UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ELEVADOR HIDRÁULICO,
TIPO PLUMA PARA CARGA DE HASTA UNA TONELADA,
CON CONTROL ELECTROHIDRÁULICO
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
EDISON ANTONIO SALGADO QUEZADA
DIRECTOR: MSC. LENÍN OMAR VALENCIA MÉNDEZ
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2016
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO CÉDULA DE IDENTIDAD: 1716811524
APELLIDO Y NOMBRES: SALGADO QUEZADA EDISON ANTONIO
DIRECCIÓN: PEDRO FREILE N58-116 Y VACA DE CASTRO
EMAIL: ANSAL1964@HOTMAIL.COM
TELÉFONO FIJO: 022537620
TELÉFONO MOVIL: 0984509498
DATOS DE LA OBRA
TÍTULO:
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ELEVADOR HIDRÁULICO, TIPO PLUMA PARA CARGA DE HASTA
UNA TONELADA, CON CONTROL
ELECTROHIDRÁULICO.
AUTOR O AUTORES: SALGADO QUEZADA EDISON ANTONIO
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
SEPTIEMBRE DEL 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
MSC. LENIN VALENCIA MÉNDEZ
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TÍTULO POR EL QUE OPTA: INGENIERO AUTOMOTRIZ
RESUMEN: Para la elaboración del proyecto de titulación nombrado
“Diseño y construcción de un elevador hidráulico, tipo pluma para carga de hasta una tonelada, con control electrohidráulico”, se ha escogido elementos eléctricos, hidráulicos y mecánicos mediante un estudio total de todos los componentes, parámetros de funcionamiento, tablas de valores de izaje y posibles fallas.
El elevador hidráulico tipo pluma está estructurado por una columna, extremidades de soporte, un brazo principal y un brazo telescópico que se encuentran unidos mediante pernos de sujeción y soldadura , favoreciendo de esta manera una estabilidad, rigidez y un reparto de cargas iguales del elevador en su operación de izaje de carga. La estructura metálica ha sido diseñada para poder cumplir con todas las condiciones y requerimientos necesarios para un correcto desempeño de trabajo dentro de las condiciones que vaya a ser sometida.
Posee una capacidad útil de elevación de carga de 1000 Kg con una altura máxima de izaje de 2100 mm y un alcance del brazo telescópico de 1000mm en su posición más corta, y con el brazo telescópico con un alcance máximo en posición más larga de 1470mm a una altura de izaje de 2300mm su capacidad de carga es de 350Kg. El sistema hidráulico del proyecto está conformado por un motor bifásico de 115 voltios con una potencia de 1HP a 2850 rpm , acoplado a una bomba cuya caudal es de 1.3 galones por minuto limitado por una válvula de presión a 1500 psi y controlada por una electroválvula de acción directa para poder accionar los mandos de operación. Ostenta un diseño innovador el cual facilita el trabajo para los operadores en izaje de carga, presentando diversas ventajas para el mantenimiento dentro de un taller automotriz en comparación a otros equipos convencionales, tales como: facilidad de movimiento del elevador tipo pluma, un diseño versátil y ergonómico para la manipulación del mismo con facilidad del control de operación y velocidad de izaje de carga.
PALABRAS CLAVES: Brazo telescópico
Electrohidráulica Electroválvula Elevador hidráulico Hidráulica
ABSTRACT: For the elaboration of the degree project named "Design
electrical, hydraulic and mechanical elements with a total study of all components, operating parameters, tables of values of load and potential failures.
The pen type hydraulic elevator is structured by a column, extremities of support, a boom and a telescopic arm that are connected by bolts of fastening and welding, thus favouring stability, rigidity and a burden-sharing of the elevator in its operation of load lifting. The metal structure is designed to meet all the conditions and requirements necessary for proper performance of work in conditions that will be submitted.
Has a useful lifting capacity 1000 Kg load with a maximum height of elevation of 2100 mm and a range of telescopic arm 1000mm in its short position, and with the telescopic arm with a maximum range in longer 1470mm position at a height of 2300mm lifting its load capacity is 350 Kg. Hydraulic system of the project consists of a two-phase 115 volt motor with a power of 1HP at 2850 rpm, coupled to a pump whose flow rate is 1.3 gallons per minute, limited by a pressure valve to 1500 psi and controlled by a solenoid valve of direct action to be able to operate the controls for operation.
Holds a design innovative which facilitates the work for them operators in lifting of load, presenting different advantages for the maintenance within a workshop automotive in comparison to others equipment conventional, such as: ease of movement of the elevator type pen, a design versatile and ergonomic to the manipulation of the same with ease of the control of operation and speed of lifting of load.
KEYWORDS Telescopic arm
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio
Digital de la Institución.
SALGADO QUEZADA EDISON ANTONIO
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, SALGADO QUEZADA EDISON ANTONIO, CI: 1716811524 autor del
proyecto titulado: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ELEVADOR
HIDRÁULICO, TIPO PLUMA PARA CARGA DE HASTA UNA TONELADA, CON CONTROL ELECTROHIDRÁULICO, previo a la obtención del título de
INGENIERO AUTOMOTRIZ en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las
Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo
144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la
SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de
graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de
información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión
pública respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial
a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito
de generar un Repositorio que democratice la información,
respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Quito, 31 de Octubre del 2016.
Salgado Quezada Edison Antonio
DECLARACIÓN
Yo SALGADO QUEZADA EDISON ANTONIO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para
ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional
vigente.
Salgado Quezada Edison Antonio
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y
Construcción de un elevador hidráulico, tipo pluma para carga de hasta una tonelada, con control electrohidráulico” que, para aspirar al título de
Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Edison Antonio Salgado Quezada, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y cumple con las condiciones requeridas por el
reglamento de Trabajos de Titulación artículos 19, 27 y 28.
