OLEOHIDRAULICA BASICA

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OLEOHIDRAULICA

BASICA

Preparado por : Ing.MBA. Víctor Bernales

Vera

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Qué es tecnología óleo

hidráulica?

 En

la

tecnología

oleo

hidráulica

transmitimos y controlamos fuerzas y

velocidades transmitiendo y controlando

presión y caudal. Usamos actuadores

hidráulicos y técnicas de control en casi

todas las ramas de la tecnología.

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Qué es tecnología óleo

hidráulica?

 Unos pocos ejemplos son:

 ingeniería mecánica  tecnología automotriz

 tecnología agricola

 movimiento de tierras y minería

 tecnología de construcción naval

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Qué es tecnología óleo

hidráulica?

 Los principios de la tecnología hidráulica no son

nuevos. En el siglo XVIII en Londres fue

construida una prensa hidráulica y la Torre

Eiffel fue ajustada por gatas hidráulicas de agua. Cerca de 200 años AC los griegos ya usaban

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Ley de Pascal

 La Ley de Pascal, enunciada sencillamente,

dice: la presión aplicada a un fluido

confinado se transmite íntegramente en todas

las direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre

áreas iguales, actuando estas fuerzas

normalmente en las paredes del recipiente,

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Ley de Pascal

 Esto explica por que una botella llena de agua se rompe si. introducimos un tapón en la cámara ya completamente llena El liquido es prácticamente incomprensible y transmite la fuerza aplicada al tap6n a todo el recipiente.

 El resultado es una fuerza considerablemente mayor sobre un área superior a la del tapón. Así, es posible romper el fondo de la botella empujando el tapón con una fuerza moderada.

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Ley de Pascal

 Los sistemas oleohidráulicos operan de acuerdo a la ley de Pascal. La ley de Blaise Pascal dice: 'La presión, en un fluido hidráulico estático en un

sistema cerrado, es la misma en todos los puntos'. Sin embargo, cuando la velocidad del flujo es

constante, también se puede aplicar la ley de Pascal.

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Qué es tecnología óleo

hidráulica?

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Ley de Pascal

 _{Cuando el hombre salta sobre el pistón pequeño, induce una}

presión en el sistema. Esta presión también actúa en el pistón grande; debido al área mayor de este pistón, la fuerza

inducida por la presión es capaz de elevar el automóvil. La presión puede ser calculada con la fórmula:

donde: P= F/A

 _{p = presión = (pascal: Pa)}  _{F = fuerza (newton: N)}

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Aplicación de la Ley de Pascal

por Bramah

 En los primeros años de la revolución industrial, un mecánico británico llamado Joseph Bramah utilizó el descubrimiento de Pascal para desarrollar una prensa hidráulica.

 Bramah pensó que si una pequeña fuerza, actuando sobre un área pequeña, crea una fuerza proporcionalmente mas grande sobre un área mayor, el único limite a la fuerza que puede ejercer una máquina es el área a la cual se aplica la presión.

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Aplicación de la Ley de Pascal

por Bramah

 La figura 1 muestra cómo Bramah aplicación el principio de Pascal a la prensa hidráulica. La fuerza aplicada es la misma que en el tapón y el pequeño pistón tiene el área de 1 cm2. El pistón grande, sin embargo tiene un área de 10 cm2. El pistón grande es empujado con 10 Kp de fuerza por cm 2 de forma que puede soportar un peso total o fuerza de lOOK

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Aplicación de la Ley de Pascal

por Bramah

 Puede verse fácilmente que las fuerzas o pesos que equilibran este aparato son proporcionales a las

áreas de los pistones. Así pues, si el área del pistón de salida es de 200 cm2, la fuerza de salida será de 2000 Kp (suponiendo el mismo empuje de 10 Kp sobre cada cm2). Este es el principio del

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Aplicación de la Ley de Pascal

por Bramah

 Es interesante notar la similitud entre esta

prensa simple y una palanca mecánica.

Como Pascal ya habla indicado, en este caso,

también la fuerza es a la fuerza como la

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Definición de presión

 Para determinar la fuerza total ejercida sobre una superficie es necesario conocer la presión o fuerza sobre la unidad de área .

 Generalmente expresamos esta presion en Kp por cm2. Conociendo la presión y el número. de cm2 de la superficie sobre la cual se ejerce, se puede

determinar fácilmente la fuerza total.(fuerza en Kp = presi6n en Kp/cm2 x superficie en cm2)

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Conversión de energía

Una ley fundamental de la física

afirma que la energía no puede

crearse ni destruirse

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Conversión de energía

 _{Diagrama de un sistema} hidráulico bomba-motor simple 1 Depósito de aceite, 2 bomba hidráulica, 3 manómetro, 4 motor hidráulico(capaz de girar en ambos sentidos)

 _{De hecho todos los sistemas}

hidráulicos pueden ser reducidos a un sistema

bomba-motor simple como el mostrado en el diagrama.

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Conversión de energía

 La bomba hidráulica es

impulsada por un motor eléctrico ó un motor de combustión. La bomba hidráulica(2) succiona el aceite desde el depósito(1) y lo bombea a través de las líneas de tubería y

mangueras hacia el motor hidráulico(4). El motor hidráulico por ejemplo acciona un winche.

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Conversión de energía

 Así la bomba convierte la

energía mecánica en energía hidráulica

(presión y caudal) y el

motor hidráulico convierte energía hidráulica en

energía mecánica de

nuevo!. El aceite fluye al depósito desde el lado de descarga del motor

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Conversión de energía

 La presión en la línea de retorno es casi cero! La presión necesaria para mover el motor hidráulico se puede leer en el manómetro(3) , y está determinada por la resistencia en el sistema. La resistencia más importante es la carga a ser movida por el motor hidráulico(4). Las líneas y mangueras influyen también en el nivel de la presión.

