un

motor de engranajes planetarios con dos extremos de eje, tipo MZD).

Figura 42 motor de engranajes planetarios con dos extremos de eje, tipo MZD

Válvulas antiretomo internas conducen el aceite de fugas interno hacia el lado de baja presión

correspondiente. Si la presión en este sector supera un valor determinado resulta necesario unir la

conexión de fugas con el tanque.

Motores hidráulicos según el principio de engranajes planetarios con eje

cardánico

En este principio constructivo el par de giro no se conduce a través de la rueda dentada interior

sino a través de un eje cardánico interno (1) desde el rotor (2) hacia el eje saliente (3).


70

Figura 43 Motor hidráulico según el principio de engranajes planetarios con eje cardánico

El fluido hidráulico conducido hacia el motor hidráulico se reparte a través de ranuras (4) en el

eje saliente y se conduce a través de taladros en la carcasa hacia las cámaras de desplazamiento.

Del mismo modo también se descarga el fluido.

Se encuentra disponible una amplia gama de motores hidráulicos según el principio de

engranajes planetarios.


Cilindrada: aprox. 10 hasta 1000 cm3

Presión de servicio máx.: hasta 250 bar

Rango de rotaciones: aprox. 5 hasta 1000 min"1

Principio de motores de pistones de carrera múltiple

En este principio constructivo por vuelta de eje cada pistón realiza varias carreras de trabajo.

Por ello estos motores tienen grandes cilindradas y, por ende, elevados momentos salientes de

giro.


71

Figura 44 Motor de pistones de carrera múltiple

A través de conexiones de tuberías (1) y del mando (2) se unen ventanas de mando (3) con el lado

de alimentación y de descarga del motor. Según la posición momentánea, las cámaras del

cilindro se llenan o se vacían.

El pistón apoya a través de una bola o de un rodillo (7) sobre la curva de carrera (8).

La fuerza (FT) que es convertida en par de giro depende de la fuerza FA (superficie del pistón x

presión de servicio) y del ángulo de la curva de carrera (a).

De acuerdo con el tipo constructivo en estos motores el arrastre se realiza a través de una carcasa

rotatoria; el eje con el mando integrado y las conexiones de conductos está fijamente unido a

la máquina o los cilindros y pistones están unidos con el eje saliente rotatorio.

Figura 45 Apoyo del pistón a través de una bola sobre la curva de carrera.

El mando y la curva de carrera están entonces en la carcasa fija del motor.


72

Los motores según el principio de carrera múltiple poseen muy buenas propiedades de marcha

lenta y se emplean para múltiples aplicaciones.

Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con carcasa

rotatoria

Este tipo constructivo requiere un espacio de montaje relativamente pequeño.

El mando y las conexiones de las tuberías están integrados en el eje del motor.

Dos curvas de carrera (4) están fijamente unidas al eje (1). Los grupos rotor/pistón se apoyan

axialmente en las curvas de carrera y transmiten el par de giro a la carcasa rotatoria.

Los resortes (3) se encargan de que los pistones en cualquier situación de servicio apoyen sobre

la curva de carrera. Si se retiran los resortes y actúa poca presión en la cámara de la carcasa, en

estos motores es posible una marcha libre.

Este tipo de motores, gracias al mínimo espacio de montaje requerido, es conveniente para

accionar ruedas o cabrestantes.

Figura 46 Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con carcasa rotatoria


73

Motor insertable sin carcasa

Figura 47 Motor insertable sin carcasa

Motor de pistones axiales con carcasa rotatoria

Figura 48 Motor de pistones axiales con carcasa rotatoria


Cilindrada: aprox. 200 hasta 1000 cm3



74

Rango de rotaciones: 5 hasta 300 min'1

Par de giro máx.: hasta 3 800 Nm

Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con eje rotatorio


Figura 49 Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con eje rotatorio

Cilindrada: 200 hasta 1500 cm3

Presión máx.: hasta 250 bar

Rango de rotaciones: 5 hasta 500 min"1

Par de giro máx.: hasta 5000 Nm

Figura 50 Esquema de un motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con eje rotatorio

En estos motores el mando y las conexiones de tuberías (6) se encuentran en la carcasa (5).


75

Además, la curva de carrera (4) está fijamente unida con la carcasa (2) mientras que el grupo

rotor/pistón (3) está acoplado a través de un dentado (7) con el eje de accionamiento (1).

Cada pistón realiza varias carreras por vuelta del eje.

En este tipo constructivo se puede realizar un segundo extremo de eje o montar frenos"

Motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple

Figura 51 Motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple

Figura 52 Esquema de motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple

En este tipo constructivo los pistones (3) dispuestos radialmente se apoyan a través de rodillos


76

(8) sobre la curva de carrera (4). El fluido hidráulico llega a la cámara del cilindro a través de

taladros axiales en el mando (5). Cada pistón es cargado o descargado con fluido hidráulico por

vuelta del eje tantas veces como la cantidad de levas existente en la curva de carrera. El par de

giro que se produce como consecuencia de la forma curva del estator es transmitido a través de

un dentado (6) desde el grupo rotor/pistón (3) al eje saliente (7).

En la carcasa (1) se ha integrado un rodamiento de rodillos cónicos que puede absorber

elevadas fuerzas axiales y radiales. En la carcasa de mando (2), a través de un arrastre, se puede

montar un freno de discos (9).

Si en la cámara anular (10) el valor de la presión de aflojamiento de los frenos resulta inferior a

un valor determinado, el resorte de disco (11) comprime el paquete de discos (12). El freno ha

sido accionado.

Si la presión de aflojamiento supera el valor necesario, entonces el pistón de frenado (13) es

desplazado contra el resorte de disco. El paquete de láminas queda descargado y el freno

aflojado.

Figura 53 Pistones radiales

En la figura 53 a la izquierda se encuentra un motor no conmutado con 100% velocidad de

rotación, 100% par de giro, a la derecha se encuentra un conmutado 200% de velocidad de

rotación, 50% par de giro.


77

Marcha libre

Si ambas conexiones A y B se unen sin presión y simultánea-mente a través de conexión "L" se

carga la carcasa con una presión de 2 bar, los pistones son empujados dentro del grupo

rotor/pistones. Los rodillos ya no apoyan sobre la curva de carrera y el extremo de eje se

puede girar libremente.

Conmutación a media cilindrada

En algunas versiones de los motores de pistones radiales se puede reducir la cilindrada a la

mitad. Para ello, a través de una válvula en el mando, en la carrera de trabajo sólo se alimenta

la mitad de los pistones con fluido hidráulico. Los pistones restantes están unidos a la parte de

descarga del motor. El motor marcha con doble velocidad de rotación pero con medio par de

giro.




Rango de rotaciones: 1 hasta 300 min-1


Motores de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones

Figura 54 Motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones

Los cilindros y pistones están dispuestos en forma estrellada alrededor del eje excéntrico


78

central.

Figura 55 Esquema de un motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones

De acuerdo con la posición del eje excéntrico de los 5 (ó 10) pistones 2 ó 3 (6) están unidos

con la alimentación (lado de presión) y los pistones restantes con la descarga (lado del tanque).

A través del mando (1) se alimentan las cámaras de los cilindros con fluido hidráulico.

El mando se compone de placa de mando (2) y válvula distribuidora (3).

Mientras que la placa de mando está firmemente unida con la carcasa mediante pasadores, la

válvula distribuidora gira con igual velocidad de rotación que el eje excéntrico.

Los taladros en la válvula distribuidora crean una unión con la placa de mando y con las cámaras

de los pistones.

La transmisión de fuerzas del pistón al eje excéntrico puede realizarse de varias maneras:

En la versión según figura 56 los pistones se conducen en la carcasa y apoyan sobre anillos

especialmente formados sobre el eje excéntrico.


79

Figura 56 Esquema de un motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones sobre anillos

Durante el movimiento rotatorio del eje se produce un movimiento relativo entre pistón y

anillo. Para reducir la fricción la superficie de apoyo del émbolo en el anillo está descargada

hidrostáticamente.

En otra versión la presión de servicio actúa sobre el eje excéntrico. Los pistones y cilindros

apoyan sobre superficies esféricas y siguen, libres de fuerzas transversales, al eje excéntrico.


80

Figura 57 Esquema de un motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones sobre superficies

esféricas

Las superficies de contacto en la excéntrica y en la carcasa están prácticamente descargadas

hidrostáticamente, de modo que la fricción resulta mínima. Esta construcción permite un

elevado rendimiento y una buena conducta de marcha lenta.




Rango de rotaciones: 0.5 hasta 2000 min-1



81

Motores de pistones radiales con cilindrada variable

Figura 58 Motor de pistones radiales con cilindrada variable

La construcción básica de estos motores hidráulicos es igual a la descripta en el tema anterior.

La diferencia con respecto a los motores hidráulicos con cilindrada constante es el eje

excéntrico.

Se compone de dos ejes (1 y 2) y de la excéntrica móvil (3).

Figura 59 Esquema de un motor de pistones radiales con cilindrada variable


82

A través de las conexiones de mando (4) se cargan de presión las cámaras del pistón en la

excéntrica (5 y 6). Si en las cámaras del pistón (6) actúa la presión superior, la excéntrica se

desplaza hacia el sentido de menor excentricidad. Si en la cámara (5) actúa una presión mayor

que en la cámara (6), entonces la excéntrica se desplazará en sentido de mayor excentricidad.

Figura 60 Esquema de funcionamiento de un motor de pistones radiales con cilindrada variable

De este modo se puede conmutar la cilindrada del motor hidráulico entre un valor mínimo y un

valor máximo, fijado mediante topes mecánicos.

Para el ajuste continuo de la cilindrada resulta necesario regular la posición de la excéntrica.

Como valor comparativo para la excentricidad se toma la magnitud del movimiento pendular del

pistón.

El captador de carrera (3) suministra una señal (valor real), la cual es comparada con el valor

nominal.

Si los valores real y nominal no coinciden, a través de una válvula reguladora y de las conexiones

(4) - según si la desviación es positiva o negativa - se carga de presión la cámara del pistón (5) o

(6), vanándose con ello la excentricidad en el sentido deseado.


83

Figura 61 Captador de carrera

Junto con captadores de velocidad de rotación se pueden emplear motores de pistones radiales

con cilindrada variable para accionamientos en circuitos de regulación de lazo cerrado.




Rango de rotaciones: 1 hasta 1000 min-1



84

Máquinas de pistones axiales

De eje inclinado

Principio de eje inclinado

Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una unidad constante

Figura 62 Máquina de pistones axiales

Figura 63 Diagrama de una máquin de pistones axiales


85

1 Eje motor • h= Carrera del embolo

2 Posición 0 . . A= Superficie del émbolo

3 Placa de mando para

α= variable

. . . DT= Diámetro de la

circunferencia de giro de los

pist. sobre el eje motor

4 Ríñones de mando α= ángulo de basculan.(p.ej.

25°)

5 Placa de mando para a=

constante

Vg= Cilindrada geométrica en

cm3

6 Cilindro X= Cantidad de pistones (p.ej. 7)

7 Pistón cónico

Figura 64 Funcionamiento de una máquinas de pistones axiales

El mecanismo propulsor de eje inclinado es una máquina de desplazamiento, cuyos pistones

de desplazamiento están dispuestos en forma inclinada respecto del eje motor.

Función como bomba

Girando el eje motor, el cilindro es arrastrado sin cardán a través de pistones articulados y

comienza a rotar. En los agujeros del cilindro los pistones recorren una carrera, cuya magnitud

depende del ángulo de inclinación del eje inclinado. El fluido es conducido hacia la bomba del

lado de baja presión (entrada) y transportado por los pistones del lado de alta presión (salida)

hacia el sistema.


86

Función como motor

A diferencia de la función de bomba, aquí se conduce aceite de presión a través de la entrada.

Los pistones realizan una carrera, que es transformada en un movimiento de rotación por la

articulación del pistón en la brida motriz. El cilindro es arrastrado por los pistones y en el eje

motor se produce un par de giro saliente. El fluido que sale fluye nuevamente hacia el sistema.

Ángulo de basculamiento

El ángulo de inclinación/basculamiento de la unidad constante es definido por la carcasa y,

por ende, es fijo. En una unidad variable este ángulo se puede ajustar en forma continua

dentro de ciertos límites. Mediante variación del ángulo de basculamiento se producen carreras

distintas del émbolo y, por lo tanto, una cilindrada variable.

Descripción del funcionamiento

Figura 65 Descripción del funcionamiento de una máquina de pistones axiales

1. Eje motor 8. Punto muerto superior OT

2. Pistón 9. Punto muerto inferior

3. Superficie pistón 10. Ranura de mando lado presión con sentido de giro indicado


87

4. Cilindro 11. Ranura de mando lado aspiración con sentido de giro indicado

5. Carrera de presión

6. Carrera de aspiración

7. Placa de mando

Descripción

Las unidades de pistones axiales según el principio de eje inclinado con cilindrada constante o

variable pueden trabajar como bombas hidráulicas o como motores hidráulicos.

Como bomba, el caudal es proporcional a la velocidad de rotación de accionamiento y al ángulo

de basculamiento. Como motor, la velocidad de rotación de accionamiento es proporcional al

caudal que entra. El par de giro absorbido (bomba) o entregado (motor) aumenta con la dife-

rencia de presión entre los lados de alta y de baja presión. En servicio como bomba se convierte

energía mecánica en energía hidrostática. Variando el ángulo de basculamiento, las bombas y

los motores variables pueden variar su cilindrada, es decir, el caudal de la bomba o el caudal

absorbido por el motor.

Funcionamiento como bomba en circuito abierto

Al rotar el eje motor, a través de siete pistones articulados dispuestos circularmente en la brida

motriz, el cilindro comienza a rotar. El cilindro se desliza sobre la placa esférica de mando, en

la cual hay dos ranuras en forma de riñón. Al rotar, cada uno de los siete pistones se mueve en

los agujeros del cilindro desde el punto muerto superior OT hacia el punto muerto inferior UT

y viceversa, realizando una carrera en función del ángulo de basculamiento. El movimiento

del pistón desde el punto muerto inferior hasta el punto muerto superior en el agujero del cilin-

dro da la carrera de aspiración. A través de la ranura de mando del lado de aspiración entra el

volumen de fluido al agujero del cilindro, el cual corresponde a la superficie del pistón y a su

carrera.

Si continúa la rotación del eje motor, en la carrera del pistón desde el punto muerto superior

hasta el punto muerto inferior, el fluido es empujado hacia la otra ranura de mando (lado de

presión). Los pistones, cargados por la presión hidráulica, se apoyan contra el eje motor.


