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Curso de mecánico de mantenimiento hidráulico

Módulo 2

tiempo estimado  150 horas

Objetivo del módulo: Establecer el proceso operativo de reparación de averías hidráulicas, sustituyendo o reparando componentes del sistema en condiciones de calidad y seguridad. Sub módulos Prácticas:

Reparar elementos hidráulicos: bombas, válvulas, actuadores Desmontaje de todas las partes en examen aprovechando los medios de protección individual y el criterio de despiece secuencial. Observar y memorizar escrupulosamente la secuencia de desmontaje de cada detalle para que a la hora de volver a montar sea perfectamente respetada la secuencia opuesta. Una vez realizada la abertura de la parte o componente a reparar, es importante dar lugar a una precisa observación e inspección visual para detectar partes desgastadas o rotas que puedan ser la verdadera causa de la avería o que han producido el fallo. Controlar el estado de todos los accesorios, gomas, guarniciones, tóricas, grasa de estanqueidad, etc. y verificar el estado de desgaste o de funcionalidad para todas las partes móviles internas que estén relacionadas con el funcionamiento global del órgano en examen. Una vez detectada la parte defectuosa o desgastada, es preciso sacarla del conjunto para su sustitución, incluyendo la reactivación de su funcionalidad y de todos los accesorios relacionados. Si no se encuentran otras causas que puedan detener el proceso de montaje y comprobación, se procederá hacia las operaciones de montaje, teniendo en cuenta todas las anteriores fases secuenciales durante el desmontaje para que se actúe en sentido opuesto. Una vez completada la fase secuencial de montaje y realizadas todas las operaciones accesorias, se procede para ultimar con detalle la fase de montaje y poner a prueba para su comprobación el órgano en examen para establecer si su grado de funcionalidad es conforme a la normalidad de funcionamiento. Verificada la prueba con éxito y establecido que el órgano en examen proporciona una funcionalidad perfectamente regular, se puede dar por acabada y con buen éxito la reparación realizada. Con el fin de optimizar la actividad de reparación, resulta fundamental apuntar cuantitativamente el tiempo y los recursos empleados y anotar, además, las sugerencias para mejorar la reparación. Corrado Magrí ©2015

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El mantenimiento en un sistema hidráulico - Anexo Los sistemas hidráulicos son utilizados en máquinas proporcionando a estas la fuerza hidráulica necesaria para un funcionamiento productivo y eficaz; la energía hidráulica utiliza un líquido denominado “fluido hidráulico” que aplica una fuerza a través de la presión, y la transmite a los diferentes componentes del sistema hidráulico de la máquina, por ejemplo, los motores y los cilindros. Estos líquidos usados en los sistemas hidráulicos poseen algunas características ideales para ejercer su función de la manera más eficaz (densidad y viscosidad apropiadas, incompresibilidad, buen poder lubricante, etc.). Uno de los fluidos más usados es el aceite hidráulico, además del fluido, los sistemas hidráulicos más comunes y según su dimensionado, se componen de los siguientes elementos:  Tuberías  Bombas  Válvulas de control  Accionadores o cilindros  Filtros  Válvulas de alivio  Tanques  Enfriadores Las tuberías son los conductos por los que se distribuye el fluido; pueden ser de cualquier forma o largo, metálicas o flexibles (mangueras). Las válvulas de control poseen un completo control sobre los fluidos y lo distribuyen automáticamente por las tuberías transmitiendo la fuerza a cualquier punto de la máquina. Los filtros son los encargados de eliminar los residuos y contaminantes del fluido hidráulico, para evitar daños en los distintos componentes del sistema. Las función principal de un tanque hidráulico es la de almacenar el aceite hidráulico, pero también ejerce otras funciones importantes como la de enfriarlo o permitir que el aire se separe de este. Las bombas son las encargadas de convertir la energía mecánica (generada desde una fuente externa) en energía hidráulica con el fin de aumentar la presión; el tamaño y la velocidad de la bomba determinan la velocidad del flujo. Los cilindros hidráulicos son actuadores que convierten la energía hidráulica en energía mecánica a través de la presión, a su vez las válvulas de alivio son las válvulas que controlan la presión del sistema para evitar daños en los componentes.

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En este caso concreto, la válvula permanece cerrada si la presión no supera el límite preestablecido, y se abrirá si este viene superado, evitando así la sobrepresión de la rama o del sistema. El enfriador o intercambiador de calor, elimina el calor del fluido hidráulico evitando calentamientos innecesarios, así como eliminando la contaminación térmica del depósito a su retorno después de su ciclo en el circuito de referencia. Es importante mantener el sistema hidráulico de una máquina en las condiciones más óptimas, para lograr así un funcionamiento eficiente y una máxima productividad al menor coste posible. El mantenimiento apropiado de una máquina da como resultado una máquina productiva, si no se la mantiene correctamente, podría ofrecer poca seguridad y sufrir averías. Un programa de mantenimiento periódico asegurará una vida útil y prolongada del sistema además de la seguridad del ambiente de trabajo; a tal propósito los beneficios obtenidos por un correcto y continuo mantenimiento preventivo, son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Producción eficiente. Mejor utilización del personal interno de mantenimiento. Reducción del inventario. Reducción del tiempo de improductividad del equipo. Reducción de los riesgos de seguridad. Aumento de la vida útil del equipo. Reducción de inversiones. Menos gastos en reparación. Mayor fiabilidad en las maquinarias del sistema hidráulico.

¿Cuándo y con qué frecuencia se deben efectuar las inspecciones periódicas y los trabajos de mantenimiento? Dado que esto varía según el tipo de equipo, es recomendable seguir los consejos que marque el fabricante de las máquinas tanto en la parte mecánica como en la hidráulica. Los trabajos de inspección están encaminados a reconocer el estado actual del equipo, en grandes sistemas podremos encontrar puntos de inspección diarios, mensuales e incluso anuales y, por supuesto, estos podrán ser modificados en cualquier momento gracias a la experiencia del responsable o al resultado de la información obtenida. Algunos puntos importantes de inspección podrían ser: la verificación de los niveles de aceite en el tanque, la inexistencia de fugas, el estado de los filtros, la temperatura del aceite, el estado de tuberías y mangueras, etc.

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Los trabajos de mantenimiento son aquellos trabajos que se realizan para conservar el buen estado y funcionamiento del sistema minimizando así los riesgos de averías y aumentando su vida útil. En muchos casos estos trabajos pueden realizarse al mismo tiempo que los trabajos de inspección, algunos de los trabajos de mantenimiento más importantes podrían ser:  El cambio de aceite hidráulico, la limpieza de los componentes, el reemplazo de elementos hidráulicos, la sustitución de los filtros, etc. En resumen, el mantenimiento preventivo de un sistema hidráulico ayuda a reducir el mantenimiento correctivo de éste, reduciendo así los costes de reparación, los desgastes de las principales partes y la obsolescencia del sistema. Es importante, además, implantar la utilización de un GMAO (Gestión del Mantenimiento Asistido por Ordenador) para facilitar la gestión de este tipo de mantenimiento, así como del mantenimiento predictivo y correctivo.

Verificar el cableado de mando, comprobar continuidad y funcionalidad

La operación de verifica es una entre las tareas de relevante importancia del mantenimiento y la reparación de sistemas hidráulicos y, para realizar esta tarea práctica, es necesario disponer del esquema eléctrico de mando y de potencia, también de un multímetro o téster y de un puntal voltimétrico, generalmente este último es un instrumento empleado para revisiones rápidas de tensión y de continuidad.

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En estos tipos de controles y verificas es importante emplear el uso de medios de protección individual como guantes de látex para aislamiento eléctrico, zapados aislados de seguridad, gafas de protección anti-chispas posiblemente ampliado a una protección con filtro UV400, etc. También se sugiere un ambiente con elevado nivel lumínico (sugerencia 500lux), un pincel para limpiar eventuales depósitos de polvo así como un aspirador para lograr que el sistema disponga de un estado de buena limpieza al fin de evitar averías por efecto de la contaminación de partículas indeseadas en el interior del sistema o el agotamiento rápido del sistema de filtración. El control consiste en desalimentar eléctricamente el circuito y comprobar la continuidad en ohmios de cada rama del esquema tanto de los conductores o cableado así como de las bobinas, teniendo en cuenta también todos los conductores de las potenciales interrupciones debidas a pulsadores, final de carrera, protecciones térmicas, sensores, etc. y así todo el circuito. Una vez verificada la conductividad de los circuitos y verificados los valores resistivos de las bobinas, se alimentará el circuito y se repetirá el control en voltios en cada rama, así para todo el circuito completo, al verificar que el valor de alimentación resulte constante y adecuado a los valores de diseño, se pasará al control de la intensidad o consumo eléctrico en cada elemento o componente de cada rama y así para todo el circuito. Al verificar que los valores de absorción eléctrica o consumo corresponden a los valores de diseño y que, dentro de los elementos controlados, no se relevan pérdidas térmicas significativas, realizaremos un control paso a paso en cada rama para comprobar su funcionalidad y la eficiencia global del sistema. En el caso de detectar algunas bobinas que disipan más cantidad de calor del normal, algún cable que resulta muy caliente o unos contactos de relé, temporizadores o contactores que chispean es importante cortar la alimentación y medir el valor de la resistencia y compararlo con su valor nominal. En el caso que resulte todo regular, realizar unas mediciones tanto en tensión como en corriente con el fin de descubrir a que se debe la disipación térmica o la caída de tensión que está produciendo la anomalía.

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Reponer fluidos hidráulicos Todas las actividades de mantenimiento implican para los operadores el uso de medios individuales de protección como guantes, gafas de seguridad, zapatos aislantes, protecciones auditivas, etc. dependiendo del tamaño de la instalación y de la complejidad de las tareas a realizar. Esta tarea, concretamente consiste en reponer el fluido hidráulico en el sistema, esta acción se lleva a cabo a través el repuesto del lubricante adecuado para la instalación, contenido en un bidón y el uso de un embudo. Con mucho cuidado se vierte el aceite en el depósito donde en el conducto de entrada, en proximidad del tapón, hay un filtro de malla metálica con paso reducido que sirve para prevenir la entrada de partículas o contaminantes no deseados. El suministro del repuesto manual se debe realizar con mucho cuidado para que no se vierta el fluido motor en el suelo, evitando por lo tanto contaminaciones no propicias hacia el medio ambiente. Limpieza y sustitución de filtros. La función principal de un filtro es retener partículas y contaminantes insolubles en el fluido, mediante el uso de un material poroso; de esta manera se consigue alargar la vida útil de la instalación, debido a que se trabaja con un fluido limpio y no contaminado. Los elementos que contaminan el aceite pueden ser:  Agua y ácidos  Partículas metálicas  Hilos y fibras.  Polvo, partículas de juntas y pintura. Se define como grado de filtración al tamaño de la partícula más fina que puede retener el filtro y se expresa en micras en un rango desde 1 a 270. Factores que determinan el filtrado: a) Nivel de filtración b) Presión de trabajo c) Caudal d) Pérdidas de carga en el filtro e) Frecuencias de mantenimiento f) Superficie filtrante g) Accesibilidad del circuito h) Coste i) Características del fluido j) Ambiente de trabajo (temperatura, suciedad, vibraciones, etc.)

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Conformar y conexionar tuberías rígidas y flexibles. Actividades de taller Práctica de medidas para conocer las dimensiones de las tuberías, los racords y uniones para sus conexiones, así como la tipología de conductos y manguitos que se van empleando en las instalaciones. Resulta evidente que los conductos rígidos serán los empleados para instalaciones fijas y que no están sujetos a desplazamiento, así como los conductos flexibles se emplearán en todas las articulaciones u órganos y componentes que si están sujetos a movimiento o desplazamiento. Por ejemplo, en función de los sistemas hidráulicos, las válvulas podrían disponer de líneas de alimentación (entrada de presión y vuela hacia el depósito) de tipo fijo y a partir de las líneas que alimentan el actuador, disponer de tubos flexibles para permitir el movimiento relacionado al desplazamiento del actuador en examen. También existen accesorios que sirven para acoplar las diferentes conexiones, (macho – hembra), así como reducciones de una sección a otra y, acople intermedios como guarniciones, oring, tóricas etc. de diferente naturaleza (goma, caucho, teflón, gárloc, con efecto amortiguador), para garantizar la estanqueidad necesaria. A propósito todas las uniones y los racores que se emplean en hidráulica se diferencian de otras tipologías por su sistema cónico que sirve para evitar cualquier tipo de pérdida que se produzca a elevadas presiones y en condiciones y a diferentes temperaturas etc.

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Sub módulos Teóricos: Técnicas de desmontaje, montaje de elementos hidráulicos. Para tratar las técnicas de desmontaje que ya hemos iniciado a tener en cuenta desde el apartado anterior, vamos a enumerar y tratar de forma sintética todas las pautas necesarias para el despiece de los componentes que intervienen en un sistema hidráulico y estudiar por cada uno sus elementos las funciones y la composición para que nos facilite el desmontaje, la reparación y el montaje de los elementos hidráulicos. De especial manera, además de todos los componentes que forman parte de una central hidráulica resulta indispensable conocer en los detalles la composición y los accesorios de los sistemas de control y de los actuadores. Todos estos elementos, además, resultan tener en común un sistema de comunicación o sea las conexiones con tramos de líneas fijas y manguitos flexibles en función de las aplicaciones y en función de las necesidades de producción. Los sistemas de mando y control de un sistema hidráulico, integran en su contexto también el auxilio de sistemas de automatismo eléctrico y de autómatas programables, además del sistema manual; gracias a esta implementación se puede realizar, según en qué tipo de instalación, también el control remoto. Mucha atención va dedicada a los racords, las uniones y todos los accesorios necesarios para realizar las conexiones, manteniendo el máximo de la estanqueidad. Para todos los componentes, antes de iniciar su desmontaje, es importante asegurar el vaciado de aceite hacia el depósito de forma que bajo el aspecto prevención riesgos laborales, todo el conjunto resulte seguro y con presión atmosférica o pequeñas presiones residuales. El método más simple y eficaz para lograr este estado, consiste en abrir un actuador o un receptor que se ubica en la zona alta de la instalación de forma que logremos conectar el circuito de retorno del aceite con el atmósfera y, a partir de aquí, podemos obtener la depresión de seguridad para proceder en las operaciones de desmontaje en completa seguridad. Todas las aplicaciones de técnica y metodología se van a realizar en el taller, incluyendo las operaciones de reparación y empalme de manguitos flexibles y conductos fijos. Tuberías Hidráulicas y estanqueidad El término tubería engloba las diferentes clases de líneas de conducción que transportan el fluido hidráulico entre los componentes, así como las conexiones utilizadas entre los conductores; los sistemas hidráulicos utilizan principalmente tres tipos de líneas de conducción:  tubo gas,  tubo milimétrico  mangueras flexibles. Corrado Magrí ©2015

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Los tubos gas son los menos costosos de los tres, mientras que los tubos milimétricos y las mangueras flexibles son más convenientes para hacer conexiones y para el mantenimiento de las instalaciones.

 Tubo gas: Los tubos de hierro y de acero fueron los primeros conductores que se utilizaron en los sistemas hidráulicos industriales, todavía debido a su bajo coste, se usan ampliamente en el sector. La tubería de acero sin soldaduras se recomienda para los sistemas hidráulicos, con su interior libre de óxido, cascarilla y suciedad; el espesor de la pared del tubo se expresa en schedule (sistema estándar americano A.N.S.I. que representa una relación entre números) donde la relación 40 corresponde muy aproximadamente al espesor estándar, la relación 80 corresponde a un espesor grueso y la relación 160 cubre los tubos con mayor espesor de la pared. Las roscas de los tubos gas son cónicas y las uniones se cierran mediante una adaptación entre las roscas macho y hembra al apretar la tubería; se requieren tapones especiales para enroscar los tubos y los accesorios del sistema. Las roscas son del tipo de “cierre seco” que difieren de las roscas estándar en que las bases y crestas de las roscas encajan antes que los flancos evitándose así una holgura espiral. Como los tubos sólo pueden tener rosca macho y no se doblan, se utilizan distintos tipos de accesorios para hacer las conexiones y para cambiar de dirección, accesorios que llevan roscas hembras. Los numerosos accesorios necesarios en un circuito, pero como inconveniente, presentan muchas oportunidades para fugas, especialmente cuando aumenta la presión.  Tubo milimétrico: Los tubos milimétricos o de acero sin soldadura, presentan ventajas significativas sobre los tubos gas en los sistemas hidráulicos; pueden doblarse de cualquier forma, son más fáciles de trabajar y pueden utilizarse más veces sin problemas de cierre. Generalmente el número de uniones es reducido; en los sistemas de bajo volumen, aguantan presiones y caudales más elevados con dimensiones y pesos menores; económicamente son más caros, así como también los accesorios necesarios para las conexiones. Las especificaciones dimensionales se refieren siempre al diámetro exterior por tanto el diámetro interior es igual al diámetro exterior menos dos veces el espesor de la pared. Los tubos milimétricos nunca se cierran mediante rosca sino mediante varios tipos de accesorios de compresión, juntas tóricas o similares. Corrado Magrí ©2015

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 Mangueras flexibles: Las mangueras flexibles se utilizan cuando las líneas hidráulicas están sometidas a movimiento, por ejemplo, las líneas que van a un motor de cabezal de taladro u otro actuador en movimiento. La manguera se fabrica con capas de caucho sintético y trenzado de tejido o alambre; el trenzado de alambre permite naturalmente presiones más elevadas. La capa interna de la manguera debe ser compatible con el fluido utilizado; la capa externa es generalmente de caucho para proteger el trenzado, o puede tener múltiples capas según la presión de funcionamiento. Los accesorios para mangueras son esencialmente los mismos que para los tubos; existen conexiones para los extremos de la mayoría de las mangueras, aunque hay uniones roscadas y enchufes rápidos que pueden volver a utilizarse. Es generalmente deseable conectar los extremos de las mangueras con uniones simples que tengan tuercas giratorias. Funciones de las líneas hidráulicas Hay numerosas consideraciones especiales, relativas al funcionamiento de las líneas: 1. El orificio de entrada de la bomba es generalmente mayor que el de salida, debido a que debe acomodar un tubo de diámetro mayor. Es una buena práctica mantener este tamaño en toda la longitud de la línea de entrada a la bomba y que ésta sea lo más corta posible. Hay que evitar los codos y reducir al mínimo el número de accesorios en la línea de entrada. 2. Como generalmente existe un vacío a la entrada de la bomba, las conexiones en la línea de entrada deben ser estancas, de otra forma podría entrar aire en el sistema. 3. Las restricciones en las líneas de retorno crean un aumento de presión, lo que origina una energía desperdiciada. Hay que utilizar tamaños de línea adecuados para asegurar caudales bajos y reducirse al mínimo los accesorios y los codos. 4. Las líneas de retorno no estancas pueden también dejar que entre aire en el sistema por aspiración; estas líneas deben terminar debajo del nivel de aceite para impedir que haya turbulencia y aeración. 5. Las líneas situadas entre los actuadores y las válvulas reguladoras de velocidad deben ser cortas y rígidas para un control preciso de caudal.