 La velocidad del motor hidráulico está determinada por sus dimensiones (desplazamiento) y por el caudal que es bombeado hacia él

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Definición de oleohidráulica

 Es un medio de transmitir energía empujando

un liquido confinado. El componente de entrada se llama bomba; el de salida se denomina actuador.

 El actuador puede ser lineal (cilindro), o rotativo

(motor). Características especiales que destacan a la Hidráulica . Muchas razones hacen que la elección recaiga en un control y propulsión hidráulicos.

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Definición de oleohidráulica

 - 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.

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Definición de oleohidráulica

 Util

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).

(23)

Como se crea la presión

 La presión se origina siempre que se

produce una resistencia a la circulación de

un liquido, o una fuerza que trata de

impulsar el liquido. La tendencia a

suministrar caudal (o empuje) puede

originarse mediante una bomba mecánica

o simplemente por el peso del fluido

(24)

Como se crea la presión

 Es un hecho bien conocido que en una

columna de agua la presión aumenta con la

profundidad. La presión es siempre la misma

a una profundidad determinada, debido al

peso de la columna de agua sobre ella.

(25)

Como se crea la presión

 En la época de Pascal, un científico italiano llamado Torricellí demostró que si se hace un agujero en el fondo de un tanque de agua, el agua se escapa a la máxima velocidad cuando el tanque está lleno y que el caudal disminuye a medida que baja el nivel de agua. En otras palabras a medida que disminuye la columna de agua sobre la abertura también se reduce la presión.

(26)

Como se crea la presión

 Torricellí pudo expresar la presión en el fondo del tanque solamente coma "carga de agua" o sea la altura en metros de la columna de agua. Hoy en día, con el valor de Kp/cm2 como unidad de presión, podemos expresar la presi6n en. cualquier punto de un líquido o de un gas en términos más convenientes. Todo lo que se necesita es conocer el peso de un metro cúbico del fluido.

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Como se crea la presión

 Una columna de un metro de agua es

equivalente a 0,1 Kp; una columna de agua

de 5 metros equivale a O,5 Kp/cm2, y así

sucesivamente. Una columna de aceite de la

misma

altura

es

equivalente

aproximadamente, a 0,09 Kp/cm2. por

metro.

(28)

Como se crea la presión

 En muchos lugares se utiliza el término "carga" para describir la presión, sin tener en cuenta cómo ha sido creada. Por ejemplo, se dice que una caldera crea una carga de vapor cuando la presión se origina vaporizando agua en un recipiente cerrado . Los términos presión y carga se utilizan, a veces, indistintamente.

(29)

Presión atmosférica

 La presión atmosférica no es otra cosa que la

presión ejercida por el aire de nuestra

atmósfera, debida a su propio peso. Al nivel

del mar, una columna de aire de 1 cm2 de

sección, y cuya altura es la atmosférica pesa

1,03 Kp.

(30)

Presión atmosférica

 Así pues, la presión es 1,03 Kp/cm2. A

alturas más elevadas, naturalmente la

columna pesa menos y la presión es inferior.

Bajo el nivel del mar la presión atmosférica

es superiora 1 Kp/cm2 .

(31)

Presión atmosférica

 Cualquier condición donde la presión sea

inferior a la presión atmosférica se denomina

vacío o vacío parcial. Un vacío perfecto es la

ausencia total de presión o sea O Kp/cm2

absolutos.

 La presi6n atmosférica también puede

medirse en milímetros de mercurio (mm.Hg)

mediante un aparato llamado barómetro.

(32)

Presión atmosférica

 El barómetro de mercurio, inventado por Torricellí, se considera

generalmente como el punto de partida y la inspiración de los estudios de Pascal sobre la presión. Torricellí descubrió que cuando se invierte un tubo lleno de mercurio, sumergiendolo en un recipiente abierto que contenga el mismo liquido, la columna del tubo desciende sólo una cierta distancia. Su razonamiento fue que la presión atmosférica sobre la superficie del liquido equilibraba el peso de la columna de mercurio al existir un vacío perfecto en la parte superior del tubo.

(33)

Presión atmosférica

 En una atmósfera normal, la columna tendrá

siempre una altura de 760 mm. Así pues, 760

mm. de mercurio es otro equivalente de la

presión atmosférica.

(34)

Medida del vacío

 Como el vacío es una presión inferior a la

atmosférica puede medirse con las mismas unidades. Es decir, el vacío puede expresarse en Kp/cm2 o en mm de mercurio.

 La mayoría de los vacuómetros, sin embargo,

están calibrados en mm de mercurio. Un vacío perfecto, que equilibra una columna de mercurio de 760 mm de altura, es 760 mm. El vacío absoluto viene indicado con un cero en la escala del vacuómetro.

(35)

Medida del vacío

 Resumen de escalas de presión y vacío

 Puesto que hemos mencionado varias formas

de medir la presión y el vacío, seria

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Medida del vacío

 _{1- Una atmósfera es una unidad de presión}

equivalente a 1,03 Kp/cm2 ( el peso de una columna de aire de 1 cm2 de sección sobre la superficie de la tierra o 760 mm de una columna de mercurio).

 _{2- Los mm absolutos de mercurio son una escala}

que empieza en el vacío perfecto (cero). La presión atmosférica es 760 mm en esta escala.

 _{3- Los mm manométricos de mercurio se calibran}

en las mismas unidades que los mm absolutos pero sin tener en cuenta la presión atmosférica.