88

Funcionamiento como motor

El funcionamiento como motor es la inversión del funcionamiento como bomba. Aquí el

fluido hidráulico es conducido hacia los agujeros del cilindro por la placa de conexión y a través

de una ranura de mando. Sobre la ranura de mando del lado de presión hay tres o cuatro aguje-

ros del cilindro, cuatro o tres del lado de retorno, pudiendo encontrarse un agujero cerrado sobre

el punto muerto a través de la placa de mando. El par de giro saliente se produce como

consecuencia de la fuerza que actúa sobre el eje motor, producto de la presión y la superficie

del pistón.

Variador (en unidades variables)

La variación del ángulo de basculamiento del eje inclinado se produce p.ej. mecánicamente

por medio de un husillo de posicionamiento o hidráulicamente por medio de un pistón de

posicionamiento. Aquí la parte hidráulica del cilindro del grupo rotor se bascula con la placa de

mando y, según el tipo de circuito y la función, se mantiene mecánica o hidráulicamente en

posición cero o posición inicial. Cuando el ángulo aumenta, aumenta la cilindrada y el par de

giro; en caso de reducción los valores se reducen correspondientemente. Si no hubiera un

ángulo de inclinación, la cilindrada sería igual a cero. Comúnmente se emplean variadores

mecánicos o hidráulicos, que a su vez se comandan o regulan mecánica, hidráulica o eléctrica-

mente. Algunos ejemplos conocidos son: variador por volante manual, mando electro-

proporcional, regulación de presión, regulación de potencia.

Generalidades

En ambos casos, en servicio como bomba o como motor, como consecuencia de la

construcción de ejes inclinados el par de giro se produce directamente en el eje motor. Los

pistones cargan al cilindro con fuerzas transversales muy reducidas, lo que influye

positivamente sobre la conducta de desgaste, el rendimiento y el momento de arranque.

Gracias a la placa de mando esférica está dado un apoyo del cilindro libre de pares, ya que todas

las fuerzas actuantes sobre el cilindro pasan a través de un punto. Desviaciones laterales como

consecuencia de deformaciones elásticas no conducen a mayores pérdidas por fugas entre

cilindro y placa de mando. En marcha en vacío y durante el arranque el cilindro es oprimido contra

la placa de mando mediante los resortes de disco montados. En caso de aumento de presión el

cilindro está balanceado mediante fuerzas hidráulicas de modo tal que también, en caso de


89

elevadas cargas en la superficie de mando, entre cilindro y placa de mando permanentemente

existe una película de fluido, manteniéndose las fugas dentro de un margen reducido. Sobre el

eje motor se encuentra el juego de cojinetes, que absorbe las fuerzas axiales y radiales que se

producen. Para estancamiento del grupo motor hacia afuera se emplea un retén radial y juntas

tóricas. Gracias a la arandela de seguridad se mantiene todo el grupo motor dentro de la

carcasa.

Fuerzas del grupo motor

Representadas en el paralelogramo de fuerzas de una unidad constante

La descomposición de fuerzas se produce en la brida motriz. Esta conversión de par de giro en

fuerza de pistón en la bomba y viceversa en el motor garantiza rendimientos óptimos. Una simple

descomposición de fuerzas significa también sólo una vez una pérdida de rendimiento.

Descomposición de fuerzas en la brida motriz de la bomba

Figura 66 Descomposición de fuerzas en la brida motriz de la bomba de pistones axiales

1. Alta presión 4. Fuerza de cojinetes (fuerza de apoyo)

2. Baja presión (presión de aspiración) 5. Fuerza de pistón (fuerza de alta

presión)

3. Par de giro ( fuerza de


90

accionamiento)

Descomposición de fuerzas en la brida motriz

Figura 67 Descomposición de fuerzas en la brida motriz

1. Alta presión 4. Fuerza de cojinetes (fuerza de apoyo)

2. Baja presión ( presión de retorno) 5. Fuerza de pistón (fuerza de alta

presión)

3. Par de giro (fuerza de accionamiento

Descomposición de fuerzas en la placa de mando con su superficie esférica

Figura 68 Descomposición de fuerzas en la placa de mando con su superficie esférica

M = centro de una esfera supuesta FK = suma de fuerzas 3 ó 4 pistones

r = radio de dicha esfera FZ = Fuerza de campo hidrostático de presión


91

del cilindro

HS = Centro de gravedad del campo

hidrostático de presión de cojín

FM = Fuerza resultante en la espiga central

En la observación de los pares de giro se ha recortado un segmento del grupo motor hidráulico y

se ha representado simplificado en estado puramente estático con ángulo de basculamiento 0o.

En la práctica, con el grupo motor basculado, se producen procesos de carga dinámica, dado

que constantemente actúa alta presión sobre tres o cuatro superficies de pistones.

Mecanismo motor de pistones cónicos de eje inclinado en tecnología de 40o con ángulo fijo

de basculamiento.

Figura 69 Mecanismo motor de pistones cónicos de eje inclinado en tecnología de 40o con ángulo fijo de basculamiento.

1. Eje motor 7. Centro


92

2. Cojinete de rodillos cónicos 8. Placa de conexión

3. Brida motriz 9. Anillos de pistón

4. Cilindro 10. Pistones cónicos

5. Placa de mando fijo 11. Carcasa

6. Superficie deslizante esférica con

campos hidrostáticos de presión

Características:

• Centrado del punto de basculamiento,

• arrastre del cilindro sin cardán,

• soporte del cilindro libre de pares,

• mecanismo motor auto entrante,

• placa de mando esférica,

• cojinete de rodillos cónicos,

• pistones cónicos de una sola pieza con 2 anillos de pistón,

• lubrificación automática de cojinetes y

• descomposición de fuerzas del pistón directamente en la brida motriz.

Tipos constructivos

Unidad constante tipo A2F (ángulo fijo de báscula-miento), como bomba o motor para

circuito abierto o cerrado


93

Figura 70 Unidad constante tipo A2F

Unidad variable A7VO (ángulo de basculamiento variable) como bomba en circuito abierto

Figura 71 Unidad variable A7VO


94

Símbolos

Placa inclinada

Bomba variable con variador electro-hidráulico, regulación en función de la velocidad de

rotación y bomba auxiliar montada

Figura 72 Motor de pistones axiales de placa inclinada


95

Principio de placa inclinada con ángulo de basculamiento constante o variable

Figura 73 Principio de funcionamiento de la placa inclinada

1. Eje motor .

h = carrera del pistón

2. Placa inclinada . . A = superficie del pistón

3. Cilindro . . . DT = Diámetro de la

circunferencia parcial para α =

0º

4. Arrastre = Ángulo de basculamiento

(por ej. 15º)

5. Riñones de mando Vg = Cilindrada geométrica en

cm3

6. Placa de mando x = Número de pistones (por ej.

9)

7. Pistón

8. Patín


96

9. Posición 0

Principio de placa inclinada

Figura 74 Principio de placa inclinada

El grupo rotativo de placa inclinada es una máquina de desplazamiento, cuyos pistones de

desplazamiento se encuentran dispuestos axialmente al eje motor. Se apoyan sobre una placa

inclinada.

Funcionamiento como bomba

Cuando el eje motor gira, el cilindro es arrastrado por el dentado. Los pistones realizan una

carrera, fijada por la placa de desplazamiento (placa inclinada). El fluido llega a la bomba por

el lado de baja presión (entrada) y es transportado por los pistones hacia el sistema del lado de

alta presión (salida).


En contraposición al funcionamiento como bomba, el fluido hidráulico aquí se alimenta a

presión por la entrada. Los pistones realizan una carrera rotatoria y arrastran al cilindro, el cual

a su vez, a través del dentado, hace girar al eje motor. El fluido sale por el lado de baja presión

(salida), siendo conducido nuevamente al sistema.

Ángulo de basculamiento

En la unidad constante la inclinación de la placa de deslizamiento está fijamente maquinada en

la carcasa. En la unidad variable el ángulo de inclinación de la placa inclinada se puede variar

en forma continua dentro de ciertos límites. Variando el ángulo de inclinación de la placa inclinada

se produce una carrera de émbolo distinta y, con ello, una cilindrada variable.


97

Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una bomba variable

Figura 75 Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una bomba variable

1. Eje motor 8. Arrastre

2. Pistón 9. Placa de mando

3. Superficie del pistón 10. Punto muerto superior OT

4. Carrera del pistón 11. Punto muerto inferior UT

5. Placa deslizante placa

inclinada

12. Ranura de mando lado presión (con sentido de

giro indicado)

6. Ángulo de variación 13. Ranura de mando lado aspiración (con sentido

de giro indicado) 7. Cilindro

Las unidades de pistones axiales según el principio de placa inclinada con cilindrada constante

o variable pueden trabajar como bombas hidráulicas o como motores hidráulicos.

Al utilizarlas como bomba, el caudal es proporcional a la velocidad de rotación de

accionamiento y al ángulo de basculamiento. Al utilizarlas como motor, la velocidad de


98

rotación saliente es proporcional al caudal que le llega.

El par de giro absorbido (bomba) o entregado (motor) aumenta con la diferencia de presión entre

el lado de alta y el de baja presión.

Al funcionar como bomba, la energía mecánica se convierte en energía hidrostática. Al

funcionar como motor, se convierte energía hidrostática en energía mecánica.

Variando el ángulo de basculamiento, en las bombas y los motores variables, se puede cambiar

la cilindrada, es decir, variar el caudal de la bomba o las rotaciones del motor.

Funcionamiento como bomba

Accionado por el motor de accionamiento (p.ej. Diesel o motor eléctrico), el eje motor gira y

arrastra con el dentado al cilindro. El cilindro gira con el eje motor arrastrando los 9 pistones.

Los pistones se apoyan mediante patines sobre la superficie de deslizamiento de la placa

inclinada, recorriendo una carrera. Los patines son mantenidos y conducidos forzosamente

sobre la superficie de deslizamiento mediante un dispositivo recuperador.

En el transcurso de una vuelta cada pistón se desplaza a través del punto muerto inferior o

superior a su posición inicial. Entre punto muerto (aquí el pistón invierte su sentido de

movimiento) y punto muerto siempre recorre una carrera completa. A través de las dos

ranuras de mando en la placa de mando ingresa o se transporta el volumen de fluido

correspondiente a la superficie del pistón por su carrera.

En la carrera de aspiración el fluido es aspirado o, mejor dicho, empujado - en circuito abierto

por la presión atmosférica y en circuito cerrado por la presión de alimentación - dentro de la

cámara del pistón que se agranda. Mientras que en la carrera de presión el fluido es despla-

zado desde los agujeros del pistón hacia el sistema hidráulico.


El funcionamiento como motor es la inversión del funcionamiento como bomba. En este caso

el fluido hidráulico es conducido del hidrosistema al motor hidráulico. Por la placa de

conexión el fluido llega a través de las ranuras de mando a los agujeros del cilindro. Opuestos a

la ranura de mando en forma de riñón del lado de presión se encuentran cuatro o cinco agujeros

del cilindro. En la otra ranura de mando son entonces los restantes agujeros del cilindro los que


99

están unidos con el lado de retorno o también se encuentran parcialmente cerrados por la brida de

unión entre las nervuras de mando. Por carga sobre el pistón éste se desliza por la placa

inclinada hacia abajo, arrastrando consigo el cilindro por el cual es guiado. El cilindro con los

nueve pistones gira con el eje motor y los pistones recorren una carrera. La presión hidráulica

produce el par de giro en el cilindro y, con ello, la rotación del eje motor. El caudal que llega

determina la velocidad de rotación saliente.

Variador (en unidades variables)

La variación del ángulo de inclinación de la placa inclinada se realiza p.ej. mecánicamente a

través de un pivote o hidráulicamente mediante un pistón de posicionamiento. La placa inclinada

se mueve con facilidad, está apoyada sobre cojinetes de deslizamiento y la posición cero está

centrada por resorte. Al aumentar el ángulo de báscula-miento también aumenta la cilindrada y

el par de giro; en caso de reducción, estos valores se reducen correspondientemente. Si no hay

ángulo de inclinación la cilindrada es igual a cero. Normalmente se emplean variadores de efecto

mecánico o hidráulico, los cuales, a su vez, se comandan o regulan mecánica, hidráulica o

eléctricamente. Variadores muy utilizados son, por ejemplo: mando electro-proporcional,

regulación de presión (regulación de carrera nula), regulación de potencia.

Generalidades

Las bombas y los motores de placa inclinada resultan adecuados para empleo en circuito

abierto y cerrado. Dada su construcción, son empleados mayormente como bomba en circuito

cerrado. Allí la ventaja se encuentra en la posibilidad de montar en su arrastre bombas

auxiliares o accesorias y de aprovechar el tipo compacto de construcción del variador y de las

válvulas. Este tipo de construcción compacta, que ahorra espacio y peso, además garantiza una

elevada vida útil, ya que los patines están apoyados hidrostáticamente (cojinetes de

deslizamiento).La descomposición de fuerzas (fuerzas de pistones/par de giro) se realiza a

través del patín en la placa inclinada. La parte hidráulica del grupo motor, es decir, el cilindro

con pistones y placa de mando, se encuentra en equilibrio de fuerzas. El apoyo del eje motor

permite la absorción de fuerzas externas. El principio de la superficie de mando esférica, cuya

lubrificación, pretensión del cilindro mediante resortes de disco, etc. es comparable con la

función del grupo motor con sistema a eje inclinado.


100

Fuerzas del grupo motor

Representación en el paralelogramo de fuerzas de una unidad variable

Figura 76 Fuerzas del grupo motor

1. Alta presión 4. Par de giro (fuerza de accionamiento)

2. Baja presión (presión de aspiración) 5. Fuerza del pistón (fuerza de alta

presión)

3. Fuerza de soporte (fuerza de apoyo)

La descomposición de las fuerzas se produce en la placa inclinada en los patines y en el cilindro.

Los patines del pistón están apoyados hidrostáticamente, garantizando una elevada vida útil de

los grupos motores.


101

Figura 77 Descomposición de fuerzas del grupo motor

1. Alta presión 4. Par de giro (fuerza de alta presión)

2. Baja presión (presión de retorno) 5. Fuerza del pistón (fuerza de

accionamiento)

3. Fuerza de soporte (fuerza de apoyo)

El grupo motor de placa inclinada

Representación en forma simplificada

Figura 78 Representación en forma simplificada de las fuerzas en la placa inclinada

Descomposición de las fuerzas del pistón

Figura 79 Descomposición de las fuerzas del pistón


102

Grupo motor de placa inclinada como motor

Como se ha explicado en la descripción del funcionamiento, aquí el pistón es cargado por el

fluido hidráulico proveniente de la bomba y apretado contra el plano inclinado.