Cierre y fugas Las fugas excesivas en cualquier parte de un circuito hidráulico reducen el rendimiento y originan pérdidas de potencia y/o crean problemas de mantenimiento. La mayoría de los componentes de los sistemas hidráulicos se construyen con holguras de funcionamiento que permite un cierto grado de fugas internas. Corrado Magrí ©2015

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Desde luego, las piezas móviles deben ser lubrificadas y pueden diseñarse pasajes de fuga destinados para este fin; algunos controles hidráulicos tienen incorporados pasajes internos de fugas para impedir oscilaciones de los pistones y correderas de las válvulas. Evidentemente, las fugas internas, no son pérdidas de fluido considerado que éste vuelve al depósito sea por pasaje interno, sea mediante una línea externa de drenaje. Se producen fugas internas también cuando los componentes empiezan a desgastarse, reduciendo siempre más el rendimiento que se manifiesta con mayor calor y menor velocidad. Las fugas externas son antiestéticas y pueden causar serios problemas; son costosas porque el aceite que fuga raramente se puede aprovechar; causas frecuentes de estas pérdidas, son las instalaciones no adecuadas. Las uniones pueden fugar cuando no se montan adecuadamente o porque las vibraciones y las juntas de presión las aflojan. Estanqueidad La estanqueidad se necesita para mantener la presión, para impedir la pérdida de fluido y la contaminación. Hay varios métodos para hacer estancos los componentes hidráulicos, según se trate de estanqueidad positiva o no positiva, o si la aplicación es de estanqueidad estática o dinámica, o de la presión de funcionamiento y otros factores. Una estanqueidad positiva impide que la más mínima cantidad de fluido se escape; una estanqueidad no positiva permite que una pequeña cantidad de líquido escape, tal como en la holgura de una corredera en su alojamiento, para suministrar una película lubrificante.

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Principios hidráulicas: Presión, caudal, fuerza, potencia, velocidad. Los dos parámetros más representativos en los sistemas hidráulicos y especialmente en el trabajo con bombas hidráulicas son el caudal que estas proporcionan y la presión que pueden soportar. Evolución histórica de la hidráulica - Anexo Desde los tiempos primitivos el género humano ha usado fluidos para facilitar sus tareas; los más antiguos vestigios históricos muestran que sistemas como las bombas y las norias eran conocidas en las épocas más antiguas. La palabra hidráulica proviene del griego y representa la combinación entre Hydor que significaba “agua” y Aulos que significaba “tubo”; la rama de la hidráulica empezó a estudiarse y aplicarse concretamente en el 253 a.C. con Arquímedes de Siracusa en Italia, cuando Siracusa al entonces formaba parte de Magna Grecia. El famoso matemático y físico adelantó muchos conceptos y cálculos de geometría, estableció el valor de , produjo tratados de estática, definió la posición del baricentro de diferentes figuras sólidas, explicó el principio de funcionamiento de la leva o palanca, enunció el principio que, presupuesto, tomó su nombre. Arquímedes, desarrolló inventos y aplicaciones hasta hoy en uso como la polea simple y la compuesta, el tornillo sin fin o cóclea que representaba unos de los primeros ejemplares de bombeo, método que se usaba para extraer agua y para la irrigación, además de otras aplicaciones e inventos. En el curso de los siguientes siglos se profundizó el estudio de la mecánicas de los fluidos, bajo los aspectos estáticos y dinámicos entre diferentes personajes que recubren importancia fundamental en el gradual desarrollo de esta ciencia, podemos recordar al ingeniero romano Vitruvio (I siglo a.C.) que introdujo la rueda hidráulica y otras aplicaciones para moler el grano de trigo. Otro personaje a recordar es Leonardo de Vinci, científico y artista italiano, que durante su período más floreciente, bajo el aspecto científico, fue predecesor de la tecnología; no obstante las dificultades del período en tema de desarrollo científico, alrededor del 1480 perfeccionaba algunas máquinas que hasta hoy resultan actuales. Entre las máquinas inventadas por Leonardo tenemos la hélice, las grúas, la bomba centrífuga, la turbina, la balanza, el higrómetro y otras cosas, efectivamente los estudios físicos modernos de fluido-dinámica empezaron en el 1548 con el matemático y físico holandés Stevin.

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Recibimos un buen aporte en el 1643 con el matemático y físico italiano Torricelli que inventó el barómetro y formuló la ley física, conocida con su nombre, sucesivamente, en el 1648 también por el matemático y físico francés Pascal, que formuló su ley. Paralelamente siguió el físico suizo Euler con notables progresos en el campo de la fluido-dinámica, progresos que se consolidaron con los tres principios de la dinámica enunciados por el físico británico Newton. Sucesivamente el físico suizo Bernoulli, el francés Navier y el británico Stokes en el 1845 formularon ecuaciones fundamentales para los fluidos viscosos no comprensibles. En 1883 el británico Reynolds distinguió dos movimientos básicos de fluidos viscosos en el interior de un conducto, determinando dos velocidades básicas, la laminar y la turbulenta. Antes del 1860 el interés científico relativo a la mecánica y a las aplicaciones de los fluidos se limitaba casi exclusivamente al estudio sobre el movimiento del agua, pero, el desarrollo de la industria química, en la segunda mitad del siglo XIX, centró atención sobre el comportamiento de otros líquidos y de los gases. En los primeros años de la revolución industrial, en el 1796, el mecánico británico Bramah utilizó el descubrimiento de Pascal para desarrollar una prensa hidráulica. Con el buen éxito de esta aplicación desde entonces se empezaron a desarrollar muchas más aplicaciones y empleos de oleodinámica y oleo hidráulica hasta llegar a un nivel de perfeccionamiento tecnológico que hoy nos permite conseguir objetivos adecuados para solucionar problemas y aplicaciones cotidianas. El estudio de la hidráulica, con independencia del sector, requiere unos conocimientos básicos sobre presión, caudal, temperatura, etc. En función de la presión, se define el poder de carga de un sistema, teniendo en cuenta que las fuerzas son proporcionales a la presión reinante, el equilibrio hidráulico representa una aplicación del principio de Pascal donde las fuerzas o pesos que se equilibran son proporcionales a las áreas de los pistones.

Este principio se puede aprovechar para el funcionamiento de un gato, así como para el funcionamiento de una prensa hidráulica; en función del caudal, se definen las velocidades de actuación de los componentes de potencia, por lo tanto regulaciones de caudal tienen como efecto las regulaciones de velocidad. En función de la temperatura se experimentan cambio de viscosidad, característica que representa uno de los parámetros clave del dimensionado hidráulico, por lo tanto, reviste fundamental importancia, la de intentar mantener lo más estable posible la temperatura en las aplicaciones hidráulicas. Corrado Magrí ©2015

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Ventajas de la hidráulica - Anexo Velocidad variable La mayoría de los motores eléctricos funcionan a una velocidad constante; un actuador hidráulico (lineal o rotativo), puede moverse a velocidades infinitamente variables, variando el suministro de la bomba o usando una válvula de control de caudal. Reversibilidad Pocos accionadores primarios son reversibles; y los que los son, generalmente deben decelerarse hasta una parada completa antes de invertirlos. Un actuador hidráulico puede invertirse, instantáneamente, en pleno movimiento, sin problemas; una válvula direccional de 4 vías o una bomba reversible, proporcionan el control de inversión, mientras una válvula limitadora de presión protege a los componentes del sistema contra las presiones excesivas. Protección contra las sobrecargas La válvula limitadora de presión de un sistema hidráulico lo protege contra las sobrecargas, cuando la carga es superior al taraje de la válvula, el caudal de la bomba se dirige al depósito limitando el par o la fuerza de salida. La válvula limitadora de presión, también proporciona el sistema de ajustar una máquina para un par o fuerza predeterminada, como en una operación de bloqueo. Tamaños pequeños Los componentes hidráulicos, debido a su elevada velocidad y capacidad de presión, pueden proporcionar una potencia de salida elevada con pesos y tamaños pequeños. Bloqueo El bloqueo de un motor eléctrico causa daños o funde el fusible. Igualmente, las máquinas no pueden bloquearse bruscamente e invertir su sentido sin necesidad de arrancar de nuevo; un actuador hidráulico, sin embargo, puede quedarse bloqueado sin que se produzcan daños, al estar sobrecargado, y arrancará inmediatamente en cuanto disminuya la carga. Corrado Magrí ©2015

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Durante el bloqueo, la válvula de seguridad simplemente dirige el caudal de la bomba al depósito; la única pérdida experimentada es la potencia que se disipa inútilmente. Cómo se crea la presión La presión se origina cuando el caudal encuentra resistencia; la resistencia puede ser debida a la carga del actuador o a una restricción (orificio) en las tuberías. Una característica inherente a los líquidos es que siempre toman el camino con menor resistencia, cuando las derivaciones ofrecen resistencia diferente, la presión aumenta solamente en la cantidad requerida para circular por el camino de menos resistencia. La presión indica la carga de trabajo, un aumento o una disminución de la carga variará, por consecuencia, la presión en la carga de trabajo de manera proporcional. La presión se mide con los manómetros que pueden ser relativos o absolutos, al primer grupo pertenecen los manómetros estándar que indicarían 0 kp/cm2 a presión atmosférica, en cambio, al segundo grupo pertenecen los que indicarían 1,033 kp/cm2, a nivel del mar, en ausencia de presión relativa, porque efectivamente mediría solo la presión atmosférica. Velocidad y fuerza de un actuador La velocidad de desplazamiento del vástago de un cilindro o de giro de motor depende de su tamaño y del caudal que se le envía; la relación entre estas magnitudes es la siguiente: Según esta relación se puede concluir que: 



la fuerza o par de un actuador es directamente proporcional a la presión e independiente del caudal; su velocidad depende del caudal que reciba, con independencia de la presión.

La velocidad a que circula el fluido hidráulico a través de las líneas representa un dato importante para el diseño de un sistema, sobre todo debido al efecto de la velocidad sobre el rozamiento. Las velocidades recomandadas son:  

línea de aspiración de la bomba: de 0,6 a 1.2 m/seg ; línea de trabajo de 2 a 5 m/seg.

La velocidad del aceite varía de manera inversamente proporcional al cuadrado del diámetro interior del tubo; generalmente el rozamiento de un líquido que circula por una línea es proporcional a la velocidad y si el régimen fuese turbulento, el rozamiento variará con el cuadrado de la velocidad. Corrado Magrí ©2015

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Trabajo y potencia Cuando se ejerce una fuerza a lo largo de una distancia, se realiza un trabajo; el trabajo realizado por unidad de tiempo se denomina potencia:

En un sistema hidráulico la velocidad queda indicada por el caudal (l/min) y la fuerza por la presión por lo tanto la potencia se puede expresar con: Potencia = presión x caudal Para que existan las condiciones suficientes de regular funcionamiento de una bomba, necesitamos incrementar adecuadamente la potencia mecánica del motor que la mueve, puesto que el rendimiento del sistema no es del 100%, se calculará la potencia hidráulica requerida para accionarla y permitir el control de la presión. Para resumir:  La definición clásica de la presión es: la relación entre la fuerza aplicada por la carga y su incidencia sobre una determinada superficie. Su unidad de medida generalmente empleada en las aplicaciones hidráulicas es: kg/cm2 o en opción el bar. La presión hidráulica en cualquier punto del fluido es la misma en todas direcciones siempre que, por supuesto, el fluido esté estático (sin moverse). A propósito de presión, el Estándar Internacional aceptado para la máxima presión de trabajo en el sector de las herramientas hidráulicas de alta presión el valor de 700 bar (10.000 PSI) y esa es la presión máxima de trabajo que tienen la mayoría de los productos. Por lo tanto, en el caso de que se especifique, un cilindro hidráulico en particular debe tener una capacidad máxima de 10 toneladas, debe tenerse en cuenta que la capacidad máxima se calcula a la presión máxima de trabajo. El criterio para establecer la máxima fuerza de salida de un cilindro hidráulico a una presión de 700 bar, es el tamaño del área eficaz del diámetro interior del cilindro, es decir, el área en la que se introduce el fluido hidráulico a una presión de 700 bar. Debido a la simplicidad de este criterio, es posible fabricar cilindros en una gama que va desde 4,5 toneladas hasta más de 500 toneladas de capacidad. La ecuación para calcular la fuerza de salida de un cilindro, dado que se conocen el área eficaz y la máxima presión de trabajo de diseño, es sencillamente la siguiente: Área eficaz (cm²) x Presión (bar) / 981 = Fuerza de Salida (Toneladas)

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Por ejemplo el modelo con referencia HLS502 tiene un área eficaz de 71,3 cm² y una presión máxima de trabajo de 700 bar, por lo tanto: 71,3 (cm²) x 700 (bar) / 981 = 50,88 Toneladas A su vez la definición clásica de caudal es: la cantidad en volumen que se deslaza en la unidad de tiempo. Su unidad de medida generalmente empleada en las aplicaciones hidráulicas, el litro/minuto. La definición clásica de la fuerza es: el resultado que se debe al producto entre la presión y la superficie relacionada. Su unidad de medida generalmente empleada en las aplicaciones hidráulicas es: kgf o en opción el Newton. La definición clásica de potencia (P) de una bomba hidráulica es la relación entre la energía de flujo proporcionada por la bomba y el tiempo que la misma ha estado en funcionamiento para comunicar dicha energía; normalmente esta magnitud se suele expresar como el producto de la presión del fluido por su caudal y se indica con N, expresándola en CV. Como se puede desprender de la ecuación de continuidad en un fluido, existe una implícita relación entre los valores: caudal, velocidad y sección (Q = v*S); manteniendo constante uno de los valores, el tercero variará proporcionalmente. Fenómeno que se apreciará en la velocidad de circulación del fluido a igualdad de caudal, ya que dependerá de la sección:  Mayor diámetro, menor velocidad  Menor diámetro, mayor velocidad El golpe de ariete es un término usado para definir las fuerzas destructivas que se crean, y que son debidas a un aumento considerable e instantáneo de la presión en una tubería por la que circula un líquido a una cierta velocidad, cuando, en un momento dado, se cierra rápidamente el paso del líquido. Estas enormes fuerzas que se crean en el punto de corte pueden compararse, en algunos casos, con el efecto de una explosión. Cuando se produce el golpe de ariete se crea una onda de presión de gran intensidad que se desplaza en sentido contrario al de la corriente, hasta alcanzar un punto de alivio en el circuito, como puede ser una tubería principal o de gran diámetro. Parcialmente amortiguada, esta onda reflejada hace el recorrido inverso hasta alcanzar la válvula o grifo cuyo cierre la ha producido. Así sucesivamente hasta que toda su energía queda disipada en energía de deformación del material de la tubería; si esta energía de deformación no sobrepasa el límite elástico del material, la tubería no quedará deformada, limitándose a vibrar entre los distintos puntos de fijación. Corrado Magrí ©2015

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En este caso, si bien la tubería no sufre ningún deterioro, puede generalmente producir ruidos molestos, no sucederá lo mismo con los soportes, que deberán resistir el esfuerzo suplementario que se crea por la vibración. Si se sobrepasa el límite de deformación del material de la tubería, caso muy posible en tuberías de materiales plásticos, plomo, cobre, etc., esta deformación permanente y periódica (cada vez que se cierra el grifo) puede llegar a destruir la tubería. Esta onda se supone que es debida a una vibración de las moléculas del líquido que, aun considerándose éste incompresible, acepta siempre una reducción de volumen con el consecuente aumento de presión. Ejercicios resueltos: Presión y fuerza - Anexo Bajo los esquemas que se muestran a continuación, determinar... 1) ¿Qué presión se necesita para ejecutar la elevación de la carga? 5000 Kg.

100 cm2

F 5000 kg kg P = ----- = ------------ = 50 ------S 100 cm2 cm2 R.: Se calcula que para ejecutar la elevación de la carga, necesitamos una presión > de 50kg/cm2 2) ¿Qué fuerza de elevación realiza el cilindro?

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Frealizada = P * S (A) | = 120 bar * 100 cm2 | = 120*1,02 * 100 cm2 | kg = 122,4 ------ * 100 cm2 | cm2 = 12.240 kg. Fnecesaria = P * S (B) | = 120 bar * 60 cm2 | = 120*1,02 * 60 cm2 | kg = 122,4 ------ * 60 cm2 | cm2 = 7.344 kg 3) ¿Qué presión produce la carga (expresar en bar)? 120 cm2 30 cm2

7200 Kg

F P = ----- = S

7.200 kg kg ------------- = 80 -----90 cm2 cm2

kg 80 ------ * 0,981 = 78,48 bar cm2 R.: Se calcula que la carga engendra una presión > de 78,48 bar

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4) ¿Qué esfuerzo será capaz de vencer el cilindro en cada uno de los ejemplos si las secciones presentadas son: S1 = 50cm2, S2 = 10cm2. La máxima presión generada es de 80 bar. Ejemplo 1

Ejemplo 2

Ejemplo 3

S1

S1

S1

S2

S2

S2

kg 80 bar * 1,02 = 81,6 -----cm2 F1 = P * S F2 = P * S | | | kg | kg 2 = 81,6 ------ * 50 cm = 81,6 ------- * 40 cm2 | cm2 | cm2 | | = 4.080 kg = 3.264 kg

F3 = P * S | | kg = 81,6 ------ * 10 cm2 | cm2 | = 816 kg

5) En el circuito representado, al poner la bomba en funcionamiento... S1 = 50cm2

A

S1

5000 Kg. S2

150 bar S1 = 50cm2

B

S1

3000 Kg. S2

30 l/min

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M

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1. 2. 3. 4.

¿Saldrán los dos cilindros a la vez? ¿Qué cilindro saldrá primero? ¿Qué presiones se generan en cada uno de los movimientos? ¿Por dónde saldrá el fluido después de que los cilindros completen la carrera y que presión reinará en el circuito?

R1. No R2. el cilindro B R3. F = P * S | kg = 153 ------- * 50 cm2 | cm2 | = 7.650 kg

150 bar * 1,02 = 153 kg/cm2 .

FA = F producida – F resistente | = 7.650 kg - 5.000 kg | = 2.650 kg FB = F producida – F resistente | = 7.650 kg - 3.000 kg | = 4.650 kg R4a.

Parándose la bomba, el fluido saldrá de la misma entrada de los cilindros no produciendo movimiento alguno por parte de los pistones y todo esto se explica tanto por efecto del principio de los vasos comunicantes, así como por efecto de las leyes físicas de equilibrio donde una presión mayor tiende espontáneamente dirigirse hacia una presión menor. Además se verifica porque en el dibujo representado no hay expuesta ninguna válvula de retención o válvula unidireccional que pueda oponerse al flujo de retorno. R4b. En el caso que la bomba no se pare, el fluido no saldrá de los cilindros y los pistones, llegando a tope de su carrera se pararán. Al mismo tiempo el circuito llegará a uniformar su presión interior y, como los líquidos son incompresibles, la excedencia del aceite impulsada por la bomba, saldrá por la válvula de seguridad representada en el dibujo, accionando el muelle de dicha válvula a pasarse de los 150 bar, volviendo naturalmente al tanque de aspiración (circuito abierto).

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CENTRALES HIDRAULICAS - Anexo Las centrales hidráulicas representan el alma de la aplicación ya que de este componente obtendremos la energía hidráulica en forma de presión y caudal que nos permitirá de operar para nuestras aplicaciones. Los principales cometidos de que debe desarrollar una central hidráulica, son los siguientes:     

Almacenamiento del fluido Compensación de las fugas. Regulación térmica. Protección contra la suciedad. Complementación de las funciones de filtrado.

