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• Henry Miller Borda

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CILINDROS HIDRAULICOS Los cilindros hidráulicos transforman la energía hidráulica en energía mecánica. Los cilindros producen movimientos lineales, por lo que también son denominados motores lineales. Estos son utilizados en maquinaria amarilla, prensas maquinas herramientas, máquinas agrícolas, aviones, astilleros, grúas, mesas sísmicas, plataformas de simulación, máquinas de ensayo. Básicamente un cilindro hidráulico consta de los siguientes elementos:

Las tapas se encargan de cerrar el cuerpo y proveer los puertos para el cilindro, las juntas unen las tapas con el cuerpo. Estas tapas son fijadas al cuerpo por medio de uniones roscadas, bridas, tirantes o uniones soldadas. Un elemento importante en los cilindros hidráulicos es los prensaestopas, es un casquillo removible que se encarga de sostener el movimiento del vástago también se encarga de reducir las fugas hacia el exterior del cilindro y de impedir la entrada de materiales extraños hacia el cuerpo del cilindro

 tubo  Pistón  vástago  tapas y juntas El tubo es el cuerpo del cilindro, estos son fabricados de acero estirado en frio sin soldadura y son rectificados internamente El pistón o embolo está fabricado de acero o de hierro fundido, este mismo va unido al vástago.

Los cilindros hidráulicos se clasifican en los dos siguientes tipos básicos: 1. Cilindros de simple efecto

1.1 Simple efecto (tipo-uso)

En los cilindros de simple efecto, la presión solo actúa sobre el émbolo.

1.2 Telescópico

2. Cilindros de doble efecto 2.1 Diferencial 2.2 Doble vástago 2.3 Telescópico 2.4 Tándem 2.5 Dúplex

en consecuencia, el cilindro solamente puede trabajar en un sentido. Estos cilindros funcionan de la siguiente manera: El fluido sometido a presión entra en la cámara del lado del émbolo. En el émbolo se forma una presión por efecto de la contrafuerza (carga por peso). Una vez superada esta fuerza, el cilindro avanza hasta el final de carrera. Durante el movimiento de retroceso, la cámara del lado del émbolo está conectada con el depósito a través de la tubería y la válvula de vías, mientras que el conducto de presión está bloqueado por la válvula de vías. El retroceso se produce por el propio peso, por acción de un muelle o por efecto de una fuerza externa. Los cilindros de simple efecto se aplican mayormente en trabajos hidráulico donde se actúa solamente en un solo sentido, como elevar, sujetar, descender herramientas; elevadores hidráulicos, gatos y plataformas de tijeras. 1.1 Cilindro De Simple Efecto

1.2Cilindros Telescópicos

•

Montaje vertical:

Si el retroceso del cilindro se produce por efecto de fuerzas externas, gravedad. •

Montaje horizontal:

Tratándose de cilindros de simple efecto con retroceso por muelle En las prensas hidráulicas grandes, el retroceso del cilindro está a cargo de cilindros de retroceso. CILINDROS DE DOBLE EFECTO

Los cilindros telescópicos pueden ser de simple o de doble efecto, este cilindro se usa cuando la longitud comprimida es menor a la de un cilindro estándar y también cuando se necesita una gran longitud de extensión en comparación a la longitud comprimida. Los cilindros telescópicos pueden tener hasta 4 o 5 camisas, estos tipos de cilindros son usados en grúas, volquetes o camiones cargadores

En los cilindros de doble efecto es posible poner presión en ambas superficies del émbolo. En consecuencia, pueden realizar trabajo en ambos sentidos. Estos cilindros funcionan de la siguiente manera:

El montaje de los cilindros de simple efecto se rige por los siguientes criterios:

El fluido sometido a presión entra en la cámara del lado del émbolo actuando sobre la superficie F. Las resistencias internas y externas crean una presión. La presión y la superficie del émbolo crean una presión A según la fórmula F = p · A. De este modo se superan las resistencias, con lo que avanza el cilindro. Este avance se debe a la conversión de energía hidráulica en energía mecánica, quedando ésta a disposición del elemento de trabajo.

Tipos de cilindros de doble efecto

2.1 Cilindro Diferencial El cilindro diferencial tiene áreas desiguales dando la relación de superficies de 2:1 (superficie del embolo: superficie anular del embolo)

Al avanzar el cilindro deberá tenerse en cuenta que el aceite ubicado en el lado del émbolo necesariamente tiene que descargar por los tubos hacia el depósito. Durante el retroceso del cilindro, el aceite fluye hacia la cámara del lado del vástago. El cilindro retrocede, con lo que el aceite es desplazado de la cámara del lado del émbolo. La velocidad del retroceso es mayor, ya que, si bien el caudal volumétrico es el mismo, la superficie activa durante el retroceso es más pequeña que durante el avance. En este sentido, se aplica la siguiente fórmula:

Estas áreas desiguales causan consecuencias en la velocidad y fuerza que ejerce el cilindro en ambas direcciones, en la velocidad el movimiento de avance es más lento que el de retorno para un mismo caudal, sabemos que el C=V.A

C: caudal

V: velocidad

A: área

entonces si tenemos un área mayor expuesta el movimiento va ser el movimiento más lento, mientras que en su fuerza se da que la fuerza de avance es mayor que la fuerza de retorno para una misma presión de trabajo F=P*A

F: fuerza

P: presión

A: área

entonces en la cámara del cilindro donde haya una mayor área expuesta al fluido vamos a tener una mayor fuerza, por lo tanto, la fuerza de avance siempre es mayor que la de retorno. Estos cilindros son usados máquinas de ensayo, prensas hidráulicas, máquinas de construcción.