La descomposición de fuerzas en el punto de apoyo (cojinetes de deslizamiento) con el plano

inclinado produce una componente de fuerza de soporte y otra de fuerza de par de giro (FN resp.

Fj). El pistón se desliza hacia abajo a lo largo del plano inclinado, realiza una carrera y arrastra

consigo el cilindro junto con el eje motor. Sin embargo, dado que el pistón dentro de su juego de

ajuste en el agujero del cilindro puede bascular, en el momento de desprenderse (al arrancar)

actúa una mayor resistencia a la fricción (rozamiento de adherencia) que durante la carrera

misma (rozamiento de deslizamiento). Esta doble descomposición de fuerzas es la causa para el

rendimiento de arranque algo menor de la placa inclinada con respecto a la simple

descomposición de fuerzas en caso de eje inclinado. En la práctica este rendimiento de arranque

en servicio como motor puede resultar importante, careciendo de importancia en el servicio

como bomba.

Tipo constructivos

Bomba variable tipo A4VG para circuito cerrado

Figura 80 Bomba variable tipo A4VG para circuito cerrado

Bomba variable tipo A10VO circuito abierto


103

Figura 81 Bomba variable tipo A10VO circuito abierto

Símbolos


104

Motores y bombas constantes en construcción de eje inclinado

Características:

• Arrastre sin cardán del cilindro a través de pistones cónicos,

• pistones cónicos con anillos de pistón para estanqueizar

• soporte robusto de rodamientos de rodillos cónicos con elevada vida útil,

• brida y extremo de eje en ISO ó SAE estándar, de serie, con dos conexiones de fuga,

• es posible el montaje directo de una válvula de frenado,

• versiones para casos especiales de aplicación, presión nominal hasta 400 bar y presión

máxima hasta 450 bar.

Motor constante

Trabaja como motor tanto en circuito abierto como cerrado. Aplicación en el sector industrial

móvil y estacionario, donde se requiera una cilindrada constante para la transmisión

hidrostática de potencia.

Figura 82 Motor constante de eje inclinado


105

Bomba constante

Mediante una placa de conexión correspondiente el A2FM se convierte en bomba A2FO.

Esta resulta adecuada para circuito abierto y se caracteriza por ser robusta, confiable, de larga

vida útil y de bajo nivel sonoro (sin dibujo).

Bomba constante para camiones

Es la bomba con las características especiales y las medidas de conexión para ser utilizada en

camiones. Fue construida para un rango de presiones de 250/350 bar. En caso de requerirse un

inversor del sentido de giro (por ej. en caso de cambio de reductor), girando simplemente la

placa de conexión, la bomba para circuito abierto tendrá otro sentido de giro de accionamiento.

Figura 83 Bomba constante de eje inclinado

Símbolos

Izquierda. motor-bomba constante para dos sentidos de caudal, derecha bomba constante

para un sentido de caudal

Figura 84 Símbolos de una bomba hidráulica


106

El motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto y

cerrado

Características:

• Gracias al motor variable se dispone de un mayor rango de regulaciones en

reductores hidrostáticos,

• cumple con las exigencias de elevada velocidad de rotación y elevado par de giro,

• reducción de costos por ahorro de reductores o por la posibilidad de emplear bombas

más pequeñas,

• reducido peso por unidad de potencia,

• buena conducta de arranque,

• diversos dispositivos de regulación y de variación,

• basculamiento unilateral,

• presión nominal 400 bar y

• presión máxima 450 bar.

Figura 85 El motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto y cerrado

Símbolos

Izquierdo motor variable para dos sentidos de caudal; derecha motor variable para un sentido de caudal


107

Figura 86 Símbolo de un motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto y cerrado

Cilindros

Cilindros hidráulicos (motores lineales)

Funciones y clases

La función de los cilindros hidráulicos es realizar movimientos rectilíneos de translación y

trasmitir fuerzas.

La fuerza máxima es función de la superficie activa del émbolo y de la presión máxima

admisible:

.

Esta fuerza es constante desde el inicio hasta la finalización de la carrera. La velocidad

depende del caudal de fluido y de la superficie del émbolo. Según la versión, el cilindro puede

realizar fuerzas de tracción y/o de compresión

Resumen de los cilindros hidráulicos más comunes:

Cilindro de acción simple

Estos cilindros pueden transmitir fuerzas en un solo sentido.


108

Embolo buzo o sumergido

Esquema

Figura 87 Cilindro de simple efecto de buzo o sumergido

Al actuar la presión sobre la superficie del émbolo por la conexión A, el émbolo sale .

Para retornar a la posición inicial es necesaria una fuerza externa .

Cilindro con resorte de retorno

Esquema

Figura 88 Cilindro se simple efecto con resorte de retorno

También este cilindro es accionado hidráulicamente El retorno del émbolo se realiza con el

resorte.

Cilindro de acción doble

El cilindro de acción doble puede transmitir fuerzas en ambos sentidos de movimiento.

Cilindro con barra simple

(Cilindro diferencial)

Esquema


109

Figura 89 Cilindro de doble efecto

Al ser alimentado por la conexión A, el émbolo se desplaza hacia afuera. Por B retorna.

Las fuerzas máximas dependen de las superficies actuantes:

Salida superficie total del émbolo

Entrada superficie anular del émbolo

Y de la presión máxima admisible. En este caso las fuerzas en la salida son mayores que en la

entrada del émbolo. Las cámaras a ser llenadas son iguales en la longitud pero se diferencian

por la sección. Por esto las velocidades son inversas a las secciones (superficies).

Ello significa: salida lenta

entrada rápida

Cilindro con barra pasante

Esquema

Figura 90 Cilindro con barra pasante o doble vástago


110

Debido a que la barra es pasante, las superficies actuantes en ambos sentidos son iguales.

Esto ocasiona que tanto las fuerzas como las velocidades sean iguales en los dos sentidos.

El cilindro más utilizado es el de acción doble con una sola barra: el cilindro diferencial.

Lo analizaremos más detenidamente en su versión de serie Se puede distinguir dos modelos:

Construcción con tirantes

Construcción roscada en ambos extremos o construcción soldada en el pie y construcción

roscada en la cabeza.


111

Construcción con tirantes

Figura 91 Cilindros de doble efecto construidos con tirantes

El cilindro está compuesto esencialmente por las partes descritas en la figura.

Figura 92 Partes de un cilindro de doble efecto


112

El pie de cilindro, la camisa y la cabeza, están empotrados entre si y son sujetados por cuatro

tirantes. La estanqueidad entre las cámaras es garantizada por la junta 14.1 o 14.2 según el

modelo.

Un movimiento suave, sin saltos (stick-slip), aún a velocidades mínimas y a baja presión, se

logra mediante la selección de juntas apropiadas y una adecuada terminación superficial de la

camisa, de la barra y de la banda guía 13.

Estos detalles se tuvieron en cuenta considerando el campo de acción de los cilindros, por

ejemplo, máquinas herramientas.

Una dimensión importante en los cilindros diferenciales, es la relación de superficies:

ó

é é

Las fuerzas en la salida y entrada del émbolo están en la misma relación. Las velocidades son

inversamente proporcionales a la relación de superficies.

Datos técnicos

Presión de servicio: hasta 105 bar (en función del Ө de émbolo)

de émbolo: 32 hasta 200 mm

de barra: 18 hasta 140 mm


113

Construcción roscada en ambos extremos

Figura 93 Construcción de cilindros de doble efecto con extremos roscados

El cilindro está compuesto fundamentalmente las partes indicadas en la siguiente figura.

Figura 94 Partes de un cilindro de doble efecto con extremos o culatas roscadas

La sujeción del pie y de la cabeza de cilindro a la camisa, se realiza con bridas.

Para evitar pasaje de aceite entre ambos lados del cilindro, se instalan los retenes (16). La sa-

lida de aceite al exterior en el vástago se evita con el retén (14).


114

Estos cilindros fueron construidos para presiones de servicio hasta 250 bar (serie CD 250) y

350 bar (serie CD 350).

Datos técnicos

CD 250 CD 350

Presión de servicio: hasta 250 bar hasta 350 bar

de émbolo: 40 hasta 320 63 hasta 320

de barra: 20 hasta 220 45 hasta 220

Importante para todos los cilindros son, independientes de la versión de construcción, los

dispositivos de montaje y sujeción. Influyen en la carrera y están en relación con los de barra

y la solicitación. Los cilindros están diseñados para soportar esfuerzos de tracción y

compresión y se debe evitar cualquier carga lateral que pueda producir un bloqueo.

Amortiguación en los extremos de la carrera

A partir de una cierta velocidad es necesaria una amortiguación.

Es decir, una desaceleración de la velocidad hasta la detención.

La energía cinética resultante del movimiento:

.2

m = masa móvil

v = velocidad de la masa

debe ser absorbida por el tope, ya sea la cabeza o el pie de cilindro.

La absorción de energía del tope depende de la capacidad de deformación dentro del campo

elástico, por lo tanto, se deduce que con velocidades del émbolo 0,1 / es necesaria

una amortiguación.


115

En la sección se muestra una amortiguación regulable en el pie de cilindro.

Figura 95 Amortiguación regulable en el pie de cilindro

Sobre el émbolo 1está montado el casquillo cónico de amortiguación 2.

Cuando el casquillo cónico de amortiguación entra en la perforación del pie 3, se reduce la

sección de evacuación del fluido de la cámara 4 hasta que finalmente se cierra. Ahora el

fluido tiene que salir por la perforación 5 y por la válvula reguladora 6 calibrada por el es-

trangulador 7.

La amortiguación es regulable por la válvula reguladora 6 a menor sección de pasaje en el

estrangulador 7, mayor será la amortiguación.

El arranque del émbolo en el otro sentido es auxiliado por el antíretorno 9, evadiendo de esta

manera al estrangulador.

Cilindro con amortiguación regulable en el pie.

Esquema


116

Figura 96 Símbolo de un cilindro de doble efecto con amortiguación regulable

Otros tipos de cilindros

Cilindro Tándem

Figura 97 Cilindro tándem


117

Cilindro telescópico de simple efecto

Figura 98 Cilindro telescópico


118

Cilindro telescópico de doble efecto

Figura 99 Cilindro telescópico de doble efecto


119

Válvulas de caudal

Las válvulas del caudal o de estrangulación, son elementos de gobierno hidráulico que se

utilizan para modificar, de una forma sencilla, la velocidad de los elementos de trabajo.

Esta modificación de la velocidad, se consigue a costa de variar el caudal del fluido. Para ello

se estrangula el orificio de paso en razón directa a la velocidad deseada.

Estas válvulas se pueden dividir en dos categorías: 1.- Válvulas estranguladoras de caudal 2.-

Válvulas reguladoras de caudal

Válvulas estranguladoras de caudal

Válvulas estranguladoras de caudal fijo (bidireccional)

Las válvulas reguladoras de caudal fijo ofrecen una resistencia constante al paso del fluido.

Son constructivamente bastante sencilla (Figura 96)

Figura 100 Válvulas de caudal


120

La resistencia hidráulica que origina un orificio estrecho de sección constante (3), permite un

aumento de presión. Esto origina que una parte de caudal se derive a través de otro circuito

(válvula limitadora de presión). En consecuencia, el volumen de fluido se reduce en esta

parte de la tubería, ya que la reducción de sección origina una resistencia. Debido a la

resistencia de oposición, se origina una pérdida de energía, expresada como caída de presión

(P). Así pues se tiene que:

En resumen, se puede decir que el caudal que pasa por un válvula reguladora, depende de la

sección de estrechamiento, de la diferencia de presión p y de la viscosidad del líquido a

presión.

Esta válvula se emplea para modificar de forma sencilla la velocidad de los órganos de trabajo

cuando las condiciones de presión son bastante constantes.

Válvulas estranguladoras de caudal variable (bidireccionales)

Las válvulas de caudal variable producen una resistencia hidráulica ajustable. Su

funcionamiento (Figura 40) es como sigue. El aceite a presión pasa a través de un orificio de

estrangulación cuya sección es variable por medio del tornillo de regulación. Por

consiguiente, al variar la sección, varia también el caudal circulante y, como se sabe, la

velocidad del fluido.


121

Figura 101 Válvulas estranguladoras de caudal variable (bidireccionales)

Estas válvulas se emplean para ajustar el caudal sin escalonamientos, lo que significa que se

puede modificar con sencillez la velocidad de los órganos de trabajo por ejemplo, la

velocidad de avance de un dispositivo de fijación- sin efectuar cambios en el circuito.

Símbolo

Figura 102 Símbolo de una válvula estranguladora de caudal variable (bidireccional)

Válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional)

Este tipo de válvulas regulan el paso del fluido en un sentido y dejan que éste circule

libremente en sentido contrario.


122

Válvula estranguladora unidireccional para montaje directo en tubería

Figura 103 Válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional)

Válvula estranguladora unidireccional para conexión tipo brida

Figura 104 Válvula estranguladora de caudal variable (unidireccional) tipo brida


123

Figura 105 Esquema de válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional)

Cuando el aceite circula de A hacia B (Figura 105), la válvula antíretorno impide el paso libre

hacia la salida y obliga al fluido a desviarse hacia la estrangulación a, regulada por el tornillo

(1).

Si la corriente de aceite se dirige de B hacia A, la presión existente vence la acción del muelle

del antíretorno y el fluido escapa por las aberturas de la válvula en lugar de dirigirse hacia la

estrangulación, cuya sección es, evidentemente, mucho menor.

Estas válvulas se emplean para regular la velocidad de desplazamiento de un órgano de

trabajo en un sentido; en sentido contrario no existe regulación.


124

Símbolos

Figura 106 Símbolo de una válvula estranguladora de caudal variable (unidireccional)

Válvulas reguladoras de caudal

Regulación del caudal en función de la variación de presión

En la entrada o en la salida de las válvulas reguladoras del caudal, pueden producirse

variaciones en la presión. Estas variaciones se producen por la conexión y desconexión de

elementos hidráulicos con diversas cargas de trabajo.

Según Figura 107, el orificio de entrada P1, a través del tornillo de estrangulación 1, regula el

caudal. La salida del flujo se realiza por P3. Al variar por cualquier circunstancia la presión, el

émbolo de regulación y el muelle de compresión 3 (balanza de presión) mantienen el caudal.