Cada una de estas funciones está relacionada con un elemento accesorio de la central, por lo tanto resulta indispensable un estudio de los elementos integrantes más representativos de una central. Depósito y accesorios El almacenamiento del fluido motor se consigue a través del depósito que no deja de ser más que un contenedor fabricado generalmente para centrales pequeñas en chapa de acero o inyección de aluminio. Sus dimensiones han de ser generosas ya que al disponer de grandes superficies, favorecemos así la evacuación de calor por radiación (funciones de regulador térmico); por este motivo una central nunca se apoyará directamente en el suelo sino que dispondrá de patas que dejen libre también la superficie inferior para así incrementar la disipación térmica y aprovecharla como superficie de intercambio. En algunas ocasiones y con la finalidad de conseguir una mayor disipación de calor, se opta por una chapa con dobleces, aumentando en este modo la superficie en contacto con la atmósfera. A parte del perfil desarrollado, se deben tener en cuenta otros aspectos como por ejemplo el fondo; esto se debe realizar con una adecuada inclinación y, en la zona más baja, colocar un cierre de forma que se pueda facilitar la tarea de drenaje o de vaciado del aceite sin dificultades. Por fin la tapa superior del depósito debe ser extraíble para permitir el acceso en caso de mantenimiento y/o reparaciones de los componentes contenidos en su interior. La capacidad del depósito será igual a 2 o 3 veces el caudal de la bomba en litros/minutos para las aplicaciones estacionarias y 5 o 6 veces el caudal de la bomba en litros/minutos en caso de aplicaciones móviles. No obstante la norma general sugiere que cuanto mayor sea la superficie de un depósito y, por consecuencia, el contenido de aceite hidráulica disponible, más se va a favorecer la disipación del calor y la compensación de las fugas que potencialmente pueden verificarse durante la fase operativa del sistema. En el depósito se colocará el tapón de llenado que incluye el primer estadio de filtrado, y la peculiaridad de comunicar el interior del depósito con la atmósfera exterior; en algunas ocasiones resulta más cómodo proceder a la carga de aceite a través del filtro de retorno si éste está ubicado en la tapa superior.

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Nivel Todas las centrales hidráulica deberán estar dotadas de un nivel de aceite que nos permitirá comprobar la cantidad existente, generalmente estos niveles suelen incluir también un termómetro que nos indica la temperatura a que se encuentra el aceite. Placas desviadoras Se trata de placas metálicas taladradas que se interponen entre los conductos de aspiración y retorno para que retengan y retarden el aceite a la aspiración de la bomba y este proceso de retardo proporciona dos importantes ventajas, el primero es aumentar la superficie de intercambio térmico, el segundo es ampliar la acción de filtrado en todo el depósito; su altura nunca superará los 2/3 de la altura total del depósito. Manómetros y llaves de protección. Para poder ejecutar la taratura de las válvulas limitadoras de una central, serán necesarios componentes para la indicación de los valores de la presión o sea los manómetros. Generalmente estos instrumentos se presentan con la parte interior bañada totalmente de glicerina cuyo objeto es amortiguar los pulsos de presión producidos. Una forma de precaución que debemos adoptar en caso de que no esté contemplada es disponer de una llave de protección hacia el manómetro en este caso es usual una válvula con funciones 3/2 de forma que al activarse alimentará el manómetro y en el momento que se desactive el fluido del manómetro se despresuriza. Mediante este método se pretende evitar que el manómetro “se vicie”, es decir pierda la referencia y en consecuencia aparezcan los errores en la medición. Filtros En las centrales hidráulicas se realiza gran parte del proceso de filtrado del fluido, un primer proceso puede ser la carga de fluido a través del filtro o tamiz de llenado aunque este proceso se complementa con los filtros en la aspiración y en el retorno. Sistema de regulación de presión Evidentemente una central hidráulica precisa de elementos que permiten regular la máxima presión que se pueda generar y esta tarea queda reservada a las válvulas limitadoras de presión que, en función de su gran importancia serán tratadas a parte más adelante. Grupo motriz Está compuesto por el motor de accionamiento, la bomba hidráulica y el sistema de acoplamiento entre ambas partes (campana de acoplamiento y acoplamiento elástico). Corrado Magrí ©2015

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Sistema de acople El movimiento de giro del eje motor, ha de ser acoplado al eje de la bomba y para ello generalmente se emplea un disco de tacos que a su vez está dotado de un disco intermedio de material elastómero que corrige cualquier pequeño desalineamiento entre los ejes. Todo el sistema se encuentra protegido por una campana, el acople físico puede realizarse mediante diferentes elementos, predominando la unión por chaveta. Existen dos configuraciones básicas de centrales hidráulicas:  Bomba exterior: En este tipo de configuración la bomba se monta en disposición horizontal con la ayuda de una brida de sujeción y los acoplamientos de la bomba se encuentran en el exterior para que se faciliten las tareas de mantenimiento. El inconveniente es que esta configuración implica una tramada de tubo en aspiración que dificulta la succión de la bomba o sea baja mucho el rendimiento.  Bomba interior: En este tipo de configuración, el motor se monta en disposición vertical y se embrida a la tapa superior de la centralita; la bomba y los acoplamientos se encuentran en el interior de la central y esto dificulta las operaciones y tareas de mantenimiento. La ventaja de esta configuración es que la bomba queda por debajo del nivel de aceite y por ello no se precisa de tubo de aspiración; a tal propósito el rendimiento del conjunto aumenta bastante.

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Las centrales hidráulicas pueden presentar características especiales como su tensión de alimentación de accionamiento de 12 Vcc. que proporciona la posibilidad de alimentar estos tipos de centrales directamente a través la conexión directa con una batería. Cálculos: A la hora de seleccionar una central hidráulica, deberemos tener en cuenta ciertos aspectos entre los cuales destacaremos la presión máxima de servicio que se pretende alcanzar y el caudal necesario. En cuanto a la presión, esta vendrá definida por las cargas a las que sometamos al automatismo, por otro lado el caudal será definido por las velocidades que se pretenden alcanzar. La potencia del motor a instalar o el dimensionado medio de un sistema de bombeo de una central hidráulica, se calculará con la siguiente fórmula: P*Q N = ------------450 * tot Dónde: N = Potencia en CV P = Presión en kg/cm2 Q = Caudal en l/min  = Rendimiento total A su vez, el rendimiento total de la aplicación, corresponde a:  total =  mecánico *  volumétrico El rendimiento mecánico varía en función del tipo de bomba empleada, tipo de acoplamiento realizado, etc. mientras el rendimiento volumétrico hace referencia a las diferencias entre el caudal teórico y real de la bomba. Este último varía en función de la vida, estado de la bomba y presión de trabajo; para bombas de nueva instalación, el rendimiento volumétrico se obtiene a través de las tablas proporcionadas por el fabricante: Q real  volumétrico = ------------Q teórico Otra ecuación de la que disponemos para lograr la conversión de las unidades de medidas relacionadas con el caudal es la siguiente: Q=6*S*v Dónde: Q = caudal volumétrico 6 = factor multiplicativo para la conversión de u. d. m. S = superficie en cm2 v = velocidad en m/s. Corrado Magrí ©2015

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Una vez realizado los cálculos, intentaremos limitarnos, en la medida de lo posible, a la variada oferta de las centrales pre-configuradas de los catálogos de fabricantes.

Extracto de una tabla de fabricante: Potencia del grupo expresada en CV

Presión de trabajo (Kg/cm2)

Caudal Bomba (l/min) 1,5 3 5 7,5 10 12 16

< 50 0.25 0.50 0.75 1,00 1,50 1,50 2,00

< 100 0,50 0,75 1,50 2,00 3,00 3,00 ---

< 175 0,75 1,25 2,00 4,00 4,00 5,50 ---

< 220 1,00 2,00 3,00 4,00 5,50 -----

Ejemplo: Se desea realizar un automatismo hidráulico y dimensionar el motor necesario para que pueda desarrollar la fuerza necesaria y donde las condiciones, prescindiendo de factores como rozamiento, seguridad, etc., corresponden a:  Fuerza de elevación = 1.500 kg máximo  Velocidad máxima desplazamiento= 0,22 m/s  Cilindro  = 40 mm.   total = 85% El primer paso será calcular la presión necesaria para desplazar el peso: P= (F/S) = (1.500 Kg / 12,56 cm2) ~ 120 kg/cm2 La presión de servicio evidentemente se deberá incrementar por el efecto de los márgenes de sobrepresión en limitadoras y caudal necesario… El Segundo paso será calcular el caudal relacionado a la instalación: Q = 6 * S * v = 6 * 12,56 cm2 * 0,22 m/s = 16,58 l/min. El tercer paso será calcular la potencia en CV del motor más apto: N = (P*Q) / (450*tot) = (120 kg/cm2 * 16,6 l/m ) / (450 * 0,85) = 5,2 CV Es decir que será necesario un motor de más de 5 CV y la capacidad del depósito deberá ser 3 veces el caudal de la bomba o sea aproximadamente de 50 litros. En este caso concreto del ejemplo desarrollado, el caudal hallado es mayor del más alto valor de caudal disponible en la anterior tabla por lo tanto no podemos aprovechar de este fabricante.

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Ejercicios resueltos sobre las centrales hidráulicas - Anexo Una aplicación hidráulica trabaja con un grupo de cilindros, los cuales en el momento más desfavorable requerirán un caudal de 5 l/min; la presión máxima de trabajo será de 150 bar. Se pide: Dimensionar los parámetros básicos de la central (presión, caudal, capacidad, etc. Podemos consultar tablas de fabricante aparte del cálculo que se realizan matemáticamente. Cuestiones complementarias: ¿Qué elementos pensamos debería incluir la central? Pensar en todos los posibles accesorios que esta puede incluir. Conversión:  150 bar * 1,02 = 153 kg/cm2

Conocida la presión máxima de servicio de la aplicación hidráulica y el caudal en el momento más desfavorable, se puede calcular la potencia motriz a instalar: * Si el valor del rendimiento total “tot” es del 100 %, obtendremos: P*Q 153 kg/cm2 * 5 l/min N = ------------ = --------------------------450 *  | 450 * 1 . | = 1,7 CV(*) * En la práctica se supone un valor del rendimiento total “tot” del 85 % por lo tanto obtendremos: P*Q 153 kg/cm2 * 5 l/min N = ------------ = --------------------------450 *  | 450 * 0,85 | = 2,0 CV

Al mismo tiempo si tot = mecánico * volumétrico , a paridad de valor del rendimiento mecánico se puede deducir que el Qteorico sería : Qreal

Qreal

5 l/min

vol = ----------  Qteorico = --------- = ------------- > 5,88 l/min Qteorico vol 0,85 En este caso la potencia motriz a instalar a plena carga, considerada la presión de trabajo de la aplicación, será de:

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P*Q 153 kg/cm2 * 5,88 l/min N = ------------ = -------------------------------450 *  | 450 * 0,85 |  2,35 CV El depósito, teniendo en cuenta que el sistema es de tipo estacionario, sería de 20 litros (aproximadamente 3 veces el caudal de la bomba). Estos cálculos se confirman gracias a la comparación y consulta de la tabla de fabricante donde para presiones de trabajo < 175 kg/cm2 y caudales de  5 l/min, propone una potencia del grupo de  2 CV. Cuestiones complementarias La central hidráulica debe incluir: 1) Sección depósitos y accesorios : a. Un tanque con capacidad de 20 litros, b. Un tapón de llenado (con funciones de primer filtrado), c. Un indicador de nivel del fluido, d. Un termómetro, e. Una placa desviadora, posicionada en el interior del depósito, con una altura < 2/3 del nivel mínimo del fluido, f. Un manómetro a baño de glicerina (0-300 kg/cm2 ) , g. Filtros, h. Un sistema de regulación de presión como una válvula limitadora tarada a 150 bar, i. Una válvula de no retorno, j. Un venturímetro o caudalímetro 2) Sección grupo motriz : a. Bomba interior b. Sistema de acople con material elastómero c. Reductor de giros d. Motor eléctrico de  1.700 W monofásico 230Vca 3) Accesorios exteriores : a. Fluido de llenado del circuito, según viscosidad adecuada, b. Circuito resistente  utilización del trabajo producido, c. Cuadro eléctrico de protección y control ( IP67 ) d. Puesta a tierra y protección contra contactos directos e indirectos

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Se desea conocer la potencia hidráulica de la bomba siendo datos conocidos los indicados en el gráfico de descripción del problema. Nota: para el cálculo inicial no se tendrá en cuenta ningún rendimiento. 2000 Kg.

1.

Durante un minuto de funcionamiento de la instalación, se comprobó que 5 litros derivaron hacia el conducto de drenaje de la bomba. Calcúlese la potencia real si el rendimiento mecánico es del 0,9.

2.

Bajo las condiciones descritas, ¿Cuál será la velocidad desarrollada por el cilindro?

3.

Si el fabricante asegura un rendimiento volumétrico constante de 0,93, ¿Cuál sería el caudal teórico que deberá aportar la bomba para mantener una velocidad constate de 0,25 m/s?

0,25 m/s 50 cm2

M

F 2.000 kg P = ----- = ------------- = 40 kg/cm2 S 50 cm2 Q= 6 *S* v | = 6 * 50 cm2 * 0,25 m/s | = 75 l / min P*Q 2.000 * 75 _ N = -------------- = ---------------- = 333,3 CV 450 * ? 450 * 1

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R1) (75l /min ) – ( 5 l / min ) = 70 l / min ………………..…… Qreal 70 l / min _ vol = ------------- = 93,3 % 75 l / min Sabiendo que el rendimiento mecánico es de 0,9 se puede calcular:  tot = mec * vol | = 0,9 * 0,93 . | . = 0,84  84% P*Q 2.000 * 70 N = -------------- = ----------------  370 CV (potencia real) 450 * tot 450 * 0,84 R2)

Q 70 l / min v = ------- = ---------------- = 0,23 m/s 6*S 6 * 50 cm2

R3)

75 l / min

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Fluidos hidráulicas Aceite hidráulico Todos los líquidos son esencialmente incomprensibles y, por tanto, transmiten la energía instantáneamente en un sistema hidráulico. El fluido hidráulico tiene cuatro objetivos principales: transmitir potencia, lubrificar las piezas móviles, minimizar las fugas y enfriar o disipar calor; el líquido más generalmente usado en los sistemas hidráulicos es el aceite procedente del petróleo. El aceite transmite la energía fácilmente porque es muy poco comprensible. Se comprime aproximadamente del 0,5% a una presión de 70kp/cm2, lo que es nada apreciable en la mayoría de los sistemas. La propiedad más destacable del aceite es su capacidad lubrificante; el fluido hidráulico debe lubrificar la mayor parte de las piezas móviles de los componentes, además de su capacidad de aislante térmico con respecto a otros líquidos. El peso específico del aceite varía de 0,88 a 0,93 kp/cm2, en condiciones de funcionamiento normales. Los aceites de tipo MS son especialmente recomendados para los sistemas hidráulicos de equipo móvil (tractores, excavadores, asfaltadoras etc.). Transmisión de potencia Como medio transmisor de potencia, el fluido motor debe poder circular fácilmente por las líneas y orificios de los elementos; demasiada resistencia al paso del flujo origina considerables pérdidas de potencia. Lubricación La lubricación interna de los componentes la proporciona el fluido motor, a través de una película protectora que se forma en cima a los engranajes y piezas móviles, el fluido motor realiza la protección contra el desgaste de partes mecánicas importantes. Estanqueidad En muchos casos, el fluido es el único cierre contra la presión dentro de un componente hidráulico; hay aplicaciones como válvulas donde no hay anillo de cierre para reducir la fuga entre los pasajes entre alta y baja presión. El ajuste mecánico y la viscosidad del aceite determinan el porcentaje de las fugas. Enfriamiento La circulación de aceite a través de las líneas y alrededor de las paredes del depósito, disipa parte del calor generado en el sistema.

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Números SAE Los números SAE han sido establecidos por la Society of Automative Engineers para establecer intervalos de viscosidad a rangos de temperaturas. Los números de invierno (5W, 10W, 20W) se determinan haciendo medidas de viscosidad a -17,9ºC mientras los números de verano (20W, 30W, 40W, 50W. etc.) determinan valores de viscosidad en el intervalo hasta 98,9ºC. El índice de viscosidad es un número arbitrario que indica el cambio de velocidad de desplazamiento entre capas laminares del aceite, al variar de temperatura. Un fluido que manifiesta una viscosidad relativamente estable a temperaturas extremas tendrá un índice de viscosidad (I.V) muy elevado; un fluido que sea muy espeso a temperaturas bajas y muy ligero a temperaturas muy elevadas tendrá un I.V. muy bajo. I.V. - 17,8 ºC 37,8 ºC 98,9 ºC 50 284º E 4,32º E 1,35º E 90 227º E 4,32º E 1,40º E Si observamos los datos de esta tabla, podemos constatar que el aceite de 90 I.V. resulta menos viscoso a baja temperatura y más viscoso a alta temperatura, datos que comparamos al aceite de 50 I.V. También tendremos en cuenta que a temperaturas medias de servicio el valor de I.V. coincide en ambos tipos. Hoy en día los aditivos químicos y las técnicas de refinado han elevado el I.V. de algunos aceites a valores muy superiores a 100. De hecho será conveniente emplear fluidos de elevado I.V. cuando necesitemos trabajar a temperaturas extremas; en el caso que un sistema funcione a temperaturas relativamente constantes, el índice de viscosidad tendrá menos importancia. Punto de fluidez El punto de fluidez es la temperatura más baja a la que un líquido puede fluir. Este parámetro es una especificación muy importante si el sistema hidráulico está expuesto a temperaturas extremadamente bajas; como regla principal el punto de fluidez debe estar a 10º C por debajo de la temperatura más baja de utilización o de trabajo. Capacidad de lubricación Es deseable que las piezas móviles de un sistema hidráulico tengan una holgura suficiente para que puedan deslizarse sobre una película de fluidos; esta condición se llama lubricación completa. Corrado Magrí ©2015

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Si el fluido tiene una viscosidad adecuada, las pequeñas imperfecciones superficiales de las piezas metálicas no se tocarán. Resistencia a la oxidación La oxidación o reacción química con el oxígeno es un factor importante que reduce la vida o duración de un fluido. Los aceites de petróleo son particularmente susceptibles a la oxidación ya que el oxígeno se combina fácilmente con el carbono y el hidrógeno que forman parte de la composición química de los aceites. La mayoría de los productos de la oxidación son solubles en aceite, y se desarrollan reacciones químicas entre ellos, dando lugar a la formación de goma, barniz y productos que con su grado de acidez originan corrosión en el sistema; además de la contaminación de los circuitos, con consecuente aumento del valor de viscosidad del aceite. Los productos de oxidación que resultan insolubles taponan orificios, aumentan el desgaste y producen el agarrotamiento de las válvulas o de los sistemas de regulación. Catalizadores Hay siempre una mínima cantidad de catalizadores de oxidación en el sistema hidráulico, esta presencia, añadiendo calor, presión, contaminantes y agua bajo forma de condensación de la humedad, aceleran el proceso de oxidación. La experiencia y los registros de mantenimiento nos transmiten la valiosa información de que a temperatura inferior a 57º C el aceite se oxida muy lentamente y por cada 10ºC superiores, la velocidad de oxidación se multiplica de forma exponencial. Estas oxidaciones y corrosiones se pueden evitar incorporando aditivos al fluido que protegen las superficies metálicas de los ataques químicos. Desemulsibilidad Pequeñas cantidades de agua pueden ser toleradas en la mayoría de los sistemas, de hecho, algunos componentes antioxidantes promueven un cierto grado de emulsificación que se introduce en el sistema. Este proceso impide que el agua se deposite y rompa la película antioxidación, sin embargo, demasiada agua en el aceite facilita la acumulación de contaminantes que originan bloqueo de elementos móviles y acelera el desgaste. Uso de aditivos La mayoría de las propiedades deseables de un fluido se deben aunque de forma parcial a los aditivos.