(37)

Medida del vacío

 4- Para pasar de mm absolutos a mm manométricos:  mm manométricos / 760 = mm absolutos

 mm absoluto -760 = mm manométricos

5-. La presión atmosférica en la graduaci6n del barómetro es 760mHg. Comparándolo a la escala absoluta de l<g/cm2 es evidente que:

 1 Kg/cm2 (abs) = 760 mm.Hg  1 Kg/cm2 (man)=1520 mm.Hg

 6- Una atmósfera es equivalente a la presión ejercida por

(38)

La presión atmosférica carga la

bomba

 Normalmente la entrada de una bomba está cargada con aceite, debido a la diferencia de presiones entre el depósito y la entrada de la bomba. Generalmente la presión en el depósito es la presión atmosférica, que es de l,03 Kp/cm2. Es, pues necesario tener un vacío parcial o una presión reducida a la entrada de la bomba, para que ésta pueda aspirar aceite.

(39)

La presión atmosférica carga la

bomba

 Situación típica de una bomba manual, que es

simplemente un pistón reciproco. En la carrera de aspiración, el pistón crea un vacío parcial en la cámara de bombeo . La presión atmosférica en el depósito impulsa al aceite hacia la cámara para llenar el vacío. (En un bomba rotativa las cámaras de bombeo sucesivas aumentan de tamaño a medida que pasan por la entrada creando, efectivamente, una condición de vacío).

(40)

La presión atmosférica carga la

bomba

 Si fuese posible crear un vacío completo a la

entrada de la bomba ,se dispondría de 1,03

Kp/cm2 para impulsar al aceite. Sin

embargo, prácticamente la diferencia de

presión disponible es mucho menor. Uno de

los motivos es que los líquidos se evaporan

en un vacío.

(41)

La presión atmosférica carga la

bomba

 Esto introduce burbujas de gas en el aceite.

Las burbujas son arrastradas a través de la

bomba, desaparecen con fuerza considerable

cuando se ven expuestas a la presión en la

salida y causan daños que pueden perjudicar

al funcionamiento de la bomba y reducir su

vida útil.

(42)

La presión atmosférica carga la

bomba

 Incluso si el aceite tiene buenas características de presión

de vapor (como la mayoría de los aceites hidráulicos) , una presión en la línea de entrada demasiado baja (alto vacío) permite que se evapore el aire disuelto en el aceite. Esta mezcla de aceite también desaparece al verse expuesta a la presión de la carga y provoca los mismos danos de cavitaci6n. Si la bomba funciona a velocidad demasiado elevada, aumenta la velocidad en la línea de entrada y también la condición de baja presión, lo que incrementa la posibilidad de cavitación.

(43)

La presión atmosférica carga la

bomba

 Si los racores de la línea de entrada no están

bien apretados, el aire exterior, a la presión

atmosférica, puede penetrar hacia la presión

más baja (zona de más baja presión de la

línea y puede llegar hasta la bomba. Esta

mezcla aire-aceite también es causa de

problemas y de ruido pero es diferente de la

cavitación.

(44)

La presión atmosférica carga la

bomba

 Cuando se ve expuesto a la presión en la

salida de la bomba, este aire adicional se

comprime, formando una especie de "cojín",

y no desaparece tan violentamente. No se

disuelve en el aceite pero penetra en el

sistema en forma de burbujas compresibles

que provocan un funcionamiento errático de

las válvulas y actuadores

(45)

La presión atmosférica carga la

bomba

 La mayoría de los fabricantes de bombas recomiendan

un vacío, que no exceda de 127 mm de mercurio, el equivalente de aproximadamente 0,83Kp/cm2 en la entrada de la bomba.

 Con una presión atmosférica de 1,03 Kg/cm2 disponible

en el depósito esto deja solamente una diferencia de presión de 0,20 Kp/cm2 para impulsar al aceite hacia la bomba. Debe evitarse una elevación excesiva y las líneas de entrada de la bomba deben permitir que el aceite circule con un mínimo de resistencia.

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Bombas hidraúlicas

 Su misión, es la de transformar la energía

mecánica suministrada por el motor de arrastre (eléctrico o de combustión Interna) en energía oleohidraúlica. Dicho de otra manera , una bomba debe suministrar un caudal de aceite a una determinada presión.

 Pese a lo elemental de los conceptos físicos, vale

la pena dar una versión intuitiva del trabajo de una bomba.

(47)

Bombas hidráulicas

 En primer lugar debemos fijarnos en que,

a diferencia del caso de los fluidos

compresibles, no podemos almacenar

aceite a presión ( a excepción de pequeñas

cantidades en el acumulador) ; sólo habrá

presión mientras actúe la bomba.

(48)

Bombas hidráulicas

 En segundo lugar, es fundamental ver que en

los circuitos con fluidos incompresibles, las

bomba no crean la presión por disminución

del volumen ocupado por la masa del fluido

-ya que esto no es posible- sino "empujando"

el fluido que llena unos conductos, o pasa a

través de unas restricciones.

(49)

Bombas hidráulicas

 Esto nos permite comprender como una

pequeña bomba puede a veces mantenerrnos

un circuito a muy alta presión, ya que su

única misión será la de compensar las fugas

y dar la presión a base de "intentar"

introducir más aceite.

(50)

Bombas hidráulicas

 Si un circuito no tuviera fugas, ni fuera

posible ninguna circulación de aceite, la

presión iría aumentando (en fracciones de

vuelta de la bomba) hasta frenar el motor de

arrastre o romper la bomba o las

conducciones. Es por esto que en cualquier

circuito hay que poner elementos de

protección contra sobrepresiones

(51)

Bombas hidráulicas



_{Es fácil ver que, con este mismo principio, hay}

tipos de trabajo cualitativamente distintos, que

exigirán bombas de diferentes características.



_{Podemos pues clasificar las bombas desde dos}

puntos de vista: el de su función o el de su

constitución interna.