Msc. Lenin Valencia
DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
El desarrollo del presente proyecto de tesis está dedicado a mis padres
Manuel Salgado y Patricia Quezada, quienes con su paciencia y apoyo, me
han facilitado conseguir lo que hasta ahora me he propuesto, su firmeza y
perseverancia han sido de gran ejemplo y han dado cabida a que día a día
destaque en todo ámbito de mi vida, depositando su entera confianza en
cada reto que se me presenta sin dudar ni un solo momento de mi
AGRADECIMIENTO
Un especial agradecimiento a Dios que me ha dado salud, sabiduría y
humildad para poder realizar un trabajo constante, arduo, responsable y
técnico del presente suscrito, no obstante quiero agradecer a mis estimados
maestros y en especial al Msc. Lenin Valencia, que con su ayuda
profesional, fue un facilitador y guía durante el desarrollo del presente,
ayudándome a alcanzar criterios de ámbito técnico para un mejor
entendimiento y fácil desarrollo del tema en curso, y como no agradecer a
mis padres Manuel Salgado y Gloria Quezada que han sido mis guías a lo
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ... xi
ABSTRACT ... xiii
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2. MARCO TEÓRICO ... 3
2.1 GENERALIDADES DE UN ELEVADOR HIDRAULICO ... 3
2.2 ELEVADOR AUTOMOTRIZ ... 3
2.2.1 TIPOS DE ELEVADORES AUTOMOTRICES ... 4
2.2.2 ELEVADOR HIDRÁULICO ... 4
2.2.3 ELEVADOR ELÉCTRICO ... 5
2.2.4 ELEVADOR MECÁNICO ... 5
2.2.5 ELEVADOR NEUMÁTICO ... 6
2.2.6 VENTAJAS DE UN ELEVADOR HIDRÁULICO ... 6
2.2.7 DESVENTAJAS DE UN ELEVADOR HIDRÁULICO ... 8
2.3 ELEVADOR HIDRAULICO TIPO PLUMA ... 8
2.3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN ELEVADOR TIPO PLUMA ... 9
2.4 FUNDAMENTOS HIDRÁULICOS DE UN ELEVADOR ... 9
2.4.1 HIDRÁULICA ... 9
2.4.2 PRINCIPIO DE PASCAL ... 10
2.4.3 MAGNITUDES FUNDAMANTALES ... 11
2.4.4 PRESIÓN HIDROSTÁTICA ... 11
2.4.5 PRESIÓN POR FUERZAS EXTERNAS (LEY DE PASCAL) ... 12
2.4.6 TRANSMISIÓN HIDRÁULICA DE FUERZA ... 12
2.4.7 PRINCIPIO DE LA TRANSMISIÓN DE PRESIÓN ... 13
2.4.8 HIDRODINÁMICA ... 14
ii
2.5.1 UNIDAD HIDRÁULICA O GRUPO DE ACCIONAMIENTO ... 15
2.5.2 ELEMENTOS DE TRANSPORTE ... 16
2.5.3 ELEMENTO DE TRABAJO ... 16
2.6 COMPONENTES HIDRÁULICOS DE UN ELEVADOR ... 16
2.6.1 BOMBA HIDRÁULICA ... 16
2.6.2 CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA HIDRÁULICA ... 17
2.6.3 TIPOS DE UNA BOMBAS HIDRÁULICA ... 18
Bomba hidráulica de paleta ... 18
Bomba hidráulica de pistones ... 20
Bomba de pistones en línea ... 20
Bomba de pistones axiales ... 21
Bomba de pistones radiales ... 21
Bomba hidráulica de tornillo ... 22
Bomba hidráulica de engranajes ... 22
2.6.4 CILINDRO HIDRÁULICO ... 23
Cilindro hidráulico de simple efecto ... 23
Cilindro hidráulica de doble efecto ... 24
2.6.5 VÁLVULAS ... 24
Tipos de válvulas ... 25
2.6.6 ELECTROVÁLVULAS ... 29
Clasificación de electroválvulas ... 30
2.6.7 DEPÓSITO DE ACEITE HIDRÁULICO ... 33
2.6.8 ELEMENTOS DE TRANSPORTE – MANGUERAS ... 34
2.7 ELECTROHIDRÁULICA ... 34
2.8 SIMBOLOGÍA ... 35
3. METODOLOGÍA ... 39
3.1 Metodología Utilizada ... 39
3.2 Proceso de Diseño y Construcción ... 39
iii
4.1 PROCESO DEL DISEÑO ... 45
4.1.1 ANÁLISIS DE DISEÑO ... 45
4.1.2 ALCANCE HORIZONTAL ... 45
4.1.3 ALCANCE VERTICAL ... 46
4.1.4 PARÁMETROS DE DISEÑO ... 46
4.1.5 DISEÑO Y CÁLCULO DE ELEMENTOS MECÁNICOS ... 47
4.1.6 ANÁLISIS DE CARGA ... 48
4.2 DISEÑO DE ELEMENTOS PRINCIPALES ... 51
4.2.1 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE GENERAL ... 52
4.2.2 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE BRAZO PRINCIPAL ... 53
4.2.3 BRAZO TELESCÓPICO ... 59
4.2.4 PATAS DE SOPORTE ... 60
4.2.5 COLUMNA ... 63
4.2.6 BASE DE COLUMNA Y COMPONENTES HIDRÁULICOS ... 66
4.2.7 SOLDADURA DE LA BASE Y LA COLUMNA PRINCIPAL ... 67
4.2.8 DIAGRAMA GENERAL DE CORTANTES Y MOMENTOS DEL ELEVADOR TIPO PLUMA ... 70
4.3 SELECCIÓN DE ELEMENTOS HIDRÁULICOS ... 72
4.3.1 CILINDRO HIDRÁULICO ... 72
4.3.2 CÁLCULO DE LA FUERZA DE EMPUJE ... 72
4.4 SELECCIÓN DE LA UNIDAD DE POTENCIA ... 74
4.4.1 DETERMINACIÓN DE CAUDAL DE LA BOMBA HIDRÁULICA ... 74
4.4.2 DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA DEL MOTOR. ... 74
4.4.3 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL RESERVORIO DE ACEITE ... 76
4.5 DISEÑO DEL CIRCUITO HIDRÁULICO ... 77
4.6 SELECCIÓN DE ACCESORIOS ... 78
4.6.1 GANCHO DE CARGA ... 78
4.6.2 RUEDAS GIRATORIAS ... 78
4.7 CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA. ... 79
4.7.1 CONSTRUCCIÓN DE LA BASE ... 79
iv
4.7.3 CONSTRUCCIÓN DEL BRAZO ... 80
4.8 MONTAJE DEL EQUIPO ... 81
4.9 PRUEBAS DE CARGA ... 84
4.9.1 TABULACIÓN DE LAS PRUEBAS ... 84
4.9.2 CARGA VS. TIEMPO DE IZAJE ... 84
4.9.3 CARGA VS. PRESIÓN HIDRÁULICA ... 85
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 87
5.1 CONCLUSIONES ... 87
5.2 RECOMENDACIONES ... 89
BIBLIOGRAFÍA ... 90
v
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Medidas de referencia de motores más comunes en el mercado
local. ... 45
Tabla 2. Especificaciones de soldadura. ... 70
Tabla 3. Carga vs. tiempo de izaje. ... 85
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Elevador hidráulico de pistón. ... 5
Figura 2. Esquema del funcionamiento de una bomba manual ... 6
Figura 3. Unidad de accionamiento hidráulico. ... 7
Figura 4. Brazo hidráulico tipo pluma ... 8
Figura 5. Principio de pascal. ... 10
Figura 6. Presión hidrostática. ... 11
Figura 7. Transmisión hidráulica de fuerza. ... 13
Figura 8. Principio de transmisión de presión. ... 14
Figura 9. Hidrodinámica. ... 14
Figura 10. Bomba de paletas simple ... 19
Figura 11. Bomba de paletas de varias vías. ... 19
Figura 12. Sección de una bomba de pistón eje recto. ... 20
Figura 13. Bomba de pistones axiales. ... 21
Figura 14. Bomba de pistones radiales. ... 21
Figura 15. Bomba de tornillo. ... 22
Figura 16. Bomba de engranajes. ... 22
Figura 17. Sección longitudinal de un cilindro hidráulico. ... 23
Figura 18. Sección longitudinal de un cilindro de doble efecto. ... 24
Figura 19. Sección válvula de alivio principal. ... 25
Figura 20. Válvula de alivio de línea. ... 25
Figura 21. Válvula de alivio modulada. ... 26
Figura 22. Válvula reductora. ... 26
Figura 23. Válvula diferencial. ... 27
Figura 24. Válvula de carrete. ... 27
Figura 25. Válvula unidireccional ... 28
Figura 26. Válvula doble check. ... 28
Figura 27. Válvula reguladora de flujo. ... 28
Figura 28. Válvula en paralelo ... 29
Figura 29. Válvula en serie ... 29
vii
Figura 31. Normalmente cerrada (n.c)... 31
Figura 32. Normalmente abierta (n.a)... 31
Figura 33. Electroválvula de acción indirecta. ... 32
Figura 34. Electroválvula de acción mixta. ... 32
Figura 35. Tanque de depósito hidráulico. ... 33
Figura 36. Selección de una manguera textil. ... 34
Figura 37. Símbolos comunes #1. ... 36
Figura 38. Símbolos comunes #2. ... 37
Figura 39. Símbolos comunes #3. ... 38
