MANUAL DE MANTENIMIENTO
HIDRAULICO
AUTOR: CAMILO H. RUEDA SALCEDO
RD HIDRAULICA INDUSTRIAL LTDA.
Derechos reservados de autor 1999. Camilo Hernando Rueda Salcedo 99014475
La información contenida en este documento está sujeta a modificaciones sin previo aviso. A menos que se indique lo contrario, las organizaciones, los nombres y datos utilizados en los ejemplos son ficticios. Ninguna parte de este documento puede ser reproducida o transmitida de ninguna forma, ni por ningún medio, ya sea electrónico o mecánico, con ningún propósito, sin la previa autorización por escrito de Camilo Hernando Rueda Salcedo.
http//www.rdhidraulica.homepage.com e-mail [email protected]
Agradecemos las siguientes colaboraciones:
Parker Hannifin Corp.
Vickers inc.
Denison Hydraulics
Mannesmann Rexroth
TABLA DE CONTENIDO
1.
INTRODUCCION AL MANTENIMIENTO HIDRAULICO
3
2.
SIMBOLOGIA HIDRAULICA
9
3.
EJERCICIOS
18
4.
MANTENIMIENTO DE LAS UNIDADES DE POTENCIA
39
5.
MANTENIMIENTO DE LAS BOMBAS
55
6.
MANTENIMIENTO DE LAS VALVULAS CONTROLADORAS DE PRESION
68
7.
MANTENIMIENTO DE LAS VALVULAS DIRECCIONALES
81
8.
MANTENIMIENTO DE LOS CONTROLES DE FLUJO Y CHECKS
90
9.
MANTENIMIENTO DE LOS CILINDROS, MOTORES, Y ACUMULADORES
96
10. ELIMINACION DE LAS FUGAS EN SISTEMAS HIDRAULICOS
115
11. MANTENIMIENTO DE LOS FLUIDOS Y FILTROS
120
1. INTRODUCCION AL MANTENIMIENTO HIDRAULICO
MANTENIMIENTO HIDRAULICO
Hay mucha gente que piensa que el mantenimiento hidráulico es mas un arte que una progresión sistemática de chequeos y evaluaciones.
Hoy en día hay dos vías para acercarse al área de la resolución de problemas. El primero y muchas veces mas usado es el de "acierto o error". Este método utiliza la vieja práctica de cambiar partes o reajustar graduaciones de válvulas en el sistema hidráulico hasta que el problema se resuelva. Esto no solamente consume una gran cantidad de tiempo sino que resulta costoso por los repuestos y el tiempo en que la máquina está parada. Muchas veces se soluciona un síntoma y no el origen del problema. En el mejor de los casos, se alcanza una solución temporal.
El otro, el mas eficiente es empezar por usar el cerebro. Consiga toda la información sobre el problema, examinela, saque conclusiones y por último, pruebe esas conclusiones hasta que el problema sea resuelto. En otras palabras, analice la causa, examine los síntomas, formule soluciones, implementelas y revise los resultados.
ESQUEMA DEL CIRCUITO HIDRAULICO
Todos los circuitos hidráulicos siguen una secuencia de operaciones lógica determinada por el tipo de componentes dentro del circuito y de como están interconectadas.
Cuando un circuito no funciona apropiadamente, hay una razón lógica para ése mal funcionamiento. El diagnóstico paso a paso y la prueba del circuito lo llevarán al problema en el tiempo mas corto.
PRINCIPIOS DEL DIAGNOSTICO Y PRUEBA
La mayoría de las fallas ocurren en situaciones de arrancada o de parada. Cada caso provee su propio conjunto de pistas y requieren técnicas ligeramente diferentes de parte del reparador.
Sin importar en cual situación se encuentre, algunos pasos hay que seguir:
1. No suponga nada. Debe quedar satisfecho hasta que una condición segura
exista.
2. Mantenga sus manos en sus bolsillos, párese a pensar antes de actuar, tómese su tiempo, hable con el operador de la máquina y consiga la mayor información posible.
3. Conozca el sistema, consiga el diagrama de control, el diagrama de potencia, el diagrama hidráulico, de operación , secuencia, etc.
4. Visualmente inspeccione la máquina. 5. Opere la máquina.
6. Chequee todas las entradas de la máquina, eléctrica, vapor, líneas de gas, o cualquier otra fuente de potencia que usted no controle, por ejemplo acumuladores.
7. Aisle líneas del circuito. Evite las líneas abiertas. 8. Identifique problemas, tales como:
-Actuadores que no se mueven.
-Movimiento lento o errático en actuadores. -Ruido y vibración.
-Calor.
9. Conecte el problema con la causa: -Baja presión.
-Bajo flujo.
-Operación errática de componente. 10. Llegue a conclusiones.
11. Pruebe sus conclusiones. 12. Reporte sus logros.
13. Repare o reemplace los componentes que sean necesarios. Miremos lo que cada paso significa.
NO SUPONGA NADA.
Quede satisfecho solo hasta que una condición de seguridad exista. No le haga caso a a personas que estén observando un elemento crítico, tal como determinar si hay energía eléctrica conectada. El puede no saber de que está hablando. Usted puede electrocutarse, así que es mejor asegurarse.
MANTENGA SUS MANOS EN LOS BOLSILLOS
Resista la tentación de "meterse de cabeza". Resista todas las presiones, tales como "no se quede parado sin hacer nada, haga algo" hasta que se tenga la certeza de que resultados se van obtener con sus acciones.
Parese a pensar antes de actuar, éste es probablemente el paso principal y el mas descuidado. La forma mas fácil de diagnóstico es parar por un momento y hablar con el operador de la máquina, quien es la persona que mas familiarizado está con ella.
Trate de averiguar si este problema ya había ocurrido antes, si es así, cuando, quien lo arregló y que hizo para arreglarlo. Muchos archivos de las máquinas son una fuente valiosa de información de diagnóstico.
CONOZCA EL SISTEMA
Cada máquina tiene o ha tenido el esquema hidráulico y/o los manuales de- sistema, que explican la operación en ésta.
Al hacerle servicio a un sistema hidráulico, revise que no haya acumuladores cargados. Asegurese que esté descargado antes de desconectar alguna línea o manguera hidráulica.
Se debe familiarizar con la máquina, por ejemplo, es el sistema de lazo cerrado o abierto?, cual es la presión de trabajo, que tipo de bomba(s) tiene, válvula (s), acumulador(es), actuador(s), hay que mirar cuales son sus salidas, cual es la secuencia de funcionamiento, etc.
Muchos fabricantes de maquinaria publican boletines de servicio en forma periódica para mantener a sus clientes al día. Ese problema que usted está tratando de resolver, puede estar incluido en uno de esos boletines. Con información, se pueden resolver los problemas.
VISUALMENTE INSPECCIONE LA MAQUINA Visualmente inspeccione la máquina para
familiarizarse con su mecanismo y su composición. Haga todas las preguntas pertinentes que sean necesarias a la persona cercana a la máquina que esté en posición de informar (operario o supervisor, etc.)
OPERE LA MAQUINA
Después de discutir el problema con el operador, opere la máquina usted mismo, para ver si el problema ocurre cuando usted está presente o solo al operario.
Prenda la máquina hasta que llegue a su temperatura de trabajo. Hay algunas cosas que deberá revisar:
- La presión de trabajo es la especificada por el manual de la máquina?
- Trabajando con controles manuales, son ellos suaves o duros?
- Se perciben olores inusuales?
- Ve usted fugas externas en las tapas del vástago del cilindro, en los puertos de las válvulas, etc.?