En la Figura 103 se puede observar cómo actúan las fuerzas existentes sobre el émbolo de

regulación de la válvula; en efecto, se puede afirmar que:

.

Como debe existir equilibrio, resulta:

. .


125

Figura 107 Regulación del caudal en función de la variación de presión

Al ser constantes Fm y A1 (también debe serlo Po1 – Po2; luego:

Si P permanece constante, con independencia de la presión de entrada, también permanece

constante el caudal que pasa por el punto de estrangulación, que es precisamente lo que se

pretendía.

Principio de la válvula reguladora de flujo de 2 vías con compensador de presión

preconectado


126

Figura 108 Principio de la válvula reguladora de flujo de 2 vías con compensador de presión preconectado

Símbolo

Figura 109 Símbolo de la válvula reguladora de flujo de 2 vías con compensador de presión preconectado


127

Válvulas de presión

Definición y clases

Hay dos clases de válvulas de presión:

• Válvulas reductoras de presión

• Válvulas limitadoras de presión

Válvulas reductoras de presión

Las válvulas reguladoras de presión tienen por objeto reducir una presión de salida ajustable

con respecto a una presión superior de entrada.

La presión de salida PA deberá ser constante, aun cuando haya variaciones en la presión de

entrada (Figura 110).

Figura 110 Esquema de una válvula reductora de presión

El muelle empuja el émbolo, según la posición inicial. El fluido pasa hasta la salida con la

presión correspondiente PE. También PE entra por el conducto a la otra parte del émbolo

(color amarillo), estableciéndose un equilibrio. Como no actúan otras fuerzas sobre el émbolo,

el caudal de líquido en el orificio anular se ajusta de tal forma que la fuerza del muelle se

iguala a la fuerza de la presión del líquido.

Las fuerzas que actúan sobre el émbolo son FF y F2, cuyo valor es AK. PA.. Para que haya


128

equilibrio FF debe ser igual; luego:

.

Es decir, PA depende exclusivamente de la fuerza del muelle regulable. Estas válvulas se

utilizan en todos los circuitos hidráulicos en los que interese una presión de salida

rigurosamente constante.

Válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías

Figura 111 Válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías

El elemento de mando es una corredera 4 que está alojada en la carcasa y es empujada a su

posición inicial por los resortes 3. En contraposición a las válvulas limitadoras y a las de

conexión de presión, las válvulas reductoras están abiertas en su posición inicial (Figura

108).


129

Figura 112 Esquema de una válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías

Símbolo

Figura 113 Símbolos de una válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías

El sentido del flujo es de P hacia A. La presión secundaria (A) actúa por la perforación 2

sobre la cara derecha de la corredera. Si la presión en A alcanza al valor graduado en el

resorte, la corredera se desplaza hacia la izquierda y disminuye el flujo de P hacia A. Sólo

pasa el caudal que necesita el consumidor más fluido, la válvula cierra.

Si se trata de una válvula de tres vías, como la mostrada en la figura, se tiene un control

adicional de la presión secundaria, de manera que cuando ésta aumenta por la acción de una

fuerza externa, la corredera es empujada más hacia la izquierda; se establece la conexión entre

A y T y se evacúa el fluido necesario para mantener a la presión en su valor graduado. Para el

retorno libre del fluido del consumidor se instaló en paralelo un antíretorno 7.

Válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías

Para reducir la presión de caudales grandes es necesario utilizar válvulas pilotadas.


130

La válvula de pilotaje 1 es una válvula limitadora de presión con mando directo. La válvula

principal tiene un émbolo 2, que en su posición inicial permite flujo libre de B hacia A

Figura 114 Válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías

La presión secundaria (A) deseada, se gradúa en el resorte 1 de la válvula de pilotaje. La

presión en A actúa sobre la cara anterior del émbolo principal y a través de las toberas 8 y 11

y el canal 9, sobre la esfera 6 y la parte posterior del émbolo. Mientras la presión de entrada es

menor que la graduada de salida, el resorte 12 mantiene al émbolo en posición "abierta".

Alcanzada la presión secundaria graduada se levanta la esfera 6 de su asiento y permite que

escape fluido. Se produce así una caída de presión que provoca que el émbolo se corra hacia

arriba reduciendo la sección de pasaje. El fluido que pasa es el necesario para que se

mantenga la presión. Si el consumidor no necesita fluido la válvula cierra totalmente.

Durante la regulación fluye continuamente líquido a través de la válvula piloto hacia el


131

tanque. El flujo de A hacia B es libre a través del antíretorno.

Símbolo

Figura 115 Símbolo de la válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías

Válvulas limitadoras de presión

Válvula limitadora de presión (mando directo)

Figura 116 Válvula limitadora de presión demando directo

La utilización de estas válvulas tiene por objeto limitar la presión de trabajo a un valor

máximo admisible. Se trata pues de un dispositivo de protección de los circuitos hidráulico

contra sobrecargas.

Véase el esquema de la válvula de la figura 113. El muelle regulable comprime el obturador

contra su asiento y cierra con ello el paso al fluido. Si la presión de éste aumenta hasta un

valor tal. que supera la reacción del muelle, se abre el paso de entrada y el fluido se dirige al

escape PA que descarga al depósito o tanque. La fuerza antagonista o de apertura debe ser:

. .


132

Figura 117 Principio de funcionamiento de la válvula limitadora de presión demando directo

PE = Presión de entrada

PA = Presión de salida (en caso descarga)

A = Superficie del asiento o lado frontal de la corredera de mando

Esta es una válvula muy utilizada para limitar o asegurar una presión máxima de trabajo. De

colocarse inmediatamente detrás de la bomba, con el objeto de evitar así accidentes por un

exceso de presión.


133

Figura 118 Esquema de la válvula limitadora de presión demando directo

En una carcasa o bloque de mando 1 se atornilla la válvula compuesta de manguito 2, resorte

3, mecanismo variador 4, cono con pistón amortiguador 5 y asiento templado 6.

El resorte aprieta el cono sobre el asiento. La fuerza del resorte puede ajustarse en forma

continua con el mando giratorio. Con ello, también se ajusta la presión. La conexión de

presión P esta unida al sistema. La presión reinante en el sistema actúa sobre la superficie de

cono. Si la presión levanta el cono del asiento, se abre la unión hacia la conexión de retorno al

tanque T. la carrera del cono esta limitada por un reborde en el taladro amortiguador 7.

Dado que, a medida que aumenta la carrera también aumenta la fuerza del resorte de acuerdo

con la constante del resorte, el plato del resorte del lado inferior tiene una forma especial. Las

fuerzas de impulso del caudal del fluido se aprovechan de modo tal de compensar

prácticamente el incremento de la fuerza del resorte.

A fin de obtener un buen ajuste de presión en todo el rango de presión y una característica Δp

– Q plana (en lo posible, poco aumento de presión con caudal en aumento), el rango completo


134

de presión se subdivide en niveles de presión para una presión de servicio máxima ajustable

con el mismo.

Símbolo

Figura 119 Símbolo de la válvula limitadora de presión demando directo

Válvula limitadora de presión (mando indirecto)

Figura 120 Válvula limitadora de presión de mando indirecto


135

Figura 121 Esquema de la válvula limitadora de presión de mando indirecto

Esta válvula esta compuesta básicamente de una válvula principal 1 con pistón principal 3 y de

la válvula de premando 2 con elemento de ajuste de presión. La válvula de premando es una

válvula limitadora de presión de mando directo.

La presión actuante en canal A actúa sobre el pistón principal 3. Simultáneamente la presión

actúa a través de los conductos de mando 6 y 7 con sus toberas 4, 5 y 11 sobre el lado del pistón

principal 3 cargado por el resorte y sobre la esfera 8 en la válvula de premando 2. Si la presión en

canal A aumenta, alcanzando un valor superior al que ha sido ajustado en el resorte 9, la esfera 8

abre contra el resorte 9.

El caudal de mando sobre el lado del pistón principal 3 cargado por el resorte fluye ahora a

través del conducto de mando 7, del taladro de tobera 11 y de la esfera 8 hacia la cámara del

resorte 12. Desde aquí se conduce internamente a través del conducto de mando 13 o ex-

ternamente a través del conducto de mando 14 sin presión hacia el tanque. Condicionada por las


136

toberas 4 y 5 se produce una caída de presión en el pistón principal 3, por lo que se abre la unión

de canal A hacia canal B. Ahora fluye caudal de canal A hacia canal B, manteniendo la presión

de servicio ajustada.

A través de conexión "X" 1 se puede descargar la válvula limitadora de presión o conmutarla a

una presión inferior (segundo nivel de presión).

A través de conexión 14 - con el taladro bloqueado 16 -se puede conducir el aceite piloto por

separado (externamente) hacia el tanque. De este modo se evitan influencias de presión del

canal B sobre la presión ajustada.

Figura 122 Principio de funcionamiento de una válvula limitadora de presión

Símbolo

Figura 123 Símbolo de una válvula limitadora de presión


137

Válvulas de secuencia

Figura 124 Válvula de secuencia

La válvula de secuencia es una válvula que deja pasar el flujo de aceite del circuito llamado

primario (orificio P) hacia el circuito secundario (orificio S), una vez que el valor

predeterminado por su tarado.

Las válvulas de secuencia pueden ser: de mando directo, figura 125, o de mando indirecto o

preconectada, figura 127, estas pueden ser mandadas internamente o externamente.

En el caso de mando directo (válvula de la figura 125), la presión del circuito primario que

llega al orificio (P) actúa a través del conducto de mando 6 sobre la superficie 8 del pistón de

mando 2 y, con ello, contra la fuerza del resorte 3. Si la presión en el canal P supera un valor

ajustado en el resorte 3, el pistón de mando 2 es desplazado contra el resorte 3. Se abre la

unión del canal P hacia el canal A. el sistema posterior al canal A se conecta sin que en el

canal P caiga la presión.

La señal de mando proviene intermitentemente del canal P, a través del conducto de mando 6

y la tobera 7, o externamente a través de la conexión B (X).

Según el caso de empleo el aceite de fugas se descarga externamente a través de conexión T

(Y) o internamente a través de conexión A.

Para el libre flujo del canal A hacia P puede insertarse una válvula antíretorno. Para control de

la presión se ha previsto una conexión de manómetro 1.


138

Figura 125 Las válvulas de secuencia de mando directo

Símbolo

Figura 126 Símbolo de la válvula de secuencia de mando directo

Las válvulas de secuencia precomandadas, Figura 127, básicamente se componen de válvula

principal 1 con pistón principal 2 y válvula de premando 3 con elemento de ajuste 11.

Para el libre retorno de flujo de canal A hacia canal B se puede montar una válvula antíretorno

4.

La alimentación y la descarga de aceite piloto se realiza en función del caso de empleo (válvula

de pretensión, válvula de secuencia o válvula de circulación).


139

Figura 127 Válvula de secuencia precomandadas

En la válvula de secuencia aplicada como válvula de pretensión, Figura 127, la presión en

canal A actúa a través del conducto de mando 5 sobre el pistón de premando 6 en la válvula

de premando 3. Simultáneamente la presión actúa sobre el lado del pistón principal 2 cargado

por el resorte. Si la presión supera el valor tarado en el resorte 8, el pistón de premando 6 se

desplaza contra el resorte 8. La señal de mando proviene del canal A internamente a través del

conducto de mando 5. El fluido del lado del pistón principal 2 cargado por el resorte fluye a

través del conducto de mando 9 hacia canal B. Se produce una caída de presión en el pistón

principal 2. La unión entre canal A y canal B queda libre, manteniéndose la presión tarada en

el resorte 8. Las fugas en el pistón de premando 6 se conducen internamente hacia canal B.

A diferencia de la aplicación como válvula de pretensión en la aplicación como válvula de

secuencia el aceite de fugas que aparece en el pistón de premando se conduce externamente y

sin presión a través de conexión Y hacia el tanque.

La descarga de aceite piloto se realiza internamente través del conducto 9 hacia canal B.

En la aplicación como válvula de circulación, figura 128, la presión actuante en canal X actúa a

través del conducto de mando 5 sobre el pistón de premando 6 en la válvula de premando 3. Al

mismo tiempo la presión en canal A actúa a través de la tobera 7 sobre el lado del pistón principal


140

2 cargado por el resorte. Si en canal X la presión supera el valor ajustado en el resorte 8, el pistón

de premando 6 es desplazado contra el resorte 8. Ahora fluye fluido desde el lado del pistón

principal 2 cargado por el resorte - por el taladro en el pistón de premando - hacia la cámara del

resorte 10 de la válvula de premando. La presión del lado del pistón principal 2 cargado por el

resorte cae. El pistón principal 2 es levantado de su asiento y se crea la unión de canal A hacia canal

B. El fluido hidráulico fluye prácticamente sin presión de canal A hacia canal B.

En esta versión el aceite piloto se descarga sin presión desde la cámara del resorte 10 a través de

conexión Y.

Figura 128 válvula de circulación

Símbolos

Figura 129 Válvula de secuencia precomandada; alimentación interna de aceite piloto, descarga interna de aceite piloto


141

Figura 130 Válvula de secuencia precomandada; alimentación externa de aceite piloto, descarga interna de aceite piloto

Figura 131 Válvula de secuencia precomandada; alimentación interna de aceite, descarga externa de aceite piloto

Figura 132 Válvula de secuencia precomandada; alimentación externa de aceite piloto, descarga externa de aceite piloto


142

VÁLVULAS DE RETENCIÓN

VÁLVULAS DE RETENCIÓN ANTIRRETORNO SIMPLE

Figura 133 Válvula de retención

Las válvulas de retención deben evitar el retroceso del fluido dentro de un circuito. La propia

presión del fluido interviene en el cierre de la válvula. Actualmente se emplean válvulas con

obturadores de cierre dotadas de un pequeño muelle. Las firmas especializadas suministran

infinidad de modelos para los distintos tipos de tuberías. La figura 130 representa el corte de

una válvula de este tipo.

Figura 134 Esquema de la válvula de retención o antíretorno

Esta válvula está constituida por una carcasa 1 y de un pistón templado 2 que es empujado por

un resorte 3 contra el asiento.

Cuando el fluido recorre de izquierda a derecha se bloquea su pasa y en sentido contrario de

derecha a izquierda la presión del fluido vence la fuerza del resorte abriendo la válvula y

permitiendo el paso del fluido.