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Los fabricantes dicen que los aditivos deben ser compatibles con el fluido base y entre sí, según las características específicas de laboratorio. Aceites minerales Los aceites minerales proceden de la destilación del petróleo y sus propiedades dependen de tres factores: 1) El tipo de aceite crudo empleado. 2) El grado de refinamiento y su metodología 3) Los aditivos empleados. En general los aceites de petróleo poseen excelentes cualidades lubricantes y anti-desgaste superior a lo normal. El aceite protege contra oxidación, constituye un buen aislante, disipa el calor fácilmente y es fácil mantenerlo limpio por filtración o por separación de los contaminantes por gravedad. El principal inconveniente de los aceites de petróleo es que son inflamables, por eso se toman adecuadas protecciones preventivas, así como debidas protecciones contra la oxidación. Fluidos inflamables Hay tres tipos básicos de fluidos inflamables: 1) Agua-glicol 2) Emulsiones agua-aceite 3) Fluidos sintéticos Los fluidos hidráulicos de cualquier tipo no son económicos, además al cambiarlos y limpiar los sistemas que no han sido mantenidos adecuadamente, se añade un elevado coste en tiempo y dinero. A tal propósito se sugieren algunas precauciones para impedir la contaminación del fluido durante la fase de almacenamiento y de manejo.

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Clasificación fluidos hidráulicos Según la DIN 51524 y DIN 51525 los aceites hidráulicos son divididos por sus características y composición:  HL o HLP o HV o H (Hidráulico) + aditivos + código viscosidad (DIN 51517)  HLP 68: o H: aceite hidráulico o L: con aditivos para protección de corrosión y/o estabilidad o P: aditivos para reducir o incrementar cargas. o 68: código de viscosidad según DIN 51517

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Conducciones hidráulicas Tubería es un término general que engloba las diferentes clases de líneas de conducción que transportan el fluido hidráulico entre los componentes, así como las conexiones entre los elementos de control y los elementos de actuación. Los sistemas hidráulicos, en la actualidad, emplean tres tipos de líneas de conducción:  Tubo gas  Tubo milimétrico  Mangueras flexibles Los tubos gas son menos costosos de los tres mientras que los tubos milimétricos y las mangueras flexibles son más convenientes para hacer conexiones y operaciones de mantenimiento. Tubo gas Los tubos de hierro y acero fueron los primeros en emplearse en el ámbito de la hidráulica industrial y en la actualidad siguen empleándose por su bajo coste. Los tubos de acero sin soldadura se recomiendan para los sistemas hidráulicos gracias a su interior libre de óxido, cascarilla y suciedad; la clasificación de los tubos así como de los accesorios se realiza según sus dimensiones nominales (DN), y el espesor de sus paredes (PN). La relación 40, según ANSI, corresponde muy aproximadamente al espesor estándar, la relación 80 corresponde al espesor grueso, la relación 160 cubre los tubos con mayor espesor de pared en este sistema. Las roscas de los tubos gas son cónicas al contrario de las roscas de los tubos milimétricos y algunas conexiones de manguera que dispone de roscas cilíndricas. Las uniones se cierran mediante una adaptación entre la rosca macho y hembra al apretar la tubería y este sistema crea uno de los principales inconvenientes de los tubos gas. Cuando una unión se rompe, el tubo se debe apretar más para volver a cerrar y esto requiere sustituir parte del tubo con uno de sección ligeramente más larga en algunos casos se usa un medio como el cáñamo o el teflón para incrementar el espesor y aumentar la estanqueidad. Para roscar los tubos se requieren aparatos especiales para que se puedan producir roscas no de tipo estándar sino de tipo seco o sea en la que bases y crestas de las roscas encajan antes que los flancos, evitándose así una holgura espiral.

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Los numerosos accesorios necesarios en un circuito hidráulico con tubería, presentan muchas oportunidades para fugas, especialmente en los casos de incremento de presión de servicio.

Tubo milimétrico Los tubo de acero sin soldadura, presentan ventajas significativas sobre los tubos gas en los sistemas hidráulicos, se pueden doblar de cualquier forma, son más fáciles de trabajar y pueden utilizarse una y otra vez sin problema de cierre. Generalmente el número de uniones es bastante más reducido y en los sistemas de bajo volumen, aguantan presiones y caudales más elevados con dimensiones y pesos menores. Corrado Magrí ©2015

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En efecto son más caros de precio así como sus accesorios necesarios para las conexiones. Las especificaciones de los tubos milimétricos se refieren siempre al diámetro exterior y las medidas disponibles van desde 1/8” hasta 1” con incrementos de 1/16” y hay la disponibilidad de diferentes espesores por cada tamaño.

Esta tipología de tubo no se cierra mediante sistema enroscado sino que se realiza mediante varios tipos de accesorios, algunos de ellos establecen el cierre mediante contacto directo metal-metal y son conocidos como accesorios de compresión. Otros accesorios de interés, utilizan juntas tóricas o similares; también hay bridas a soldar para tubos de mayor tamaño.

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Mangueras flexibles Las mangueras flexibles se emplean prevalentemente cuando las líneas hidráulicas están sometidas a movimiento o desplazamiento como en la alimentación de un motor de cabezal de taladro. La manguera se fabrica con capas de caucho sintético y trenzado de tejido con alambre; el trenzado de alambre permite naturalmente presiones más elevadas. La capa interna de la manguera debe ser compatible con el fluido empleado, mientras la capa externa generalmente es de caucho y sirve para proteger el trenzado. La manguera debe tener como mínimo tres capas, siendo una de ella el trenzado, también puede tener múltiples capas según la presión de funcionamiento. Las capas múltiples de alambre pueden ir alternadas con capas de caucho o pueden ir colocadas directamente unas encima de las otras; es generalmente deseable conectar los extremos de la manguera con uniones enroscadas cuya estanqueidad a presiones elevadas se garantiza con una máquina de prensado. Corrado Magrí ©2015

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Muy importante, nunca instalar una manguera torcida, evitar suavizar torsiones o cambios repentinos de dirección, este detalle implica un gran ahorro de averías y una ampliación de la vida útil de la conexión.

Las normas industriales recomiendan un factor de seguridad por lo menos de 4 a 1 y hay casos que se necesita mayor factor de seguridad, elevando la relación anterior a 8 a 1 en capacidad de presión. Si la presión de funcionamiento va:  De 0 hasta 70 kgf/cm2, el fabricante debe proporcionar un factor de seguridad de 8 a 1.  De 70 kgf/cm2 hasta 175 kgf/cm2, el fabricante debe proporcionar un factor de seguridad de 6 a 1.  Para presiones superiores a 175 kgf/cm2 se recomienda un factor de seguridad de 4 a 1. Pr FS = -----Pf Dónde: FS = Factor de seguridad Pr = Presión de ruptura Pf = Presión de funcionamiento

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En cualquier tubo de tamaño nominal, cuanto mayor sea el número de normalizado correspondiente, (schedul number) mayor deberá ser el espesor de las paredes y la presión de ruptura, aunque este criterio hace disminuir la sección interior del conducto y esta reducción implica un aumento proporcional de la velocidad del fluido. Es preferible emplear tubos milimétricos en sustitución de los tubos gas y esta recomendación se debe a que los tubos milimétricos presentan un mejor cierre, facilidad de remplazo y mantenimiento más rápido. Dentro que es el diseño de distribución es preferible montar manguitos que no se emplean sólo en las aplicaciones móviles, siendo muy aptos para amortiguar puntas de presión y golpe de ariete. Una instalación adecuada resulta esencial para evitar fugas, contaminaciones en el sistema y funcionamiento ruidos por exceso de velocidad del fluido. A tal propósito resulta fundamental mantener la máxima estanqueidad con el fin de mantener la presión y también impedir pérdidas de fluido motor y la consecuente contaminación. Los accesorios para las conexiones de todos tipos de conductos deberán ser conformes tanto a la instalación empleada como a los parámetros de servicio del sistema con el fin de garantizar adecuada eficiencia mediante la estanqueidad, así como la reducción máxima de pérdidas externas. A tal propósito se hará recurso al aprovechamiento de accesorios propedéuticos como tóricas, anillos de apoyo, retenes, juntas planas etc. cuyo apartado se tratará ampliamente en un siguiente apartado.

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Filtración La filtración es una técnica empleada para mejorar la funcionalidad y la eficiencia de los sistemas a través de la limpieza y el mantenimiento preventivo periódico programado. Datos técnicos de los filtros: a) Grado de filtración b) Caudal filtrante c) Presión máxima d) Tipo de fijación e) Tipo de elemento filtrante f) Presión diferencial g) Colocación en el circuito

Tipos de filtros: a) Ambiente (25 micras – papel celulósico) b) Aspiración (100, 160 y 270 micras – superficie, malla bronce fosforoso, Espiral magnética y captadores magnéticos). c) Presión (3 – 50 micras – superficie, malla bronce fosforoso, resinas especiales y malla acero inoxidable).

Filtro ambiente: El aire contenido en el depósito, encima del nivel de aceite, está en comunicación con el exterior a través de un filtro ambiente, generalmente 25 micras, que impiden que las impurezas del aire ambiente penetren en el depósito; estos filtros son de papel celulósico y no sirven para filtrar aceite. Corrado Magrí ©2015

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Filtros de superficie: Estos tipos de filtros, retienen sobre su superficie externa las partículas contaminantes y pueden ser: a) Papel micronic: son de hoja de celulosa tratada y grado de filtración de 5 a 160 micras; los que son de hoja pisada aumentan la superficie filtrante. b) Filtro de malla de alambre: el elemento filtrante es de malla de un tamiz más o menos grande, normalmente de bronce fosforoso.

 Filtro tamiz c) Filtro de alambre bobinado o espiral magnética: cuanto más denso es el bobinado que lo conforma mayor será el grado de filtración. d) Filtro de discos lenticulares: su eficacia va desde 5 micras, los discos son de tipo desmontables y van apilados uno encima de otro. e) Filtros de profundidad: retienen las partículas contaminantes al pasar el aceite por su interior. f) Filtros de absorción: el aceite atraviesa el filtro que puede ser de algodón papel o lana de vidrio. g) Filtros magnéticos: son muy caros y poco empleados, deben ser dimensionados convenientemente para que el aceite circule por ellos lo más lentamente posible y cuanto más cerca de los elementos magnéticos mejor, para que puedan captar las partículas ferrosas. Van dentro de un filtro de superficie. Filtros de aspiración: Es relativamente tosco, comparado con un filtro protege a la bomba de las partículas del orden de 150 micras; estos se montan generalmente, fuera del depósito cerca de la entrada a la bomba.

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Filtros de presión: Existen filtros diseñados para ser instalados en la línea de presión que puede captar partículas mucho más finas que los filtros de aspiración; en general en instalaciones delicadas como las que cuentan con servomecanismos. Pueden aguantar presiones de hasta 500 bar en la línea de presión; en la siguiente figura podemos observar un filtro instalado a la salida de la bomba y delante de la válvula reguladora de presión y alivio. Estos filtros deben poseer una estructura que permite resistir la máxima presión del sistema; por seguridad deben poseer una válvula de retención interna. La máxima perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI.

En el retorno por alivio. En este punto puede emplearse un filtro de baja presión, es una disposición Ideal cuando trabajan válvulas de control de flujo en serie y el caudal de exceso se dirige vía la válvula de alivio permanentemente a tanque. La máxima perdida de carga recomendada es de 2 PSI con el elemento limpio.

En la línea de retorno. El aceite que retorna desde el sistema puede pasar a través de un filtro cuando se dirige a tanque; este método es el más empleado. Este tipo de filtro puede instalarse hasta caudales de 340 litros/min., la filtración va desde 10 a 200 micras. Corrado Magrí ©2015

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Cuando se seleccionará el tamaño de un filtro de este tipo, recordar que el caudal de retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba, debido a la diferencia de secciones a ambos lados de los cilindros. ¿Qué necesitamos saber de los filtros de alta presión para aceite hidráulico?  Mantienen limpio su sistema hidráulico.  Están formados a través la construcción en malla plegada de acero inoxidable que proporciona una mayor superficie de filtraje y un tamaño compacto.  Diseñados para presión hasta 350 bar.  Son bidireccional visto que permiten la filtración de aceite en ambas direcciones si se presenta tal necesidad.  Construidos en dos piezas para que permite una sustitución fácil de las partes del filtro propiamente dicho.  Buena relación entre caudal/pérdida de carga, como se aprecia en el gráfico de la siguiente figura:

 Conexiones roscadas en los extremos para facilitar el montaje.  El aceite hidráulico garantiza una lubricidad efectiva y protege las piezas esenciales

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¿Qué son los filtros magneto mecánicos?  Es un filtro que trabaja con acción combinada mecánica (malla de filtrado) y magnética (imán permanente).  Tienen como característica particular una baja pérdida de carga, un simple mantenimiento y un bajo costo operativo.  Se fabrican en tres tamaños con caudales nominales de 32, 64 y 120 LPM (litros por minuto). Es bien conocida por todos la importancia de una perfecta filtración del aceite utilizado en los modernos circuitos hidráulicos, así como las ventajas de la lubricación y corte de las máquinas herramientas de precisión del que dependen tanto la vida de la misma y la calidad de las superficies maquinadas como la duración de las herramientas. Igual importancia adquiere el filtrado del combustible y del aceite lubricante de los motores; las partículas más pequeñas, con una granulometría inferior al micrón, resultan las más nocivas con el transcurrir del tiempo. Los filtros de malla carecen de la peculiaridad del poder filtrante para éstas micro partículas y los cartuchos de filtración resultan eficaces durante un limitado período de tiempo o de trabajo. Otro inconveniente que presentan los anteriores sistemas de filtración, es el gran volumen que necesitan para su instalación, un espacio que en la mayoría de los casos es bastante difícil de obtener o imposible brindar. Una novedad en este campo la presenta el filtro magneto-mecánico que, viene a satisfacer ampliamente la exigencia funcional que un filtro requiere; es decir la función de filtrar con la capacidad de retención de todas las partículas extraña, sea cual sea su tamaño. Contrariamente al filtro mecánico convencional (por ejemplo a malla metálica o a ranura) de precisión, el rendimiento del este sistema novedoso de filtración, aumenta: 1. Al disminuir la viscosidad o aumentar la temperatura. 2. Con mayor superficie filtrante, o sea con el filtro de mayor capacidad. 3. Con el mínimo de pasajes (circulación de mínimo técnico del fluido).

Una ventaja particular del filtro es la caída de presión sumamente baja, que permanece casi constante hasta la saturación del filtro; este factor ofrece como consecuencia un notable ahorro de energía en el ejercicio de máquinas, motores e instalaciones hidráulicas en general. El filtro magneto-mecánico presenta un tamaño mucho más pequeño que un filtro mecánico de la misma capacidad, es seguro y simple porque no se han constatado estadísticamente alguna obturación aun cuando el filtro está saturado de partículas. Corrado Magrí ©2015

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Esta última peculiaridad de diseño ha caracterizado este elemento novedoso como un accesorio que no se necesita válvulas de sobrepresión con el fin de permitir de forma forzosa el paso del lubricante o fluido motor. A causa de su doble efecto magnético-mecánico, no solamente se eliminan todas las impurezas magnéticas abrasivas que provocan el desgaste (hasta las menores de 1 micrón) sino que se produce también la separación de impurezas “antimagnéticas” y orgánicas. Impurezas que físicamente se arrojan en la zona de suciedad acumulada en el filtro como residuos de metales antifricción, residuos de producción y productos del envejecimiento del aceite. Así se reduce también el desgaste que se verifica durante el ejercicio como consecuencia de la eliminación de estas impurezas que provocan el envejecimiento prematuro del aceite. Para su limpieza, después de quitar la tapa del cuerpo, se retira la “canasta” que rodea al imán cuidando de no dañar la malla interior; ésta se limpia con Nafta, keroseno o algún elemento similar que tenga la capacidad de disolver estas impurezas residuales. Con el mismo producto se quita la suciedad del interior, el imán puede ser limpiado con un trapo o con aire comprimido, la frecuencia de estas limpiezas deben ser mayor cuando la máquina está en período de ablande o cuando el fluido sufre una fuerte contaminación desde el exterior. No es necesaria la adquisición de piezas de recambio o cartuchos, ya que la duración de los elementos de estos filtros supera, en condiciones normales, la vida de una máquina, o de un motor o de una central hidráulica; no obstante, por cualquier accidente que determinara el reemplazo de alguna pieza, se proveerá a solicitud del interesado, el repuesto que sea necesario. Cuando se utiliza para líquidos muy viscosos, hay que tener presente que un determinado caudal de pasaje requiere siempre el filtro del tamaño más grande.

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Bombas y acumuladores Bombas hidráulicas, generalidades: Las bombas hidráulicas se pueden considerar como la verdadera alma de las centrales hidráulicas teniendo en cuenta que se son los elementos que se encargan de la transformación de la energía mecánica en energía hidráulica. La energía mecánica suele ser aportada en forma de rotación, bien provenga de motores eléctricos o de otros accionamientos como los manuales, motores a explosión en caso de aplicaciones móviles, etc. mientras que la energía hidráulica se obtiene de forma de caudal impulsado a una determinada presión, originada por efecto de la resistencia hidráulica ofrecida. El principio de funcionamiento en las bombas hidráulicas está basado en la generación de un vacío parcial en la cámara, que interactúa entre la aspiración y la impulsión. En las bombas hidráulicas, con independencia de la mecánica que empleen para ello, se dan los efectos de:  Aspiración por ganancia de volumen  Impulsión por reducción de volumen Una vez concluida la carga se invierte el accionamiento mecánico para desplazar el fluido motor hacia la impulsión que, disponiendo de un volumen menor o una obstrucción mayor, proporcionará mayor velocidad y por lo tanto mayor presión a su salida. A tal propósito podemos concluir que una bomba hidráulica es tan sólo un elemento concebido para el transporte de caudal y la presión será proporcional a la resistencia hidráulica que presente el circuito, es decir, a mayor resistencia u obstrucción, mayor generación de presión. Rendimiento de las bombas En las bombas hidráulicas ha de tenerse en cuenta el rendimiento volumétrico el cual hace referencia a las diferencias de caudal (concretamente entre el rendimiento teórico y el rendimiento real). Este rendimiento depende principalmente del tipo de bomba empleada y de la presión de servicio, esta variable es un dato fundamental tanto para el cálculo de los grupos hidráulicos como para el cálculo de la vida de una bomba. Es importante remarcar que se entiende por rendimiento volumétrico (vol) el cociente entre el caudal real de la bomba y el caudal teórico que esta debería aportar: Qreal vol = ----------- y se expresa en % Qteórico Corrado Magrí ©2015

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El rendimiento volumétrico resultará interesante para:  El cálculo de la potencia a instalar en un grupo hidráulico, (con bomba nueva), el rendimiento volumétrico se obtendrá mediante las tablas aportadas por el fabricante por cada serie de bombas donde el aspecto fundamental de la elección dependerá de la presión de servicio de la instalación.  Para el cálculo de la vida de una bomba, inicialmente en su instalación, el rendimiento volumétrico es un factor conocido, con el paso del tiempo y por medio de mediciones de caudal, se puede observar una disminución y sobre este valor se puede establecer el momento de cambio o de reparación de la bomba.