(52)

Bombas hidráulicas

 En cuanto a su función, podemos considerar

dos posibilidades extremas de bombas: las

que dan un gran caudal a pequeña presión y

las que dan un pequeño caudal a alta presión.

(53)

Bombas hidráulicas

 La misión del primer tipo será evidentemente llenar rápidamente las conducciones y cavidades del circuito (como ocurre al hacer salir un cilindro que trabaje en vacío). Las del segundo tipo servirán para hacer subir y mantener la presión en el circuito. Claro que en la mayoría de los casos no se van a usar dos bombas y hay que buscar un compromiso entre estos extremos.

(54)

Bombas hidráulicas

 Otras consideraciones llevan a la

necesidad de construir bombas que

tengan características determinadas.

 Así, para obtener una velocidad

constante en un cilindro, nos hará falta

una bomba de caudal constante.

(55)

Bombas hidráulicas

 Si queremos después mantener el cilindro en

posición - para lo que nos basta compensar las fugas - no necesitaremos todo el caudal, por lo que nos puede interesar una bomba capaz de trabajar a dos caudales constantes: uno alto y otro bajo.

 Otro tipo de problemas exigirá bombas de caudal

regulable en uno o en dos sentidos, bombas de potencia constante, etc.

(56)

Bombas hidráulicas

 Las bombas se fabrican en muchos tamaños

y formas - mecánicas y manuales - con

muchos mecanismos diferentes de bombeo y

para aplicaciones muy distintas. No obstante,

todas las bombas se clasifican en dos

categorías

básicas

:hidrodinámicas

e

hidrostáticas.

(57)

Bombas hidrodinámicas

 Las

bombas

hidrodinámicas

o

de

desplazamiento no positivo tales como los

tipos centrífugos o de turbina, se usan

principalmente para transferir .fluidos donde

la .única resistencia que se encuentra es la

creada por el peso del mismo fluido y el

rozamiento

(58)

Bombas hidrodinámicas

 La mayoría de las bomba de desplazamiento no

positivo funcionan mediante la fuerza centrifuga, según la cual el fluido, al entrar por el centro del cuerpo de la bomba, es expulsado hacia el exterior por medio de un impulsor que gira rápidamente.

 No existe ninguna separación entre los orificios

de entrada y de salida, y su capacidad de presión depende de la velocidad de rotación.

(59)

Bombas hidrodinámicas

 Aunque estas bombas suministran un caudal uniforme y continuo, su desplazamiento disminuye cuando aumenta la resistencia. Es, de hecho posible bloquear completamente el orificio de salida en pleno funcionamiento de la bomba.

 Por ésta y otras razones las bombas de desplazamiento no positivo se utilizan muy pocas veces en los sistemas hidráulicos modernos.

(60)

Bombas hidrostáticas

 Como indica su nombre, las bombas

hidrostáticas o de desplazamiento positivo

suministran una cantidad determinada de

fluido en cada carrera, revolución o ciclo. Su

desplazamiento, exceptuando las pérdidas

por fugas, es independiente de la presión de

salida, lo que las hace muy adecuadas para la

transmisión de potencia

(61)

Características y

especificaciones técnicas

 Al pedir oferta o al hacer el pedido en firme de

la bomba, se ahorrará tiempo si se indican las siguientes características técnicas:

 - Presión de funcionamiento en Kp/cm2 continua

- momentánea. Si existen cargas punta de presión momentánea indique la duración de las mismas (en min).

(62)

Características y

especificaciones técnicas

 Número de revoluciones y dirección; la

dirección de giro se indica según el sentido

de las agujas de un reloj visto desde el eje

de la bomba. En bombas fijas, en circuito

cerrado,

pueden

existir

las

dos

(63)

Características y

especificaciones técnicas

 El tipo de motor de accionamiento. Esto es

muy importante, sobre todo cuando se utiliza

un

motor

de

combustión

para

el

accionamiento de bombas de pistones. A

bordo de barcos se utilizan a menudo

bombas accionadas por motores diesel, en

cuyo caso es necesario calcular las

vibraciones torsionales.

(64)

Características y

especificaciones técnicas

 Indicación del líquido de

accionamiento.

 Condiciones de funcionamiento,

continuo o de corta duración,

instalación interior o exterior.

 - Condiciones de temperatura.

 Rendimiento volumétrico

(65)

Características y

especificaciones técnicas

 En teoría una bomba suministra una

cantidad de fluido igual a su desplazamiento

por ciclo o revolución.

 En realidad el desplazamiento efectivo es

menor, debido a las fugas internas.

 A medida que aumenta la presión, las fugas

desde la salida de la bomba hacia la entrada

o al drenaje también aumentan y el

rendimiento volumétrico disminuye.

(66)

Características y

especificaciones técnicas

 El rendimiento volumétrico es igual al caudal real de la bomba dividido por el caudal teórico. Se

expresa en forma de porcentaje.

Caudal real  Rendimiento volumétrico =

(67)

Las bombas de desplazamiento

positivo

 La mayoría de las bombas utilizadas en los

sistemas hidráulicos se clasifican como de

desplazamiento positivo.

 Esto significa que, exceptuando los cambios

de rendimiento, la salida de la bomba es

constante, aislada de la entrada, de forma que

cualquier cosa que entre se ve forzada a salir

por el orificio de salida.

(68)

Las bombas de desplazamiento

positivo

 El único objeto de una bomba es dar caudal; la

presión es originada por la resistencia al caudal. Aunque existe la tendencia de culpar a la bomba por la pérdida de presión, con pocas excepciones, la presión puede perderse solamente cuando hay fugas que desvían todo el caudal procedente de la bomba. Como ejemplo supongamos que una bomba de 10 litros por minuto se utiliza para alimentar un cilindro de 100 cm2 y para levantar una carga de 4000 Kp

(69)

Las bombas de desplazamiento

positivo

 Mientras la carga sea elevada o soportada por el

aceite hidráulico, la presión debe ser 40 Kp/cm2.