Figura 40. Esquema de las partes principales del brazo hidráulico, vista lateral. ... 47
Figura 41. Esquema de las partes principales del brazo hidráulico, vista superior. ... 48
Figura 42. Posición de carga #1 brazo a 90° en longitud mínima y máxima del brazo telescópico. ... 48
Figura 43. Posición de carga#2; brazo a 45° en longitud mínima y máxima del brazo telescópico. ... 49
Figura 44. Posición de carga #3; brazo a 10° en longitud mínima y máxima del brazo telescópico. ... 49
Figura 45. Diagrama de cuerpo libre para la posición de carga #1 a 90°. ... 50
Figura 46. Diagrama de cuerpo libre para la posición de carga #1 a 45°. ... 50
Figura 47. Diagrama de cuerpo libre para la posición de carga #1 a 10°. ... 51
Figura 48. Diagrama de cuerpo libre para la posición de carga #1 a 90° .... 52
Figura 49. Diagrama de cuerpo libre del brazo principal. ... 54
Figura 50. Diagrama de fuerza cortante y de momento flector. ... 55
Figura 51. Diagrama de sección externa del brazo principal. ... 56
Figura 52. Diagrama de la sección interna del brazo principal. ... 57
Figura 53. Diagrama de la sección compuesta del brazo principal. ... 57
Figura 54. Diagrama de cuerpo libre del brazo telescópico. ... 59
Figura 55. Diagrama de cuerpo libre de las patas de soporte. ... 60
viii
Figura 57. Diagrama de la sección transversal de una de las patas de
soporte. ... 62
Figura 58. Diagrama de cuerpo libre de la columna. ... 63
Figura 59. Diagrama de fuerzas axiales, cortantes y de momento flector. .. 63
Figura 60. Diagrama de la sección trasversal de la columna... 64
Figura 61. Diagrama del cordón de soldadura entre la base y columna... 68
Figura 62. Diagramas de carga, fuerza axial, cortante y de momento flector ... 71
Figura 63. Fuerza ejercida por el pistón al momento de subir. ... 72
Figura 64. Fuerza ejercida por el pistón al momento de bajar. ... 73
Figura 65. Especificaciones del motor. ... 75
Figura 66. Circuito hidráulico ... 77
Figura 67. Diagrama de ruedas Norelem. ... 78
Figura68. Soldadura de base de columna ... 79
Figura 69. Columna ... 80
Figura 70. Brazo ... 81
Figura 71. Ruedas móviles ... 82
Figura 72. Soldadura de base-columna ... 82
Figura 73. Sistema hidráulico ... 83
Figura 74. Medidor de sistema hidráulico ... 83
Figura 75. Brazo hidráulico completo ... 84
Figura 76. Diagrama carga vs tiempo... 85
ix
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1.
Instrucción de seguridad ... 94
ANEXO 2.
Mantenimiento de elevador hidráulico tipo pluma ... 96
ANEXO 3.
Guía de práctica de laboratorio ... 98
ANEXO 4.
Plano: Brazo telescópico ... 101
ANEXO 5.
Plano: Pata desmontable ... 101
ANEXO 6.
Plano: Estructura columna base ... 103
ANEXO 7.
Plano: Brazo flotante ... 104
ANEXO 8.
Plano: Gancho ... 105
ANEXO 9.
Plano: Gato hidraulico ... 106
ANEXO 10.
Plano: Rueda ... 107
ANEXO 11.
Plano: Soporte brazo telescópico ... 108
ANEXO 12.
Plano: Soporte giratorio para émbolo del gato hidraúlico ... 109
ANEXO 13.
Plano: Motor eléctrico ... 110
ANEXO 14.
Plano: Reservorio líquido hidraúlico ... 111
ANEXO 15.
x
ANEXO 16.
Plano: Electroválvula ... 113
ANEXO 17.
Plano: Mando Électrico ... 114
ANEXO 18.
Plano: Manómetro ... 115
ANEXO 19.
xi
RESUMEN
Para la elaboración del proyecto de titulación nombrado “Diseño y
construcción de un elevador hidráulico, tipo pluma para carga de hasta una tonelada, con control electrohidráulico”, se ha escogido elementos
eléctricos, hidráulicos y mecánicos mediante un estudio total de todos los
componentes, parámetros de funcionamiento, tablas de valores de izaje y
posibles fallas. El elevador hidráulico tipo pluma está estructurado por una
columna, extremidades de soporte, un brazo principal y un brazo telescópico
que se encuentran unidos mediante pernos de sujeción y soldadura ,
favoreciendo de esta manera una estabilidad, rigidez y un reparto de cargas
iguales del elevador en su operación de izaje de carga. La estructura
metálica ha sido diseñada para poder cumplir con todas las condiciones y
requerimientos necesarios para un correcto desempeño de trabajo dentro de
las condiciones que vaya a ser sometida. Posee una capacidad útil de
elevación de carga de 1000 Kg con una altura máxima de izaje de 2100 mm
y un alcance del brazo telescópico de 1000mm en su posición más corta, y
con el brazo telescópico con un alcance máximo en posición más larga de
1470mm a una altura de izaje de 2300mm su capacidad de carga es de
350Kg. El sistema hidráulico del proyecto está conformado por un motor
bifásico de 115 voltios con una potencia de 1HP a 2850 rpm , acoplado a
una bomba cuya caudal es de 1.3 galones por minuto limitado por una
válvula de presión a 1500 psi y controlada por una electroválvula de acción
directa para poder accionar los mandos de operación. Ostenta un diseño
innovador el cual facilita el trabajo para los operadores en izaje de carga,
presentando diversas ventajas para el mantenimiento dentro de un taller
automotriz en comparación a otros equipos convencionales, tales como:
facilidad de movimiento del elevador tipo pluma, un diseño versátil y
ergonómico para la manipulación del mismo con facilidad del control de
xii
xiii
ABSTRACT
For the elaboration of the degree project named "Design and construction of
a hydraulic hoist, pen type to load up to a ton, with electro hydraulic control",
has been chosen electrical, hydraulic and mechanical elements with a total
study of all components, operating parameters, tables of values of load and
potential failures. The pen type hydraulic elevator is structured by a column,
extremities of support, a boom and a telescopic arm that are connected by
bolts of fastening and welding, thus favouring stability, rigidity and a
burden-sharing of the elevator in its operation of load lifting. The metal structure is
designed to meet all the conditions and requirements necessary for proper
performance of work in conditions that will be submitted. Has a useful lifting
capacity 1000 Kg load with a maximum height of elevation of 2100 mm and a
range of telescopic arm 1000mm in its short position, and with the telescopic
arm with a maximum range in longer 1470mm position at a height of
2300mm lifting its load capacity is 350 Kg. Hydraulic system of the project
consists of a two-phase 115 volt motor with a power of 1HP at 2850 rpm,
coupled to a pump whose flow rate is 1.3 gallons per minute, limited by a
pressure valve to 1500 psi and controlled by a solenoid valve of direct action
to be able to operate the controls for operation. Holds a design innovative
which facilitates the work for them operators in lifting of load, presenting
different advantages for the maintenance within a workshop automotive in
comparison to others equipment conventional, such as: ease of movement of
the elevator type pen, a design versatile and ergonomic to the manipulation
of the same with ease of the control of operation and speed of lifting of load.