CHEQUEE LAS ALIENACIONES DE LA MAQUINA Antes de empezar a prestarle servicio a la máquina, después de que usted la operó, revise si queda alguna parte de ella con energía eléctrica. Hay líneas de vapor, líneas de gas u otro tipo sobre las cuales usted no tenga control?. Revise si hay acumuladores, y que estén completamente descargados antes de desconectar alguna línea.
AISLE PARTES DEL CIRCUITO - EVITE LAS LINEAS O TUBERIAS ABIERTAS
Muchas veces un problema ocurre porque hay un malfuncionamiento en otra parte del circuito. Esto puede ser difícil de encontrar si las diferentes partes del circuito no están aisladas.
por ejemplo: "movimiento lento de un actuador". Este tipo de problema trae a la mente las relaciones que existen entre la velocidad del actuador y el caudal . Por
supuesto, busque el flujo perdido. Una posible causa puede ser un flujo pobre de la bomba. El caudal de la bomba debe ser revisado a la velocidad y presión rateadas.
NOTA: Como una medida de precaución, todas las líneas que estén desconectadas se deberían tapar para que no haya un desperdicio de aceite adicional, lo mismo que para evitar el ingreso de mugre.
Mientras que opera la máquina, no exceda los valores de presión indicados en los manuales.
IDENTIFIQUE EL PROBLEMA
En su inspección de la máquina, seguramente el problema se verá muy fácilmente. De todas maneras podría haber causas ocultas que deben ser identificadas. Por ejemplo: "No hay movimiento del actuador". Puede ser causado por un malfuncionamiento de la bomba, bajo nivel de aceite o que no hay aceite en el tanque o un actuador trabado.
Haga una lista de todas las posibles causas. Cuales fueron las cosas que usted encontró cuando estaba operando la máquina? cual será la causa mas probable del problema?. Una cosa hay que tener en cuenta, que una falla puede ser el resultado de otra en otra parte del sistema.
CONECTE EL PROBLEMA CON LA CAUSA
Los principios de como operan los componentes y el sistema hidráulico deben estar bien claros para que el diagnóstico sea lo mas ajustado posible.
Cuando la habilidad para mover una carga por parte de un actuador se cuestiona, usted debe entender que éste es un efecto de la presión actuando sobre un área que desarrolla fuerza o torque. Y que la cantidad de flujo entrando en el actuador es el que determina la velocidad del mismo.
Entendiendo éste y otros principios básicos se puede ahorrar tiempo en alcanzar una conclusión acerca de cual es la causa del problema.
LLEGUE A CONCLUSIONES
Refierase a su lista de posibles causas del problema y decida cuales son las mas probables y cuales son las que se pueden probar mas fácilmente.
PRUEBE SUS CONCLUSIONES
Probar sus conclusiones puede ser tan fácil como chequear el nivel del aceite en el tanque, pero debe analizar la información que se ha recogido. Haciendo la prueba, en vez de reemplazar partes, usted comienza a eliminar posibles causas hasta que la causa real es encontrada.
Después de que la falla o el malfuncionamiento ha sido determinada se debe hacer un reporte a la persona que decidirá que acción se va a tomar.
REPORTE SUS LOGROS
Reportar sus logros no solamente es darle un informe a la persona que tomará la decisión de compra de un repuesto, por ejemplo, sino también hacerle notas al diagrama como que elemento fue removido o cambiado.
NOTA: Esta porción del trabajo implica un buen conocimiento de la simbología hidráulica.
Otra práctica muy conveniente es la de abrir un archivo para la máquina. En este sitio se debe almacenar toda la información relativa a ella; también sirve como referencia futura.
REPARE O REEMPLACE COMPONENTES COMO SEA NECESARIO
La reparación o reemplazo de los componentes es el paso final en la progresión paso a paso de diagnóstico y solución de problemas.
Una última consideración, la cual tiene un impacto mayor sobre la reducción de tiempo de parada es el mantenimiento preventivo. Simplemente reparar o reemplazar componentes es un solo gran esfuerzo en un momento aislado de lo cual no va a quedar ninguna enseñanza si no se van a tomar acciones para prevenir la recurrencia de esa falla. Un buen programa de mantenimiento preventivo es una parte esencial de cualquier departamento de servicio.
SIMBOLOGIA HIDRAULICA
Uno de los primeros pasos en el diagnostico y prueba es obtener el diagrama del sistema hidráulico, eléctrico y otros que sean necesarios para ser analizados. El esquema o diagrama es el "mapa de carreteras" del sistema hidráulico. Que hacer si no hay esquema hidráulico?, lógicamente es hacer el diagrama o tener alguien que lo realice. Si usted puede hacer el diagrama, esto lo hará comprender mejor el sistema hidráulico y simplificará grandemente su trabajo de solución de problemas. Por supuesto que un conocimiento de la simbología es necesario.
La ANSI (American National Standards Institute) y la ISO (International Organization for Standarization) son dos instituciones reconocidas para sistemas hidráulicos y simbología gráfica.
Muchas empresas crean sus propios símbolos hidráulicos para sus componentes, pero esta práctica es cada vez menos usada por la confusión que crea.
Los símbolos ISO se han vuelto los mas usados por la comunidad internacional, por consiguiente, veremos estos símbolos en gran detalle. Hay seis grandes categorías que cubren todos los símbolos. En esta sección intentaremos familiarizarlo con los símbolos y después a que pueda hacer sistemas simples así como diagnosticar problemas usando algunos esquemas actuales.
SIMBOLOS GENERALES
Los símbolos usados en hidráulica son pictóricos, de corte, y de simbología gráfica. No existe una escala predeterminada para los símbolos.
Generalmente los símbolos se pintan en la posición de descanso del elemento. Esto no impide que pueda ser pintada en otra condición.
Los símbolos pictóricos son muy usados para mostrar la interconexión entre componentes. No están estandarizados porque generalmente dependen de la forma física del elemento.
Los símbolos de corte enfatizan la construcción interna, son muy buenos para entender como funcionan los elementos. Son dibujos generalmente complejos y la función no es tan explícita.
Los símbolos gráficos enfatiza la función y el método de operación del componente. Estos símbolos son simples para dibujar; son capaces de pasar la barrera del lenguaje y promueven el universal entendimiento de los sistemas hidráulicos.
Símbolos gráficos completos son aquellos que brindan representación simbólica del componente y todas sus características pertinentes al diagrama hidráulico. Los símbolos gráficos simplificados son versiones estilizadas de los símbolos completos. Los símbolos gráficos compuestos son un conjunto de símbolos complejos o simplificados. Estos representan un componente complejo.
CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS SIMBOLOS
1. Los símbolos muestran conexiones, trayectorias de flujo, y funciones del elemento representado.
2. Ellos pueden indicar condiciones que ocurren durante transiciones de un arreglo de trayectoria de flujo a otra. 3. Los símbolos no indican construcción, no indican valores, tales como presión, rata de flujo, u otro ajuste de componente.
4. Los símbolos no indican la actual localización de los puertos de un componente, dirección de movimiento de los carretes de válvulas, o el montaje de los actuadores en las máquinas.
5. Los símbolos pueden ser robados o revesados sin alterar su significado excepto en los casos de líneas al tanque, manifolds venteados, y acumuladores.
6. El significado de la operación de un componente hidráulico es mostrado como parte del símbolo. (donde sea aplicable)
7. Los símbolos que usan palabras o sus abreviaciones son evitados. 8. Los símbolos son mostrados para los mas usados componentes. LINEAS
CIRCULOS, SEMICIRCULOS, CUADRADOS, RECTANGULOS Y DIAMANTES PRINCIPAL PILOTO DRENAJE INTERCEPCION NO INTERCEPCION MECANICO ENCERRAMIENTO
SIMBOLOS MISCELANEOS
COMPONENTES QUE CONVIERTEN ENERGIA
Las bombas convierten energía mecánica en hidráulica, motores y cilindros convierten energía hidráulica en mecánica.