 Incluso si hay un agujero en el pistón y 9,5 1/mm

se fugan a 40 Kp/cm2, la presión se seguirá manteniendo. Con solamente 0,5 1/mm disponibles para mover la carga, ésta, naturalmente, se levantará muy despacio , pero la presión requerida para moverla seguirá siendo la misma.

(70)

Las bombas de desplazamiento

positivo

 Ahora imaginemos que la fuga de 9,5 1/mm estuviese en

la bomba en vez de en el cilindro. Todavía habría 0,5 1/mm para mover la carga y todavía habría presión. Así pues, una bomba puede estar muy desgastada, perdiendo casi todo su rendimiento, y la presión todavía puede mantenerse. El mantenimiento de la presión no indica el estado de la bomba.

 Es necesario medir el caudal a una presión determinada

para comprobar si una bomba está en buenas o malas condiciones.

(71)

La bomba de engranajes

 Para sistemas simples con un nivel de presión relativamente bajo (140 -180 bar / 14-18 MPa) la bomba de engranajes es la más usada. La bomba de engranajes es una bomba muy simple, fiable, económica y poco sensible a la suciedad. La bomba, en el dibujo, es movida en la dirección indicada.

(72)

La bomba de engranajes

 Mientras los engranajes

giran y los dientes en el lado de succión se acercan al punto de engrane de las ruedas, se crea un vacío y el aceite fluye hacia el

espacio entre los

flancos de los dientes y la pared de la carcasa.

(73)

La bomba de engranajes

 El aceite en las

cámaras es transportado hacia el lado de presión de la bomba. Allí los dientes engranan y el aceite es forzado a salir desde el espacio entre dientes hacia el puerto de descarga de la bomba.

(74)

La bomba de engranajes

 _{El engrane entre dientes}

evita que el aceite fluya del lado de presión al lado de succión de la bomba. Así el aceite es llevado del lado de succión al lado de presión a lo largo de la pared del alojamiento de los engranajes!

(75)

La bomba de engranajes

 La presión en el lado de presión está determinada por la resistencia en el sistema. La resistencia más importante es la carga sobre el motor hidráulico ó sobre el cilindro. Para prevenir la cavitación, la presión en el lado de succión de la bomba no deberá exceder los 0.1 - 0.2 bar

(76)

La bomba de engranajes con tres

ruedas

 _{El esquema muestra una}

bomba de engranajes con tres ruedas. La rueda central es impulsada por medio del eje de la bomba. Comparando ésta bomba con la bomba de engranajes de dos ruedas, la descarga de esta(de 3 ruedas) es dos veces mayor. Los dos puertos de succión y los de presión están conectados internamente. El funcionamiento de esta bomba es igual al de la . 'bomba de engranajes'

(77)

La bomba de pistones axiales

 La bomba de pistones

axiales con plato inclinado giratorio

En sistemas hidráulicos con una presión de trabajo por encima de aproximadamente 250 bar la bomba más usada es la bomba de pistones axiales.

(78)

La bomba de pistones axiales

 Los pistones se mueven paralelos al eje motriz. El plato inclinado es movido por el eje y el ángulo del plato determina la carrera del pistón. Las válvulas son necesarias para dirigir el flujo en la dirección correcta. Este tipo de bomba puede trabajar en ambas direcciones pero no puede ser usada como motor hidráulico.

(79)

La bomba de pistones axiales de

desplazamiento variable

 _{La bomba de pistones axiales}

de desplazamiento variable La animación muestra como se puede variar el desplazamiento de una bomba de pistones axiales. En este ejemplo usamos una bomba de pistones axiales con un tambor de cilindros giratorio y un plato basculante estático. El tambor de cilindros es impulsado por un eje guiado a través de un agujero en el plato basculante

(80)

La bomba de pistones axiales de

desplazamiento variable

 La posición (ángulo) del

plato basculante< determina la carrera de los pistones y por lo tanto la cilindrada (cm3/omw) de la bomba. El caudal entregado puede ser cambiado variando la posición del plato. Mientras más vertical sea la posición del plato, menor será la cantidad de caudal entregado.

(81)

La bomba de pistones axiales de

desplazamiento variable

 Con la posición vertical

del plato el caudal será cero. En tal caso la bomba puede ser movida pero no entregará nada de aceite. Normalmente el plato es posicionado por un cilindro hidráulico montado dentro de la carcasa de la bomba.

(82)

La bomba de paletas

 Las bombas de paletas son

usadas en instalaciones con una presión máxima de 200 bar (aprox.). La ventaja de las bombas de paletas es un caudal uniforme (libre de pulsos) y un bajo nivel de ruido. El eje del rotor con las paletas radiales es movido por un motor de combustión ó uno de otro tipo.

(83)

La bomba de paletas

 El anillo estator es de

forma circular y

excéntrico con respecto al rotor. Esta excentricidad determina el

desplazamiento (caudal). Cuando la excentricidad sea cero, el caudal será de 0 cm3; a partir de ese

momento no se entregará aceite al sistema.

(84)

La bomba de paletas

 Succión y entrega: Las

cámaras entre las paletas

giran junto con el rotor. En el lado de succión el volumen de la cámara aumenta y se llena de aceite desde la línea de

succión. En el lado de presión el volumen de la cámara

disminuye y el aceite es empujado hacia la línea de presión.

(85)

La bomba de paletas

 _{La presión en el lado de presión}

esta determinada por la resistencia en el sistema. La

resistencia más importante es la carga sobre un motor

hidráulico ó un cilindro. Para prevenir la cavitación, la

presión en el lado de succión no deberá exceder los 0.1 - 0.2 bar ( 10 a 20 kPa) por debajo de la presión atmosférica (presión mínima absoluta: 0.8 bar ó 80 kPa).