Los cilindros de doble vástago son muy utilizados en aquellas aplicaciones que combinan la ingeniería de control con la potencia fluida ya que el modelado matemático de un cilindro de doble vástago es mucho más sencillo que le modelado matemático de un cilindro diferencial por esto los cilindros de doble vástago los podemos encontrar en mesas sísmicas o plataformas de simulación.

2.2 Cilindro De Doble Vástago En este cilindro se cumple que la velocidad de avance es igual a la velocidad de retroceso y ejerce fuerzas iguales en ambas direcciones. Este cilindro posee áreas iguales en ambas cámaras y es por eso que los movimientos y las fuerzas en ambas direcciones son iguales. También se puede usar como un cilindro de simple efecto cuando se drena una de sus cámaras a tanque.

2.3 Cilindros Tándem Son dos o más cuerpos cilíndricos en serie cuyos émbolos están unidos por un mismo vástago.

Los cilindros con amortiguación de las pos1c1ones finales son utilizados en aquellos casos en los que es necesario frenar o amortiguar las grandes velocidades de sus movimientos. En estos cilindros se evita un golpe brusco en las posiciones finales de la carrera. Si las velocidades son inferiores a 6 m/min, puede prescindirse de un sistema de amortiguación. Con v 􀀚 6 hasta 20 m/min, es necesario prever una amortiguación mediante válvulas de estrangulamiento o de freno. Con v > 20 m/min deberá recurrirse a sistemas especiales de amortiguación y frenada.

En la imagen se puedo apreciar el símbolo de un cilindro tándem de dos cuerpos, en este caso cada cuerpo posee su puerto de entrada y puerto de salida y los émbolos de ambos cuerpos van unidos por un mismo vástago. Si encaso se desea aumentar la fuerza se puede utilizar la configuración de cilindros tándem ya que estos permiten transmitir mayores fuerzas sin aumentar ni la presión del sistema ni el diámetro del cilindro.

2.4 Cilindros Dúplex Dos o más cuerpos cilíndricos en serie cuyos émbolos no se encuentran unidos

El pivote de amortiguación procura que durante el movimiento de retroceso del cilindro la sección de la cámara del émbolo en la que se encuentra el aceite de descarga sea menor a partir de un determinado punto y siga disminuyendo hasta el cierre total. En ese caso, el aceite tiene que fluir a través de una válvula de estrangulamiento (véase esquema hidráulico). De este modo disminuye la velocidad del cilindro. por lo que se evita la destrucción del material. Durante el movimiento de avance, el aceite fluye sin bloqueo a través de la válvula de anti retorno, evitándose así el paso a través del segmento de estrangulamiento. ¡Para amortiguar la posición de final de carrera, es necesario recurrir a una válvula! imitadora de presión (bifurcación del caudal). Aparte de este sistema de amortiguación simple del final de carrera también existen cilindros con amortiguación doble, es decir, amortiguación del avance y del retroceso. Las juntas tienen la función de impedir pérdidas de aceite de fuga en los elementos hidráulicos. Las juntas asumen una función muy importante ya que la pérdida de aceite de fuga provoca una caída de la presión.

En términos generales puede diferenciarse entre juntas estáticas y juntas dinámicas colocadas entre dos partes móviles. •

Juntas estáticas:

Junta tórica para la camisa del cilindro Juntas planas para la tapa del depósito de aceite •

Juntas dinámicas

Juntas para el émbolo y el vástago Juntas geométricas de árbol en elementos giratorios La velocidad máxima recomendada es de 12 m/min, aunque depende del material y tipo de las juntas y, además, de las condiciones de marcha. Si la fuerza del arranque o si la velocidad requerida han de ser extremadamente bajas, deberán utilizarse juntas de materiales y sistemas especiales y, además, superficies de la camisa del cilindro de mejor calidad. Las juntas mostradas a continuación se utilizan en función de los parámetros respectivos del cilindro (presión, temperatura, velocidad, diámetro, aceite, agua): Los tipos de sujeción se rigen por las aplicaciones previstas para los cilindros. En la siguiente figura se muestran algunos tipos de sujeción. Para que los movimientos del cilindro sean suaves, es necesario evacuar el aire que es transportado a través de las tuberías del sistema hidráulico.

El tornillo de evacuación o la válvula de purga deberá colocarse en el punto más elevado del sistema hidráulico puesto que el aire siempre se acumula en el punto más alto de un sistema de conductos. Los cilindros hidráulicos están provistos de tornillos de evacuación de aire en sus dos extremos. Estas conexiones también pueden aprovecharse para conectar manómetros.

Al elegir un cilindro, se conoce la carga F. La presión p se rige por la aplicación concreta. En base a esta fórmula puede calcularse el diámetro del émbolo. Al hacerlo, deberá considerarse el grado de eficiencia hidráulico y mecánico 11hm. Este grado de eficiencia es determinado por la rugosidad de la camisa del cilindro y del vástago y por el tipo de juntas. El grado de eficiencia mejora al aumentar la presión. Dicho grado oscila entre 0,85 y 0,95. Para calcular el diámetro del émbolo, aplíquese en consecuencia la siguiente fórmula: El grado de eficiencia volumétrica llv toma en cuenta las pérdidas por fugas en la junta del émbolo; en consecuencia, nv = 1,0 si la junta está intacta.