BOMBAS
Bomba de capacidad fija Con dos direcciones de flujo bombas de caudal variable con dos direcciones de flujo
bomba de caudal variable con compensador
MOTORES
Motor de capacidad fija con dos direcciones de flujo motor de capacidad variable con dos direcciones de flujo Motor occilante o actuador rotativo
UNIDADES BOMBA/MOTOR
Unidad de motor/bomba de capacidad fija unidad de motor/bomba de capacidad variable
RESORTE AFECTADO POR LA VISCOSIDAD
NO AFECTADO POR LA VISCOSIDAD
ROTACION DIRECCION DE FLUJO
CILINDROS
Cilindros de simple acción
Cilindros de doble acción
CILINDROS DIFERENCIALES CON AMORTIGUADORES
CILINDROS TELESCOPICOS
INTENSIFICADORES
VALVULAS DE CONTROL
TRAYECTORIAS DE FLUJO (VIAS)
DETALLADO DETALLADO SIMPLIFICADO SIMPLIFICADO AMORTIGUADORES FIJOS AMORTIGUADORES REGULABLES 5 0 T o n
VALVULAS DIRECCIONALES 2/2
VALVULAS DIRECCIONALES 4/2
VALVULAS DIRECCIONALES 4/3
VALVULAS DIRECCIONALES 4/3 O 4/4 DE EQUIPO MOVIL
T A B
CONTROLES DIRECCIONALES DE CONTROL DE FLUJO
SERVO VALVULAS ELECTROHIDRAULICAS
VALVULAS ANTIRETORNO (CHECK)
VALVULA SELECTORA
VALVULAS DE CONTROL DE PRESION
VALVULA DE SECUENCIA
VALVULA REDUCTORA DE PRESION
VALVULA REGULADORA
VALVULAS CONTROLADORAS DE FLUJO
VALVULA DIVISORA DE FLUJO
FUENTE DE PRESION
FUENTE DE POTENCIA PRIMARIA
LINEAS DE FLUJO
ACOPLES RAPIDOS
TANQUES
ACUMULADORES
ACONDICIONADORES DE FLUJO, FILTROS E INTERCAMBIADORES
M
M
PRINCIPAL PILOTO DRENAJE INTERCEPCION NO INTERCEPCION MECANICO ENCERRAMIENTOMETODOS DE ACTUACION CONTROLES MECANICOS CONTROLES ELECTRICOS CONTROLES DE PRESION CONTROLES COMBINADOS EQUIPO MISCELANEO
MANUAL PALANCA PEDAL BOTON
SOLENOIDE MOTOR DE TORQUE PRESION HIDRAULICA PRESION NEUMATICA MANOMETRO TERMOMETRO FLUJOMETRO PRESOSTATO
3. EJERCICIOS
EJERCICIO - Simbología gráfica hidráulica
1. Desarrolle un circuito para un cilindro que sale y entra usando un cilindro de doble efecto. El circuito d e control es eléctrico. El cilindro es capaz de parar en cualquier parte del recorrido y sostener la carga así los controles estén descansando.
a. En la figura 1 el tamaño del cilindro es 5" de diametro, el eje es de 2" y 30" de recorrido. La v e l o c id a d del cilindro es de 20 pies/minuto y la máxima carga para ser movida es de 32,000 libras. Indique las diferentes líneas del circuito y coloque una X en los puertos que no use.
b. Cuantos galones por minuto se requieren para mantener la velocidad del vástago? _____________________________________________________________________ c. Cual es la presión requerida por el sistema?
_____________________________________________________________________
M
2. Si la velocidad del actuador debe ser precisa a lo largo del día, válvulas de control de flujo deben ser usadas. En algunos casos, la carga sube y baja haciendo que el actuador baje y suba su velocidad. Para ayudar al control:
a. Indique las líneas de conexión en el circuito y coloque una X en los puertos que no se usan en la figura 2.
b. Cual es el nombre común para este tipo de circuito?
_________________________________________________________________ _________________________________________________________________ c. Complete la figura 2A dibujando los símbolos que representan éste circuito.
d. Con la válvula de alivio ajustada a 2000 psi, el caudal de la bomba es de 15 GPM, el cilindro
tiene pistón de 7", el vástago es de 3" y la válvula de control de caudal está ajustada en 6 GPM. Que tanto calor se está generando y como se puede eliminar ese problema?
_________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________
FIGURA 2A
3. Otro tipo de circuito de control de flujo puede ser usado para controlar la velocidad de un cilindro. Generando menos calor que el circuito previo, puede ser mas económico que el circuito de control a la entrada y a la salida.
a. El nombre común de este circuito es ?
_____________________________________________________________ _____________________________________________________________
b. indique las diferentes líneas de conexión en el circuito y coloque una X en los puertos que no use en la figura 3.
c. Dé la completa nomenclatura de la válvula de control direccional.
_________________________________________________________________ _________________________________________________________________ d. Complete la figura 3A dibujando los símbolos gráficos que representan el circuito.
4. Cuando un circuito tiene un periodo largo de descanso, es deseable descargar la bomba automáticamente. a. Dibuje las líneas para conectar los puertos de tal forma que cuando el cilindro es en la
posición completamente retraído, la bomba automáticamente se descargue. Coloque X en los puertos que no use en la figura 4.
b. Complete la figura 4A dibujando los símbolos gráficos que representan éste circuito.
M
5. En el circuito de la figura 5. el cilindro A debe trabajar a una presión de 2500 psi máximo. El cilindro B no debe exceder de 1500 psi. Cuando la máquina está en posición de reposo o sea sin hacer trabajo, la bomba debe ser descargada. Los cilindros A y B deben trabajar independientemente el uno del otro.
a. Conecte los componentes en la figura 5 de tal forma que se cumplan las condiciones descritas. Coloque X en los puertos que no use.
b. Describa en detalle que tipo de válvula de alivio es la usada en el circuito. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ c. Cual es la mejor forma de ajustar la presión de una válvula de alivio?
_____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ d. Complete la figura 5A dibujando los símbolos gráficos que representan el circuito.
FIGURA 5A
de doble efecto con relación de áreas de 2:1.
a. Dibuje las líneas de interconexión del circuito y coloque una X en los puertos que no use en la figura 6.
b. Cuando el circuito esté en en el modo Regenerativo, que se sacrifica ? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________
c. Describa en detalle, el tipo de válvula de control direccional usada y que significa un cilindro con "2:1" .
_____________________________________________________________ _____________________________________________________________ d. Que le sucede al circuito si uno de los cilindro empieza a tener paso interno? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ e. Como se verifica si hay paso interno en las cámaras de uno o de los dos cilindros?
_____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ f. Complete la figura 6A dibujando los símbolos gráficos del circuito.
FIGURA 6A
alcanza la posición de trabajo de mecanizado. Entonces, se requiere una velocidad de trabajo de 100 mm/ min. . Al final del trabajo de mecanizado, se requiere una alta velocidad de retroceso de 500 mm/min. hasta alcanzar la posición de arranque para el siguiente ciclo.
a. Conecte los componentes en la figura 7 de tal forma que se cumplan las condiciones arriba mencionadas.
b. El diámetro del cilindro es de 4" y el vástago tiene 2". Cual es el caudal requerido? c. Complete la figura 7A dibujando los símbolos gráficos que representan el circuito.
FIGURA 7A
Este es un sistema de energía bastante complejo que consiste de un tanque, motor eléctrico, acople, filtro de succión, tapa-filtro de llenado, válvula de alivio, manómetro(s), válvula(s) Direccionales, manifold(s), bafle, racores, mangueras, tuberías, etc.