(86)

La bomba de paletas de caudal

variable

 En muchas instalaciones

industriales con una presión máxima de

aproximadamente 200 bar, las bombas de

paletas son las más usadas. Es posible

encontrar bombas de este tipo, con caudal variable.

(87)

La bomba de paletas de caudal

variable

 El eje del rotor con las

paletas radiales es

impulsado por un motor de combustión ó uno de otro tipo. El anillo estator es de forma circular y

ubicado excéntricamente. La excentricidad

determina el caudal

(88)

La bomba de pistones axiales de

tambor rotativo

 La bomba de pistones axiales de

tambor rotativo.

Esta bomba de pistones axiales consiste en un plato inclinado fijo (verde) y un tambor rotativo

(celeste). La ventaja de esta construcción es que la bomba puede operar sin válvulas, debido a que el tambor rotativo tiene zonas de succión y de presión determinadas

(89)

La bomba de pistones axiales de

tambor rotativo

 _{Esta animación muestra el} comportamiento de un pistón solamente; estas bombas

normalmente tienen 5, 7, 9 u 11 pistones.

El tambor rotativo cambia al lado derecho sobre el así

llamado plato

puerto(amarillo). Este plato puerto está montado y

(90)

La bomba de pistones axiales de

tambor rotativo

 La vista A-A muestra el plato puerto. Cuando el ángulo del plato inclinado es ajustable, la bomba tiene un caudal

variable y en ese caso la bomba tiene a menudo un

control de presión ó de caudal, ó una combinación de

ambos('Sensado de la carga' y 'corte' de presión).

La bomba en la animación también puede ser usada como motor hidráulico.

(91)

El motor de engranajes

 Para sistemas simples

con un nivel relativamente bajo de presión (de 140 a 180 bar / 14 - 18 MPa), el motor de engranajes es el más usado entre los motores hidráulicos.

(92)

El motor de engranajes

 El motor de engranajes es un

motor muy simple, fiable, relativamente barato y el

menos sensible a la suciedad. En la animación se puede ver que el sentido de rotación está determinado por la

dirección del flujo de aceite. La presión en el lado de

presión depende de la

carga(torque) en el eje del motor hidráulico.

(93)

El motor de pistones radiales

tipo estrella

 Los motores de pistones

radiales son principalmente usados cuando se requieren altos torques a bajas

velocidades, por ejemplo para accionar un winche. Debido a la baja velocidad de funcionamiento, muchas veces no es necesario usar una caja de reducción. La animación muestra la forma de trabajar de este motor.

(94)

El motor de pistones radiales

tipo estrella

 Los vástagos de los cinco

pistones montados

radialmente 'empujan' la parte excéntrica del eje central. Una válvula distribuidora rotativa, movida por el eje central, se encarga del suministro adecuado de aceite

(95)

El motor de pistones radiales

tipo estrella

 Al invertir la dirección

del suministro de aceite hacia el motor, es posible invertir el sentido de giro de este. Otro tipo de

motor de pistones radiales es aquel con

(96)

El motor de pistones radiales

internos

 Igual que el

motor de pistones radiales 'tipo estrella' , el motor de pistones radiales

internos se usa en sistemas que requieren torques altos. Para este tipo de motores hay disponibles motores con un desplazamiento de 300 litros/revolución y un torque de salida de más de 1 400 000 Nm! Por ejemplo, son usados para mover winches, trituradoras,

(97)

El motor de pistones radiales

internos

 La animación muestra

cómo opera este motor hidráulico. El tambor con los ocho pistones montados radialmente, gira alrededor de un eje estacionario que tiene la función de una

(98)

El motor de pistones radiales

internos

 Un pistón es empujado

hacia afuera en el momento justo y el rodillo unido al pistón

debe seguir la trayectoria curva y fija del anillo.

Esto resulta en una

rotación del tambor; el tambor está conectado al eje de salida del motor y mueve la carga.

(99)

El motor de pistones radiales

internos

 _{Se puede cambiar el}

sentido de rotación del motor cambiando la dirección del

suministro de aceite a este. El motor de

pistones radiales como un motor de rueda

(100)

El motor de pistones radiales

internos

 _{Se puede cambiar el}

sentido de rotación del motor cambiando la dirección del

suministro de aceite a este. El motor de

pistones radiales como un motor de rueda

(101)

El motor de pistones radiales

internos

 Este motor de pistones radiales tiene un tambor estático y un alojamiento giratorio.

Trabaja igual que un motor de pistones radiales de tambor rotatorio El alojamiento giratorio esta

unido a una rueda, así que de hecho esta construcción

representa una rueda con un motor hidráulico integrado. La animación muestra cómo opera este motor. El tambor con los ocho pistones radiales está fijo; el

alojamiento y la válvula central de camisa giran.

(102)

El motor de pistones radiales

internos

 La válvula central de

camisa se encarga de la distribución del aceite. El pistón es empujado hacia afuera en el momento

justo y el rodillo unido a este empuja al

alojamiento a un lado debido a la trayectoria curva del anillo.

(103)

El motor de pistones radiales

internos

 Esto resulta en la

rotación del

alojamiento junto con la rueda. La inversión del sentido de rotación se obtiene cambiando la dirección de suministro de aceite al motor.

(104)

El motor OSCILANTE

 El motor oscilante se aplica cuando el eje tiene que girar un ángulo determinado. La animación muestra como trabaja este

actuador; en este caso el eje puede girar

aproximadamente un ángulo de 270º.

(105)

El motor OSCILANTE

 Este tipo de

actuador es, entre

otros, usado como

un actuador rotativo

en grúas y

excavadoras(pequeñ

as).