Key words: telescopic arm, electro hydraulic, electro valve, hydraulic hoist,
1
1. INTRODUCCIÓN
Actualmente en el país la situación económica ha imposibilitado la
renovación de Bienes de Capital debido a su alto costo, esto ha hecho que el
parque automotriz se vea obligado a realizar reparaciones parciales de
componentes mecánicos.
Para esto se requiere de herramientas apropiadas, las mismas que en su
mayoría son importadas, y que por su alto costo se convierten en bienes
inalcanzables para los talleres automotrices pequeños que representan la
mayoría. Por lo que se hace indispensable contar con maquinaria moderna,
versátil que ayude a disminuir el tiempo de ejecución del trabajo, por lo que
es necesario comenzar a construir nuestras propias máquinas, ya que
somos entes capaces de realizar este tipo de proyectos de la industria
ecuatoriana en el campo automotriz.
Este proyecto tiene como esencia proporcionar los conceptos, los
procedimientos, la información y las técnicas de análisis de decisiones que
se requieren para el diseño y construcción de una grúa hidráulica tipo pluma
para vehículos livianos que ayuden ha mejorar la conformidad y la
uniformidad de procesos de trabajo dentro de un taller automotriz.
Los talleres automotrices debido a su demanda de calidad en los trabajos
realizados, se han visto en la necesidad de modernizar sus plantas, por lo
que será necesario contar con maquinaria que facilite y disminuya el tiempo
de ejecución de los trabajos, debido a que los talleres automotrices están
directamente relacionados con la calidad que brindan no solamente en el
conocimiento técnico, también en los equipos para hacer bien su trabajo.
Con la construcción del elevador tipo pluma, los talleres automotrices van a
poder evitar accidentes laborales y con esto implementar la seguridad
industrial en donde se vaya a realizar trabajos que necesiten de elevación de
carga. En el país la mayoría de talleres automotrices utilizan elevadores
2 técnicos mecánicos se encuentran expuestos a riesgos innecesarios por
parte de una maquinaria ineficaz para la seguridad industrial.
Para el presente trabajo de titulación se planteó como objetivo general:
Diseñar y construir un elevador hidráulico, tipo pluma para carga de hasta
una tonelada, con control electrohidráulico por medio del montaje de
componentes mecánicos, eléctricos e hidráulicos.
Para complementar el objetivo general se plantean los siguientes objetivos
específicos:
Definir los principios básicos de funcionamiento del sistema y su aplicación en elevadores hidráulicos, mediante los cálculos para
posteriormente aplicar en la construcción del elevador tipo pluma.
Determinar los componentes mecánicos, eléctricos e hidráulicos del elevador tipo pluma, que vamos a utilizar para la construcción del
proyecto.
Diseñar y calcular todos los elementos del proyecto con ayuda de diferentes software para la obtención de resultados.
Construir y ensamblar el conjunto de elementos mecánicos e hidráulicos del elevador tipo pluma basándose en el plano preestablecido.
Analizar y realizar pruebas de funcionamiento del sistema hidráulico para puesta a punto del elevador tipo pluma mediante tablas de izaje de carga
para el correcto funcionamiento del elevador hidráulico con diferentes
3
2. MARCO TEÓRICO
2.1 GENERALIDADES DE UN ELEVADOR HIDRAULICO
Al hablar de un elevador hidráulico necesitamos comprender los parámetros
básicos de la ciencia conocida como “hidráulica”, la cual cumple con una
variedad de usos y aplicaciones, debido principalmente al diseño y
fabricación de elementos de mayor precisión con materiales de alta calidad,
además de estar acompañado de estudios de resistencia de materiales y
principios que rigen la hidráulica. Actualmente la hidráulica se ha visto
reflejada en equipos y herramientas que permitan realizar trabajos de mayor
precisión con mayores niveles de energía, lo que ha permitido un gran
desarrollo para la industria.
2.2 ELEVADOR AUTOMOTRIZ
En la actualidad existen diversos elevadores hidráulicos según su aplicación,
el elevador de autos es una herramienta fundamental dentro de un taller
automotriz que cumple el propósito de levantar al automóvil o mecanismos
del vehículo para realizar un determinado mantenimiento.
El elevador de autos es un equipo móvil que realiza un desplazamiento en
forma ascendente y descendente, el mismo que tiene como finalidad
levantar un automóvil para realizar un determinado mantenimiento. Es por
esa razón que nunca ha sido más importante que ahora, para los
concesionarios, talleres de servicio y de reparación obtener el más fiable
elevador de vehículos, para poder satisfacer todas las necesidades de
mantenimientos. Es fundamental que los centros de reparación automotriz
tengan elevadores para poder facilitar y agilitar los tiempos de
4
2.2.1 TIPOS DE ELEVADORES AUTOMOTRICES
Entre los elevadores automotrices tenemos: elevadores de dos columnas,
cuatro columnas, doble pistón, doble tijera, tijera simple y tipo pluma que es
muy común en los talleres de reparaciones automotrices. Dentro de esta
variedad de elevadores automotrices algunos trabajan con un sistema
hidráulico simple, otros combinan dispositivos mecánicos y electrónicos para
levantar al automóvil.
Existen elevadores automotrices que son diseñados para cualquier tipo
vehículo, sin importar el tamaño desde un camión de gran tamaño hasta una
pequeña motocicleta.
En los Estados Unidos la institución encargada de regir las normas de
construcción y seguridad de los elevadores automotrices se basa según la
Automotive Lift Institute. Fundada en 1945, con el fin de garantizar las
normas de certificación y aprobación de equipos y herramientas
automotrices que garanticen la seguridad y calidad en su funcionamiento.
Los elevadores automotrices se clasifican por lo general según se principio
de funcionamiento variable, utilizando distintas formas de accionamiento
entre los más utilizados:
Elevadores hidráulicos
Elevadores eléctricos.
Elevadores mecánicos.
Elevadores neumáticos.
2.2.2 ELEVADOR HIDRÁULICO
El elevador hidráulico es una herramienta que realiza dos tipos de
desplazamientos: ascendente y descendente, el mismo que tiene como
función el de levantar carga. Se fundamenta en el principio de que el trabajo
necesario para mover un objeto es el producto de la fuerza por la distancia
que recorre el objeto. Para su funcionamiento utiliza un líquido incompresible
5 de una gran distancia tenga el mismo efecto que una gran fuerza aplicada a
lo largo de una distancia pequeña, como se puede observar en la figura 1.
Figura 1. Elevador hidráulico de pistón
(Caterpillar, 2015)
2.2.3 ELEVADOR ELÉCTRICO
Este tipo de elevadores utilizan motores eléctricos y otros mecanismos como
reductores de velocidad, cables, polipastos, variadores de frecuencia, etc.
Para la transformación del giro del motor en un movimiento de
desplazamiento vertical.
Un elevador, como primera función tiene que cumplir como guía para que los
movimientos sean precisos y correctos, su segunda función es la de realizar
movimientos de ascenso o descenso por medio de un motor de gran
potencia (Rodriguez D. , 2014, pág. 72).