TANQUE DE ACEITE
Los tanques de equipos hidráulicos industriales vienen en varios estilos: El estándar, el que tiene forma de L, el vertical, y el tipo superior.
Es importante en cuanto a su construcción se refiere, que la lámina de la cual está hecho el tanque tenga un espesor adecuado para evitar el pandeo por el peso del aceite. Debe tener pintura anticorrosiva en el interior y el exterior con compatibilidad con el aceite hidráulico. Generalmente el conjunto de motobomba tiene una placa-base soldada a la tapa superior en el primer tipo de unidad, o soldada a la base en el tipo L y en el tipo superior, o con una campana en el tipo vertical, la cual va acoplada con tornillos a la tapa superior del tanque.
INTERIOR DEL TANQUE
El interior del tanque debe tener una lámina que lo divida en dos llamada bafle que básicamente se usa para separar la succión de la bomba del retorno principal, para ayudar a que el aceite recién llegado al tanque se demore en llegar nuevamente a la bomba para que se mezcle y separe las burbujas de aire.
ACOPLE MOTOR-BOMBA
La combinación de motor eléctrico con bomba hidráulica desarrolla la potencia hidráulica, para lograr esto sus ejes deben estar acoplados entre sí.
La forma mas simple pero menos popular es la de usar un acople rígido que consiste de una pieza cilíndrica con tornillos para sujetar los ejes. La principal desventaja es la de que se necesita que los dos ejes estén perfectamente alineados, no se permite absolutamente nada de desalineación puesto que si existe, los rodamientos de la bomba y/o del motor eléctrico serán severamente dañados, o inclusive los ejes se pueden romper. Adicionalmente, si existe una gran diferencia de temperatura durante el trabajo se pueden generar expansiones térmicas que pueden generar cargas adicionales que pueden desembocar en los problemas descritos anteriormente.
Para evitar los efectos de la desalineación y otros problemas asociados, los ejes de bomba y motor eléctrico se unen con acoples flexibles. Permiten que los ejes estén ligeramente fuera de alineación mientras que transmiten potencia. Absorben la expansión térmica
Si la alineación entre los ejes no es mantenida dentro de los rangos mínimos recomendados, se crean cargas radiales y axiales sobre los ejes que pueden causar que los rodamientos y retenedores de la bomba fallen prematuramente.
CONVENCIONAL
MONTAJE L
VERTICAL TANQUE SUPERIOR
Para asegurar que la vida de los rodamientos, retenedores y ejes sea prolongada, con bajo ruido, es conveniente tener los ejes alineados entre 0.003". Los mecánicos expertos tienen sus propios métodos para alinear, pero como regla general, se debe, en el caso de montaje con pedestal empezar con galgas de medida y láminas delgadas de suplemento y para terminar se usa el comparador de carátula. Al rotar manualmente los ejes la medida leída en el comparador la medida no debe exceder de 0.003" y la mitad de ese valor es el espesor de la lámina que hay que colocar para hacer que los dos ejes queden centrados.
La distancia entre las puntas de los ejes es importante también porque si hay grandes diferencias de temperatura
antes del trabajo y durante el trabajo, los ejes se alargan y si están muy cerca se pueden generar cargas axiales muy perjudiciales. Es conveniente que esta distancia esté entre 1/8" y 1/4".
CUANDO SE DEBE REVISAR LA ALINEACION Siempre que la máquina sea movida o que se haya hecho arreglo en las tuberías, se debe verificar la alineación porque la rigidez de la tubería hace que se altere la alineación, por la presión interior o la expansión térmica. Además si se cambia la bomba o el motor eléctrico. También si se detecta cambio en el nivel de ruido. Cuando el fabricante de la máquina hidráulica la despacha, la
alineación se puede alterar durante el transporte, mas aún si es desde otro país.
Durante el montaje de la bomba lo que se busca es mantener la alineación, esto se cumple en forma diferente dependiendo del tipo de montaje de la bomba, si es de montaje frontal con campana o si es de pedestal; la campana hace que el montaje tenga una alineación forzada, lo cual permite que la alineación sea perfecta y que no se altere, este sistema de montaje, debe ser bien rígido porque esto evita que la tubería incida en la alineación.
En el montaje con pedestal la motobomba está equipada con una placa de acero que le sirve de base, la cual esta soldada a la tapa superior del tanque. Esta placa debe ser lo suficientemente gruesa para que no se deforme cuando las fuerzas externas actúen.. Como los ejes de la bomba y del motor no tienen la misma altura, se debe suplementar en dicha medida seguramente la bomba porque generalmente ésta es mas pequeña.
MOTOR ELECTRICO VALVULA DE ALIVIO FILTRO DE SUCCION VALVULA TAPA FILTRO VISOR DE NIVEL TAPA DE MANTENIMIEN TO DRENAJA DEL TANQUE SUBPLACA DE TANQUE DRENAJE EXTERNO LINEAS DE RETORNO PLANO INCLINADO BAFLE
PROCEDIMIENTO DE ARRANQUE
Asumiendo que la unidad de potencia ha sido correctamente ensamblada con los componentes rígidos adecuados, que ha sido verificada la alineación, todos las conexiones eléctricas están correctas, el sistema está listo para arrancar.
El primer paso es verificar el fluido. Hay poco, mucho o no hay aceite en el tanque? Es el aceite del tipo correcto y sobre todo está limpio? (refierase a la sección de mantenimiento preventivo). Cuando se instala una unidad nueva el tanque se debe llenar hasta la marca de "lleno" en el visor de nivel.
Paso 2. Hacer que cargue la bomba. La bomba debe estar llena de aceite del mismo tipo del que está en el tanque, para llenarla se debe hacer por la conexión de drenaje de la bomba o por la succión, según sea el caso.
Paso 3. Si es necesario, se debe colocar en la línea de succión un vacuometro para medir el vacío y verificar que no se exceda de las especificaciones del fabricante de la bomba.
Como regla de mano derecha, la lectura en el vacuometro no debe exceder de 10"HG para bombas de piñones, 5"HG para bombas de paletas y 3"HG para bombas de pistones.
Paso 4. Se requiere que la válvula de alivio o válvula de venteo estén con las regulaciones totalmente al mínimo para que la bomba cuando arranque, no tenga que hacerlo a alta presión, sino que además, para que expulse el aire contenido en la tubería y el que está en la carcaza de la bomba.
Paso 5. Arranque la bomba y dejela rodar por algunos minutos en ésta condición de no carga. Mientras que la bomba está bombeando, verifique que no haya fugas externas, y que no haya ruidos raros.
Paso 6. Despues de varios minutos de estar trabajando sin carga, la presión puede ser incrementada poco a poco hasta llegar a la presión rateada. Por ejemplo, ajuste la presión a un cuarto del máximo y dejela trabajar durante 5 a 10 minutos. Otra ves chequee las fugas y ruidos poco usuales. Ajuste la presión a la mitad del máximo y déjela trabajar por 5 a 10 minutos chequeando fugas y ruidos. Continúe con éste proceso hasta alcanzar el valor máximo de presión. Tenga en cuenta que si esto lo está haciendo con una bomba de caudal variable compensada, éste proceso solo lo podrá realizar hasta que el ajuste máximo del compensador sea alcanzado. Despues de ésto, la válvula de alivio es la que toma el control. Se sobreentiende que una válvula de alivio en un sistema con bomba de caudal variable con compensador trabaja como válvula de seguridad máxima o como válvula corta picos. Su regulación debe estar de 200 a 300 psi por encima de la regulación del compensador para evitar vibraciones u oscilaciones de la presión.