(106)

Drenaje en un motor ó bomba

hidráulicos

 Drenaje en un motor ó bomba

hidráulicos. En motores o bombas hidráulicos siempre hay fugas de aceite desde el lado de presión hacia el

alojamiento. Si este aceite no es retirado, se creará una contrapresión dentro del

alojamiento, provocando que el sello del eje sea empujado hacia afuera del mismo!

(107)

Drenaje en un motor ó bomba

hidráulicos

 Por lo tanto no se deberá

exceder la máxima presión recomendada dentro del alojamiento (también 2 bar ó 0.2

MPa). Para prevenir éste problema, las bombas y los motores hidráulicos generalmente están

equipados con un puerto de drenaje.

(108)

Drenaje en un motor ó bomba

hidráulicos

 _{Este puerto debe ser}

conectado directamente al depósito de aceite y la

bomba/motor deben ser

montados de tal forma que el puerto quede hacia arriba. Esto para asegurar que el

alojamiento esté siempre lleno de aceite para propósitos de lubricación y refrigeración. Si la línea de drenaje tiene una capacidad insuficiente, la presión se incrementará y el sello del eje, como se puede ver en la animación, será empujado hacia afuera del alojamiento

(109)

La válvula limitadora de presión

 La válvula limitadora de

presión esta montada en el lado de presión de la bomba hidráulica. Su función es

limitar la presión en el sistema a un valor adecuado. De hecho la válvula limitadora de

presión tiene la misma

construcción que una válvula antirretorno de muelle

(110)

La válvula limitadora de presión

 Cuando el sistema se sobrecarga la válvula limitadora de presión se abre y el flujo de la bomba se descarga directamente al depósito de aceite. La presión en el sistema permanece en el valor determinado por el resorte de la válvula

(111)

La válvula limitadora de presión

 En la válvula

limitadora de presión, la presión (=energía) se convertirá en calor. Por esta razón se

deberán evitar largos periodos de operación de esta válvula.

(112)

La válvula limitadora de presión

de mando indirecto

 _La_{válvula limitadora de}

presión de mando

indirecto es aplicada en sistemas con una

cantidad considerable de flujo. Su tarea es limitar la presión en el sistema a un valor aceptable.

(113)

La válvula limitadora de presión

de mando indirecto



Descripción: La válvula piloto esta ajustada a 150 bar. La presión debajo de la válvula principal es

igual a la presión arriba de esta, por ejemplo 100 bar (determinada por la carga sobre el motor

(114)

La válvula limitadora de presión

de mando indirecto



El resorte de la válvula principal (de 1 a 5 bar) mantiene la válvula en la posición cerrada. Siempre y cuando la presión en el sistema no alcance la

presión máxima

(determinada por la

válvula piloto), el flujo de la bomba va al motor

(115)

La válvula limitadora de presión

de mando indirecto

 _{Cuando el motor hidráulico es}

sobrecargado, la presión crece y abre la válvula piloto. A

partir de ese momento la presión arriba de la válvula principal estará limitada a 150 bar. Sin embargo, no todo el flujo de la bomba puede ser drenado a través del pequeño estrangulamiento del canal de by-pass

(116)

La válvula limitadora de presión

de mando indirecto

 _{así que la presión debajo de la}

válvula principal seguirá

incrementándose en el valor de la presión debida al resorte (la presión debajo de la válvula principal será 151...155 bar). Entonces la válvula principal se abrirá y la mayor parte del flujo entregado por la bomba será drenado a través de dicha válvula.

(117)

La válvula limitadora de presión

de mando indirecto

 _La

válvula limitadora de presión de mando indirecto

también puede ser usada

como una válvula de descarga. Normalmente la válvula

direccional 2/2 esta activada y la presión de apertura de la válvula principal está

determinada por la válvula piloto.

(118)

La válvula limitadora de presión

de mando indirecto

 _{Si la válvula direccional} 2/2 NO está activada, la presión en el lado superior de la válvula principal será cero. La presión en el lado inferior de la válvula principal

abrirá la válvula principal

(119)

La válvula limitadora de presión

de mando indirecto

 _{la presión necesaria para ello}

será de 3 bar

aproximadamente (casi cero). De ese momento en adelante la mayor parte del caudal de la bomba será

drenado al depósito de aceite por la válvula principal.

(120)

La válvula direccional

 _{Con una válvula direccional}

se determina la dirección del flujo y por lo tanto la dirección de operación de un motor hidráulico ó

cilindro. En la animación usamos la así llamada

válvula direccional 4/3; el 4/3 viene de: 4 conexiones y 3 posiciones.

(121)

La válvula direccional

 _{La carcasa, normalmente}

hecha de fierro fundido, con 4 líneas de conexión contiene una corredera de acero. Esta corredera, centrada por

resortes(muelles), puede alternar su posición

(122)

La válvula direccional

 _{En la posición mostrada,}

la posición media, el

puerto P está cerrado así que el flujo de la bomba debe fluir al depósito a través de la válvula

limitadora de presión. Esto genera mucho calor y debe ser evitado si es posible.

(123)

La válvula direccional

 _{Los puertos}_{A y B}_están

cerrados también, así en este caso el cilindro

estará enclavado hidráulicamente en su posición. Cambiando la posición de la corredera hacia la izquierda el cilindro realizará su carrera de extensión.

(124)

La válvula direccional

 _{Entonces el aceite fluye}

desde al puerto P al A

hacia la cámara del pistón, y el aceite de la cámara del vástago del cilindro fluye por el

puerto B hacia el puerto T de vuelta al depósito.

(125)

La válvula estranguladora

 _{Para controlar la}

velocidad de un motor hidráulico ó un cilindro, se debe controlar el flujo de aceite. En este ejemplo el flujo hacia el cilindro es controlado por una

válvula estranguladora simple.