La válvula con obturador de bola, antes muy utilizada, se emplea actualmente sólo para

presiones muy pequeñas, por ejemplo, como válvula de aspiración sin muelle en los tubos de


143

aspiración de las bombas (Figura 135)

Figura 135 Válvula con obturador de bola

Símbolo

Figura 136 Símbolo de la válvula de retención o antiretorno

Antíretorno con apertura hidráulica

Figura 137 Antíretorno con apertura hidráulica

En contraposición con los antirretornos simples, en los antirretornos con apertura hidráulica,

puede ser levantada la interrupción.

Estas válvulas pueden ser utilizadas:

• para cerrar un circuito con presión.


144

• como seguro contra caída de una carga por rotura de una tubería.

a) Construcción sin conexión para fugas

Figura 138 Antíretorno sin conexión para fugas

En el sentido de A hacia B el flujo es libre: de B hacia A, el cono principal 1 y el cono de

descompresión 2 son apretados por el resorte 3 y por la presión del sistema contra el asiento

(Figura 138).

Válvula antíretorno pilotada, sin conexión de fugas, con cono de descompresión.

Figura 139 Válvula antíretorno piloteada

Al actuar una presión piloto en la conexión X, el pistón de mando 4 se desliza hacia la

derecha y levanta, primero al cono de descompresión 2 y luego al cono principal 1, de sus

asientos.

Ahora el líquido puede fluir de B hacia A. Por el cono de descompresión se realiza


145

una descompresión del fluido amortiguada y libre de golpe. En Figura 139 se muestra una

aplicación de este tipo de válvulas.

Símbolo

Figura 140 Símbolo de la válvula antíretorno piloteada

Esquema hidráulico

Figura 141 Esquema de aplicación de la válvula antíretorno piloteada

Se observa que la conexión A debe estar descargada. Una presión en la conexión A, actuaria

sobre el pistón de mando en contra de la presión piloto.


146

b) Construcción con conexión para fugas

Figura 142 Válvula antíretorno con conexión para fugas

La diferencia con la anterior válvulas reside en la conexión adicional para fugas Y. En este

caso, sobre la superficie anular del pistón de mando no actúa la presión de la conexión A. La

presión de la conexión A actúa solamente sobre la superficie A4 del pistón de mando (Figura

142).

Símbolo

Figura 143 Símbolo de la válvula antíretorno piloteada con conexión para fugas

Esquema hidráulico


147

Figura 144 Esquema de aplicación de la válvula antíretorno piloteada con conexión para fugas

El esquema muestra que en la válvula con apertura hidráulica la conexión A está cargada por

una válvula limitadora de flujo intercalada.

En este caso es necesaria una válvula antíretorno, con apertura hidráulica, con conexión

externa para el fluido de fugas.

Doble antíretorno con apertura hidráulica

Montando dos antirretornos 1 y 2, en una misma carcasa, se obtiene el doble antíretorno

Figura 145 Doble antíretorno con apertura hidráulica


148

Figura 146 Símbolos de una válvula de doble antíretorno con apertura hidráulica

En los sentidos A hacia A1 y B hacia B1, el flujo es libre: de A1 hacia A y B1 hacia B, el flujo

es interrumpido.

Si el flujo es de A hacia A1, el pistón de mando 3 es empujado hacia la derecha y levanta de

su asiento al cono del antíretorno 2. Ahora el flujo de B1 hacia B, también es libre.

De la misma manera funciona en sentido de B hacia B1.

El esquema siguiente muestra la función del doble antíretorno.

Figura 147 Esquema de aplicación de una válvula de doble antíretorno con apertura hidráulica

Las dos conexiones del cilindro están interrumpidas sin fugas. Cuando el cilindro está

detenido, en cualquier posición, no puede ser movido por fuerzas externas. Ello significa que

un cilindro cargado, independientemente del tiempo de detención, no se moverá, ni siquiera


149

lentamente.

Para garantizar un cierre seguro cesarlo descargar las conexiones corredera con el retorno.

Las válvulas doble antíretorno son montadas generalmente entre una placa base y una

válvula direccional.

Válvulas de tamaños nominales grandes están con conos descompresión.

Válvula de prellenado

Figura 148 Válvula de prellenado

Las válvulas de prellenado son válvulas antirretornos de grandes dimensiones. Se utilizan

preferentemente para prellenado de grandes cilindros y cierran cuando el circuito de trabajo es

sometido a presión, por ejemplo, en prensas.


150

Figura 149 Esquema de una válvula de prellenado

El cono de descompresión 1 y el cono principal 2 son mantenidos sobre sus asientos por el

resorte 3. El resorte 4 empuja al pistón de mando 5 a su posición inicial.

La conexión A está conectada con un recipiente de fluido ubicado sobre el cilindro. Sobre los

conos 1 y 2 actúa la presión de la correspondiente columna de líquido.

Esquema hidráulico


151

Figura 150 Esquema de aplicación de una válvula de prellenado

Al moverse el pistón del cilindro hacia abajo, ya sea por el propio peso al ser descargada la

superficie AR o por tratarse de un cilindro de acción rápida, se crea una depresión en la

cámara que está sobre la superficie Ar. Esta depresión actúa sobre la conexión B de la válvula

de prellenado, en la parte posterior de los conos; estos se levantan de su asiento y el cilindro

aspira el fluido del recipiente.


152

Válvulas direccionales

Con una válvula direccional se controla el arranque, la detención y la dirección del flujo de un

fluido y con ello la dirección del movimiento y las posiciones de detención de un consumidor

(cilindro o motor hidráulico).

La denominación de las válvulas direccionales se realiza en base al número de las conexiones

de trabajo y al número de las posiciones factibles (las conexiones de pilotaje y fuga no

intervienen).

Una válvula con dos conexiones y dos posiciones se denomina entonces "válvulas

direccionales 2/2

Símbolo

Figura 151 Símbolo de una válvula direccional 2/2 normalmente abierta

Una válvula con cuatro conexiones y tres posiciones se llama en consecuencia "válvula

direccional 4/3"

P = conexiones de presión (de la bomba)

T = tanque

A, B = conexiones al consumidor

Esquema


153

Figura 152 Símbolo de una válvula 4/3 con centro en H

La indicación de las conexiones se hace siempre en la posición en que la válvula no está

accionada.

Las válvulas direccionales se pueden, por su construcción, dividir en dos grupos:

• Válvula direccional de asiento

• Válvula direccional de corredera

Además pueden ser de mando directo o de mando indirecto o pilotado.

Que una válvula sea de mando directo o indirecto depende en primera instancia de las fuerzas

necesarias para su accionamiento y con ello del tamaño nominal.

Válvulas direccionales de asiento

Según la ordenación de los asientos se obtienen las siguientes posibilidades:

Sistema 1 bola (símbolo U)

Posición de reposo: P y A comunicados, T cerrado sin fugas Posición activa: P cerrado sin

fugas, A y T comunicados.


154

Figura 153 Válvula direccional de asiento

Símbolo

Figura 154 Símbolo de una válvula direccional 3/2 de asiento NA

Sistema 2 bolas (símbolo C)

Posición reposo: P cerrado sin fugas, A y T comunicados Posición activa: P y A comunicados,

T cerrado sin fugas


155

Figura 155 Válvula direccional 3/2 de asiento NC

Símbolo

Figura 156 Símbolo de una válvula direccional 3/2 de asiento NC

Observación:

Válvulas de asiento 3/2 tienen solape negativo en el cambio. Es decir durante el cambio de

posición (desde iniciar la apertura de un asiento hasta el cierre del otro) los conductos P, A,

T están comunicados entre sí. Este proceso se realiza en tan reducido tiempo que en la mayo-

ría de los casos no afecta al circuito hidráulico.

Cambios de electroimanes sólo pueden realizarse si son de la misma clase de corriente y para

igual tamaño de válvula.


156

Direccional de asiento 4/2

Utilizando la placa Plus-1 se comporta la función de las válvulas 3/2 como si fueran válvulas

de asiento 4/2.

Funcionamiento de la placa Plus-1

Este ejemplo nos muestra una válvula del sistema de 1 bola y la placa Plus-1

Posición reposo:

La válvula principal no está activada, el resorte mantiene la bola apretada contra el asiento

izquierdo. El conducto P está comunicado con el conducto A. Como la presión a través de A

está también actuando contra la superficie grande del pistón en Plus-1 entonces está éste

apretado contra el asiento derecho dejando la comunicación B - T abierta. La placa Plus-1

tiene solape positivo al cambio.

Figura 157 Esquema de una placa Plus

Durante el cambio de posiciones al accionar la válvula, la bola es apretada contra el resorte y

el asiento. El conducto P queda cerrado mientras que A, B y T están comunicados entre si. A

través del conducto A queda sin presión la sección grande de la corredera en la placa Plus-1.

Posición conectada:

La presión en el conducto P actúa contra la superficie pe quena de la corredera en la placa

Plus-1, desplazándola contra el asiento izquierdo y finalizando así el cambio de posiciones,


157

quedando las comunicaciones de A con T y P con B.

Figura 158Esquema de placa Plus accionada

Válvulas direccionales de corredera

Figura 159 Válvulas direccionales de corredera

Las válvulas direccionales de corredera pueden ser de corredera lineal (émbolo) y de


158

corredera giratoria.

Dadas las múltiples ventajas que ofrece el sistema de corredera lineal, es el más utilizado:

Ventajas:

Construcción relativamente sencilla

En comparación con la corredera giratoria, muy buen rendimiento

Buena compensación de presiones y con ello fuerzas reducidas de accionamiento (ver válvula

de asiento)

Reducidas pérdidas

Múltiples espectros de funciones

Figura 160 Esquema de una válvula direccional de corredera

Las válvulas direccionales están compuestas, fundamentalmente, por una carcasa (1), el

elemento de accionamiento (2), la corredera (3), así como uno o dos resortes de retorno (4).

La corredera es mantenida en la posición de reposo, sea esta extrema o central, por los

resortes (4).


159

El accionamiento de la corredera (3) se realiza por medio de una palanca. Esta actúa, a través

de una rótula, sobre el vástago (5), el cual empuja a la corredera a la posición deseada. De esta

manera se logra la característica de flujo requerida.

Al retornar la palanca a la posición inicial, los resortes de retorno (4) empujan nuevamente a

la corredera (3) a su posición de reposo.

Posiciones de trabajo

Las distintas funciones de control del flujo son logradas con el empleo de las respectivas

correderas y pueden ser representadas esquemáticamente. Cada compartimiento representa

una posición de la corredera.

Como ejemplo mostramos los esquemas más comunes que han sido denominados con letras.

Las posiciones con las flechas paralelas y cruzadas son las llamadas "posiciones de trabajo".

Símbolos

Figura 161 Símbolos de válvulas direccionales


160

Las posiciones contrales en las válvulas con tres posiciones se llaman "posiciones iníciales".

Todas las conexiones, por ejemplo, pueden estar interrumpidas (E) o todas comunicadas (H);

muchas combinaciones de ambos casos son posibles.

Cual posición inicial se adopta depende de la instalación y del efecto deseado en los

consumidores.

Superposición, posiciones intermedias

Es importante conocer cuál es la función cuando la válvula está en una posición intermedia.

Esta función depende de la superposición.

Se distinguen tres tipos de superposición.

1) Superposición positiva

En la superposición positiva, al moverse la corredera hacia la derecha, se cierre la conexión

entre P y T antes de que se establezca la conexión entre P y A. Durante el cambio de posición

están cerradas transitoriamente todas las conexiones.

Figura 162 Superposición positiva de la corredera

Se produce una elevación de la presión, cuya magnitud depende del caudal y del tiempo

necesario para el cambio.

2) Superposición negativa


161

Figura 163 Superposición negativa de la corredera

Aquí la conexión entre A y P se establece antes de que quede interrumpida la conexión entre

P y T. Durante el cambio de posición las conexiones están comunicadas transitoriamente entre

sí.

El resultado es un cambio suave del flujo, pero pueden llegar a aparecer movimientos

indeseados en el consumidor.

3) Superposición nula

Figura 164 Superposición nula de la corredera

La superposición nula es el caso intermedio Los espacios son iguales (xi = X2). Ello significa

que en el mismo momento en que se interrumpe la conexión entre P y T, se establece entre P

y A.

Esta superposición se utiliza generalmente en servo-válvulas, en las cuales se desea que ya un

pequeño movimiento de la corredera influya en el flujo.

Representación de las posiciones intermedias

Dado que en la elección correcta de una válvula se debe tener en cuenta también las


162

posiciones intermedias, se integró a éstas representación.

Como no son posiciones estables sino de transición, la representación se hace con líneas finas

y de trazos.

Figura 165 Símbolos de válvulas direccionales con varias posiciones intermedias

Válvulas direccionales de corredera con mando directo

La corredera de estas válvulas es comandada directamente. El comando puede ser mecánico,

hidráulico, neumático o eléctrico. El dispositivo de mando está montado lateralmente a la

válvula.

Mandos mecánicos


163

Figura 166 Mando mecánico de una válvula direccional

En el corte de la figura 166 se muestra el mando por medio de una palanca.

La corredera está fija al dispositivo movimiento de éste.

Figura 167 Símbolos de diferentes mandos para válvulas direccionales

En este corte se muestra una válvula de dos posiciones


164

Figura 168 Corte que muestra una válvula de dos posiciones

Por medio de una presión sobre el émbolo de mando 2, se empuja la corredera 1 hacia la

posición derecha. Allí queda fijada con el mecanismo de anclaje 3.

Existen cuatro modelos básicos de electroimanes:

• Electroimán de corriente continua, funcionando en seco. También se los denomina

"electroimanes secos"

• Electroimán de corriente continua, funcionando en aceite. También se los denomina

"electroimanes húmedos". El núcleo está sumergido en aceite sumergido en aceite a

presión.

• Electroimán de corriente alterna, funcionando en seco

• Electroimán de corriente alterna, funcionando en aceite.

Solenoide de corriente continúa


165

Figura 169 Solenoide de corriente continúa

Solenoide de corriente alterna.

Figura 170 Solenoide de corriente alterna

El electroimán de corriente continua ofrece una alta seguridad en su función y es suave. No se

quema cuando se traba la corredera.

Es apto para una gran frecuencia de cambio de posiciones.

El electroimán de corriente alterna se caracteriza por la alta velocidad del núcleo. Si el núcleo

no llega hasta la posición final, se quema después de un cierto tiempo (1 a 1/2 horas)

El electroimán que funciona en aceite es apto para instalaciones en la intemperie y en clima

húmedo. El núcleo se mueve en aceite, lo que provoca un reducido desgaste, buena

evacuación del calor y un funcionamiento amortiguado.


166

El electroimán funcionando en seco, es la construcción más simple.

Para una mejor comparación se comparan en la figura 171 un electroimán seco de corriente

alterna 1, a la izquierda, y un electroimán seco de corriente continua 2, a la derecha.