PRECAUCION: Durante éste paso, siempre verifique la temperatura del aceite. Nunca exceda la temperatura de trabajo del aceite recomendada por el fabricante.
Paso 7. Si no hay fugas ni ruidos extraños, verifique el nivel del aceite, si se ha bajado, rellenelo hasta la marca de full mientras el sistema está funcionando.
NOTA: Si durante algún momento de todo este trabajo, hay fugas o ruidos extraños, apague el motor eléctrico y no lo vuelva a prender hasta que haya solucionado el problema.
RUIDO
El ruido es definido en el diccionario Webster como una disturbancia que está interfiriendo con la operación de un aparato mecánico o sistema. Para los oídos de los humanos, el ruido es un sonido indeseable y molesto.
El ruido en una unidad de potencia hidráulica es visto como un problema ecológico y de rendimiento. El problema ecológico tiene que ver con el límite de decibeles que un trabajador puede soportar durante 8 horas de trabajo. Como un problema de rendimiento, el ruido puede ser un signo de falla de algún componente o una instalación inapropiada. COMO SE PUEDE OIR EL RUIDO INTERNO DE UN SISTEMA HIDRÁULICO.
Auncuando el aceite está contenido en los tubos, válvulas, bombas etc, se puede escuchar el ruido que produce el fluir del aceite internamente. Este ruido es en forma de ondas de sonido que son transmitidad a traves de las carcazas metálicas, hacia el aire y hacia nuestros oídos. Tambien se pueden oir ondas de sonido producidas por partes mecánicas, tales como, las paletas de una bomba deslizandose, etc.
Algunos páneles internos en el tanque que son grandes y delgados, amplifican el sonido producido por disturbancias internas, de tal manera que se oyen con mas volumen.
Tambien los acoples flexibles usados en los ejes de bombas y motores eléctricos, ventiladores deben considerarse como generadores internos del sistema.
RUIDO EN LA BOMBA HIDRAULICA
La mayoría del ruido producido por una bomba es creado por fluido que cambia rapidamente su nivel de presión. Mientras mas grande y rápido sea su cambio de presión, así como el volumen de aceite envuelto, mayor será el ruido que hará.
En todas las bombas, hay un incremento de la presión en la cavidad conocida como la zona de compresión, que mueve aceite de la succión a la descarga. En esta zona, si
la bomba no tiene un diseño muy bueno, el aceite subirá de presión muy rápido haciendo mas ruido. Idealmente, el aumento de presión debe ser a lo largo de toda la zona para lograr un aumento gradual y así lograr que la bomba haga poco ruido.
En la mayoría de las bombas de desplazamiento positivo, (paletas, piñones y pistones) el ruido es producido por la combinación de fluidos en el puerto de descarga. El ruido es mayor cuando la presión del fluido en la cámara de compresión no es del mismo valor como en la línea de presión cuando ellos se encuentran. Ese rápido cambio de presión (causante de ruido) produce un rápido cambio del volumen del aceite que se está combinando produciendo mucho ruido. Si la cámara de compresión tiene un tamaño menor que la boca de descarga, se produce lo anterior, pero si la cámara es mas grande que la boca de
salida, la bomba también será ruidosa. En éste caso se crea una rápida caída de presión que produce ruido en la descarga cuando la cámara de compresión se abre hacia la descarga.
Otra área donde se produce ruido es en la cámara de descompresión. Flujo atrapado debe reducir a cero su presión mientras que las paletas, los pistones o los piñones retornan a la succión o lado de entrada de la bomba. Esta transición debe ser gradual o la bomba se vuelve ruidosa. Cambios en la compresión o descompresión del fluido en la descarga de la bomba se llaman picos de presión (ripple).
COMO LOS PICOS DE PRESION GENERAN RUIDO
Cuando los picos de presión ocurren, ellos por si solos no producen una gran cantidad de ruido. Sin embargo, la vibración que es un resultado de los picos de presión, puede afectar el sistema hidráulico en general. Una onda de choque menor es sentida a medida que pasa cada volumen de fluido hacia la salida. Esto es seguido por una caída de la presión; entonces un ciclo repetitivo de ondas de presión se establece. Cuando la frecuencia de ésas ondas se parece a la frecuencia natural de la
máquina, el ruido resultante se puede amplificar.
OTROS RUIDOS PRODUCIDOS POR LA BOMBA
Otros ruidos de especial importancia generados por la bomba provienen de ruidos mecánicos y vibración.
La rápida compresión y violenta descompresión causan muchas reacciones simultáneas. La carcaza se expande y retorna a su estado natural. Este fenómeno también causa ruido, creando una onda de sonido hacia el aire y después a nuestros oídos. También está el efecto de la desalineación de los acoples de los ejes, los cuales crean vibración en el sistema hidráulico. También está el efecto de picos y caídas de presión que producen aceleramiento y desaceleramiento del eje de la bomba causando vibración, y a su vez ésta vibración es transmitida al sistema en general. Si alguno de los
Zona de compresión (de 0 al máximo) Ruidos y vibraciones procedentes de fluidos a ENTRADA
Succión Alta presión
SALIDA Zona de descompresión (alta CAMBIOS DE PRESION CAMBIOS DE PICOS DE PRESION EXPANSION Y CONTRACCION DE LA BOMBA ENTRADA
Succión Alta presión
SALIDA
Ruidos y vibración producidos por los picos de presión
ENTRADA
Succión Alta presión
componentes está a la frecuencia natural del sistema una resonancia se establecerá haciendo que el sistema vibre mas de lo normal.
CAMBIOS VIOLENTOS EN LA VELOCIDAD DEL FLUIDO CAUSAN RUIDO
Para poder entender como los cambios violentos en la velocidad del fluido producen ruido tenemos que examinar dos tipos de flujo.
Flujo laminar. A través de un conducto se muestra el movimiento de las partículas que se desplazan suavemente sobre trayectorias paralelas con fricción solamente con las paredes del conducto.
Flujo turbulento. A través del conducto se muestra un marcado incremento en el movimiento aleatorio de las partículas a lo largo de las paredes y en el interior del tubo. Este aumento de la interacción de las moléculas causa sonidos que se transmiten por las paredes hacia el aire. Mientras mas grande sea la velocidad del fluido, mayor será la interacción molecular y mayor el ruido. Flujos turbulentos extremos se encuentran cuando hay una restricción al flujo, esto incrementa la velocidad del flujo. Las restricciones están en general en forma de válvulas, adaptadores de tubería, y cualquier cambio de dirección en el fluido. Los cambios súbitos de la dirección del
fluido causan un fenómeno llamado cavitación el cual produce ruido en las válvulas y en las tuberías. Los sistemas hidráulicos industriales se consideran muy turbulentos por la gran cantidad de cambios de dirección en bombas, válvulas, etc., y flujos de alta velocidad.
Turbulencia puede ocurrir también en la succión y en la descarga de la bomba. Los drásticos cambios en el diámetro y en la trayectoria del flujo son factores contribuyentes, pero la violenta compresión y descompresión causa las mayores ondas de sonido. Estas son transmitidas a través de las piezas metálicas y después al aire hacia nuestros oídos. Válvulas internas en las bombas también producen turbulencia. Algunos diseños producen cambios bruscos en la velocidad y por consiguiente, ruido.
LA AIREACION Y LA CAVITACION PRODUCEN RUIDO
Dentro de la bomba pueden ocurrir dos fenómenos independientemente o simultáneamente. Los dos producen ruido, calor, fluctuaciones de presión, vibración y daño en la bomba.
La aireación es causada por el aire que se introduce en la tubería de la succión de la bomba. Cuando las burbujas de aire entran en la zona de compresión de la bomba, están sujetas a un incremento de la presión, causando que la burbuja se colapse, generando gran ruido y vibración.