En general, a través las gráficas que proporcionan los fabricantes, un aumento de presión de servicio implica una disminución del rendimiento volumétrico de la bomba. Clasificación de las bombas Una vez conocidas las generalidades sobre el funcionamiento de las bombas hidráulicas, vamos a clasificarlas aunque los criterios de clasificación son varios. Dentro de estos criterios prevalece la clasificación por mecánica o principio de funcionamiento y la cilindrada que estas presentan, bien sea fija o variable. En cuanto a su aspecto mecánico, las bombas hidráulicas se clasifican en tres grandes grupos: Bombas dentadas

Bombas de paletas

Bombas de pistón.

El primer grupo emplea dientes o sea engranajes donde entre ellos se crea una aspiración y una impulsión del fluido motor; el rango de trabajo es bajo/medio y no supera los 300 bar. El segundo grupo emplea unos tambores ranurados donde se alojan unas partes móviles experimentando zonas de aspiración y zonas de impulsión del fluido motor; como el primer grupo, el rango de trabajo es bajo/medio y no superan los 300 bar. El tercer grupo son bombas dotadas de unos pistones que, mediante diferentes acoples mecánicos, realizan carreras lineales de avance y retorno que se traducen en aspiración e impulsión; el rango de trabajo es medio alto y se superan los valores de 300 bar. Estas discriminaciones resultan bastantes genéricas, de hecho hay variedad abundante en el mercado de fabricantes que realizan sistemas de bombeo de todos tipos y realizan máquinas para cualquier rango.

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A tal propósito es conveniente consultar catálogos en función del diseño o de la configuración que deseamos realizar.

En la mayoría de las mecánicas se dispone de una cilindrada constante a excepción de las bombas de pistón y de las bombas de paletas de una carrera. En consecuencia a la velocidad de rotación fija el caudal proporcionado por la bomba será constante; en los tipos identificados, puede ser constante o variable según la necesidad de la aplicación. A la hora de realizar la selección de bomba, serán varios los factores a contemplar como rango de presión, caudal necesario, rango de viscosidad, montaje, rango de rotación, nivel de ruido, precio, etc. Existiendo muchas variedades entre tipología y modelos de bombas a elegir, seguiremos con el mismo criterio anteriormente enunciado, analizando las más representativas. Bombas dentadas Este grupo básicamente está compuesto por bombas de engranajes exteriores e interiores y por bombas de husillo, estas últimas resultan poco frecuentes. Corrado Magrí ©2015

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De engranaje exterior son las más difusas en el mercado y las más empleadas especialmente para instalaciones de hidráulica móvil, teniendo en cuenta las buenas características proporcionadas de presión/caudal, su bajo precio, la buena resistencia ante la contaminación y sus buenos márgenes de rotación.

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Este tipo de bomba está compuesta por un par de engranaje o piñones donde uno de ellos está conectado directamente al eje motor, concretamente se trata del engranaje conductor que arrastra el otro engranaje o conducido. En el momento que los dientes desengranan, se produce un incremento de volumen en el interior de la boca de aspiración generándose como una depresión o un vacío parcial que tiende a ser contra-restado por la presión ambiental siendo esta boca en comunicación con el depósito que es exterior de la bomba. Mientras tanto la bomba pasa a la etapa de transporte donde el aceite aspirado viene trasladado entre los huecos de los dientes hacia la etapa de salida o de impulsión donde los engranajes o piñones tienden a reducir el volumen interno, obligando el aceite por su incompresibilidad a salir por la boca de impulsión. De hecho la bomba mueve caudal y la presión se determina por una obstrucción aplicada en la salida de la bomba o por cualquier tipo de resistencia conectada en esta línea. Por eso debemos tener en cuenta que si en la línea de impulsión se introduce una resistencia hidráulica, por ejemplo el accionamiento de un cilindro en carga, el caudal impulsado encuentra resistencia a la salida y aquí comienza la generación de presión con el objetivo de vencer la carga aplicada. Esta es la manera que sirve para comprobar que la presión no viene generada por la bomba sino por la resistencia que encontramos en el circuito hidráulico.

Uno de los aspectos importantes que hay que tener en cuenta cuando se trabaja con bombas hidráulicas de este tipo son los efectos producidos a causa de la presión generada por el sistema receptor, problemas que se repercuten en las zonas de las cargas radiales en el interior de la bomba dando lugar a potenciales desgastes y potenciales pérdidas de estanqueidad. Corrado Magrí ©2015

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A tal propósito sobre todo en la fase de diseño, se deberá proceder a la compensación de las fuerzas radiales de forma que la bomba se encuentre compensada radialmente. Este fenómeno no es el único factor negativo a presentarse, también se producen problemas de carácter axial o sea fuerzas que tienden a abrir o separar las placas superiores e inferiores que contienen los piñones y este fenómeno va a producir sólo fugas. También este problema se puede controlar dependiendo de la mecánica empleada por cada fabricante, creando un método de compensación axial; este tipo de compensación ofrece también la posibilidad de agrupar varios cuerpos, uniendo sus ejes motrices a un único accionamiento motor y consiguiéndose de este modo sea caudales, sea presiones diferenciados. Datos genéricos. Bomba de engranajes exteriores Cilindrada: ……………………………………...…………………….. de 0,2 a 200 cm3 Presión de servicio: ………………...…………….… hasta aproximadamente. 250 bar Rotación: ………………………………………...………………. de 500 a 6.000 r.p.m. Anotaciones: .…… Bombas que presentan un buen rango de presión; en cuanto a los ...caudales proporcionados, atendiendo a una velocidad de accionamiento …estándar (1.500 r.p.m.) resultan entre los 0,3 y los 300 l/min. …………

Las bombas de engranajes interiores presentan en cuanto a caudal y presión prácticamente las mismas características del anterior modelo, si bien el nivel sonoro producido por este modelo es notablemente inferior. Esta peculiaridad empuja los fabricantes a destinar con mayor frecuencia este modelo en aplicaciones estacionarias de interior obteniendo casi siempre también una reducción de volumen.

Datos genéricos. Bomba de engranajes interiores Cilindrada: ……………………………………...…………………….. de 0,3 a 250 cm3 Presión de servicio: ………………...…………….… hasta aproximadamente. 250 bar Rotación: ………………………………………...………………. de 500 a 3.000 r.p.m. Anotaciones: .…… Bombas que presentan un buen rango de presión; en cuanto a los ...caudales proporcionados, atendiendo a una velocidad de accionamiento …estándar (1.500 r.p.m.) resultan entre los 4,5 y los 375 l/min. ………… Corrado Magrí ©2015

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Las bombas de husillos helicoidales no son muy frecuentes en las aplicaciones hidráulicas industriales siendo muy cara como precio. Están compuestas por tres husillos helicoidales donde uno de ellos es el motriz (rosca a derecha), mientras que los otros dos (rosca a izquierdas) trabajan por arrastre. En el movimiento, se experimenta una ganancia de volumen que hace que se realice la aspiración, traslación y por último (reducción de volumen), una impulsión. Todas estas etapas se realizan con extrema suavidad y esto hace que los caudales obtenidos sean no pulsatorios y con un nivel sonoro muy bajo. Datos genéricos. Bomba de husillos helicoidales Cilindrada: ……………………………………...………………..….. de 15 a 3.500 cm3 Presión de servicio: ………………...…………….… hasta aproximadamente. 250 bar Rotación: ………………………………………...………….…. de 1.000 a 3.500 r.p.m. Anotaciones: .…….… Extrema suavidad de funcionamiento y nivel sonoro muy bajo. ……….. Aplicaciones industriales limitadas.

Las bombas de paletas basan su funcionamiento en principios ya conocidos (funcionamiento similar a compresores de paletas o motores neumáticos de paletas, etc.). Un rotor ranurado en el cuál se aloja un conjunto de paletas, se moverá por el accionamiento de un motor aplicado, consiguiendo que las paletas se deslicen hasta el tope que delimita la carcasa o estator. En este proceso se experimentan zonas de ganancia y reducción de volumen y por tanto, aspiración e impulsión del fluido.

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Para aumentar la eficacia del sellado de cámaras, las bombas hidráulicas de paletas pueden emplear resortes o incluso la propia presión del sistema sobre la parte posterior de las paletas, aumentando de esta forma la fuerza de cierre, evidentemente las mecánicas varían en función del fabricante. Hay bombas de paletas de doble carrera que se encuentran equilibradas, debido a la propia mecánica o sea al perfil interno del estator, mientras las bombas de simple carrera no se encuentran equilibradas. Datos genéricos. Bomba de paletas genérico Cilindrada: ……………………………………………………………….. de 5 a 100 cm3 Presión de servicio: ……………………………….… hasta aproximadamente. 150 bar Rotación: …………………………………………………….…. de 1.000 a 2.000 r.p.m. Anotaciones: .………. Bombas muy apropiadas para el trasiego de fluidos. Se prestan especialmente bien a mantenimientos rápidos y sencillos que no exigen costosas operaciones (mecanizado, rectificado, etc.) .

Hay bombas de paletas con Q variable. Este modelo puede presentar caudal fijo o variable a revoluciones constantes por lo tanto se puede ejercer esta opción variando la cilindrada y, en el caso específico esta variación se logra con la excentricidad del rotor. En las bombas de paleta de simple carrera y caudal fijo, la excentricidad entre rotor y estator es invariable y en consecuencia su cilindrada, mientras en una bomba de las mismas características pero de caudal variable, la excentricidad puede variar en función de la presión del sistema. Los ajustes pueden realizarse mediante variados mecánicos siendo los más comunes los ajustes directos mediante resorte o bien mediante regulador de presión.

Si observamos detenidamente el sistema y su estructuración, el sistema se comporta como un limitador de potencia ya que juega con la proporcionalidad entre presión y caudal. A tal propósito una correcta selección entre bombas de caudal fijo o variable, puede suponer un importante ahorro energético, así como un aumento considerable de la vida útil. Corrado Magrí ©2015

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Las bombas de pistones pertenecen al rango de elevadas presiones y se presentan en la posibilidad de aportar caudales fijos o variables a nuestra instalación.

Dentro de su amplia variedad de modelos, las más representativas son las del grupo de pistones axiales (variantes de placa o eje inclinado); no obstante, la mecánica varía muy poco en ellas siendo el principio de funcionamiento común en ambos casos. En las bombas de pistón, en función de la carrera lineal que ejecuten los pistones, se obtendrá más o menos caudal. Las bombas de pistones están constituidas por unas series de pequeños cilindros metálicos que se acoplan en un tambor de alojamiento denominado barrilete. Por otro lado, cada uno de los pistones dispone de una rótula para realizar un acoplamiento móvil sobre una placa que conectará al eje motor; la placa puede ser perpendicular o inclinada respeto al eje diferenciando así el tipo de eje y el tipo de placa inclinada.

Cuando inicia la rotación (accionamiento del motor) los pistones se ven obligados a desplazarse linealmente, debido a la inclinación de la placa; de este modo el pistón que estaba totalmente alojado en la zona inferior del barrilete, se ve obligado a salir y gracias a la comunicación con el conducto de aspiración está cargando de forma progresiva a lo largo de un desplazamiento del disco de casi 180º de rotación. A rueda siguen el mismo proceso los demás pistones, proporcionando el empuje del volumen adquirido hacia la salida, expulsando al exterior el fluido lubricante. Corrado Magrí ©2015

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Es evidente que cuanto mayor sea la carrera de los pistones en los relativos cilindros, mayor será el volumen aspirado y por lo tanto impulsado, además observaremos que cuanto mayor será la inclinación de la placa, mayor será el control del caudal proporcionado. Las bombas de eje inclinado, pertenecen siempre al grupo de las bombas de pistón y dentro de la familia del sistema de placa inclinada, esta vez el movimiento es circular y constante del sistema de rotación mientras el plano de fijación de los cilindros es inclinado; este tipo de bomba es una variante del sistema de placa inclinada aunque el principio de funcionamiento es exactamente igual.

En síntesis, la variedad de accesorios que pueden colocarse en una central hidráulica, depende de las necesidades propias de cada aplicación y, entre algunos, destacan los refrigeradores, acumuladores, etc. La variedad de las bombas existentes en el mercado es muy amplia y los principios más usuales a nivel industrial, corresponden a los dentados, de paletas y de pistones. Las bombas dentadas, y de paletas están concebidas para trabajar en rangos de baja/media presión, mientras las bombas de pistones pueden trabajar a presiones sumamente más importantes (rango de alta presión). Las bombas dentadas se prestan mal al mantenimiento (se puede decir que son bombas de usar y tirar), mientras las bombas de paletas permiten rápidas y económicas reparaciones mediante cambio de cartucho de repuesto o sea del bloque de paletas. Las bombas de pistón son reparadas prácticamente siempre, realizando en ocasiones, complejos mecanizados sobre las mismas.

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Acumuladores El ahorro energético es el argumento muy importante para la utilización de acumuladores, como componente que representa una reserva de energía; estos componentes en las instalaciones hidráulicas logran conseguir la instalación de bombas hidráulicas más pequeñas y por consecuencia un menor esfuerzo y paralelamente un consumo energético inferior. El menor esfuerzo y consumo implica una menor cantidad de calor, instalación y mantenimiento muy sencillos y, por lo tanto, unos gastos de funcionamiento y de explotación bastante más reducidos. En instalaciones que requieran gran cantidad de aceite en breve tiempo o en el caso de grandes ciclos de trabajo, se logran resultados exitosos, rentables y económicos simplemente con la instalación de adecuados acumuladores hidráulicos siendo múltiples sus aplicaciones. Por ejemplo las máquinas de imprenta, inyección y soplado necesitan, durante la inyección y de forma inmediata, grandes cantidades de aceite; también tienen una gran necesidad de aceite los sistemas de desconexión rápida de turbinas en las centrales eléctricas, etc. En la mayoría de los casos se han previsto dichos sistemas de desconexión rápida para el accionamiento de un elemento de seguridad, es decir que, en régimen normal, el consumo de aceite es mínimo (solamente compensación por fugas).

Sin el acumulador, una bomba debería suministrar continuamente una gran cantidad de aceite, con el fin de que al reaccionar el elemento de seguridad (quizás una o dos veces al año) se disponga inmediatamente de la cantidad de aceite necesario.

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Soluciones de este tipo son impensables desde el punto de vista económico y como se puede ver por el diagrama de consumo de aceite, tres receptores necesitan distinta cantidad de aceite, sin el acumulador se debería dimensionar el caudal de la bomba al nivel máximo de potencia del receptor III. Utilizando un acumulador se puede reducir considerablemente el caudal de la bomba (y con ello los gastos de funcionamiento y explotación); la cantidad necesaria de aceite de los receptores I y II resulta menor que el caudal de la bomba y el líquido a presión sobrante se acumula. La cantidad necesaria para el receptor III es superior al caudal de la bomba, y la demanda suplementaria de líquido viene suministrada por el acumulador; entre los intervalos de trabajo se carga de nuevo el acumulador.

Una producción racional en las operaciones de prensado y troquelado requiere grandes velocidades del vástago del cilindro en su carrera sin trabajo y precisamente el proceso de trabajo propiamente dicho se realiza a poca velocidad y elevada presión. En la carrera sin trabajo actúa la bomba I (bomba de baja presión), la bomba II (bomba de alta presión) y el acumulador, de modo que se consigue la gran velocidad deseada; al aumentar la presión hacia el final de la carrera se cierra la válvula de retención A, y solamente la bomba II suministra un pequeño caudal y una elevada presión, mientras la bomba I carga de nuevo el acumulador. En las máquinas herramienta con varias unidades operadoras se maniobran individualmente las velocidades de corte, el avance y el retroceso, el paso y la profundidad de ataque, etc., por lo tanto, el consumo de aceite varía mucho. Un acumulador, montado en cada unidad operativa, cubre estas necesidades de aceite y permite grandes velocidades iniciales, pues la inercia de cada una de las columnas de aceite se vence con mayor rapidez que si toda la columna tuviera que ser movida por la unidad de accionamiento. Corrado Magrí ©2015

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Los acumuladores mantienen durante un tiempo la presión de los dos cilindros, una vez alcanzada dicha presión la bomba puede conmutar su impulsión de inmediato a otros receptores; mientras tanto el acumulador asegura durante todo el proceso de trabajo la presión de servicio necesaria. Cuando en un sistema hidráulico cerrado se deba mantener una determinada presión durante mucho tiempo (por ejemplo, manteniendo abiertas las válvulas estranguladoras mediante muelles o contrapesos), se deberán reintegrar las cantidades perdidas para compensar las fugas. A tal propósito se emplea un pequeño grupo: bomba – acumulador, tan pronto como el acumulador se vacía hasta la presión mínima admisible en la instalación, se activa la bomba mediante un presostato y vuelve a llenarse y presurizarse el acumulador; al alcanzar la presión máxima del sistema, automáticamente se desconectará la bomba a través la intervención del presostato. En lugar de anular una energía cinética, esta viene captada por el acumulador y devuelta al momento oportuno; esta aplicación se emplea en prensas en las que, al descender el porta punzón, el aceite se introduce en el acumulador y se reutiliza para el retroceso del punzón. Los acumuladores hidroneumáticos se utilizan cada vez más como elemento de seguridad, el suministro de energía procedente de la red eléctrica puede averiarse o fallar en cualquier momento y producir un paro indeseado de nuestro grupo motriz. Los acumuladores mantienen el caudal durante un determinado tiempo y protegiendo por lo tanto maquinarias y costosas instalaciones, otro interesante empleo es la cobertura ante una suspensión hidrostática que se puede producir durante el funcionamiento de la máquina. Los cojinetes hidrostáticos deben estar siempre sometidos continuamente a presión y cuando se produce una avería de suministro eléctrico viene a fallar el grupo motriz no pudiendo garantizar la presión necesaria para los cojinetes.

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En este caso los acumuladores son componentes que aseguran la presión mínima necesaria durante la marcha por inercia de la máquina, evitando costosos daños en la zona de los cojinetes hidrostáticos. Los cojinetes de los grandes equipos (turbinas, grandes compresores, bombas de agua, etc.) deben lubricarse constantemente, cuando se produce una avería de suministro eléctrico se pone en marcha de inmediato una bomba auxiliar, que viene accionada por una fuente energética alternativa (grupo electrógeno). El proceso de puesta en marcha de la bomba auxiliar dura algunos segundos y durante este tiempo se interrumpe el caudal, a tal propósito los acumuladores cubren este tiempo y aseguran una presión de lubricación casi constante.