2.2.4 ELEVADOR MECÁNICO
Los elevadores mecánicos son mecanismos muy simples en su
accionamiento de forma manual mediante un tornillo sin fin o gato
6
Figura 2. Esquema del funcionamiento de una bomba manual
(Calvo, 1997)
2.2.5 ELEVADOR NEUMÁTICO
El elevador neumático tiene un funcionamiento similar al hidráulico, para
accionar su mecanismo se requiere de aire comprimido, mediante un
compresor que ayudara a elevar su presión. El compresor envía energía de
flujo aumentando la presión y energía cinética con la ayuda de un motor
eléctrico o de combustión comunicada al sistema neumático (Caterpillar,
2015, pág. 22).
2.2.6 VENTAJAS DE UN ELEVADOR HIDRÁULICO
Gran capacidad para el levantamiento de peso , los elevadores automotrices están diseñados para trabajar con pesos superiores a 3
toneladas sin que reporte ningún esfuerzo hidráulico ya que su circuito
hidráulico está compuesto por bombas y actuadores que puedan ejercer
una mayor capacidad de presión en algunos casos desde 10 a 20
toneladas. Es muy importante el diseño y construcción de la estructura,
porque es la que determina su capacidad de carga.
Cero fallas, desperfectos o averías, al no estar diseñados con sistemas de distribución basados en tornillos sin fin, cadenas y piñones, estos
tienen menos riesgo de desgaste físico de elementos mecánicos. Existe
una baja probabilidad de que el circuito hidráulico sufra daños siempre y
cuando el factor humano realice esfuerzos o cortes inesperados de
7 conformado de una unidad de almacenamiento que incluye un depósito
que almacena el fluido y que lo envía a una bomba hidráulica .La bomba
hidráulica pone en movimiento el fluido y lo inyecta a alta presión al resto
del circuito hidráulico cerrado.
Figura 3. Unidad de accionamiento hidráulico
(Calvo, 1997)
Bajos consumos de corriente, se determina por el tipo de motor eléctrico que se utilice puede ser de 220v y 110v de corriente alterna.
Estructura robusta, en la mayor parte de elevadores automotrices hidráulicos se diseña para soportar mayores esfuerzos de carga
comprendidos en toneladas, a diferencia de los elevadores de tornillo o
eléctricos.
Seguridad por bloqueos físicos, la mayor parte de elevadores hidráulicos se componen de bloqueos manuales o automáticos, estos bloqueos
cumplen la función de evitar de que la carga descienda bruscamente, se
activa de acuerdo al peso del vehículo o la carga que se encuentre
elevada. En caso de falla del circuito hidráulico por perdida de presión o
cortes de manguera perdiendo aceite hidráulico no afectara al bloque
manual o automático.
8 su descenso es por medio de una descarga controlada de presión
hidráulica desventajas de un elevador hidráulico.
2.2.7 DESVENTAJAS DE UN ELEVADOR HIDRÁULICO
Constante revisión obligatoria de elementos de sujeción del elevador, para
una mayor seguridad del operador o persona que se encuentre alrededor
del elevador, ya que habitualmente los elevadores hidráulicos son
diseñados y construidos para soportar elevadas cargas en altura, mayores a
los elevadores eléctricos o de tornillo.
2.3 ELEVADOR HIDRAULICO TIPO PLUMA
Un elevador hidráulico tipo pluma o de brazo, tienen la capacidad de girar
dependiendo el trabajo que realice puede tener un ángulo de giro que
comience desde 0° a 360° y sus capacidades abarcan grandes rangos de
tonelajes. Sus limitaciones son el alcance que puede tener el brazo y la
altura de ascenso de carga ya que este tipo de configuración necesita una
columna cada vez más robusta para tener mayor altura de izaje. Como se
observa en la figura 4 (Alvarado Chavez, 2004, pág. 72).
Figura 4. Brazo hidráulico tipo pluma
9
2.3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN ELEVADOR TIPO PLUMA
Nuestro elevador tipo pluma consta de una estructura metálica geométrica y
para su funcionamiento está constituido de un sistema hidráulico el mismo
que consiste de un cilindro hidráulico por el cual se calculara una distancia
dependiendo el peso a ser elevado. Para la potencia del elevador tipo pluma
se diseñará y construirá en base a principios de una prensa hidráulica, con la
utilización de actuadores hidráulicos y actuadores eléctricos, utilizando
principios hidráulicos donde un fluido incomprensible será el agente
trasmisor de fuerza para la elevación de carga (Carlos & Cardenas, 2010,
pág. 54). En nuestro elevador la fuerza que será transmitida será aplicada
por una bomba hidráulica la misma que nos permitirá levantar la carga, por
medio de mangueras que enviaran el fluido conductor hacia el pistón
receptor que aplicara una fuerza necesaria para levantar las grandes
capacidades de carga.
2.4 FUNDAMENTOS HIDRÁULICOS DE UN ELEVADOR
Los principios de hidráulica básica se aplican en el diseño de los sistemas
hidráulicos de los implementos, sistemas de dirección, sistemas de frenos y
sistemas del tren de fuerza. Se deben conocer los principios de hidráulica
básica antes de conocer los sistemas hidráulicos de una máquina.
2.4.1 HIDRÁULICA
En la actualidad la hidráulica tiene muchas aplicaciones según su diseño o
fabricación de elementos de mayor precisión con materiales de una alta
calidad, acompañado de los principios fundamentales de la hidráulica. Todo
este trabajo se ve reflejado en equipos o maquinarias que realizan trabajos
de presión con niveles altos de energía, lo que ha permitido un gran
10
2.4.2 PRINCIPIO DE PASCAL
El principio de pascal se puede interpretar como la transmisión de presiones
por un medio de líquidos incompresibles. El físico francés Blaise Pascal fue
quien descubrió este comportamiento por lo que estableció el siguiente
principio:
“Un cambio de presión aplicado a un líquido en reposo dentro de un recipiente se transmite sin alteración a través de todo el líquido. Es igual en todas las direcciones y actúa mediante fuerzas perpendiculares a las paredes que lo contienen".
El principio de Pascal se basa en el funcionamiento de máquinas o
herramientas hidráulicas como son: la prensa hidráulica, el gato, el freno, el
ascensor y para nosotros el elevador. Por medio del principio de
funcionamiento de una prensa hidráulica nos permite levantar cargas o
estampar metales con solo ejercer pequeñas fuerzas
En la figura 5 podemos describir los desplazamientos de fuerzas dentro de
un sistema hidráulico, si ejercemos una fuerza (F1) al pistón pequeño, la
presión ejercida se transmitirá hacia todo el sistema hidráulico enviando a
todos los puntos el fluido incomprensible hacia el pistón grande de esta
manera la fuerza (F2) elevará al pistón mientras que la (F1) hace que el
pistón pequeño descienda. Dentro de cualquier sistema hidráulico la presión
sobre los pistones es la misma (Electrohidraulica Coslada S. L., 2012, pág.
23).
Figura 5. Principio de pascal
11 La fuerza que hace el líquido incomprensible sobre el embolo grande es F2.
𝐹1 𝑆1 =
𝐹2 𝑆2
2.4.3 MAGNITUDES FUNDAMANTALES
Definiciones y reducciones del sistema internacional de Unidades ISO.
Una masa (en sentido de cantidad de materia) de 1 Kg. produce en la tierra
una fuerza de 1 Kg.