Otro efecto que va en detrimento de la bomba es el calor generado por la compresión de las burbujas de aire, produciendo daños en el metal de la bomba y desprendimiento de material del mismo.
El otro fenómeno es la cavitación, la cual ocurre debido a una restricción severa en la succión de la bomba.
Turbulencia suave cerca a las paredes del tubo.
Flujo laminar, relativamente de bajo ruido
Curvas muy cerradas causan turbulencia que produce ruido
Las burbujas de cavitación son burbujas de vapor del fluido causadas por una pérdida de la presión absoluta dentro de la superficie del fluido en los conductos de la succión de la bomba. Cuando éstas burbujas entran en la zona de compresión de la bomba, ellas están sujetas a un incremento de presión. a la entrada, estas burbujas 'implotan' generando un ruido continuo con características propias y sobretodo muy intenso y que puede opacar otros ruidos en la planta. Debido a que éstas implosiones son tremendamente rápidas y desarrollan tremendas fuerzas, las paredes de la bomba y cualquier otro elemento que esté expuesto, mostrarán severos signos de erosión y ralladuras debidas a la pérdida de lubricación.
En otros elementos también se pueden encontrar los fenómenos de aireación y cavitación. RUIDO EN LAS VALVULAS DE CONTROL DE PRESION
Las válvulas de control de presión pueden generar ruido del tipo hidráulico y mecánico. Sonidos de tipo hidráulico son el resultado de la turbulencia generada por las altas velocidades del fluido, por los cambios bruscos de dirección y por los cambios en diametro de los conductos internos.
Golpeteo metálico puede ocurrir cuando dos válvulas de control de presión o una válvula y un compensador de una bomba tiene las regulaciones muy cercanas. Por ejemplo, 100 psi. Para evitar éste problema se debe dejar una diferencia de por lo menos 250 psi.
OTROS RUIDOS ASOCIADOS A LA UNIDAD DE POTENCIA
Los ruidos son producidos básicamente en la bomba y en las válvulas, pero el tanque no solamente puede ser un transmisor de ruido por vibración sino que también puede producirlo porque a él también llegan tuberías. El tanque por su configuración puede ser un amplificador de los ruidos producidos por el resto del sistema.
FUENTES DE GENERACION DE RUIDO
Como se muestra en el diagrama, el área de mayor generación de ruido está en los elementos rotantes del sistema, y por otro lado el de mayor transmisión de ruido es el tanque. En la medida que el número sea menor, mayor será la generación o transmisión
Las burbujas de la cavitación se colapsan en el punto donde comienza la compresión generando ruido
Las burbujas de aire explotan en la zona de compresión causando ruido
de ruido.
EL MOTOR ELECTRICO COMO GENERADOR DE RUIDO
Vibración mecánica y ruido son generados por las fuerzas torcionales magnetomotivas entre las barras del rotor y las ranuras del estator y por el desalineamiento entre las tapas y la armadura. Esto, m as las h o lg uras de l os rodamientos y al desbalanceo din ám ico dej a reso nanc ias estructurales que se transmiten por todo el sistema hidráulico. Un motor con 4 polos (1800 RPM) esta mas sujeto a vibraciones y ruido que uno de 6 pares (1200 RPM).
También se sabe que un motor con las ranuras del estator rellenas de plástico inerte tiene menor nivel de ruido.
Los ventiladores de los motores eléctricos son los elementos que mas contribuyen a generar ruido. Especialmente los que usan aspas metálicas, las cuales son muy delgadas y generan vibración con mucha facilidad.
ALGUNAS FORMAS SIMPLES DE ELIMINAR EL RUIDO EN OPERACION Ahora que sabemos los comos y los porqués de los ruidos en las unidades de potencia hidráulica, examinemos algo que es fácil, remedios que se pueden tomar para disminuir el nivel de ruido.
Como lo que se discute son los diferentes remedios, no hay que olvidar que la mejor forma de bajar el nivel de ruido es diseñar el sistema hidráulico pensando en bajar el ruido, pero muchas unidades ya están trabajando, ya fueron diseñadas y solo podemos tratar de bajar el ruido después. Una de las técnicas mas usadas en el control del ruido, es la de escuchar la unidad de potencia. Un incremento del nivel de ruido significa dos tipos de problemas existentes. El primero es, daño que hay en el sistema o en el motor eléctrico. El segundo, un problema potencial con OSHA (Occupational Safety and Health Administration), si las máquinas de la empresa están emitiendo mas del nivel
permitido de ruido para 8 horas de trabajo por día.
PROBLEMA
CAUSA PROBABLE
REMEDIO
Incremento notable en
a. Aireación
1. Encuentre y repare la
el nivel de ruido en acoples,
entrada de aire en la
válvulas, y bomba-motor,
succión de la bomba.
(usualmente acompañado de
los actuadores)
ción en la succión de la
bomba.
2. Líneas colapsadas
c. Aceite con espuma
1. Verifique la velocidad
en el tanque.
del aceite en las líneas
retorno.
2. Analice que el aceite
tenga el aditivo anti-
espumante.
3. Corrija el nivel de
aceite.
4. Verifique si hay líneas
de retorno por encima
del nivel en el tanque.
Bomba-motor o válvulas que
a. Aceite frío,
1. Caliente el aceite con
hacen campaneo intermitente muy viscoso.
un precalentador.
bajo carga desde la primera
2. Funcione el sistema
arrancada, pero el ruido des-
sin carga hasta que se
aparece al poco rato.
caliente el aceite.
Bomba-motor o válvulas que
a. Cavitación
1. Encuentre la obstruc-
campanean sin motivo apa-
ción en la línea y corrija.
rente (Acompañado de mo-
2. Limpie el filtro de suc-
vimiento errático de los ac-
ción.
tuadores).
b. Aireación
1. Encuentre y repare
las fugas en la tubería
de succión.
2. Verifique el nivel del
aceite.
Un campanazo aislado que
a. Aireación
1. Rellene el tanque si le
se repite a intervalo regular
hace falta.
en bomba o motor hidráuli-
2. Reapriete la tubería.
co.
Ruido incrementado de la
a. Piezas dañadas
1. Reemplace y repare
bomba o motor hidráulico
las piezas defectuosas.
(acompañado de movimien-
2. Haga limpieza de la
to lento)
tubería y el sistema pa-
ra remover todas las
ticulas de mugre.
b. Aceite muy delgado.
1. Verifique la tempera-
colocación de enfriador.
2. Verifique viscosidad
del aceite. Si es inco-
rrecta, vacíe y rellene
con el correcto aceite.
Ruido incrementado en
a. Spool u orificios defec-
1. Reemplace el spool o
las válvulas usualmente
tuosos.
la válvula completa.
campaneo, a veces fun-
2. Haga limpieza gene-
cionamiento errático.
ral para remover partí-
culas contaminantes u
tras.
b. Cavitación electrohidráu-
1. Verifique si hay seña-
lica en la válvula.
les electrónicas errá-
ticas.
2. Reemplace partes da-
ñadas o la válvula com-
pleta.
REDUCIENDO EL NIVEL DE DECIBELES EN LA UNIDAD DE POTENCIA.
Escuchar la unidad de potencia lo ayudará a localizar el problema o causa del incremento del nivel de ruido. Pero la meta debe ser reducir el nivel y prevenir que el problema recurra.
Hay tres maneras de reducir el nivel de ruido en una unidad de potencia, ellas son: Baja generación
Aislamiento Amortiguación
BAJANDO LA GENERACION D E R U I D O D E S D E E L FABRICANTE
Como se menciona anteriormente, la mejor forma de reducir el nivel de ruido es haciendo un buen diseño. Para lograr esto, el fabricante debe:
1. Seleccionar componentes silenciosos. En otras palabras, seleccionar componentes que estén diseñados para tener una baja salida de decibeles.