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Válvulas: Direccionales, caudal y presión. Dependiendo de la función específica se diferencian distintos tipos de válvulas, como lo son:  direccional, unidireccional  de caudal  de bloqueo,  de presión. Vamos a realizar un análisis inicial sobre las válvulas direccionales, destacando algunas características principales que se deben conocer para simbolizarlas correctamente. Características principales Dos de las características primordiales que permiten una correcta clasificación, tal y como hemos visionado en repetidas ocasiones en el curso de este recorrido didáctico, son el número de vías y el número de posiciones de la válvula. Vías: Se llama así al número de bocas de conexión que posee el elemento de distribución; existen válvulas de 2, 3, 4, 5 o más vías, así como no es posible tener una válvula que disponga menos de 2 vías, sería un tapón. Posiciones: Hace referencia al número de posiciones estables del elemento móvil de distribución; las válvulas de 2 y 3 posiciones son las más comunes, aunque existen algunos modelos especiales que pueden tener más posiciones. Las válvulas de distribución se designan teniendo en cuenta el número de vías y el número de posiciones de acuerdo a la siguiente convención: Nº de vías / nº de posiciones Por ejemplo, aunque generalmente se emplee en la neumática, una válvula de cinco vías/dos posiciones, equivale a una válvula denominada 5/2. Configuración del símbolo El símbolo representa sea cómo funciona la válvula, sea la forma de accionarla, su composición se representa mediante un bloque central en el que se identifican las posiciones estables del elemento y las conexiones de las vías de cada posición, además se representan también 2 bloques extremos que refiguran los sistemas de conmutación. Cada posición de la válvula se representa por un cuadrado, por ejemplo, dos cuadrados representan una válvula de 2 posiciones y tres cuadrados representan una válvula de 3 posiciones [5].

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La entrada de fluido hacia la válvula se representa por trazos unidos al cuadro que representa, según las necesidades, la posición de reposo, además se identifica con el número 1 o sea la primera conexión. Las conexiones internas de la válvula se representan con líneas y flechas, para indicar el sentido de circulación, así como los escapes se representan por un triángulo y, para completar el símbolo, en los extremos se añade el esquema correspondiente al tipo de accionamiento de la válvula. Para la localización de cada uno de los orificios en la válvula direccional, se requiere la aplicación de un código estándar que utiliza números (CETOP) o letras (DIN/ISO), según cuanto indicado en la siguiente tabla:

Posiciones de reposo Es importante conocer cuál es la posición de reposo de la válvula sobre todo durante la fase inicial de maniobra del circuito:  Posición normal: es la posición que toma la válvula en ausencia de alguna fuerza de influencia externa.  Posición inicial: es la posición que toma la válvula tras una activación o energización si es eléctrica, a partir de la posición de reposo.  Retorno a la posición inicial: es el desplazamiento desde la posición de activación hacia la posición de reposo, evidentemente en el caso de válvulas monoestables, teniendo en cuenta que el retorno puede ser mecánico, a través de un resorte, neumático si el flujo de pilotaje se realiza con aire comprimido o eléctrico si la válvula dispone de una segunda bobina.  Posición intermedia: es la posición que toman las válvulas con 3 posiciones, generalmente consiste en una posición intermedia que para el flujo de entrada tras la opción de las dos posiciones laterales que generalmente implican un sentido de flujo opuesto del fluido motor. Las válvulas con retorno por resorte son consideradas válvulas monoestables y las válvulas que tienen solamente dos posiciones sin retorno por resorte, son consideradas válvulas biestables o con memoria. Se denominan válvulas con memoria debido a que ante un impulso se acciona la válvula y aunque desaparezca el impulso inicial, el obturador de la válvula se mantiene en la misma posición asumida hasta que se le proporcione una orden en sentido inverso que lo haga volver. Corrado Magrí ©2015

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Válvulas 2/2 Pertenecen a este grupo todas las válvulas que poseen un orificio de entrada y otro de salida con dos posiciones; son válvulas que se emplean en aquellas aplicaciones donde no es necesario realizar la descarga del fluido en su interior. Pueden ser consideradas también lógicas con la configuración todo o nada; también conocidas como válvulas de paso tal y como se representan en la siguiente figura en su esquema constructivo. En reposo el núcleo de la válvula presiona el asiento con la ayuda de la presión que ejerce el fluido, de esta forma se cierra el paso de 1 (P) a 2 (A). Cuando se energiza, el núcleo viene atraído dentro de la bobina debido a que la fuerza electromagnética es superior a la suma de fuerzas del resorte y de la fuerza ejercida por la presión del fluido y esta acción permite que la válvula se abra, dejando el paso al fluido motor.

Válvulas 3/2 A diferencia de la válvula 2/2, esta permite la descarga del sistema al ser accionada así como nos ilustra la siguiente figura que muestra su esquema constructivo. En estado de reposo, el muelle helicoidal cónico presiona el inferior del núcleo u obturador de la válvula contra el asiento y cierra el paso y el conducto de conexión 2 (A) descargará por 3 (R); al energizar la bobina, el núcleo u obturador viene atraído tapando la conexión 3 (R) así que el fluido circulará desde 1 (P) a 2 (A).

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Válvulas 4/2 Estos tipos de válvulas disponen de 4 orificios de conexión de los cuales uno es para el escape, otro para la alimentación del fluido y los otros 2 para las utilizaciones. Generalmente es un tipo de válvula que suele ser muy empleada en aplicaciones con cilindros de doble efecto. Válvulas con pilotaje neumático Tal y como hemos anunciado anteriormente, el pilotaje consiste en activar una válvula a distancia aprovechando del aire a presión, de un impulso eléctrico, de una acción mecánica o de la presión hidráulica; el accionamiento no actúa directamente sobre la válvula principal, sino que actúa sobre una válvula auxiliar.

a) Detalle constructivo b) Símbolo esquemático

Las válvulas neumáticas o hidráulicas de vía pueden transformarse en todas sus anteriores, por ejemplo una válvula de 4 vías podrá transformarse en una de tres o de dos vías cuya mecánica corresponderá a “corredera” así consiguiendo aplicaciones más económicas o para salir del paso, naturalmente donde el factor estanqueidad no sea crítico. Las transformaciones hidráulicas más representativas son:

Mecánica de las válvulas Las válvulas direccionales presentan mecánica de asiento o de corredera y en ambos casos se deberá tener en cuenta con especial atención el factor estanqueidad y otros múltiples factores que dependen de las condiciones de trabajo y que determinan las funciones específicas de empleo.

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Válvulas de asiento Estas válvulas, en su versión direccional, son elementos encargados de establecer o cortar el paso al aceite y en ocasión distribuirlo, a través elementos móviles en forma de bola, cono, plato, o elemento de cierre en general que por cierto deberán garantizar una perfecta estanqueidad.

Las válvulas de asiento pueden ser de accionamiento directo o bien de precomando, suelen presentar un tamaño pequeño (TN6) así como buenas características de resistencia a la presión. Otras características son:  Válvulas exentas de fuga, o sea totalmente estancas.  Válvulas que pueden trabajar a presión sumamente importantes (de hecho a mayor presión de servicio, mayor estanqueidad).  Válvulas de configuración preferente de 2 ó 3 vías y 2 posiciones (indiferentemente NA o NC). El cierre estanco entre vías, viene marcado por la simbología de una válvula antirretorno, además este tipo de válvulas presentan:  Una capacidad de caudal limitado.

 El precio es más elevado que las mecánicas de corredera.

 Producen una elevada pérdida de carga en la conmutación

Por ejemplo en una representación simbólica de una 3/2, en las dos posiciones, a) abierta y b) cerrada, encontramos:

Mientras P comunica con A, el cierre sobre T es totalmente estanco y cuando se conmuta, P será estanco y A despresuriza por el punto T. Un aspecto que se deberá tener en cuenta que la simbología tan sólo representa una mecánica de asiento y en ningún momento determinará si se trata de bolas, conos, platos o cualquier otro mecanismo para su consecución. Si la simbología no expresa cierre de este tipo se presupone una mecánica de corredera o sea mecánica convencional. Corrado Magrí ©2015

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Válvulas de corredera Este tipo de válvula basa su funcionamiento en un elemento móvil en cuyo recorrido longitudinal se produce un cambio de estado entre las diferentes vías. El funcionamiento se realiza mediante un cuerpo cilíndrico o corredera con diferentes rebajes, que se desplaza normalmente de forma axial por lo que precisa en ambos lados del vástago cilíndrico, los mecanismos de accionamiento o pilotaje. Estos mecanismos pueden ser manuales (pulsadores), mecánicos (levas, resortes, etc.), hidráulicos (pequeñas cámaras de presión de aceite), eléctricos (solenoides o imanes), neumáticos (pequeñas cámaras de presión de aire comprimido)… Estos tipos de válvulas bastante comunes son las denominadas distribuidoras, su empleo puede provocar algún tipo de problema como falta de estanqueidad pero son fácilmente solucionables gracias a automatismos exteriores. Una corredera no es capaz por si misma ofrecer un bloqueo riguroso por eso van en combinación con antirretorno de piloto y el bloqueo cumple a la perfección su función, resultando esta una solución más económica que el empleo de válvulas de asiento. En las válvulas direccionales de corredera, la estanqueidad se produce a lo largo de unas pequeñas ranuras que dispone el pisón móvil de tal forma que produce una pequeña cámara (película fina de aceite) entre el pistón y el cilindro de la carcasa de la misma válvula. El grado de estanqueidad depende de las dimensiones de las ranuras, así como de la viscosidad del aceite y especialmente de la presión de servicio; a elevadas presiones (350 bar) se producen fugas que deberán ser consideradas. Las fugas depende también de la altura de las ranuras, pero deberá tenerse en cuenta que a mayores presiones la altura de las ranuras deberá reducirse proporcionalmente. Con el aumento de la presión se produce una fuerte flexión del pistón corredero, ocasionando una reducción de la ranura con consecuente desgaste de las partes metálicas y subida de la temperatura del fluido motor por efecto del rozamiento; para evitar el agarrotamiento del pistón corredero, es necesario elegir correctamente la altura de la ranura evitando subidas de temperaturas y alteración de la viscosidad del aceite. Las válvulas correderas se dividen fundamentalmente en dos tipos:  Válvulas de corredera rotativa  Válvula de corredera axial (deslizante) Corrado Magrí ©2015

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Existen otras construcciones o sistemas pero los más extendidos en el mercado son estos dos tipos anteriores y especialmente las válvulas de corredera. Válvulas de disco distribuidor (rotativas) Fundamentalmente consisten en un disco o rotor que gira en función de las posiciones que interese conectar; los pasos en el rotor conectan o bloquean los orificios del cuerpo de la válvula para obtener las 4 vías de caudal y si se desea se puede incorporar una posición central. Las válvulas rotativas se accionan manualmente o mecánicamente y se emplean generalmente para funciones de pilotaje y control de otras válvulas.

Válvulas de corredera deslizable Son válvulas que se usan como elemento de control y consisten en un vástago corredero con diferentes diámetros y con desplazamiento axial, que se mueve a lo largo de un alojamiento cilíndrico practicado en la carcasa o cuerpo válvula. Las diferentes aperturas en la carcasa permiten las distintas conexiones entre las vías exteriores, según la posición del vástago corredero; según el diseño de la válvula, el vástago corredero puede posicionarse en dos o tres posiciones distintas.

Distribuidores 4/3 Los distribuidores de tres posiciones resultan sin dudas loas más interesantes dentro de las instalaciones hidráulicas, sus aplicaciones del todo variadas pero sin duda son en los controles direccionales donde más juego se les puede sacar. Corrado Magrí ©2015

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De las tres posiciones comentadas, dos de ellas son conocidas como directa e inversa o como paralela y cruzada, y la tercera posición, conocida como centro que es la más importante y determina el empleo específico del tipo de válvula. El centro corresponde a la posición de reposo en los electro-distribuidores y coincide con la posición central; la forma en la que se establece las comunicaciones entre las vías es del todo variada haciendo que sean numerosas las referencias que podemos encontrar en los catálogos de los fabricantes. Centro cerrado (PABT)

Centro abierto (PABT)

Centro tándem (PT/AB)

Centro P/ABT ‘

Centro PAB/T

En la siguiente tabla de resumen se representa la gama básica de válvulas hidráulicas existentes en el mercado, esta tabla puede corresponder a cualquier fabricante de gama estándar ya que prácticamente la totalidad de los mismos presentan las mismas funciones hidráulicas.

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En los tamaños pequeños (TN6) se presentan tan solo los puntos de conexión PAB y T mientras en tamaños superiores aparecen otros puntos conexionables como X e Y (Servo-pilotos) Tabla resumen válvulas

Accionamientos indirectos – Servo-pilotos En las instalaciones hidráulicas donde se requieren grandes caudales, las válvulas de accionamiento directo (TN6 y TN10) resultan insuficientes y por esta razón se precisan válvulas que trabajen en accionamiento indirecto o “pre-comando”. Realmente se trabaja con dos válvulas donde la principal es una válvula de accionamiento hidráulico y etapa de piloto, luego una electroválvula con accionamiento de tamaño inferior (generalmente una TN6). Corrado Magrí ©2015

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Este tipo de válvula trabaja como un amplificador electrohidráulico, una baja señal eléctrica conmuta el cuerpo de una pequeña TN6, esta al conmutar direcciona el caudal hacia los pilotajes del cuerpo principal (TN 16, 25, 32). La válvula principal conmuta y, en consecuencia, permite el paso a caudales importantes y representativos en comparación a la señal de mando aportada.

Ejemplo tipo de conexiones con servo-piloto Corrado Magrí ©2015

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La representación de este tipo de válvulas suele ser simplificada por lo tanto se representa el cuerpo principal y es en el accionamiento donde se identifica que se trata de servo-piloto o accionamiento indirecto.

Alimentación y descarga (X/Y) El bloque de servo-piloto, dispone de las conexiones A, B, P y T de la válvula principal las cuales serán conexionadas según el esquema de accionamiento previsto (automatismo hidráulico). Sobre el cuerpo principal está colocado el distribuidor auxiliar el cual internamente se encarga de conectar sus aplicaciones con las respectivas cámaras de la válvula principal. Las conexiones de presión (X) y la descarga a tanque (Y) son direccionadas hasta la base de la válvula principal en donde se optará por un conexionado interno o externo. En la medida de lo posible, tanto X como Y estarán conectados internamente para que se simplifique de manera determinante todo el conexionado hidráulico, aunque algunas aplicaciones requerirán la necesidad de un conexionado externo.

Alimentación del auxiliar (conexión X) Para que una válvula de pilotaje pueda conmutar su estado, se requiere que el fluido aplicado sobre los pilotos, alcance un valor mínimo de presión, de hecho por debajo de esta presión la conmutación no se produce. La presión mínima de pilotaje es un dato proporcionado por el fabricante, para ver los valores es conveniente consultar la documentación técnica de la gama de válvulas aunque por normas generales suele moverse entre los 5 y 6 bar. Si se opta por una alimentación interna (común entre ambos cuerpos) y se opta por un centro de comunicación PT, la conmutación no llega a producirse aunque el auxiliar haya conmutado; esto se debe a que sobre la línea de alimentación no existe presión o sea que la presión tiende al valor atmosférico y en consecuencia no se produce el pilotaje.

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Será necesario de este modo, generar la citada presión mínima de pilotaje; para ello disponemos de varias opciones:  Puede colocarse un anti-retorno tarado a la salida de la bomba, consiguiéndose que se genere entre ambos la presión mínima y posteriormente se derivará hacia la alimentación del servo (externa).

 Si se opta por una alimentación externa, se deberá identificar en la simbología, por lo tanto se va a realizar una identificación sobre el accionamiento lateral derecho que si lo aplicamos a nuestro circuito en examen esto quedará definitivamente:

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Con el objetivo de evitar los conexionados externos, se puede optar por la colocación del anti-retorno sobre la salida del tanque; realizando esta acción se genera una presión desde la salida de la bomba hasta el punto de descarga (incluyendo el centro descargas). Podremos optar por una alimentación interna (clara reducción del conexionado); en la medida del posible, emplearemos las alimentaciones y descargas internas ya que nos liberan de los conexionados x e y (esta resulta una determinante simplificación de montaje, por lo tanto un bloque de mando más compacto). Un cilindro de doble vástago gobernado por una electroválvula de servopiloto, ha de regular la velocidad de avance y de retorno, generalmente se opta por la colocación de una estranguladora en el punto de tanque del cuerpo principal. Una electroválvula puede resultar dañada cuando se le aplica una presión importante sobre su línea tanque ya que este aceite viene empleado para la lubricación y disipación de calor. Debido a que, dependiendo de su mecánica constructiva, algunas no soportan presiones importantes, se deberán tomar precauciones; para evitar este efecto no deseado así como posibles daños irreparables, se puede optarse por una descarga externa implicando esto su representación gráfica sin la necesidad de coincidir obligatoriamente. Una vez decidido cómo se deberán ejecutar tanto la alimentación como la descarga, se deberá configurar la válvula para que esto suceda tal y como lo estamos planteando. A tal fin los fabricantes se sirven de una serie de cursores que, en función de cómo están introducidos, cierran la comunicación interna requiriéndose por lo tanto el conexionado externo de x o y o bien la establecen, debiéndose colocar tapones respectivamente sobre x o y. Selección de válvulas A la hora de seleccionar o de dimensionar una válvula para una aplicación hidráulica, deberemos en primer lugar seleccionar el tipo de válvula (cumplimiento de las funciones requeridas). Una vez elegida la válvula según sus funciones, debemos decidir su tamaño (TN6, TN10, TN16, etc.) y para que la selección sea correcta, debemos: 1) Asegurarnos que soporta la presión de trabajo 2) Comprobar el caudal direccional por la misma 3) Comprobar la pérdida de carga que esta provoca para las condiciones de nuestro trabajo (presión y caudal). En resumen las válvulas hidráulicas pueden ser de asiento o correderas; las primeras son totalmente estancas, las segundas presentan fugas sobre todo bajo presiones importantes. Corrado Magrí ©2015

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A pesar de ello, las válvulas de corredera son las más empleadas en combinación con otras válvulas de bloqueo si son requeridos bloqueos rigurosos (por ejemplo combinaciones con válvulas anti-retorno de piloto). Las válvulas más comunes en las aplicaciones hidráulicas son las 4 vías (conexión P, A, B y T) en realidad, cada aplicación dispone en zona lateral su propia descarga pero la unión de ambas (a nivel interno) las convierte en 4 vías. En cuanto al número de posición es frecuente encontrar 2 ó 3 siendo estas últimas las más frecuentes; el centro de las válvulas es del todo variado y mediante su selección las válvulas pueden conseguir numerosos efectos sobre las aplicaciones relacionadas. Las válvulas se clasifican en tamaño por los caudales que pueden direccionar, más frecuentes son los tamaños nominales TN 6, 10, 16, 20, 25 y 32, teniendo en cuenta que los primeros dos tamaños presentan accionamientos directos. Los tamaños superiores se montan con válvula de pre-comando y toman el nombre de válvula de accionamiento indirecto, pre-comando o servo-piloto. En las válvulas indirectas, el auxiliar puede ser alimentado o descargado sea a nivel interno que a nivel externo; para la selección del tamaño adecuado de válvula, entre otros factores se deberá tener en cuenta:  Máxima presión que pueden soportar  Máximo caudal direccionable que pueden asumir  Pérdidas de carga para las condiciones de trabajo que se pueden tener. Válvulas de presión. Las válvulas de presión son todas aquellas que influyen directamente sobre la presión del circuito hidráulico o de una parte de él; este tipo de válvula controla la presión desde un valor nulo hasta el máximo valor que puede proporcionar la bomba. El control se realiza mediante la variación de las secciones, empleando elementos de ajuste mecánico, hidráulico, neumático y/o eléctrico. La construcción de esta categoría resulta ser básicamente la misma según sea la colocación en el circuito o, por pequeñas diferencias mecánicas, cumplen funciones distintas. En todas estas tipologías de válvulas el funcionamiento se basa en un equilibrio entre la presión y la fuerza de un muelle (de esta forma se consiguen las numerosísimas posiciones para su regulación). Al igual que las direccionales el mando de este tipo de válvula puede ser directo o indirecto y, en este último caso vienen denominadas también válvulas de pre-comando.