Figura 171 Comparación de electroimán de corriente alterna y de corriente continúa

En este ejemplo la válvula es de dos posiciones y sobre la corredera no actúan resortes de

retorno. Es una denominada "válvula de impulso".

Al excitar al electroimán 1, el núcleo se desliza y empuja a la corredera por medio del vástago

de control, hacia la derecha, que es la posición indicada en el corte.

El núcleo de los electroimanes secos, está aislado del aceite del canal T por las juntas en el

casquillo 3.

Aquí los resortes tienen la función de sujetar a los casquillos hacia fuera.

Figura 172 Función de los resortes en las electroválvulas de electroimán húmedo


167

En la figura 172 se muestra, a la izquierda, un electroimán húmedo de corriente continua 4 y,

a la derecha, un electroimán húmedo de corriente alterna 5. El núcleo está siempre

comunicado con el canal T y sumergido en aceite. Esta es una válvula de tres posiciones.

Los resortes 6 se apoyan contra las carcasas de los electroimanes y por medio de un casquillo

y una arandela, ubican a la corredera en su posición central.

La corredera es plana en sus extremos y a diferencia de las válvulas con electroimán seco, el

vástago de mando no está unido a la corredera, sino al núcleo.

En las figuras 171 y 172 se muestra también el accionamiento auxiliar manual 7 desde el

exterior se puede mover así la corredera. De esta manera es simple de controlar el funcio-

namiento de los electroimanes.

Las válvulas de corredera hasta ahora tratadas, son de tres cámaras. Los canales P, A y B

están aislados entre sí por los cantos en la carcasa. El canal T no está aislado, sino que tiene

comunicación al exterior y es aislado recién con el montaje del dispositivo de mando.

En las válvulas de cinco cámaras también el canal T está a lado en ambos extremos, así como

las cámaras P, A y B. (Figura 173)

Figura 173 Válvula de cinco vías o cámaras

Las dos cámaras extremas están comunicadas entre sí por un canal (azul).

Al moverse la corredera, el fluido es desplazado de una cámara hacia la otra y por medio de

una tobera 3 en el canal de comunicación se puede regular la velocidad del desplazamiento de

la corredera en función del Ө de abertura de la tobera.


168

Válvulas direccionales de corredera Datos Técnicos

Tabla 6 Datos técnicos de las válvulas direccionales de corredera

Elemento de mando

Man

do d

irec

to

Man

do in

dire

cto

Tipo Qmáx.

(l/min)

Pmáx.

(bar)

TN

Rodillo X WMR 14 315 5



Palanca manual X WMM 30 315 6

Palanca manual X WMM 80 315 10

Palanca manual X H - WMM 180 350 16



Botón giratorio X WMD 14 315 5



Neumático X WP 30 315 6

Neumático, pst " 4,5 hasta 12 bar X WP 80 315 10

Neumático, pst " 1,5 hasta 6 bar X WN 80 315 10

Hidráulico X WH 30 315 6

Hidráulico X WH 80 315 10

Hidráulico X H - WH 180 350 16




169

Electroimanes de corriente alterna o continua húmedos X WE 14 250 5

Electroimanes de corriente alterna o continua húmedos X WE 60 315 6

Electroimanes de corriente continua, secos X WE 100 210 10

Electroimanes de corriente alterna, secos X WE 100 210 10

Electroimanes de corriente continua, húmedos X WE 100 315 10

Electroimanes de corriente alterna, húmedos X WE 100 315 10

Electroimanes de corriente continua, húmedos. protección

contra explosión

X WE 30 60 6

Electroimanes de corriente continua, húmedos, protección

contra explosión por baja tensión

X WEH 30 100 6

Electroimanes de corriente continua, húmedos, protección

contra explosión, contra explosión y ambiente salino, contra

explosión y a prueba de grisú

X WE 80 210 10

Electroimanes de corriente continua, secos con interruptor en

el fin de carrera

X WE 80 315 10

Válvula direccional de corredera mando indirecto (piloteadas)

Se utilizan para tamaños nominales grandes, es decir, con gran cantidad hidráulica ( )

La razón es la elevada fuerza que se necesita para mover la corredera y las consiguientes

dimensiones que tendrían los electroimanes. Es por ello que las válvulas de tamaño nominal

mayor que 10 son piloteadas. Una excepción son las válvulas con mando directo por palanca,

que llegan hasta TN 32, con las consiguientes dimensiones de la palanca.

Una válvula pilotada está compuesta de la válvula principal 1 y de la válvula piloto 2 (Figura

174).

La válvula piloto es comandada generalmente por un electroimán (mando eléctrico). La señal

eléctrica que actúa sobre la válvula piloto es amplificada hidráulicamente y mueve a la

corredera principal.


170

En las válvulas de TN 102 (hasta 7000 litros /minuto) la válvula piloto es a su vez una válvula

piloteada.

En este caso la razón del doble pilotaje no son las fuerzas sino los caudales de mando

necesarios.

Válvula direccional con mando electrohidraúlico, centraje por resortes

Figura 174 Válvula pilotada compuesta de la válvula principal 1 y de la válvula piloto 2

La válvula piloto es una válvula direccional 4/3 con mando eléctrico (figura 176)

La corredera principal 3, en la versión de centraje por resortes, es mantenida en su posición

central por los resortes 4. En la posición inicial (central), ambas cámaras en donde están

alojados los resortes (amarillo), están descomprimidas hacia el tanque (azul) por la válvula

piloto.

La válvula de pilotaje es alimentada con fluido por el canal de pilotaje 5. La alimentación


171

puede ser externa o interna

Si, por ejemplo, excitamos al electroimán izquierdo, la corredera de la válvula piloto se

moverá hacia la derecha; sobre la cámara 7 actuará la presión piloto y la cámara 6 estará

conectada con el tanque (descomprimida).

La presión piloto actúa sobre la corredera y la empuja contra el resorte 4,1 hacia la izquierda

hasta la tapa. Así en la válvula principal se establece la conexión de P con A y de B con T.

Al desexcitar al electroimán, la corredera piloto se centrará y la cámara 7 es comunicada con

el tanque, descomprimiéndose. El resorte 4.1 empujará a la corredera principal hacia la

derecha hasta el platillo del resorte 4.2. La corredera estará centrada. El fluido de la cámara 7

es evacuado hacia el tanque a través de la válvula piloto por el canal Y, siendo la evacuación

entonces externa.

También puede ser interna.

El proceso para la otra posición es similar.

Para mover la corredera principal se necesita, según la función y la construcción, distintas

presiones piloto.

Esquema

X = externo; Y = externo (por ejemplo)


172

Figura 175 Esquema de válvula piloto

Válvula direccional, mando electrohidraúlico, centraje por presión


173

Figura 176 Mando electrohidráulico centraje por presión

Esquema

X = interno; Y = externo (por ejemplo)


174

Figura 177 Esquema de un mando electrohidráulico centraje por presión

En la versión con centraje por presión, en la posición central, ambas cámaras 6 y 7 están

solicitadas con presión.

La corredera principal es mantenida en su posición central por la acción simultánea de la

presión sobre la cara 3, el casquillo de centraje 8 y el vástago de centraje 9.

Posición central de la válvula piloto

Figura 178 Esquema de la posición central de la válvula piloto

Si se excita al electroimán derecho de la válvula piloto, la corredera piloto se moverá hacia la

izquierda. La cámara 6 queda comunicada con la presión descomprimida hacia el tanque. El

casquillo de centraje 8 está apoyado contra la carcasa y el vástago de centraje 9 empuja a la

corredera hacia la derecha hasta el tope.


175

Los resortes en las cámaras 6 y 7 están previstos para mantener a la corredera en su posición

central cuando la válvula está montada verticalmente. Al desexcitar al electroimán, la

corredera piloto retorna a su posición central y la cámara 7 es comunicada nuevamente con la

presión.

La superficie 3 de la corredera es mayor que la del vástago de centraje 8. La corredera

principal se moverá hacia la izquierda hasta que el canto 10 se apoye sobre el casquillo de

centraje. La suma de las superficies de casquillo y vástago es mayor que la superficie de la

corredera, quedando ésta detenida en su posición central.

Si se excita al electroimán izquierdo, la corredera piloto se moverá hacia la derecha. La

cámara 7 queda comunicada con la presión y la 6 es descomprimida hacia el tanque. La

presión sobre la superficie 3 mueve a la corredera principal hacia la izquierda hasta que el

vástago de centraje 9 toque la tapa. El casquillo 8 también es desplazado. La posición deseada

en la válvula se ha logrado. Al desexcitar al electroimán, la corredera piloto vuelve a su

posición central y la cámara 6 es comunicada nuevamente con la presión.

La suma de las superficies de casquillo 8 y vástago 9, es mayor que la superficie 3 de la

corredera y ésta se mueve hacia la derecha hasta que el casquillo se apoya contra la carcasa.

Ahora la superficie 3 de la corredera es mayor que al del vástago 9 y la corredera queda

detenida en su posición central.

Para descomprimir la cámara entre corredera y casquillo está prevista la conexión necesaria L

(violeta).

Alimentación interna de fluido piloto

En este caso el fluido piloto se obtiene del canal P y por una conexión interna X (rojo) se

abastece a la válvula piloto.


176

Figura 179 Alimentación interna y externa del fluido piloto

La conexión X debe estar interrumpida por el vástago 10 como muestra la figura 179.

Con el fluido piloto no se necesita un circuito de pilotaje adicional. Sin embargo, se debe

considerar algunos factores:

• Si la corredera principal tiene superposición negativa o si la posición central el fluido

circula (sin presión), no se obtiene la presión piloto necesaria para mover a la co-

rredera principal.

• Hay que instalar, por ejemplo, una pequeña válvula de presión en el canal P para

producir la presión previa requerida para el pilotaje. La conexión X está delante de la

válvula que abre recién cuando la presión piloto es lo suficientemente elevada. Esta

solución implica una pérdida permanente de presión (ver válvula de presión previa).

• Si al circuito está conectado, por ejemplo, un acumulador se puede producir, en algún

momento, un caudal tan grande que puede destruir a la válvula de presión previa. Hay


177

que instalar delante de la válvula, en el canal P, un estrangulador (tobera) para reducir

el caudal.

• Además se debe tener en cuenta que la presión máxima de servicio no sea mayor que

la presión máxima admisible de pilotaje.

• En caso contrario, hay que instalar una válvula reductora de presión. La reducción

requerida en estas válvulas es de 1:0,66.

Naturalmente se debe observar también que la presión reducida no sea menor que la presión

mínima de pilotaje necesaria.

Alimentación externa de fluido piloto

El fluido piloto se obtiene se un circuito separado cuyas características de presión y caudal se

acomodan mejor a los requerimientos que en el caso anterior.

En las válvulas mostradas, el cambio de "interno" a "externo" o viceversa, se logra fácilmente

cambiando de posición al vástago 10; sólo se necesita demostrar la tapa para poder realizar

esta operación.

La posición correcta del vástago 10 para fluido piloto externo se muestra en la figura 179. El

vástago interrumpe la conexión a P.

Además es posible instalar un control de final de carrera que posibilita conocer a posición de

a corredera en cualquier momento.

Válvula de presión previa

En las válvulas direccionales con circulación del fluido en la posición central y conexión

interna del fluido piloto, es necesaria la instalación de la válvula de presión previa en el canal

P para producir la presión de pilotaje.

Se trata de un antíretorno cuya apertura se produce a la presión piloto.


178

Figura 180 Válvula de presión previa

1. Válvula de presión previa

2. Canal P en la carcasa

3. Canal X

4. Placa base

Válvulas direccionales de corredera Datos Técnicos

Tabla 7 Datos técnicos de las válvulas direccionales de corredera

Elemento de mando

Man

dodi

rect

o

Man

doin

dire

cto

Tipo Qmáx.

(l/min)

Pmáx.

(bar)

TN

Electro-hidráulico X WEH 300 350 16

ELectrohidráulico X WEH 650 350 25

Electrohidráulico X WEH 1200 350 32

Hidráulico, electro-hidráulico X X WH/WEH 2000 350 52

Hidráulico electro-hidráulico X X WH/WEH 3000 350 62




179

Acumuladores

Figura 181 Diferentes tipos y tamaños de acumuladores

La función de un acumulador hidráulico es absorber un cierto volumen de fluido a presión y

entregarlo cuando se lo necesita. Estando conectado a un sistema hidráulico se lo puede

utilizar para que cumpla con distinto cometidos.

• Como reserva de fluido a presión, cuando en el sistema se necesita, durante un corto

tiempo, un canal mayor.

De esta manera se puede instalar una bomba relativamente pequeña. El acumulador es llenado

cuando el consumo del sistema en el ciclo de trabajo es menor que el caudal que la bomba

suministra. Cuando el caudal a consumir es mayor que el que la bomba puede suministrar, la

diferencia es obtenida del acumulador.

Si no se instalara el acumulador, la bomba tendría que ser lo suficientemente grande para

suministrar el caudal máximo, que en realidad se utiliza sólo durante un corto tiempo. La

utilización del acumulador no sólo permite el empleo de una bomba pequeña, sino que

además el motor es más reducido; la potencia instalada es menor.

• Como equipo auxiliar, para terminar un ciclo de trabajo cuando se presentan averías,

ya sea en la bomba o en el motor.

• Como compensación de fugas, para mantener durante mayor tiempo una presión.


180

• Como compensación de volumen, cuando existen diferencias de temperaturas en

circuitos cerrados.

• Para eliminar picos de presión que se presentan en los procesos de conmutación

• Para amortiguar pulsaciones, disminuir irregularidades de la presión de las bombas.

• Para aprovechar la energía de frenado.

Figura 182 Constitución interna de un acumulador

1. Recipiente del acumulador

2. Membrana contenedora de gas (generalmente nitrógeno)

3. Válvula de entrada de gas

4. Válvula de entrada y salida de aceite hidráulico a presión


181

Datos técnicos para la selección de los distintos tipos acumuladores hidráulicos.

Tabla 8 Datos técnicos para la selección de acumuladores

Diversos tipos de acumuladores hidráulicos

El tipo más sencillo de acumulador consiste en un depósito a presión lleno de gas que debido

a la absorción del gas por parte del aceite, su utilización práctica es imposible. Los

acumuladores habitualmente utilizados llevan una bola o un cilindro con una membrana

elástica o un globo elástico. En estos últimos el tubo guía del pistón está construido siguiendo

el principio de los depósitos dilatables, quedando libre en el interior del depósito al gas a

presión, por lo cual no sufre los esfuerzos propios de la presión de almacenamiento. Los

pistones deben construirse con el mínimo juego posible, de forma que el ajuste sea in-

dependiente de la presión del acumulador.