2. Usar motores eléctricos abiertos cuando sea posible para
eliminar el ruido del ventilador. Los fabricantes algo han mejorado en esto, usando ventiladores de plástico, etc. 3. Seleccionar 1200 RPM como velocidad de trabajo en lugar de 1800 RPM.
4. Seleccionar las tuberías o conductos de tal manera que la velocidad del aceite dentro esté en menos de 15 pies/ segundo, para líneas de presión, 4 pies/seg. en succión, y 8 pies/seg. en líneas de retorno.
5. Seleccione apropiadamente los componentes para evitar la generación de calor y ruido. (si se requieren 5 GPM, no use una bomba de 8 GPM para desperdiciar 3 GPM a alta presión hacia el tanque).
6. Use válvulas de control estables para eliminar las vibraciones y el campaneo.
7. Especifique un aceite de buena calidad con aditivo antiespumante para evitar la formación de aire en el sistema.
8. Evite el uso de controles de flujo mientras sea posible para reducir la generación de calor y ruido en el sistema. 9. Diseñe apropiadamente el tamaño del tanque para permitir que el aire atrapado en el aceite se pueda escapar. Separe lo mas que pueda las líneas de succión de las de retorno con bafles deflectores.
10. Colóquele sobrecarga a la bomba cuando sea posible, y si es el caso no sobrepase el valor de vacío máximo en la succión, el cual lo especifica el fabricante.
AISLANDO EL RUIDO
Una vez que la unidad de potencia ha sido fabricada correctamente para reducir el ruido a un nivel mínimo, eliminación adicional se podría necesitar. Esto debe ser acompañado de aislamiento.
AREA DE RUIDO
COMO CURAR O
REVISAR R E D U C C I O N
POTENCIAL
A c o p l e bomba-motor Coloque
espaciadores, verifique alineación
1 - 2 dbA
hasta .003" T.I.R o menos.
Ruido del acople Cambie por uno de elemento de caucho. 1-2dbA Vibración motor eléctrico Verifique desbalanceo dinámico. 1-2 dbA Ruido en motor eléctrico Rellene las ranuras dl rotor con epóxico inerte. 1-2 dbA
O reemplace el motor por otro que ya lo tenga. Motor eléctrico(campaneo) Lubrique o reemplace los rodamientos. 1-3 dbA ventilador(ruido de viento) Reemplace ventilador metálico por otro de plástico 1-2 dbA ventilador(ruido sirena) Agregue espaciadores para mayor distancia entre 1-2 dbA
las aspas y el motor o la cubierta.
ventilador TEFC Apriete los tornillos flojos. 1-3 dbA Tubería y racores Cambie por tubería flexible o por manguera. selec- 3-12dbA (ruido y vibración) cione la presión adecuada.
Tubería y racores Estabilice con soportes a las distancias adecuadas. 1-3 dbA (Golpeteo)
Base de bomba-motor Instale una base de por lo menos 1" de grueso, 2-4 dbA (Vibración) Agregue aislantes de caucho.
Tanque de aceite Agregue aislantes de caucho a la base del motor. 2-3 dbA (zumbido)
AMORTIGUANDO EL RUIDO
El uso de manguera en vez de tubería en la descarga de la bomba ayuda a bajar el golpe y el ruido. Además, hay que 'amarrar' o sujetar las tuberías al piso o a las paredes para que no vibren y produzcan ruido, en lo posible que tengan aislamiento de caucho.
válvulas. Algunas de las mas populares son: Centro cerrado, centro abierto, centro tandem etc. En centro abierto, los puertos P,T,A y B estan interconectados. En centro cerrado, los puertos P, T, A y B están todos cerrados. En centro tandem, los puertos P, T, están conectados, y los puertos A y B están cerrados.
ACT U ADO RE S E N L AS VALVULAS DIRECCIONALES
Los spools(carretes) de las válvulas direccionales pueden ser posicionados en 2 o mas posiciones por actuación manual, mecánica, eléctrica, presión de aire, o presión hidráulica.
Una válvula direccional de 2 posiciones usa un actuador, mientras que una de 3 usa 2. En el primer caso, el actuador cambia la posición y la devuelve un resorte, en la segunda, la posición normal es la central y cada actuador cambia a su posición, cuando el
actuador descansa, un resorte lo devuelve a la posición central, lo cual quiere decir que ésta válvula tiene dos resortes. ACTUADORES ELECTRICOS
Mas conocidos como solenoides, tienen dos tipos diferentes, los de armadura de aire o secos y los de armadura húmeda. En la actualidad, son mas populares las de armadura húmeda.
Un solenoide es un aparato electromecánico que convierte la energía eléctrica en mecánica lineal y movimiento. Su contraparte hidráulica es el cilindro hidráulico.
ARMADURA DE AIRE
Uno de los dos tipos mas populares, son de diseño viejo. Basicamente son un electromagneto hecho de una parte móvil en forma de T , una
ESPACIO GRANDE ARMADURA PARCIALMENTE FUERA DE LA BOBINA ARMADURA DENTRO DE LA BOBINA CORRIENTE CIRCULANDO SIN CORRIENTE CIRCULANDO
bobina y una armadura en forma de C. ARMADURA HUMEDA
La aceptación de este tipo de solenoide va en aumento porque es confiable y por la eliminación de los empaques que debe llevar el push pin del diseño anterior, que tendía desgastarse y a fugar. Consiste de una bobina, carcaza rectangular, pin de empuje, armadura y tubo. La bobina es rodeada por la carcaza rectangular y los dos están fundidos en plástico. En la unidad encapsulada en plástico, hay un hueco a lo largo de la bobina, el tubo ajusta en ese hueco y es atornillado al cuerpo de la válvula. Dentro del tubo está la armadura o pieza movil del solenoide el cual va sumergido en el aceite del propio sistema. Por ésto se llama de armadura húmeda.
Cuando la bobina es conectada a la corriente eléctrica, se crea un campo magnético el cual es amplificado por la carcaza rectangular y por la armadura, de tal forma que la armadura es empujada hacia la izquierda (en la figura), la armadura se correrá hasta que se cierra el paso (large gap).
Como la corriente que se usa generalmente es alterna, esto produciría lo que se llama en ingles HUM o vibración por el cambio de polaridad a 60 HZ. Para contrarestar esto, se usan las bobinas de sombra que son unas bobinas de alambre que se colocan en la armadura. El campo magnético de la bobina principal genera una corriente en la de sombra que se opone a la corriente de la principal haciendo que la armadura se quede en la posición cerrando el campo (large gap).
Otro fenómeno importante para notar, es que cuando se energiza una bobina la corriente que consume la bobina es mas alta que cuando la armadura llega a su posición actuada. Esto se debe a que cuando se conecta la bobina con el voltaje, la armadura está separada de la carcaza y el campo magnético no tiene mucha fuerza, en la medida que la armadura se va moviendo, se va cerrando el GAP y la corriente va disminuyendo hasta que alcanza el mínimo cuando se cierra en la posición extrema.
Esta es la condición que deteriora una bobina cuando el carrete está trabado, que la bobina trabaja con una corriente demasiado alta que la puede quemar.
En laa punta opuesta del solenoide se coloca un pin de accionamiento manual, para poder actuar la válvula sin energía.
BLOQUEO DE UN SOLENOIDE
Un spool de una válvula que se traba bloqueará la armadura de un solenoide evitando que se pueda cerrar, como resultado tendremos un solenoide que recibe una alta corriente de arranque continuamente. Como el solenoide es incapaz de disipar el calor generado bajo estas condiciones, la bobina se quemará irremediablemente.