Según la Ley de Newton:
F= M x a Fuerza = Masa x Aceleración =Kg. m/ S 2
Según el sistema antiguo se utilizaba la aceleración de gravedad como a
aceleración
F= m x g 1kp = 1 Kg. x 9,81 m/s2 = 9,81 Kg. x m/ s2 según el sistema SI, se
expresa la fuerza en Newton (N).
2.4.4 PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Una columna de líquido ejerce por su propio peso, una presión sobre una
superficie en que actúa. Ver figura 6.
Figura 6. Presión hidrostática
12 La presión es función de la columna en función de la altura de la columna
(h), de la densidad (&) y de la aceleración de gravedad (g).
Presión = h x & x g
Si se toman recipientes de formas distintas y llenados con el mismo líquido,
la presión estará en función solamente de la altura.
2.4.5 PRESIÓN POR FUERZAS EXTERNAS (LEY DE PASCAL)
Actúa una fuerza externa F sobre una superficie A, se produce en él liquido
una presión La presión es función de la magnitud de la fuerza perpendicular
a la superficie.
P= F/A
La presión se distribuye uniformemente en todos los sentidos es igual en
todos lados ,esto ocurre despreciando la presión del peso del líquido que
debe ser adicionado en función de la altura Esta presión, en relación a las
presiones con que se trabajan en la hidráulica, se puede despreciar; por
ejemplo: 10m de columna de agua =1 bar.
2.4.6 TRANSMISIÓN HIDRÁULICA DE FUERZA
Dado que la presión se distribuye uniformemente en él líquido, la forma del
recipiente no tiene ninguna influencia. Para poder analizar la presión
resultante por la acción de una fuerza externa tomamos como ejemplo el
sistema mostrado en la figura 7. Si actuamos con la fuerza F1 sobre la
superficie A1 producimos la presión:
P= F1/A1
La presión P actúa uniformemente en todo el líquido, es decir que también
sobre la superficie A2. La fuerza se puede obtener (compatible con una
carga a levantar) es:
F2 = P x A2
Entonces:
13 F2/F1 = A2/A1
Las fuerzas son directamente proporcionales a las superficies. En estos
sistemas la presión esta siempre en relación con la carga actuante y la
superficie solicitada. Esto, se asemeja a que la presión aumenta hasta
vencer a la carga que se opone. La carga puede ser levantada solo si la
presión producida por la fuerza F1 y la superficie A1 es lo suficientemente
alta (los rozamientos no se tienen en cuenta).
Los espacios S1 y S2 recorriendo por los émbolos están en relación inversa
a sus superficies: S1/ S2 = A2/ A1.
El trabajo del embolo 1 es igual al trabajo del embolo 2.
W1= F1 x S1
W2 = F2 x S2
Figura 7. Transmisión hidráulica de fuerza
(FinninCAT, 2004)
2.4.7 PRINCIPIO DE LA TRANSMISIÓN DE PRESIÓN
Dos émbolos de distinto tamaño están unidos por una barra. Si sobre la
superficie A1 actúa la presión P1, se obtiene en él embolo grande la fuerza
F1.esta se traspasa a la barra al embolo pequeño y actúa sobre la superficie
A2 provocando una presión P2. Como se observa en la figura 8.
Sin tener en cuenta el razonamiento:
14 Entonces:
P1 x A1 = F1 P2 x A2 = F2
P1 / P2 = A2 / A1
Se concluye que la presión es inversamente proporcional a la superficie.
Figura 8. Principio de transmisión de presión
(FinninCAT, 2004)
2.4.8 HIDRODINÁMICA
La hidrodinámica estudia la dinámica de los líquidos o fluidos en
movimientos, presentan varias características que pueden ser descritas por
ecuaciones matemáticas muy sencillas. Entre ellas:
Ecuación del flujo
En la figura 9 se observa que si un líquido fluye por un tubo de sección
variable, el volumen que pasa por la unidad de tiempo es el mismo,
independiente de la sección.
Figura 9. Hidrodinámica
15 La velocidad del flujo varía.
Caudal
Q = V/ t
Q = caudal
V = volumen
T = tiempo
A = superficie
S = espacio
V = A x S
Reemplazando Q = A x S / t
El espacio S en el tiempo es = velocidad v = S/t
Obtenemos Q = A x v
Ecuación de continuidad
A1 x v1 A2 x v2 Q1 = Q2
2.5 SISTEMA HIDRÁULICO DE UN ELEVADOR
Los sistemas hidráulicos constan de un conjunto interconectado de
elementos separados que transportan un fluido. El sistema se usa para
controlar el flujo del líquido incomprensible o controlar la presión del fluido.
2.5.1 UNIDAD HIDRÁULICA O GRUPO DE ACCIONAMIENTO
Es la encargada de aspirar el fluido hidráulico del depósito y lo transporta
hacia los conductos del sistema hidráulico superando las resistencias
existentes, la presión solamente se genera cuando una resistencia se opone
al flujo del fluido. Para la generación de energía hidráulica es necesaria la
transformación de la energía mecánica que produce un motor eléctrico o de
combustión, el componente principal es la bomba hidráulica que es la unidad
16
2.5.2 ELEMENTOS DE TRANSPORTE
Son todas las mangueras o conexiones que conectan todo el circuito
hidráulico cerrado y ayudan a conducir el fluido que es el medio de trabajo
que trasmite la energía disponible desde la unidad de abastecimiento de
energía hacia las unidades de trabajo como son motores o cilindros.
2.5.3 ELEMENTO DE TRABAJO
Son fundamentales, debido a que transforman la energía hidráulica en
energía mecánica como son los cilindros, estos realizan movimientos
rectilíneos como resultado de la presión ejercida por la bomba. Para un
correcto funcionamiento necesitamos de elementos de control y regulación
de presión para una verificación de todo el sistema hidráulico.
2.6 COMPONENTES HIDRÁULICOS DEL ELEVADOR
Los componentes que acostumbran llevar los sistemas hidráulicos son:
bomba hidráulica, motor hidráulico, el depósito, diversas clases de válvulas,
cilindros, filtros, manómetros y visualizadores de nivel de fluido.
2.6.1 BOMBA HIDRÁULICA
La bomba hidráulica transforma la energía eléctrica o mecánica en energía
de presión hidráulica a través de un líquido cuyas moléculas están
sometidas a la presión ejercida por la bomba. El fluido incompresible puede
ser un líquido o una mezcla de líquidos y sólidos. Las bombas hidráulicas
son elementos que ayudan a impulsar líquidos o aceites hidráulicos
transformando la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica, su
propósito es el de suministrar un flujo de líquido a todo el circuito hidráulico.
Es importante saber que la bomba no es el elemento que crea presión
17 bomba proporciona flujo del líquido incomprensible, transmite una fuerza al
líquido, el flujo del líquido encuentra resistencia, esta fuerza se convierte en
presión. La resistencia es el resultado de una obstrucción o restricción en la
trayectoria del flujo del líquido (Gil, 2009, pág. 56).
Las bombas hidráulicas se clasifican de acuerdo a su capacidad de variación
de caudal podemos dividirlas en bombas de caudal fijo y bombas de caudal
variable.
Grupo bombas de caudal fijo
Bombas de engranajes externos.
Bombas de paletas.
Bombas de pistones axiales y radiales.
Grupo bombas de caudal variable
Bombas de paletas.
Bombas de pistones radiales.
Bombas de pistones axiales.
Tipos de bombas
Bomba de Paletas.
Bomba de Pistones.
Bomba de Engranajes.
Bomba de Tornillo.