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En las válvulas de presión encontramos una entrada denominada conducto primario y una salida denominada conducto secundario; estos dos conductos pueden encontrarse comunicados o no en condiciones iniciales según el tipo de válvula y se entiende que tenderán a su estado inverso (las abiertas a cerrar y las cerradas a abrir) por acción de la presión, previo análisis de la fuerza ajustada por el agente antagonista. Con respeto a este último, se debe indicar que puede ser ajustado manualmente (correspondiendo esta función a un resorte) o bien ser ajustado mediante sistemas un tanto más sofisticados como por ejemplo análisis de presiones en otras zonas del circuito, consignas eléctricas, etc. A groso modo, se diferencian cuatro grupos representativos de válvulas de presión: 1) Válvulas limitadoras. 2) Válvulas de secuencia o conectoras. 3) Válvulas reductoras. 4) Otras. Válvulas limitadoras Este tipo de válvula tiene como función principal impedir que en una aplicación hidráulica se sobrepase la presión ajustada por la misma, de este modo se evita que los mecanismos exteriores y todo el conjunto hidráulico sufra daños por exceso de presión. A tal propósito se diferencian mecánicas directas y de pre-comando aunque se debe tener en cuenta los efectos de multiplicación de presión que se pueden producir en una específica aplicación hidráulica.

Si estos efectos recaen en conductos no comunicados directamente con la limitadora, los componentes no quedan protegidos y se corre el riesgo de ocasionar importantes daños en la aplicación y/o componentes de la misma. Todo el proceso de limitación de presión, se consigue mediante un direccionamiento de caudal directamente a retorno de central.

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Válvulas de secuencia o conectoras de presión Este tipo de válvula tiene como función principal conectar primario y secundario cuando se alcanza el valor de la presión de set-point; mecánicamente son muy similares a las válvulas limitadoras pero su función es totalmente diferente, ya que una vez que conectan, direccionan caudal hacia la zona de actuación en vez de hacerlo a retorno. Algunas aplicaciones típicas son:  La formación de circuitos secuenciales en base a la presión.  La conexión de actuadores a elevada presión, previamente cargados de fluido a baja presión. Etc. Al igual que en las limitadoras, se diferencian como mecánicas directas y de pre-comando (siendo estas últimas las más frecuentes). Válvulas reductoras Este tipo de válvula tiene como objetivo reducir la presión hasta el valor deseado o set-point, valor que va a aplicarse en una parte del sistema permitiendo, de este modo que otros elementos de la aplicación puedan trabajar a presión superiores; (se diferencian de las válvulas limitadoras de presión cuyos efectos son para toda la instalación). También se diferencian mecánicas directas y de pre-comando pero en este caso quedan mejor definidas en función de su número de vías, por ejemplo reductoras de 2 ó 3 vías. Otras A parte de los tres tipos principales de aplicación genérica indicados, podemos encontrar gran variedad de válvulas de aplicación específicas; todas estas no dejan de ser más que pequeñas modificaciones mecánicas de algunas de las anteriores. De este grupo destacan las válvulas de descarga en vacío, las de sobre presión, las de frenado, etc. Organigrama de la familia de válvulas de presión

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Válvulas limitadoras Este tipo de válvula de acción directa dispone de conducto primario (entrada) y de un conducto secundario (salida) donde ambos no están en comunicación en condiciones de reposo, o sea se puede decir que son válvulas normalmente cerradas. En su interior disponen de un cono de cierre, cargado en su parte posterior por un resorte, ajustable desde un dispositivo externo (maneta, pomo, llave, etc.). El cono de cierre, cargado en su parte posterior por un resorte, ajustable por un dispositivo de guiado y amortización. Sección y aspecto de una limitadora directa

Cuando el fluido entra por el primario, ataca sobre la superficie del elemento de cierre generando una fuerza, esta tiene a desplazarlo venciendo la fuerza ajustada por el resorte (graduable a voluntad); a este punto pueden pasar dos cosas: 1) Si la fuerza generada por la presión Fp es inferior a la fuerza ajustada en el resorte Fr, la válvula permanece en posición de cierre y todo el caudal de la bomba seguirá disponible. 2) Si por el contrario la fuerza generada por la presión (Fp) es mayor que la ajustada en el resorte (Fr), la válvula abrirá derivando caudal a tanque y ejecutando por lo tanto la limitación de presión.

La limitación de presión en los sistemas hidráulicos se realiza mediante la derivación del caudal al tanque, a través las válvulas limitadoras; se Corrado Magrí ©2015

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entiende que estas válvulas inician la derivación cuando se alcanza el valor de taraje (fuerza equivalente a presión). Evidentemente las limitaciones deben ser taradas a un valor mayor que la máxima presión de trabajo del sistema, si por cualquier motivo la presión del sistema baja a un nivel inferior de la ajustada en la limitadora (por ejemplo por inversión del actuador), se ejecuta el cierre del conducto primario gracias al resorte y todo el caudal estará otra vez disponible. Las válvulas limitadoras suelen venir integradas en las centrales hidráulicas y su montaje recomendable es en derivación al conducto de impulsión de la bomba por esa razón en los bloques esquemáticos se encuentra siempre en línea con la salida de la bomba una limitadora con desahogo en T. Limitadoras directas En este bloque se suele disponer de un manómetro para poder realizar la función de ajuste teniendo en cuenta que sin poder visualizar el instrumento resultaría muy complicado realizar un taraje. Las limitadoras directas son muy sencillas pero no van a ser del todo comunes especialmente en grandes instalaciones; existen algunos problemas graves derivados de la sencillez y que implica un empleo limitado de estas válvulas. Es importante recordar que la diferencia entre el valor de ajuste y el valor alcanzado a pleno caudal, se conoce como margen de sobrepresión valor aproximadamente estimado en un 10% del valor de ajuste; otro problema es que las válvulas limitadoras se construyen en TN 6 y 10 o sea son aptas sólo para caudales reducidos. Así que podemos afirmar que este tipo de válvula es apta tan sólo para aplicaciones donde:  El caudal sea reducido.  No se precise un grado de ajuste extremadamente preciso.  No sean aplicaciones de trabajo continuo.  Cuando se desea lograr sólo una función de seguridad. Limitadoras indirectas Estas válvulas, también conocida como válvulas de pre-comando, actúan en dos etapas:  Direccionamiento de caudal elevado, son apta para aplicaciones con las válvulas limitadoras directas, aunque resultan insuficientes en términos de caudal.  Ajuste preciso debido a su trabajo en dos etapas, el margen de sobrepresión es prácticamente nulo por lo tanto no se experimenta un aumento de presión con el incremento de caudal.  Otras son muchas las ventajas de trabajar con este tipo de válvulas y entre ellas se destaca su bajo calentamiento de aceite, su capacidad de trabajo en aplicaciones continuas, etc. Corrado Magrí ©2015

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La mecánica interna de este tipo de válvula corresponde al cuerpo principal y una etapa de disparo o actuación que corresponde a una limitadora de acción directa; en la sección se puede observar que el primario (orificio central) y el secundario (orificio izquierdo) se encuentran no comunicados gracias al cartucho que se encuentra cargado por un resorte (en la parte posterior). Este resorte es muy ligero (valor equivalente de presión entre 1,5 y 5 bar), también se puede observar que desde el primario se ejecuta una derivación a través de un chicle hacia el primario de la limitadora directa que se encuentra en la zona superior, el cual a su vez comunica con la parte posterior del cartucho de cierre:

Sección y aspecto de una limitadora indirecta o de pre-comando

El funcionamiento corresponde a la presión que actúa por el primario, deriva a través de un chicle hacia el cono de la limitadora directa y a la zona posterior del cartucho. Si la presión es inferior a la ajustada en la limitadora directa esta se encuentra en cierre y se entiende que tenemos un equilibrio de presión en el cartucho. Este equilibrio tan sólo es roto por el resorte el cual obliga a que el cartucho fuerce el cierre, ver esquema anterior.

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Línea de venting En la sección de la válvula limitadora de accionamiento indirecto, se puede observar en la siguiente figura, según la simbología DIN-ISO 1219, que se representa un tercer punto de conexión denominado “x” en la zona derecha, punto que recibe la denominación de “línea de venting” o “venteo”.

Este punto puede ser o no ser utilizado, si no lo es, la válvula presenta un funcionamiento convencional de limitadora, en el caso que el venting se use la válvula se servirá para conseguir accionamientos muy importantes y comunes en el automatismo hidráulico, aunque siempre se seguirá comportando como limitadora.

Las posibles configuraciones y funciones relacionadas son las siguientes:  Control remoto de la presión  Descarga en vacío  Consecución de varias presiones. Se debe tener en cuenta que todas estas posibles configuraciones basan su funcionamiento en dos principios:  La línea de venting está directamente comunicada con la zona superior del cartucho lo cual permite que se pueda controlar a voluntad la carga o descarga del mismo. Si la cámara está cargada con presión (línea en cierre), la válvula mantendrá su comportamiento habitual y si por el contrario la cámara no está cargada con presión (línea abierta), el cartucho levantará de su asiento impidiendo la generación de presión en el sistema.  La línea de venting también comunica con la limitadora directa por lo cual esta puede ser anulada y ser conexionada de modo externo. Corrado Magrí ©2015

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Este modo de funcionamiento es menos habitual ya que se centra sobre accionamientos muy concretos (por ejemplo el control remoto de la presión). Control remoto de la presión Generalmente las válvulas limitadoras se instalan en el interior de la central hidráulica y en ocasiones esto puede resultar un verdadero problema cuando en el caso de que se necesite realizar cambios en la regulación de la presión. A su vez, las centrales de instalaciones fijas generalmente están colocadas en zonas de difícil acceso (plegadoras hidráulicas, etc.) y estas condiciones dificultan la posibilidad y la facilidad de regular la presión rápidamente. Una posible solución consistirá en emplear un circuito de control remoto consistente en direccionar la línea de venting a una limitadora directa exterior, de este modo la limitadora directa interna queda anulada (naturalmente previo ajuste a un valor superior a la regulación que se pretende conseguir con la válvula externa). De hecho se trata del mismo sistema de funcionamiento pero con la particularidad de poder sacar el control de presión a una zona más conveniente; el esquema de conexionado es el siguiente:

Es importante tener en cuenta que este tipo de circuito ha perdido importancia en su aplicación ya que en la actualidad disponemos de sistemas que, mediante la aplicación y la metodología del automatismo eléctrico, predominan sobre las aplicaciones mecánicas iniciales. Válvulas de secuencia Este tipo de válvulas resultan extremadamente parecidas a nivel mecánico a las limitadoras y también las podemos encontrar en versión directa e indirecta o pre-comando siendo estas últimas las más recomendables. Su utilización y empleo es radicalmente diferente a las que generalmente suelen ser empleadas como válvulas con funciones de automatismo en vez de válvulas de descarga. Las diferencias mecánicas entre limitadoras y de secuencias son verdaderamente mínimas por eso los fabricantes suelen ofertar válvulas en donde la colocación o retirada de un pequeño tapón de cierre delimita la función de la válvula. Corrado Magrí ©2015

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En las válvulas limitadoras se dispone de un cartucho de cierre primario y secundario mantenido por efecto del equilibrio de presión entre su parte superior e inferior y un resorte ligero. Cuando el equilibrio se rompe, el cartucho levanta comunicando los dos conductos y el caudal sobrante de la bomba viene derivado al tanque, este último aspecto o sea la derivación al tanque, es la fase interesante. El disparo del cartucho de cierre viene forzado cuando se levanta el cierre de la limitadora directa integrada. Cuando esto sucede, un caudal muy bajo ha de ser derivado a tanque y eso suele hacerse a través del propio conducto de secundario del cuerpo principal ya que este también comunica con el remoto de la central. El objetivo de todo esto es reducir conexionado hidráulico y esta comunicación supone que no se pueda generar presión en el secundario si se desea un óptimo funcionamiento de la válvula. En el caso de generar presión se va a producir una fuerza que tiende a cerrar es decir se pasaría de (Fuerza presión/Fuerza muelle) a (Fuerza presión/Fuerza muelle + Fuerza contrapresión) de secundario. Si la descarga de la limitadora directa se realizase sin comunicar con la descarga del cuerpo principal, el comportamiento será similar pero sin el inconveniente de cerrar la misma; esta configuración corresponde precisamente a una válvula de secuencia.

Las aplicaciones de las válvulas de secuencia son varias, pero siempre corresponden a conmutación cuando se alcanza el valor establecido o tarado (set-point). De este modo esta válvula entra en las funciones de automatismos secuenciales en base a la presión, accionamientos con válvulas de prellenado, etc. Válvulas reductoras de presión Este tipo de válvulas marcan un par de diferentes fundamentos con respeto a las dos tipologías analizadas anteriormente (limitadoras y secuencias). Esta tipología de válvula consiste en sistema diferente tanto que se denominan abiertas, es decir que permiten el paso del fluido inicialmente hasta alcanzar el valor de taraje, momento en el cual cierran. Corrado Magrí ©2015

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Realizan un análisis de presión del conducto secundario en vez de realizarlo en el primario (como es el habitual); la función de este tipo de válvula es totalmente diferente a todas las válvulas tratadas anteriormente. De hecho se entiende que la función de una válvula reductora es impedir que un dispositivo trabaje a un valor de presión más alto del valor ajustado por la misma, independientemente del valor de presión de servicio del conducto primario.

Ejemplo, una válvula reductora podría ser aplicada como elemento previo a un cilindro hidráulico que actúa como mordaza, de hecho podemos conseguir que el cilindro no supere más de la presión ajustada (25 bar) con el objeto de no provocar deformaciones en la pieza que esté amarrara. Mientras tanto el reto de los actuadores (ejemplo: cilindro de mecanizado), podría trabajar a presiones más elevadas que corresponderían al valor de carga.

Mecánica de una reductora Como todas las válvulas de presión, una reductora dispone de un conducto primario (entrada de la válvula) y de un conducto secundario (salida); estos dos conductos, contrariamente a todos los casos anteriores, se encuentran en estado de comunicación entre ellos.

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Gracias a que la corredera interna se encuentra con la disposición de permitir el paso (gracias al posicionamiento marcado por el resorte posterior y al equilibrio de presión entre las cámaras superiores e inferiores Para que exista el equilibrio de presión entre las diferentes cámaras de la corredera, se dispone de un pequeño conducto de unión; por supuesto se entiende que la limitadora interna integrada, se encuentra en el cierre ya que no se ha alcanzado el valor del taraje. Se entiende por lo tanto que si se presenta una circulación de fluido a un valor de presión inferior al ajustado, este fluye sin mayor impedimento y si, por el contrario, el actuador o carga hidráulica encuentra resistencia, la presión inicia a incrementarse. Cuando la presión creciente llega a superar el valor de ajuste realizado en la limitadora, esta comunica al tanque rompiendo el equilibrio de presión entre cámaras. Consecuencia es que la corredera principal desplaza hacia posición de cierre, restringiendo el caudal circulante, limitando así el incremento de presión.

Las válvulas de presión pueden clasificarse en tres grandes grupos:  Válvulas limitadoras.  Válvulas de secuencia.  Válvulas reductoras. Además de los tres grupos enunciados, podemos encontrar otras muchas válvulas de presión aunque su uso resultará más limitado y exclusivo (funciones más específicas) o bien de tipo indirecto (pre-comando). Estas últimas (menos económicas) son las más frecuentes debido a su mayor sensibilidad, mayor prestación y solución eficaz de los problemas derivados del empleo de versiones directas. Las válvulas de presión son del tipo unidireccional y esto les confiere funciones hidráulicas en su direccionamiento primario/secundario pero son incapaces de direccionar inversamente. Corrado Magrí ©2015

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La solución radica en que estas válvulas deberán ser dotadas de válvulas anti-retorno montada en paralelo. Las válvulas de presión tanto en 2 como en 3 vías, pueden ser consideradas como válvulas abiertas (conducen inicialmente para cerrar una vez alcanzado el valor de taraje). Pequeñas diferencias a nivel mecánico, como por ejemplo disponer de un drenaje interno o externo que a su vez confieren a la válvula funciones radicalmente diferente (ejemplo: limitadoras y secuenciales).

Válvulas reductoras sin y con anti-retorno

Aparentemente las reductoras no precisan de anti-retorno, sin embargo su colocación se hace necesaria para que se produzca una cierta contrapresión, así se tenderá a generar una fuerza de cierre sobre la corredera. Las válvulas reductoras pueden ser de acción directa o indirecta (precomando), además se clasifican por su número de vías que pueden ser dos o tres. Reductoras de dos vías y de tres vías Son las típicas básicas que anteriormente se han explicado con primario y secundario, en cambio las válvulas de tres vías disponen de un escape hacia tanque que permite un mayor control sobre un actuador con independencia de las cargas que este pueda recibir.

Son muy numerosas las aplicaciones de las reductoras y por esa razón se propone en la siguiente imagen la observación interna a nivel mecánico de estos importantes elementos:

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Otras válvulas de presión Pequeñas diferencias mecánicas aplicadas en las válvulas de presión anteriormente estudiadas, determinan funciones diferentes y, entre la gran variedad disponible en el mercado se destacan:     

Válvulas de descarga en vacío. Válvulas para el control de acumuladores. Válvulas de frenado. Válvulas de retención. Etc.

Las válvulas de presión, al igual que muchas otras familias pueden encontrarse en diferentes formados físicos de montaje naturalmente según la función y la aplicación. De este modo las disposiciones más comunes corresponden a:  Insertos  Montajes por racores  Montaje concatenado (sándwich).

Las válvulas denominadas insertos, son elementos diseñados para la inserción en bloque previamente mecanizado o sea válvulas sin carcasa que, una vez conectadas sobre el bloque, realizan sus funciones acorde al conexionado del mismo. La ventaja que presenta este tipo de mecánica, es la estanqueidad extrema con consecuente posibilidad mínima de fugas, gracias a su montaje muy compacto.

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Actuadores La gama de actuadores hidráulicos es bastante más limitada de los correspondientes neumáticos; su clasificación genérica no varía resultando:  Actuadores lineales de simple y de doble efecto.  Actuadores de giro, de giro limitado y de giro ilimitado o motores.  Actuadores especiales, especiales y combinados.