(126)

La válvula estranguladora

 _{. La presión detrás de la}

válvula estranguladora

está determinada por la carga sobre el cilindro y en este caso es 80 bar. La

válvula estranguladora

esta ajustada para un flujo de 8 l/min.

(127)

La válvula estranguladora

 _{La bomba hidráulica}

entrega 12 l/min así que una parte del

flujo bombeado fluye a través de la válvula limitadora de presión de vuelta al depósito.

(128)

La válvula estranguladora

 _{La presión antes de la}

válvula estranguladora está determinada por la limitadora de presión, en este caso 120 bar. Las

caídas de presión en el estrangulamiento(40 bar) y en la limitadora(120

bar) se transforman en calor.

(129)

La válvula estranguladora

 _{Este tipo de control}

de caudal es

relativamente barato pero tiene una baja eficiencia energética.

(130)

La válvula reguladora de caudal

de 2 vías

 _{Control de la velocidad de un cilindro hidráulico}

controlando el flujo de aceite con una válvula reguladora de caudal de 2 vías

 _{Para controlar la velocidad de un motor ó}

cilindro, se tiene que controlar el flujo de aceite hacia estos componentes. Esto se puede obtener con una válvula estranguladora simple. El flujo a través de una válvula estranguladora esta

(131)

La válvula reguladora de caudal

de 2 vías

 _{a) El área de estrangulamiento}_{: un área grande}

significa una mayor cantidad de flujo y

b) la caída de presión a través del

estrangulamiento: una mayor caída de presión significa un incremento de flujo.

El flujo también está determinado por la

construcción de la válvula estranguladora y por la viscosidad del fluido, pero estos factores no se toman en cuenta.

(132)

La válvula reguladora de caudal

de 2 vías

 _{En un sistema con una válvula estranguladora, la}

presión en el lado de la bomba está determinada por la válvula limitadora de presión (vea también válvula

estranguladora ). Cuando la caída de presión a través del estrangulamiento decrece como resultado de un

incremento en la carga sobre el cilindro, el flujo de aceite y la velocidad del cilindro decrecen también. Si la

velocidad debe ser constante e independiente de la carga, entonces se debe usar una válvula reguladora de caudal.

(133)

La válvula reguladora de caudal

de 2 vías

 _{Como funciona?}

La presión a la salida de la válvula reguladora de caudal está determinada por la carga sobre el

cilindro. La carga es de 50 bar y crece a 90 bar

cuando se señala la animación con el puntero del mouse. La presión en el lado de la bomba esta limitada por la válvula limitadora de presión a 120 bar.

(134)

La válvula reguladora de caudal

de 2 vías

 La válvula reguladora de caudal está ajustada

para 10 l/min. La bomba entrega 12 l/min: esto significa que un flujo de 2 l/min fluye a través de la válvula de control de presión de vuelta al

depósito de aceite. La válvula reguladora de caudal, de hecho tiene dos partes: una válvula estranguladora (válvula de aguja) y una válvula reductora de presión o compensador de presión. El flujo deseado se ajusta con la válvula de

(135)

La válvula reguladora de caudal

de 2 vías

 El compensador de presión, con su corredera cargada

por resorte; a la izquierda mide la presión en la entrada de la válvula de aguja (p2). En el lado derecho de la

corredera, la presión de la carga (p3) y la del resorte empujan la corredera hacia la izquierda. La presión del resorte es de 8 bar. La corredera encuentra su balance cuando: p2 = p3 + presorte ==> p2 - p3 = presorte y debido al hecho de que presorte constante (8 bar) el

compensador de presión mantiene la caída de presión a través de la válvula de aguja en un valor constante de 8 bar.

(136)

La válvula reguladora de caudal

de 2 vías

 Esto significa que el flujo a través de la válvula

de aguja se mantiene constante! Cuando la carga aumenta, la presión p3 aumenta y la corredera está fuera de balance y es empujada hacia la izquierda. La presión p2 crecerá también y la corredera encontrará su balance de nuevo. La caída de presión a través de la válvula de aguja sigue siendo 8 bar así que el caudal se mantiene en 10 l/min y por lo tanto la velocidad del

cilindro se mantiene constante e independiente de la carga!!

(137)

La válvula reguladora de caudal

de 2 vías

(138)

La válvula limitadora de presión

en el circuito de un motor

 El diagrama muestra el

circuito de un motor hidráulico; el sentido de rotación del motor esta

determinado por la posición de la válvula direccional 4/3 . En la posición central de la

válvula todos los puertos están cerrados. Después de activar el lado izquierdo de la válvula, el motor hidráulico empieza a girar en la dirección indicada.

(139)

La válvula limitadora de presión

en el circuito de un motor

 Generalmente en los sistemas hidráulicos el momento de inercia de la carga impulsada es de un nivel considerable, así que, en el momento en que se activa la posición central de la válvula 4/3, el motor actuará como una bomba movido por la carga.

(140)

La válvula limitadora de presión

en el circuito de un motor

 Esto ocasionará un gran

incremento de la presión en el lado derecho del motor

hidráulico y si no hubiese una válvula de seguridad, los

componentes más débiles del sistema fallarían ó

reventarían! En este sistema por el contrario la

válvula limitadora de presión se abrirá y el aceite fluirá de vuelta hacia el lado izquierdo del motor.

(141)

La válvula limitadora de presión

en el circuito de un motor

 Debido a la presión en el

lado derecho del motor la velocidad de rotación de este disminuirá hasta 0 rpm. El motor hidráulico tiene una línea externa de fugas, así que parte del aceite del circuito

desaparece a la larga. Esto podría causar cavitación en el lado izquierdo del motor.