2.6.2 CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA HIDRÁULICA
18 estén dentro del rango de trabajo, por precaución evitar sobre esfuerzos
de presión para prevenir que sufra desperfectos de funcionamiento o
disminuir la vida útil de la bomba.
Caudal.-Puede variar en función de la frecuencia de rotación de la
bomba, aunque conviene que su valor se mantenga dentro de las
especificaciones del fabricante.
Desplazamiento.-Volumen de líquido incomprensible que se bombea en una vuelta completa. Su valor es constante para cada bomba. El
producto del desplazamiento por la velocidad de rotación de la bomba es
el caudal.
Rendimiento total.-Es el cociente entre la potencia hidráulica que produce la bomba y la potencia mecánica que ésta consume.
2.6.3 TIPOS DE UNA BOMBAS HIDRÁULICA
Las bombas hidráulicas se pueden clasificar según su amplitud de presión,
volumen, amplitud de velocidad, eficiencia mecánica, eficiencia volumétrica y
eficiencia total, para lo cual es importante saber la utilidad que se le va a dar
a la bomba hidráulica dentro de un sistema.
Bomba hidráulica de paleta
Este tipo de bomba está constituida por un rotor que gira excéntricamente
movida por un eje estriado, tiene unas ranuras para las paletas. En las
ranuras se ubican las paletas rectangulares o planas, donde se desplazan
radialmente dentro de la carcasa de la bomba hidráulica. Todo el conjunto
del rotor y las paletas trabajan dentro de una carcasa comandados por un
eje, cuando el rotor gira las paletas son empujadas por una fuerza centrífuga
dentro de la carcasa, para lo cual el sentido de rotación es importante para la
aspiración de la bomba, dentro de la cámara el rotor es el encargado de
19 una succión de aceite y posteriormente a la expulsión de aceite hacia la
boca de presión de la bomba, se puede visualizar en la figura 10
(Meganeboy, 2014, pág. 16).
Figura 10. Bomba de paletas simple
(Hinojosa, 2012)
Este tipo de bomba tiene un anillo interno cuya forma es ovalada y forma dos
diferentes cámaras de presión de manera que los orificios de aspiración y
expulsión trabajan indistintamente. Las bombas de paletas pueden ser de
simple, doble y triple efecto, el funcionamiento de este otro tipo de bomba es
similar a diferencia que tienen salidas independientes, pero un ingreso
común de aceite. Ver figura 11.
Figura 11.Bomba de paletas de varias vías.
20
Bomba hidráulica de pistones
Las bombas de pistones tienen un alto rendimiento ya que existen pequeñas
fugas internas lo que ayuda alcanzar rendimientos volumétricos de hasta el
90% y puede llegar a tener presiones de hasta 1000 bares.
Este tipo de bombas tienen un grado de ajuste casi perfecto con las piezas
que están en movimiento, se exige un alto grado en la filtración de aceite
para la aspiración y retorno , por lo que es indispensable revisar
periódicamente el estado del aceite para asegurar la vida útil de la bomba
(Lichtenstein, 2007, pág. 48).
Las bombas de pistones se clasifican de la siguiente manera:
Bomba de pistones en línea
Este tipo de bomba es similar a los motores automotrices por su
funcionamiento, existe un eje motriz el cual impulsa al giro de un pequeño
cigüeñal trasmitiendo un movimiento lineal de los pistones que permita
obtener un flujo de aceite continuo dentro del sistema hidráulico, tal como se
aprecia en la figura 12.
Figura 12. Sección de una bomba de pistón eje recto
21
Bomba de pistones axiales
Los pistones se encuentran paralelamente al eje de rotación, dentro de un
barrilete que gira solidariamente con el eje motriz, que está conectado al
plato de la bomba por medio de pines y anillos de retroceso. Los pistones
giran dentro del barrilete y se mueven linealmente gracias a los pies
apoyados del plato de presión, como se puede apreciar gráficamente en la
figura 13.
Figura 13. Bomba de pistones axiales
(Hinojosa, 2012)
Bomba de pistones radiales
En este tipo de bomba se diseña para que los pistones estén dispuestos en
estrella, durante el giro el eje central actúa sobre los pistones completando
un ciclo por cada vuelta que realice el rotor, los émbolos realizan la
aspiración y la salida de aceite hidráulico. Ver figura14.
Figura 14. Bomba de pistones radiales
22
Bomba hidráulica de tornillo
Las bombas hidráulicas de tornillo tienen un eje en forma de espiral, gira
dentro de un cilindro que a su vez posee cavidades en espiral, como se
puede apreciar en la figura 15. El eje gira desplazando el fluido a través de
las cavidades, avanzando en forma continua. El caudal es muy uniforme y
las bombas de este tipo resultan muy silenciosas
Figura 15. Bomba de Tornillo
(Flores Giron, 2012)
Bomba hidráulica de engranajes
En este tipo de bomba hidráulica es también conocida como el “caballo de batalla” de los sistemas hidráulicos, por su fácil funcionamiento y un caudal
fijo y continuo de aceite. El caudal que emite este tipo de bomba es
suficiente para cualquier sistema hidráulico de caudal fijo, como se aprecia
en la figura 16.
Figura 16 .Bomba de engranajes
23
2.6.4 CILINDRO HIDRÁULICO
El cilindro hidráulico está compuesto de un pistón que se desliza dentro de
una camisa, por medio de un movimiento rectilíneo transforma la energía
hidráulica en energía mecánica. Dentro de los cilindros existe un émbolo
que es empujado por el aceite hidráulico haciendo que el vástago se
desplace. Existen varios tipos de cilindros pero entre los más importantes
tenemos los de simple efecto y los de doble efecto.
Cilindro hidráulico de simple efecto
A diferencia de los cilindros de simple efecto estos trabajan en dos
direcciones, son capaces de empujar al pistón en dos sentidos diferentes a
la misma vez, estos no tienen resortes o muelles de retorno. El aceite
hidráulico es el encargado de empujar o retener al pistón dentro del cilindro,
la mayor parte de estos cilindros tienen dos caras diferentes, como se
aprecia en figura 17, la cara posterior es igual en diámetro que la cara
frontal, para que dentro del cilindro exista una misma presión y fuerza de
empuje.
Figura 17. Sección longitudinal de un cilindro hidráulico
24
Cilindro hidráulica de doble efecto
El cilindro de doble efecto o también conocido como émbolo buzo, su
desplazamiento se produce en una sola dirección, el aceite hidráulico
empuja al pistón al terminar su carrera existe un resorte o asume por medios
externos como carga hacen que retroceda el pistón a la posición inicial.
Durante el retroceso no existe trabajo útil ya que el resorte o un
accionamiento de carga lo regresa a la posición inicial sin posición alguna.
La mayor parte de cilindros hidráulicos consta de juntas de estanqueidad
sobre el pistón y vástago para evitar fugas de aceite hidráulico y perdida de
presión como se observa en la figura18. Para tener una idea más clara un
ejemplo sencillo de cilindro de simple efecto es el típico gato hidráulico
(Calvo, 1997, pág. 92).
Figura 18. Sección longitudinal de un Cilindro de doble efecto
(Hinojosa, 2012)
2.6.5 VÁLVULAS
Las válvulas hidráulicas son elementos mecánicos que ayudan a regular el
flujo de fluidos dentro de un circuito hidráulico para controlar el caudal,
regular presión , enviar señales y para decidir por donde va el fluido
25
Tipos de válvulas:
Válvulas de Alivio Principal: este tipo de válvulas son aquellas que limitan
la presión máxima en un sistema hidráulico las cuales pueden ser
piloteadas o no dependiendo el circuito. Ver figura 19.