Llenado con gas de los acumuladores hidráulicos

El gas que llena los acumuladores hidráulicos (nitrógeno) se extrae de las botellas a presión

existentes en el comercio. Para garantizar la presión de llenado exacta deben utilizarse

apartados especiales, los cuales están dotados con una válvula fina para la apertura de la

válvula de llenado del acumulador. Las fases de llenado de un acumulador con membrana en

forma de globo se detallan en la figura 183.


182

Fases de llenado de un acumulador hidráulico.

Figura 183 Fases de llenado de un acumulador

a. Acumulador sin aceite ni gas,

b. Membrana llena de nitrógeno,

c. Acumulador sometido a la presión del circuito hidráulico,

d. Suministro de aceite por el acumulador para ceder su energía (Bosch).


183

CIRCUITOS TIPO

ESQUEMA 1. MANDO DE UN CILINDRO

Figura 184 Mando de un cilindro

Con el distribuidor en posición 1 el pistón sale fuera mientras que con el distribuidor en

posición 2 el pistón entra.

184

ESQUEMA 2. MANDO DE UN CILINDRO CON PUESTA EN DESCARGA DE LA

BOMBA A TRAVÉS DEL CENTRO DEL DISTRIBUIDOR

Figura 185 Mando de un cilindro con puesta en descarga de la bomba a través del centro del distribuidor

Con el distribuidor en la posición 1 el pistón sale fuera. Con el distribuidor en la posición 2 el

pistón entra. Cuando el distribuidor se coloca en la posición 0 el pistón queda detenido en la

posición que ocupa y el caudal que envía la bomba pasa libremente al depósito.

185

ESQUEMA 3. MANDO DE UN CILINDRO CON INVERSIÓN MECÁNICA

ACCIONADO POR EL MISMO CILINDRO

Figura 186 Mando de un cilindro con inversión mecánica accionado por el mismo cilindro

En este circuito se puede notar la presencia del distribuidor piloto indispensable para hacer

superar el punto muerto al distribuidor principal hidropilotado. En efecto (sin auxilio de

cinematismos mecánicos a saltos) no es posible el accionamiento mecánico directo de un

distribuidor único porque cuando el distribuidor está en el punto muerto central, el cilindro se

para y por lo tanto no manda nunca el propio distribuidor.

186

ESQUEMA 4. PUESTA A DESCARGA DE UNA BOMBA CONTROLANDO LINEA

DE "VENTING" DE LA VÁLVULA LIMITADORA DE PRESIÓN

Con la electroválvula en la posición 1 el aceite que envía la bomba se descarga a presión

reducida a través de la válvula limitadora de presión siendo necesario para ello vencer

únicamente la fuerza del muelle.

Figura 187 Puesta a descarga de una bomba controlando linea de "venting" de la válvula limitadora de presión

Con la electroválvula en la posición 2 el aceite ya no se descarga libre al depósito pues ahora

debe de vencer, a-parte del muelle, la presión que existe en la línea de "venting" que en este

caso está cerrada (no comunica con el depósito). La presión en la utilización es la del taraje de

la válvula.

Nota: En algunos casos la válvula antíretorno así como el estrangulador se pueden omitir.

187

ESQUEMA 5. SELECCIÓN DE LA UTILIZACIÓN DISTINTOS VALORES DE

PRESIÓN EN LA UTILIZACIÓN

Con la electroválvula en la posición 0 el aceite de la bomba se descarga a presión reducida (no

hay presión en la utilización).

Con la electroválvula en la posición 1 la presión en la línea de "venting" está controlada por la

válvula limitadora de presión de control remoto L. La presión en la utilización se puede

controlar mediante dicha válvula.

Figura 188 Selección de la utilización distintos valores de presión en la utilización

Con la electroválvula en la posición 2 a la línea de "venting" permanece cerrada. La presión

en la utilización se controla directamente con la válvula limitadora de presión.

Es evidente que este último valor de presión es superior o igual a las otras.

Si se quieren obtener otros valores de presión es suficiente conexionar el orificio de

utilización de la electroválvula que en este momento se encuentra cerrada con otros

distribuidores y otras válvulas limitadoras de control remoto.


188


189

ESQUEMA 6. CIRCUITO CON DOS BOMBAS Y SELECCIÓN MANUAL

Cuando una utilización requiere dos condiciones distintas: Baja presión-alto caudal o Alta

presión-bajo caudal (ejemplo: prensas) se realiza mediante el empleo de dos bombas (una de

Baja presión alto caudal y la otra de Alta presión-bajo caudal.

Si se quiere conducir hacia la utilización el caudal integro de las dos bombas se pone la

electroválvula en posición 1, así se tiene la conexión de los dos pilotajes (líneas de "venting"

de las dos válvulas limitadoras de presión con el consiguiente valor de la presión controlado

por el tarado de la presión baja (B.P.).

Figura 189 Circuito con dos bombas y selección manual

Cuando se quiere alimentar la utilización con bajo caudal y alta presión se desplaza la

electroválvula a la posición 2, así se pone a descarga la bomba de baja presión-alto caudal a

través de la válvula limitadora B.P. La bomba de alta presión-bajo caudal no se puede

descargar a través de la misma válvula gracias al antíretorno y la presión máxima está

limitada por la válvula A.P.

Para poner a descarga las dos bombas basta poner la electroválvula en posición 0.


190

ESQUEMA 7. CIRCUITO CON DOS BOMBAS CON SELECCIÓN AUTOMÁTICA

El circuito tiene la misma función que el esquema 6 con la diferencia de que en este caso la

bomba de baja presión-alto caudal se pone a descarga automáticamente cuando la presión en

la utilización alcanza cierto valor (precisamente el valor de taraje de la válvula de descarga) .

Figura 190 Circuito con dos bombas con selección automática

Para la puesta a descarga de las dos bombas es suficiente que la electroválvula se encuentre en

la posición 1. Lógicamente el caudal que debe de soportar la válvula limitadora de presión

debe ser por lo menos igual al caudal que suministran las dos bombas.

191

ESQUEMA 8. CIRCUITO REGENERADO

Este tipo de circuito también recibe el nombre de circuito diferencial.

Figura 191 Circuito regenerado

La cámara pequeña está siempre en conexión con la bomba. La cámara grande está

conexionada alternativamente con la bomba, por lo tanto el vástago sale fuera por la diferen-

cia de secciones (siendo las dos cámaras alimentadas con igual presión) o bien con la descarga

y entonces el vástago entra. En este caso la fuerza y la velocidad de salida del pistón

dependen sólo de la sección del vástago.

192

ESQUEMA 9. CIRCUITO REGENERADO / CIRCUITO NORMAL CON CAMBIO DE

MANDO

Con el distribuidor en posición 2 el pistón entra. Con el distribuidor en posición "0" el pistón

sale fuera con circuito regenerado. Con el distribuidor en posición 1 el pistón sale fuera con

circuito normal.

Figura 192 Circuito regenerado / circuito normal con cambio de mando

193

ESQUEMA 10. CIRCUITO REGENERADO/NORMAL CON CAMBIO

AUTOMÁTICO

Con el distribuidor en posición 1 el cilindro avanzará con circuito regenerado hasta que la

resistencia que encuentre no eleve la presión por encima del valor de tarado de la válvula de

descarga.

Figura 193 Circuito regenerado/normal con cambio automático

Efectivamente el aceite que sale de la bomba se envía a la cámara grande juntamente con el

aceite que sale de la cámara pequeña a través del antíretorno.

Cuando la presión en el cilindro abre la válvula de descarga, el antíretorno se cierra y la

cámara pequeña está en conexión libre con la descarga por medio de la conexión B-S.

194

ESQUEMA 11. ACUMULADOR CON PUESTA EN DESCARGA DE LA BOMBA

POR MEDIO DEL PRESOSTATO

Es un circuito como el esquema 4, la electroválvula se desexcita con el presostato de máx. y

se excita con el presostato de mínimo.

La válvula antíretorno impide el aceite acumulado descargarse a través de la válvula

limitadora.

Figura 194 Acumulador con puesta en descarga de la bomba por medio del presostato

El acumulador enviará el aceite hacia la utilización con cantidad controlada por regulador de

caudal unidireccional mientras la llave de paso sirve para descargar eventual-mente el

circuito.

195

ESQUEMA 12. ACUMULADOR CON PUESTA EN DESCARGA Y CARGA

AUTOMÁTICA

El principio de funcionamiento es igual al esquema 11 pero la puesta en descarga de la bomba

es automática cuando la presión del acumulador toma el valor de taraje de la válvula de

descarga.

Figura 195 Acumulador con puesta en descarga y carga automática

La carga es siempre automática y se obtiene cuando la presión del acumulador ha descendido

aproximadamente el 15% del valor máximo.

196

ESQUEMA 13. CONTROL DE CAUDAL A LA ENTRADA EN LA UTILIZACIÓN

Ventajas:

- No hay multiplicación de presión en los cilindros, ni presión en ambas caras en motores

hidráulicos.

Inconvenientes:

No impide un eventual embalamiento de la carga puesto que no hay ninguna retención a la

salida del actuador.

Figura 196 Control de caudal a la entrada en la utilización

- Lamina el aceite que sobra a la presión de taraje de la válvula limitadora. Más

calentamiento.

Aplicaciones típicas:

• Aplicaciones donde la carga se opone al movimiento: vgr. elevación de cargas

verticales.

• Avances de mesa en rectificadores.

• Máquinas de soldar.

197

ESQUEMA 14. CONTROL DE CAUDAL A LA SALIDA EN LA UTILIZACIÓN

Ventajas:

- Impide un eventual embalamiento de la carga puesto que hay retención a la salida del

actuador.

Inconvenientes:

Hay multiplicación de presiones en cilindros y presiones en ambas caras en motores

hidráulicos.

Figura 197 Control de caudal a la salida en la utilización

- Lamina el aceite que sobra a la presión de taraje de la válvula limitadora. Más

calentamiento.


Máquinas herramientas en las que el esfuerzo requerido sea discontinuo: ejemplo:

Taladradores, mandriladoras y roscadoras de interiores.

Descenso uniforme de cargas verticales.

198

ESQUEMA 15. CONTROL DE CAUDAL POR SUBSTRACCIÓN (O DERIVACIÓN)

Ventajas:

No hay multiplicación de presiones en cilindros ni presión en ambas caras en motores

hidráulicos.

Lamina el aceite que sobra a la presión de taraje. Menos calentamiento.

Permite regular con reguladores más pequeños. Importante si se trata de reguladores

compensados.

Figura 198 Control de caudal por substracción (o derivación)

Inconvenientes:

• No impide un eventual embalamiento de la carga puesto que no hay ninguna

retención a la salida del actuador.

• Menos precisión en la regulación si utilizamos reguladores no compensados.


• Circuitos de vaivén en brochadoras y lapidadoras.

• Circuitos con motores hidráulicos.

199

ESQUEMA 16. CONTROL DE CAUDAL A LA SALIDA DE LA BOMBA CON

PRESIÓN DE ESTA IGUAL A LA REQUERIDA EN LA UTILIZACIÓN

El circuito del esquema 15 tiene el defecto de que enviando al cilindro caudales pequeños se

siente en él la pulsación de la bomba, cosa que no ocurre en el presente esquema.

Figura 199 Control de caudal a la salida de la bomba con presión de esta igual a la requerida en la utilización

El pilotaje de la limitadora de presión colocada delante de la reguladora de caudal limitará la

presión de la bomba +5 Kp/cm2 respecto a la presión requerida en la utilización (dicha

diferencia de presión de 5 Kp/cm2 se puede variar a voluntad actuando sobre el muelle).

Se obtiene así un menor calentamiento y menos consumo de energía. El salto constante de

presión de 5 Kp/cm2 entre la entrada y la salida del estrangulador mantiene constante el

caudal controlado aún al variar la presión.

200

ESQUEMA 17. CONTROL DE CAUDAL EN ENTRADA CON CONTRAPRESIÓN

EN SALIDA

El circuito es igual al esquema 13 con la diferencia de la válvula de secuencia que permite

regular a voluntad la contrapresión en salida.

En el esquema empleado para unidades con fuertes y bruscas variaciones de carga (ejemplo

fresadoras).

Figura 200 Control de caudal en entrada con contrapresión en salida

201

ESQUEMA 18. CONTROL DE UNIDAD CON AVANCE RÁPIDO, LENTO DE

TRABAJO, Y RETROCESO

El circuito es idéntico al del esquema 14 con la adición de un distribuidor de 2 vías para el

cortocircuito de la válvula reguladora de caudal permitiendo un avance rápido del pistón.

Figura 201 Control de unidad con avance rápido, lento de trabajo, y retroceso

202

ESQUEMA 19. CONTROL DE UNIDAD CON AVANCE RÁPIDO EN CIRCUITO

REGENERADO, LENTO DE TRABAJO EN CIRCUITO NORMAL

El circuito tiene el mismo principio que el esquema 18 con la ventaja que en desplazamiento

rápido la electroválvula de dos posiciones pone en conexión la cámara pequeña del cilindro

con la presión obteniendo por lo tanto en esta fase un circuito regenerado (mayor velocidad de

aproximación a igualdad de caudal de bomba).

Figura 202 Control de unidad con avance rápido en circuito regenerado, lento de trabajo en circuito normal

203

ESQUEMA 20. FUNCIONAMIENTO DE DOS CILINDROS EN SECUENCIA

En este circuito el cilindro "B" funciona en sucesión al cilindro "A" por lo tanto sólo cuando

este último encuentra una resistencia superior al valor de tarado de S. Este circuito, que

asegura una presión (tarado válvula S) al cilindro "A" (amarre, bloqueo, etc.), se usa cuando

se quiere obtener un bloqueo seguro aún cuando otros cilindros se muevan sin resistencia.

Figura 203 Funcionamiento de dos cilindros en secuencia

204

ESQUEMA 21. REDUCCIÓN DE PRESIÓN EN UNA RAMA DEL CIRCUITO

Cuando en una parte de un circuito se quiere tener una presión reducida, se introduce en el

circuito que se desea una válvula reguladora de presión (también llamada reductor de

presión).