Aunque mucho flujo pasando a traves de la válvula puede trabar el spool, la causa mas frecuente de esta falla es la interferencia mecánica. Los spools se pueden trabar por partículas metálicas, mugre, pedazos de cinta de teflón, la oxidación. Por otro lado, un carrete se puede trabar por que
en el montaje de la válvula los tornillos quedaron mal apretados (disparejos), lo mismo que si la superficie de montaje no es completamente plana.
En válvulas direccionales de tres posiciones los dos solenoides pueden energizarse simultaneamente, lo cual implica que uno de ellos se asentará completamente y el otro no y por lotanto el último se quemará. Generalmente, esto sucede porque el circuito eléctrico que maneja la máquina falla.
BAJO VOLTAJE
Cuando la linea de alimentación de voltaje se cae a valores menores a 103 VAC para una bobina de 120 VAC, el solenoide hace menos fuerza y depronto no es suficiente para mover la armadura del solenoide dentro del tiempo de diseño original. La corriente de arranque es mantenida durante tiempos mayores de lo normal y como la capacidad de enfriamiento es la misma, la bobina se quemará. Si alguien oye la bobina haciendo ruido o sunbando y apaga la máquina, se salvará la bobina.
Para efectos prácticos es mejor medir el voltaje directamente en la bobina, porque si se mide lejos es posible que el valor sea bueno pero puede haber caidas de voltaje en el camino a la bobina. El problema de bajo voltaje puede ser que suceda a determinadas horas del día
cuando la demanda de energía es máxima, si el tiempo qque dura el bajo voltaje es larga, es mejor usar reguladores de voltaje para proteger las bobinas de la máquina.
Cuando un solenoide del tipo intermitente es ciclado muy rápido, no hay suficiente tiempo para disipar el calor generado por el alto consumo de corriente y se puede producir la falla del solenoide.
Si los contactos del enchufe en la bobina están malos y no conducen bién la corriente pueden generarse bajas de voltaje en la bobina, los cuales la quemarán. Otra causa de falla es la de chispas que saltan entre los contactos y tierra cuando le caen sustancias semiconductoras o liquidos raros por cualquier motivo. Algunos fluidos como los esteres de fosfato pueden producir chispazos en las bobinas, si no hay compatibilidad entre la bobina y el material de la bobina.
CONSEJOS GENERALES
Cuando se reemplaza un solenoide, esté seguro de que el reemplazo sea del valor correcto de voltaje y frecuencia y que es para la válvula adecuada. Los fabricantes de válvulas usan diferentes longitudes de pines de empuje. Uno corto puede evitar que el carrete llegue a su posición y uno largo puede bloquear la armadura en una posición semi cerrada lo cual hará que la bobina se queme.
Cuando vaya a quitar un carrete trabado, no lo golpee, se puede doblar y empeora el problema, es mejor usar solventes hasta que afloje. Untele aceite nuevo al carrete cuando reensamble para que entre suave y asegurese que coloca la punta adecuada primero (en carretes no simétricos).
Las válvulas direccionales actuadas por solenoide tienen sus limitaciones, cuando son usadas en ambientes húmedos o a prueba de explosión, los solenoides comunes no funcionan bién. Las agencias OSHA, U/L, FM etc, certifican cuando un solenoide puede ser usado en esos ambientes.
Por su baja capacidad de fuerza los solenoides solo se pueden usar directamente sobre el carrete en los tamaños mas pequeños de montaje, 1/4" (3-10 GPM) y 3/8" (10-20 GPM). En los tamaños de 1/2" (40 GPM), 3/4" (80 GPM) y 1 1/4" (160 GPM) son actuados por presión piloto.
VALVULAS DIRECCIONALES ELECTROHIDRAULICAS
Con el correr de los años, una cada vez mayor necesidad de alta velocidad de respuesta, tiempos de reacción mas
ALTA CORRIENTE
cortos, y mejores caracteristicas de flujo, han llegado. El uso de válvulas direccionales con flujo variable han sido la respuesta a estos interrogantes. LLámense válvulas proporcionales o servos. Cual usar ? pues, depende de lo sofisticado del diseño.
Son varias las diferencias entre las válvulas proporcionales y las servo. La velocidad de respuesta de la válvula, la condición de la posición central, la histéresis, repetibilidad, y threshold de la válvula y los requerimientos de filtración
de la válvula.
La respuesta es designada para válvulas proporcionales como el tiempo que se tarda la válvula en alcanzar el máximo flujo para una señal de entrada electrica instantánea. Cuando se discute la respuesta de la servo válvula se refiere a la respuesta frecuencial. La frecuencia de la señal de entrada a la cual la salida de caudal se baja a 70.7% de su flujo a muy baja frecuencia ( en el orden de 0.1 Hz) con una señal senoidal de amplitud constante de entrada.
La respuesta de una válvula proporcional vs válvula servo es 2-10 Hz vs 10-300 Hz respectivamente. Hoy en día ya existen válvulas proporcionales inclusive mas rápidas.
La condición central del spool principal en las proporcionales compardas con las servos es notable.
Las válvulas servo son criticamente mecanizadas, el ancho y la posición de los bordes del spool y los puertos del cuerpo. En otras palabras, el spool y el cuerpo de la
válvula están igualadas para producir un contacto linea a linea a menudo hecho a mano, lo cual aumenta su costo en gran proporción.
Las válvulas proporcionales son diseñadas de tal manera que el spool y los cuerpos son intercambiables. Como resultado se tiene un overlap de 10-30% del recorrido total. Este overlap crea lo que se conoce como zona muerta.
En cuanto a los requerimientos de filtración, de los dos tipos de válvula podemos decir lo siguiente: La contaminación es el enemigo número uno de todos los sistemas hidráulicos, especialmente de las servos. Por sus bajas tolerancias, normalmente se requieren 3
micrones. Las proporcionales son menos exigentes pero requieren 10 micrones. Algunas muy especiales requieren una filtración mejor.
Una válvula proporcional operada por piloto típica consiste de una válvula piloto, bloque adaptador, malla filtrante, regulador de presión interior, cuerpo principal y spool y un sensor de posición llamado LVDT (linear variable differential transformer). Otro estilo de válvula usa solenoides proporcionales para operar el carrete principal directamente con un LVDT acoplado a él para proveer una señal de retroalimentación.
Una válvula servo consiste básicamente de conjunto magnético, conjunto de armadura, bobina, barilla de retroalimentación, y spool principal. La válvula se divide en
dos etapas, la primera y la segunda.
Hay tres tipos de valvula de primera etapa (piloto) Flapper-nozzel, jet pipe y jet diverter. El orificio mínimo para la del primer tipo es de 0.0015". La segunda tiene 0.008" y la última de 0.020".
La condición de centro de la segunda etapa varía dependiendo de los requerimientos del sistema y del fabricante. La mejor condición es la de linea-linea.
La condición linea-linea es la condición ideal de ganancia de flujo, cuando la salida de flujo al cilindro es 0 para el spool en el centro y se incrementa inmediatamente con el movimiento del spool.
La válvula servo en su 1a sección crea un diferencial de presión que es aplicada en los extremos del spool principal en la 2a sección que crea un movimiento en él. En orden de localizar el spool en una posición que es proporcional a la señal eléctrica de comando, una barra-resorte conecta la armadura de la 1a etapa con el spool de la 2a.
SOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE LAS VALVULAS DIRECCIONALES
Basicamente, todas las válvulas direccionales actúan de similar manera. Esto es , son operadas por solenoide, manuales, pilotadas o conbinación de esas. Por tal razón, los problemas son similares.