Figura 19. Sección válvula de alivio principal
(FinninCAT, 2004)
Válvula de alivio de línea: Están pueden ser manipuladas y controladas a un valor mayor que las válvulas de alivio principal pueden ser accionadas
mediante golpes externos se puede abrir. Observar la figura 20.
Figura 20. Válvula de alivio de línea
(FinninCAT, 2004)
26 del fluido, se usan en el control hidráulico de algunas transmisiones. Ver
la figura 21.
Figura 21. Válvula de alivio modulada
(FinninCAT, 2004)
Válvula Reductora: Son aquellas que disminuyen la presión dentro de un circuito hidráulico, reducen la presión después de la válvula. Esta función
se realiza gracias a un piloto regulador de presión que inicia el cierre de
la válvula cuando detecta un aumento de la presión del fluido. Observe
en la figura 22.
Figura 22. Válvula reductora
(FinninCAT, 2004)
Válvula diferencial: Está válvula mantiene una diferencia de presión entre un sistema hidráulico y otro, el valor de la diferencia de presión depende
27
Figura 23.Válvula diferencial
(FinninCAT, 2004)
Válvula de carrete: Son cilindros de diferentes diámetros mecanizados en un eje donde pueden existir muescas longitudinales que permitan tener
un mayor control sobre el elemento, permitiendo direccionar el caudal a
varios circuitos, ver la figura 24.
Figura 24.Válvula de carrete
(FinninCAT, 2004)
28
Figura 25.Válvula unidireccional
(FinninCAT, 2004)
Válvula Doble check: Permite el flujo de dos circuitos y el que posea mayor presión se dirija al sistema principal. Observar figura 26.
Figura 26. Válvula Doble check
(FinninCAT, 2004)
Válvula reguladora de flujo: Regula el caudal en dos circuitos, se compone de un orificio que restringe y una válvula de descarga donde el
orifico regula el caudal. Ver la figura 27.
Figura 27.Válvula reguladora de flujo
29
Válvulas en paralelo: Todos los carretes pueden operar independientemente sin afectar el trabajo de varios elementos
hidráulicos. Observar en la figura 28.
Figura 28. Válvula en paralelo
(FinninCAT, 2004)
Válvula en serie: No se podrán mover todos implementos al mismo tiempo, uno tendrá dominio sobre otro, hasta dejar de ser accionado.
Visualizar la figura 29.
Figura 29. Válvula en serie
(FinninCAT, 2004)
2.6.6 ELECTROVÁLVULAS
Una electroválvula también conocida como válvula solenoide de uso general
es una válvula que abre o cierra el paso de un líquido en un circuito. La
30 generado por una bobina en una base fija que atrae el émbolo como se
puede apreciar en la figura 30.
Figura 30.Electroválvula de acción directa
(Castleagroindustrial, 2012)
Clasificación de electroválvulas
- Acción directa:
Estas válvulas trabajan con el flujo electromagnético actuando directamente
en el émbolo que cierra o abre el orificio permitiendo que el líquido pase o
pare (presión mínima requerida = 0 bar. La diferencia entre la válvula
normalmente cerrada N.C ver figura 31 y la válvula normalmente abierta
N.A. de acción directa ver figura 32 es que, cuando la válvula N.C. no recibe
corriente para energizarse el embolo permanece en una posición que
bloquea el orificio de tal manera que impide el flujo del fluido, y cuando se
energiza la bobina el embolo es magnetizado de tal manera que se
desbloquea el orificio y de esta manera fluye el fluido. La N.A. cuando la
bobina no está energizada mediante la acción de un resorte el embolo se
31 bobina la acción es hacia abajo empujando el resorte haciendo que cierre el
orificio e impida que fluya el fluido.
Figura 31.Normalmente cerrada (N.C)
(Altec, 2015)
Figura 32. Normalmente abierta (N.A)
(Altec, 2015)
- Acción indirecta
La peculiaridad principal de la válvula del tipo de acción indirecta es que
cuando recibe el comando eléctrico se acciona el embolo permite a su vez
como segunda acción, o acción indirecta, que el diafragma principal se abra
o se cierre, en una acción indirecta. Existen dos tipos de válvulas de
accionamiento indirecto tenemos las válvulas normalmente cerradas y
32 mínima (0.2 bar) para poder funcionar correctamente. Como se observa en
la figura 33.
Figura 33. Electroválvula de acción indirecta.
(Altec, 2015)
- Acción mixta
En esta familia de válvulas la abertura del orificio principal es efectuada por
el desequilibrio de presiones entre el cuerpo superior y el inferior
combinando con la acción directa del émbolo que está fijo al diafragma
mediante un resorte no requiere una presión mínima. Visualizar la figura 34.
Figura 34. Electroválvula de acción mixta
(Altec, 2015)
Estas válvulas al igual que las de acción indirecta el comando de abertura se
33 grande y después, segunda acción, la presión de abajo del diafragma lo
empuja para que se abra. También este tipo de válvulas de acción
combinada pueden ser normalmente abiertas o normalmente cerradas.
2.6.7 DEPÓSITO DE ACEITE HIDRÁULICO
Tanque hidráulico o depósito de aceite es uno de los elementos importantes
dentro de un sistema hidráulico, sirve para el almacenaje de aceite
permitiendo la decantación de residuos sólidos, separación del aire
emulsionado en el aceite y además permite un enfriamiento de aceite.
Dentro del depósito tiene que existir un sensor de presión y temperatura
para una verificación constante del funcionamiento del sistema, también
consta de un tapón de drenaje de impurezas y vaciado de aceite (Neumac,
2015, pág. 12).
Figura 35. Tanque de depósito hidráulico
(Castro, 2012)
Importante tener en cuenta la limpieza del tanque para no tener problemas
de impurezas, el volumen del tanque tiene que ser mayor a 2,5 veces el
caudal de aceite que circule en todo el circuito hidráulico, cada dos años
tiene que ser analizado el aceite por pérdida de sus propiedades como la
viscosidad que afectará al rendimiento de los elementos hidráulicos y
34
2.6.8 ELEMENTOS DE TRANSPORTE – MANGUERAS
En los sistemas hidráulicos existen elementos de transporte para el aceite
hidráulico, estos pueden ser tuberías con revestimiento textil, mangueras
metálicas flexibles, mangueras de nylon reforzado, todos los elementos de
transporten tienen que cumplir con vínculos móviles para una conexión o
desconexión fácil ante posibles fallas de funcionamiento o averías. Como se
observa en la figura 36.
A la hora de realizar una selección de mangueras tener en cuenta los
terminales se debe tomar muy en cuenta que por lo menos uno de estos sea
giratorio (unión doble, macho giratoria y hembra giratorio).
Evitar la torsión de cualquier tipo de elemento de transporte como
mangueras y cañerías para lograr dar una mayor vida útil, correcta
combinación de terminales durante el acoplamiento de todos los elementos
(Ecuamanguera, 2014, pág. 2).
Figura 36. Selección de una manguera textil
(Cucasa, 2015)
2.7 ELECTROHIDRÁULICA
La electrohidráulica es una evolución de la hidráulica, en vez de utilizar una
bomba hidráulica conectada al motor utiliza un motor eléctrico para mover la