Figura 204 Reducción de presión en una rama del circuito

205

ESQUEMA 22. DESCENSO CONTROLADO DE UNA CARGA VARIABLE (CON

PRESIÓN MÍNIMA SOBRE LA BOMBA)

Figura 205 Descenso controlado de una carga variable (con presión mínima sobre la bomba)

Cuando se quiere mantener constante el descenso de una carga variable se emplea una válvula

de descarga sobre la cámara a controlar el cilindro y se une el pilotaje a la cámara que manda

el descenso. La presión de la bomba será igual al valor de tarado de la válvula de descarga

independiente de la carga y mantendrá abierta la válvula en un valor tal que mantenga

constante el descenso.

Un estrangulador sobre el pilotaje evitará fenómenos de inestabilidad.

206

ESQUEMA 23. CARGA CONSTANTE INDEPENDIENTEMENTE SI EL PISTÓN

SALE

Figura 206 Carga constante independientemente si el pistón sale

Apto para aplicaciones en que se requiere una fuerza casi constante (contrapesos-equilibrios-

levas, etc.).

Independientemente de la presión de la bomba la fuerza del cilindro está regulada por la

reguladora (reductora) de presión.

Durante la salida el aceite atraviesa el antíretorno mientras la limitadora de presión está

cerrada por estar hidráulicamente equilibrada.


207

Si se manda la entrada del pistón el antíretorno se cierra y la limitadora de presión se abre

apenas la presión aumente respecto al tarado de la reguladora de presión del valor del muelle

del antíretorno (0,5 Kp/cm2) más el valor del muelle de la válvula limitadora (cerca de 0,5

Kp/cm2).

208

ESQUEMA 24. CIRCUITO CERRADO

La bomba P.V. según su regulación manda aceite en cantidad controlada a una o a la otra

cámara del motor hidráulico MI. El aceite de retorno es aspirado por la P.V.

Para recuperar las eventuales fugas de aceite del circuito se utiliza una bomba pequeña P.F.

que inyecta en la cámara de aspiración la cantidad que falte.

Figura 207 Circuito cerrado

209

ESQUEMA 25. CONEXIÓN EN PARALELO

Varias utilizaciones son alimentadas en paralelo por la misma bomba. En este caso el

funcionamiento puede obtenerse simultánea o independientemente.

Figura 208 Conexión en paralelo

210

ESQUEMA 26. CONEXIÓN EN SERIE

Varias utilizaciones son alimentadas por otros tantos distribuidores, unidos en serie uno tras

otro (la descarga del primero en la presión del segundo y así sucesivamente).

En este caso el funcionamiento de las utilizaciones es solamente independiente.

Figura 209 Conexión en serie

211

ESQUEMA 27A. FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS

Conexión en serie de cilindros simétricos cámara A con igual sección.

Figura 210 Funcionamiento simultaneo de cilindros

212

ESQUEMA 27B. FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS

Conexión en serie de cilindros diferenciales, pero con á-rea anular A del cilindro grande igual

al área A total del cilindro pequeño. En este caso hay que tener presente la presión que se

genera en la conexión entre los dos cilindros.


213

ESQUEMA 27C FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS

Funcionamiento simultáneo de 2 cilindros asegurado por 2 motores hidráulicos idénticos

unidos mecánicamente entre ellos.


214

ESQUEMA 28. CIRCUITO DE SEGURIDAD PARA BLOQUEO ACUMULADOR

Figura 213 Circuito de seguridad para bloqueo acumulador

Cuando el motor eléctrico está parado, el acumulador es aislado automáticamente del sistema,

estableciéndose así una seguridad para los componentes hidráulicos. El circuito consta de una

válvula antíretorno pilotada (A), una válvula de seguridad (D), una válvula direccional (E) y

un a-cumulador (F). Un control eléctrico mantiene el solenoide (Ea) cuando el motor está

funcionando y desexcitado cuando el motor está parado.

Cuando el solenoide (Ea) está excitado, la presión del sistema actúa sobre la línea de pilotaje

de la válvula (A) manteniéndola abierta.

El acumulador (C) se carga o se descarga a través de las válvulas (A) y (B) según los

requerimientos del sistema.

La válvula (B) se utiliza para controlar el caudal del a-cumulador al sistema. El ajuste de la

válvula (D) debe ser ligeramente superior a la presión del sistema para protegerlo contra

presiones excesivas debidas a la expansión térmica.

Cuando el motor está parado, el solenoide (Ea) está desexcitado y la línea de pilotaje de la

válvula (A) está unida al tanque. La presión del acumulador actúa sobre la conexión (H) de la

válvula (A) manteniéndola cerrada e impidiendo que el caudal del acumulador se dirija al

sistema. La carga del acumulador (F) puede ser desviada al tanque a través de la válvula (C).

215

ESQUEMA 29. CIRCUITO DE FRENADO

Figura 214 Circuito de frenado

El circuito de frenado se utiliza para detener una carga con un mínimo de choque cuando cesa

la fuerza de accionamiento. Puede también utilizarse para mantener un control cuando la

fuerza impuesta por la carga actúa en la misma dirección que el giro del motor (carga

negativa).

La fuerza de frenado se ajusta mediante una válvula de equilibraje (D) tipo "P" pilotada

externa o internamente. El pilotaje externo principal proviene de la línea de entrada del motor

hidráulico y actúa sobre el área total de la corredera de la válvula. La presión de salida del

motor actúa sobre el pistón pequeño de (D) a través de un pasaje interno. La válvula (D),

normalmente cerrada, puede ser abierta por cualquiera de las dos presiones que actúan contra

una tensión de muelle ajustable. La carga se opone a la rotación del motor (E). La presión de

trabajo requerida para accionar la carga actúa sobre el área mayor de la corredera de (D) para

mantenerla abierta.

Carga negativa

En ciertas aplicaciones la carga puede actuar en la misma dirección de rotación del motor (E).

Esta carga "negativa" reduce la presión a la entrada del motor.


216

Esta presión reducida a la entrada del motor actúa sobre la corredera de la válvula (D)

cerrándola, restringiendo así la descarga del motor (E).

El caudal restringido a través de (D) origina una contrapresión a la salida de (E) que actúa

sobre el pistón pequeño de (D).

La suma de las presiones que actúan sobre la corredera y sobre el pistón pequeño de (D) sitúa

esta corredera en una posición tal que origina una contrapresión que mantiene el control de la

carga en (E).

La magnitud de esta carga negativa determina el valor de la contrapresión en (E).

Frenado

La válvula (C) está en la posición central para permitir el frenado de la carga del motor (E).

La bomba (A) descarga a tanque a través de la válvula (C).

La inercia de la carga hace que el motor (E) continúe girando y actúe como una bomba,

siendo suministrado su caudal de entrada a través de (C).

Con la entrada de (E) comunicada a tanque, y la presión piloto que actúa sobre la corredera de

(D) es nula y ésta tiende a cerrarse, lo que restringe la descarga de (E), originándose una

contrapresión a la salida que actúa sobre el pistón pequeño de (D) contra su muelle. Estas dos

fuerzas opuestas hacen que la corredera de la válvula asuma una posición de equilibrio. El

ajuste de (D) determina la presión de frenado y el grado de desaceleración.

217

ESQUEMA 30. CIRCUITO DE DESCOMPRESIÓN

Un caso especial de realización de variación, o mejor de caída de presión en una parte del

circuito, es la descompresión de un volumen de aceite que se encuentra a presión elevada. La

descompresión progresiva es, en efecto, indispensable para evitar los golpes de ariete, tanto

más importantes cuanto mayores sean el volumen de aceite y la presión de trabajo.

Podemos indicar, de una forma aproximada, que descompresión es necesaria cuando el

diámetro del p sobrepasa 250 mm. y la presión de trabajo 90 Kg/cm2.

Figura 215 Circuito de descompresión


218

La figura 215 presenta, a título de ejemplo, uno de los medios posibles de descompresión de

un cilindro de prensa. El circuito está representado en posición de "Parada". Para obtener la

carrera de trabajo, el operador pone la válvula de mando manual (10) en la posición 2. El

pistón (5) desciende por gravedad. El descenso queda frenado por el estrangulador (4). El

"clapet11 pilotado de rellenado (6) se abre sin estar pilotado para llenar el cilindro (5). Al

final de la carrera de descenso, cuando la presión en el cilindro (5) sube, el "clapet" (6) se

cierra y la presión llega a su valor máximo "pi" determinado por el tarado de la válvula de

descarga (2).

Para obtener la carrera de retorno, y por tanto la subida del pistón (5), el operador pone la

válvula de mando manual (10) en posición 1. El aceite suministrado por la bomba (1) pasa a

través de los orificios (P) y (A) de la válvula (10) y fluye al depósito a través de la válvula de

"bypass" (7), que es accionada por la presión existente encima del pistón (5), y permanece

abierta el tiempo en que esta presión es superior a su presión de tarado "P2".

La descompresión del aceite situado encima del pistón (5) se efectúa a través del

estrangulador (9), de muy pequeña abertura, lo cual permite una descompresión progresiva. El

aceite que atraviesa el estrangulador penetra en el depósito a través de los orificios (B) y (R)

de la válvula (10) mantenida por el operador en su posición 1. La presión en el cilindro baja

progresivamente.

En cuanto la presión de encima del pistón (5) cae por debajo del valor "P2" de tarado de la

válvula de "bypass" (7), esta última se cierra y el aceite que viene de la bomba pasa a través

del "clapet" antíretorno (3) hacia el lado del vástago del pistón. La presión sube y acciona el

"clapet" del pilotado (6), que se abre para dejar pasar el aceite del lado opuesto al del vástago

del pistón hacia el depósito. El pistón (5) efectúa su carrera de ascenso.

Condiciones para descompresión

El criterio generalmente admitido para implantar un circuito de descompresión es el siguiente:

Si

.17500 160

Es aconsejable la descompresión.


219

Donde:

P = presión en kg/cm2 en el cilindro

V = volumen en cm3 del aceite comprimido.

Multiplicación de presión

Cuando a lo largo del desarrollo de un ciclo de trabajo en una instalación hidráulica se

necesita en un momento dado un caudal relativamente pequeño con una presión relativamente

alta, se recurre a la multiplicación de presión. Con lo que evita el empleo de bombas y

válvulas de alta presión.

La multiplicación de presión se realiza con la ayuda de órganos hidromecánicos llamados

multiplicadores de presión.

De una forma general, los multiplicadores de presión pueden dividirse en dos grupos:

1.- Los multiplicadores discontinuos o de carrera única.

2.- Los multiplicadores continuos alternativos o rotativos.

220

ESQUEMA N° 31. MULTIPLICADORES DISCONTINUOS O DE ÚNICA CARRERA

El movimiento del pistón de la prensa - carrera rápida seguida de movimiento lento con

esfuerzo permite aprovecharlo para resolver el problema de las transformaciones de presión

de la siguiente manera:

Figura 216 Multiplicadores discontinuos o de única carrera

221

El caudal suministrado por la bomba pasa al cilindro mayor a través de la tubería 1 y a través

de la válvula de retención RV al cilindro pequeño. El pistón relativamente pequeño K1 de la

prensa se mueve rápidamente hacia arriba. Al crecer la resistencia en este pistón se mueve

también hacia arriba el pistón transformador de la presión K2. Con ello se establece una

transformación de presión de acuerdo con la relación de superficies de los pistones, siendo

pues la presión en el cilindro de la presa

.

Y la fuerza de la prensa Ke

4 . ..

Para asegurar un correcto escalonamiento de los movimientos de los pistones interesa que el

pistón K2 sea movido antes de iniciar su propio movimiento hidráulico, por ejemplo, mediante

la instalación de un muelle de pretensado. También puede preverse una pequeña presión en la

tubería 2 que permita efectuar el retroceso de ambos pistones. En este caso deberá utilizarse la

tubería 1 para el vaciado. Poco antes del fin de la carrera se abre la válvula de retención RV

mediante el punzón St, con lo cual puede vaciarse también el espacio situado bajo el pistón

K1, lo que permite descender. Mediante este sistema de transformación de presiones pueden

conseguirse con las presiones normales de trabajo importantes esfuerzos de prensado. Las

relaciones entre las presiones llegan a alcanzar sin dificultad 6:1 a 10:1.


222

ESQUEMA Nº 32. MULTIPLICADOR CONTINUO ALTERNATIVO

Figura 217 Multiplicador continuo alternativo

En la figura adjunta se presenta la estructura del órgano hidromecánico.

Esencialmente está formado por: el distribuidor 4/2 - SS, de mando mecánico, el

multiplicador propiamente dicho, los antirretornos tarados RV2 - RV3 - RV4 - RV5 y el


223

antíretorno con mando externo RV1.

El funcionamiento es el siguiente:

En la posición del distribuidor representada en la figura, el aceite pasa a través de los

antirretornos y el pistón sale con velocidad. Cuando en el cilindro el aceite adquiere

determinada presión se cierran los antirretornos y entra en funciones el multiplicador por

medio del distribuidor SS. Inicia el multiplicador su movimiento hacia la derecha con lo que

provoca dos efectos. Por un lado manda fluido con presión ampliada a través del RV5 y por

otro aspira a través de RV2. En este momento están cerrados RV3 y RV4.

Cuando el pistón del multiplicador llega a su final de carrera, mecánicamente, invierte la

posición del distribuidor SS, con lo que se inicia el movimiento hacia la izquierda del pistón

del multiplicador con lo que: envía presión multiplicada por RV4 y aspira por RV3, RV5 y

RV2 cerrados. Hasta llegar a su final de carrera, momento en el cual invierte SS. Y así

continúa el proceso hasta finalizar la multiplicación.

Cuando se invierte el distribuidor principal para provocar el retroceso del pistón, el ramal B-B

adquiere presión con lo que abriendo la válvula RV1, permite el retorno del aceite de la línea

A-A al depósito. En esta posición no puede llegar aceite al distribuidor SS solidario del mul-

tiplicador.

224

Bibliografía

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especial, 1984.

Festo, Catalogo productos Festo 2006, Festo Didactic & Co. KG, Alemania 2006.

Festo, FluidSIMp 3.6, Software didáctico Neumática.

Festo, FluidSIMh 3.6, Software didáctico Hidráulica.

H. Exner y otros, Manual Rexroth, Fundamentos y componentes de la oleohidráulica,

Editor Mannemann Rexroth GmbH Alemania, 2004.

Varios, Equipos Industriales, Guía práctica para reparación y mantenimiento, Tomo 1.

McGRAW-HILL, México, primera edición 1987.

Varios, Equipos Industriales, Guía práctica para reparación y mantenimiento, Tomo 2.

McGRAW-HILL, México, primera edición 1987.

Varios, Manual de Mecánica Industrial Neumática e Hidráulica, Editorial Cultural, S.A.

Madrid, 1999.

Documents

Texto de Oleohidraulica