Evidentemente los cilindros hidráulicos trabajan con diferentes materiales con respeto a los neumáticos siendo en este caso el elemento predominante el aluminio; en hidráulica predomina el acero y dependiendo de algunos casos de necesidades muy especiales el acero inox aunque esta última opción resulta muy rara. Los actuadores hidráulicos, con indiferencia del tipo, se clasifican por PN o sea por presión nominal, factor que indica la máxima presión a la cual pueden trabajar; (PN 250, PN 260, etc.). En las aplicaciones hidráulicas predominan los actuadores lineares de simple efecto que retornan por efecto de una carga externa o sea que el principal campo de aplicación es la elevación por lo tanto el peso de la carga será el factor interesado que forzará el retorno por gravedad. A partir de esta razón, los simple efecto hidráulico suelen diseñarse con una sección de vástago crecida, la cual aporta mucha más resistencia mecánica ante cargas de flexión y pandeo; los cilindro que presentan esta configuración, reciben el nombre de tipo “buzo”. Actuadores de doble efecto, considerados como estándar siendo mucho más representativos. La presión no es constante sino que define la carga a manipular o sea la resistencia externa, trabajando por ejemplo con un cilindro 2:1, se precisará generar el doble de presión en el retorno que en el avance. Conocidas las mecánicas, analizaremos otros actuadores lineares representativos dentro de la hidráulica:       

Cilindros diferenciales Cilindros tándem Cilindro de marcha rápida Cilindro telescópico Cilindro con amortiguación Servo-cilindros Otros.

Cilindro diferencial Son unidades de doble efecto convencionales en las que existe una relación entre ambas superficies de pistón, lo cual permite conseguir efectos de compensación, donde la relación más habitual es 2:1. Corrado Magrí ©2015

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Cilindro tándem Está constituido por dos cilindros de doble efecto que forma parte de una única unidad. Gracias a esta disposición, al aplicar simultáneamente presión sobre los dos émbolos, se obtiene en el vástago una fuerza de casi el doble de la de un cilindro normal para el mismo diámetro.

Este tipo de actuador se emplea cuando necesitamos fuerzas considerables y se dispone de un espacio pequeño, no siendo posible utilizar cilindros de diámetros mayores. Cilindros de marcha rápida Son unidades empleadas preferentemente en sistemas de prensado donde se requieren velocidades rápidas de aproximación y posterior trabajo a baja velocidad y elevada presión.

Habitualmente precisan de válvula de pre-llenado y un automatismo mediante válvula de secuencia; los cilindros de marcha rápida pueden darse en versión de simple o de doble efecto. Las conexiones A1 y A2 actúan para la ejecución del movimiento de avance (marcha rápida y trabajo respectivamente), mientras que la conexión A3 ejecuta un retorno convencional de la unidad.

Cilindro telescópico Este tipo de unidades son empleadas donde se requiera una gran carrera para el desarrollo de movimiento y un mínimo espacio ocupado con la unidad retraída; el efecto se consigue mediante la ejecución de varios cuerpos con disminución progresiva de los diámetros, lo cual son alojados en una misma carcasa. Corrado Magrí ©2015

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En este tipo de actuador se debe tener en cuenta la resistencia y la potencial deformación mecánica debida a efecto de pandeo. Cilindro con amortiguación elástica Una de las mecánicas más empleadas en la fabricación de diferentes tipos de actuadores, es la amortiguación elástica en extremos finales de carrera; este detalle constructivo tiene el objetivo de reducir el impacto que produce el pistón al alcanzar la máxima o la mínima posición de carrera y, de este modo aumentar la vida útil del dispositivo actuador.

La amortiguación viene ejecutada a través de un buje amortiguador el cual al bloquear la salida del fluido por la sección nominal, lo deriva hacia un pequeño regulador de caudal ajustable, consiguiéndose de este modo, la reducción de la velocidad hasta completarse la carrera. Cuando se empleen este tipo de actuadores, deberán contemplarse las contrapresiones generadas en la cámara inversa ya que estaremos experimentando una multiplicación de presión que puede ocasionar graves consecuencias. Servocilindros Existe un grupo propio de cilindros hidráulicos denominados servocilindros que se emplean especialmente en los casos en que se requiera un bajo rozamiento y elevadas frecuencias de movimiento con recorridos cortos. Generalmente estos dispositivos se emplean en simuladores de movimiento, máquinas para ensayos de materiales y en todos los casos en los que se requiera una gran precisión y exactitud en los movimientos lineales. El tipo de sistema consiste en:  Servocilindro  Servobloque de mando  Control de mando

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Esquema básico de un servocilindro:

Las conexiones A y B corresponden a accionamientos de avance-retorno; P corresponde a la línea de alimentación del cojinete hidrostático 2, mientras que L corresponde al drenaje o fuga del mismo y 1 es el bloque electrónico de control de carrera visto que este cilindro suele incorporar una lectura de la carrera. La representación de una aplicación práctica con servocilindro es:

Los servocilindros pueden trabajar por cuña o cámara hidrostática; en ambos casos se realiza un alineamiento por presión de vástago del cilindro. La diferencia es que los de cuña tan apenas soportan cargas radiales, algo que no sucede en los de cámara. Actuadores de giro Son elementos encargados de transformar la energía hidráulica en mecánica de giro, siendo este movimiento limitado o ilimitado; el actuador de giro limitado que, en función de la mecánica empleada, puede realizar un movimiento de giro que generalmente no sobrepasa los 360º. Estos tipos de actuadores transmiten grandes pares de giro y esta peculiaridad confiere gran utilidad en accionamientos extremadamente duros; sus aplicaciones pueden disponer de topes para la regulación del ángulo de giro desarrollado. Actuadores de paleta Este tipo de actuador está formado por una carcasa externa en cuyo interior se aloja una paleta con su correspondiente sistema de juntas, unida al eje motor. Al actuar el fluido sobre una de las superficies de la paleta, se produce el movimiento hasta el tope físico o sea hasta el limitador de cámaras; invirtiendo el distribuidor se consigue el movimiento inverso. Corrado Magrí ©2015

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Habitualmente la construcción de este tipo de accionamiento, llega hasta los 280º y, por motivos mecánicos, nunca suele superar los 360º; estos tipos de actuadores se prestan bien al posicionamiento intermedio, mediante automatismo hidráulico convencional, mediante las válvulas de control adecuadas, ya que las secciones de paleta son idénticas en ambos sentidos de giro. Pistones paralelos Este tipo de actuadores, el movimiento de giro se produce gracias a un balancín que se encuentra unido entre una pareja de pistones que actúan paralelamente y de forma antagonista. Cada uno realiza una diferente fase, el primero realiza la fase de inyección y el segundo realiza la fase de descarga, invirtiéndose el accionamiento para el sentido de giro contrario.

En este tipo de actuador se pueden aproximadamente 100º.

conseguir ángulos hasta

Actuadores de giro de piñón - cremallera Los actuadores piñones-cremallera, están constituidos por una camisa y dos culatas en cuyo interior se aloja un conjunto pistón de doble émbolo y un vástago donde se ha tallado una cremallera.

Esta resbala sobre un piñón dentado cuyo eje se entiende como el accionamiento rotativo; comercialmente pueden encontrarse en diferentes ángulos de giro, pudiendo sobrepasar los 360º en función de la relación de transmisión. Corrado Magrí ©2015

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Cálculos de cilindros Los parámetros claves de cálculo de los cilindros hidráulicos son:  La fuerza que estos han de realizar teniendo en cuenta todas las pérdidas como el rozamiento y otros factores contrarios.  La velocidad de desarrollo de los movimientos y esfuerzos que deben soportar. En el primer caso se calculará el diámetro del émbolo más apropiado o sea la fuerza necesaria para vencer la carga, a partir del émbolo y conocido el diámetro, podemos calcular: A = área o superficie = *r2

Una vez conocida la superficie, pasaremos a calcular la fuerza con la siguiente ecuación: Fuerza = F = Presión * Área = F = P * A Esta expresión la emplearemos si deseamos calcular la fuerza que ejerce la cámara donde se encuentra el vástago o sea la sección anular de retorno aunque se deseamos realizar un cálculo correcto, se deberían tener en cuenta también el esfuerzo o pérdidas debidas al rozamiento que se produce en el interior del cilindro, además del factor carga máxima que podrá soportar el cilindro. Cálculos de la velocidad Para determinar la velocidad en un cilindro debemos conocer el caudal real de la bomba y el diámetro del émbolo; la fórmula genérica para este cálculo es: Caudal Velocidad (m/s) = ------------6*A Así como: Caudal (l/min) = 6 * Velocidad * Área Cálculos mecánicos En los sistemas de potencia hidráulica que emplean actuadores lineales se deberá tener muy en cuenta de los esfuerzos mecánicos a que vamos a someter el vástago (flexión y pandeo). En muchos casos el cilindro es de una carrera excesivamente larga y se produce una flexión que se debe considerar a la hora de diseñar los sistemas. Siempre debemos prever las posibles deformaciones del vástago considerando la carga y la posición en la que actúa el cilindro, a tal propósito se sugiere siempre añadir en el diseño una guía o soporte que acompañe los movimientos de la carga durante su desplazamiento. Corrado Magrí ©2015

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Cálculos del vástago Entre los parámetros previos a la selección de un actuador, dispondremos del cálculo de la fuerza o sea los cálculos mecánicos de la aplicación y la presión máxima disponible o sea el grupo hidráulico. A partir de estos datos se deberá tener en cuenta los rozamientos de la aplicación, y un factor de carga de forma que nuestro cilindro no trabaje al 100% de sus posibilidades. De este modo la fuerza real será: Freal = Fteórica * Rendimiento * Factor de carga Ejemplo: Imaginando un sistema donde la presión nominal es de 20kg/cm2 y han de desarrollarse 20.000 kgp reales o sea la máxima carga permitida, y suponiendo una pérdida del 10% en rozamiento así como un factor de carga del 70%, y una velocidad de desplazamiento de 0,20 m/s, tendremos… Freal Fteórica = ------------------------------------------| Rendimiento * Factor de carga | | 20.000 = ----------------- = 31.746 Kgp 0,90 * 0,70 Una vez descontadas las pérdidas deberemos buscar un cilindro que desarrolle dicha carga. F 31.746 kgp S = ---- = ------------------ = 158,73 cm2; ahora buscaremos el diámetro del P 20 kg/cm2 émbolo:

= 7,1 * 2 = diámetro = 14,2 cm A nivel comercial, consultando los catálogos de unos fabricantes, el diámetro más próximo será lo de 140 mm o si deseamos elegir el siguiente más mayor podemos optar por el de 160 mm. Para calcular el caudal: Q=6*A*v | = 6 * (82*3,14) * 0,20 | = 241,15 l/min Corrado Magrí ©2015

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Cálculo mecánico Si nuestro cilindro está realizando un trabajo a flexión, debemos calcular la máxima carrera ejecutable por el mismo según la siguiente fórmula simplificada: Lp C r = -------k Dónde: C r = carrera real expresada en mm. Para cilindros de carrera hasta 2000mm. restar 50 mm. Para cilindros de carrera superior, restar 100 mm. Otras, consultar el catálogo del fabricante. Lp = Longitud máxima de pandeo K = factor según tipo de fijación La longitud de pandeo generalmente se extrae desde las gráficas del fabricante, en función del tipo de material empleado; si en cambio se desea calcular, podemos recurrir a la siguiente fórmula simplificada:

Dónde: Lp = longitud de pandeo expresada en cm. E = módulo de elasticidad del material del vástago en Kgf/cm2 I = movimiento de inercia para secciones circulares: I = P*d4/64, siendo d el diámetro del vástago en cm. Fp = carga de pandeo en kgp Cs = coeficiente de seguridad (2÷3) Este tipo de cálculo no es frecuente para el mecánico de mantenimiento ya que por fortuna los fabricantes nos aportan las tablas para cada serie de los cilindros fabricados. Lo que resulta importante es determinar el modo de anclaje de nuestro actuador en examen según las condiciones propias de trabajo ya que tenemos que seleccionar el valor de k desde estas tablas. En la consulta del catálogo de los fabricantes se pueden extraer los valores de k y Lp, a título de ejemplo se adjuntan unas tablas tipo como ejemplo guía:

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Imaginemos un cilindro de diámetro 80mm que como máxima fuerza puede desarrollar 10.000 kgf… Suponiendo que el sistema trabaja “apoyado y con carga no rígida” lo cual siendo patas con brida frontal supone según el anterior catálogo un K = 2, y extrayendo de la anterior gráfica el valor de Lp = 3,2 m.

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Por lo tanto la carrera real, Cr = (Lp/k) = (3.200/2) = 1.600 mm. a esta medida restaremos 100 mm. por la culata dando como resultado final una carrera máxima permitida de 1.500 mm para nuestro cilindro objeto de estudio. Este parámetro nos va a indicar que por encima de esta carrera se va a producir daños en el casquillo que por consecuencia proporcionará una deformación permanente del vástago. Corrado Magrí ©2015

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Estanqueidad La estanqueidad es necesaria para mantener la presión, para impedir la pérdida de fluido y la contaminación relacionada, además las fugas excesivas en cualquier parte del circuito hidráulico reducen el rendimiento del sistema originando pérdidas d potencia y problemas de mantenimiento. Para garantizar el buen cierre de los componentes hidráulicos, se emplea un conjunto de elementos de estanqueidad que están construidos y diseñados para cada utilidad. No es necesario explicar que entre metal y metal es muy difícil garantizar una adecuada estanqueidad, por esa razón los elementos empleados para esta tarea son de otro material. La consecución de una buena estanqueidad, es algo realmente complejo en el campo de la hidráulica, son numerosos los componentes que se presentan para conseguir este objetivo aunque de forma inevitable una aplicación hidráulica tenderá a fugar. Fugas internas Son aquellas que se producen en el interior del circuito, debidas a que los componentes hidráulicos se construyen con holguras de funcionamiento que permiten un cierto grado de escape interno. Desde luego las piezas móviles deben ser lubricadas y pueden diseñarse conductos de fuga destinados para garantizar dicho engrase. Además de las fugas previstas en los componentes, existen otras fugas internas producidas por el desgaste físico de las piezas; este aumento de fugas internas reduce el rendimiento haciendo que el trabajo se realice más lentamente, generando contextualmente más calor que se desahoga en el fluido motor que lo absorbe. Estos tipos de fugas son las que producen las averías más comunes en la hidráulica ya que se puede llegar a una pérdida de caudal y con este evento hasta incluso la parada de la instalación o del sistema. Fugas externas Son aquellas en las que el aceite fluye al exterior de la instalación y que a faltar la recirculación o sea el recupero del aceite, se produce el vaciado parcial o total del depósito y por lo tanto la reducción de la reserva disponible del fluido motor. Las uniones pueden tener fugas por un mal montaje de los racores o porque las vibraciones han producido el desgaste de los elementos de estanqueidad tales como juntas o retenes. Dentro de la estanqueidad debemos distinguir entre la estanqueidad de tipo estático y la de tipo dinámico: Corrado Magrí ©2015

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Estanqueidad estática Es la estanqueidad que se produce entre dos piezas que no poseen movimiento como por ejemplo la unión entre una electroválvula y la placa base o la unión entre la camisa y la culata en un cilindro, etc. Los elementos de estanqueidad estática son relativamente sencillos y presentan muy poco desgaste, además no suelen causar problemas si se montan adecuadamente. El elemento genérico para su consecución es la junta tórica en sus diferentes grados de dureza según la función desarrollada. Estanqueidad dinámica Es la estanqueidad entre elementos móviles, por ejemplo entre el eje de un motor o bomba y la carcasa o el movimiento entre el pistón y el cilindro en el interior de la camisa, al variar su émbolo. Estos elementos sí que están sometidos a un gran desgaste y naturalmente su diseño es más complicado y por eso se requiere material más resistente al desgaste por rozamiento. Materiales Uno de los apartados fundamentales de la hidráulica es la consecución de sistemas totalmente estancos o a prueba de fuga, para ello se dispone de las denominadas juntas de estanqueidad las cuales pueden ser constituidas con los más diversos materiales aunque entre ellos los más importantes son:  Materiales elastómeros  Materiales termoplásticos Entre las muchas diferencias que pueden presentar las juntas en cuanto a su material de fabricación, cabe destacar la resistencia térmica de la misma y la compatibilidad con los diferentes fluidos empleados en la aplicación. Juntas Iniciando por los materiales elastómeros, los más representativos que vamos a encontrar son:  Nitrilo Bután o Acril-nitro-butadieno (NBR) Constituidos con base de cauchos sintéticos denominados habitualmente nitrilo de caucho o sea un elastómero genérico o estándar para la mayoría de aplicaciones. Su compatibilidad es excelente con la mayoría de los aceites, agua, aire comprimido y fuel doméstico, la mayoría de las juntas neumáticas o hidráulicas están fabricadas con este tipo de material; en cuanto a temperaturas su rango se centra entre -29ºC y 90ºC  Silicona (VMQ) Es un elastómero que presenta campos muy importantes de temperatura, pudiéndose emplear tanto a bajas como a muy altas temperaturas. Corrado Magrí ©2015

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 Elastómero fluorado / Vitón (FPM) Se caracteriza por presentar una elevada compatibilidad química y un elevado rango de temperatura (mayor que NBR); es marca registrada por Dupont y en cuanto a temperatura su rango va desde los -40ºC hasta los 190ºC.

 Etileno – Propileno (EPDM) Se caracteriza por presentar un buen rango de temperatura, (mayor que NBR) pero hay que tener cuidado en cuanto a su compatibilidad química; este material lo podemos encontrar como juntas tóricas. En cuanto a temperaturas su rango se centra entre los -20ºC y los 180ºC.

Materiales termoplásticos:  Politetrafluoretileno o Teflón (PTFE) Se caracteriza tanto por presentar un buen rango de temperatura como por su buena compatibilidad química. Es marca registrada por Dupont, el rango de temperatura de trabajo va desde los -200ºC hasta los 260ºC. Juntas según su función Analizaremos algunas de las juntas hidráulicas más representativas bajo su perfil, función y material:

 Juntas tóricas Las juntas tóricas (sección circular), pueden emplearse para realizar funciones de estanqueidad tanto estática (preferentemente), así como dinámica. Están normalizadas y se referencian por su diámetro interior, sección de toro y dureza; como norma general se establece que para presiones de trabajo inferiores a los 160 bar, se emplean juntas de 70 Shore (junta común) mientras que para presiones superiores se emplean de 90 Shore (junta específica).

Principio de funcionamiento Debido a sus propiedades elásticas y al apriete del montaje, la sección de la junta tórica sufre una deformación que bloquea el paso del fluido entre las dos superficies con las que está en contacto, generando así el efecto de estanqueidad.

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Dimensiones Actualmente existe una gama muy amplia tanto de medidas como de materiales, lo que permite cubrir todas las necesidades de estanqueidad de la industria. Identificación En la identificación de las juntas tóricas se tienen en cuenta dos parámetros básicos: dimensiones y material. Las dimensiones de referencia son el diámetro interno y el diámetro de la sección. El material se define con su identificación y dureza. La junta tórica de la figura se referenciaría así:

. Lista de medidas Podemos suministrar juntas tóricas dentro de un amplio espectro de medidas, desde 0,5 mm hasta 2000 mm, con espesores que van desde 0,5 mm hasta 10 mm, siguiendo las medidas establecidas en normas internacionales como SAE AS-568A, DIN 3771, BS 1806/BS 4518, etc. Además, existe la posibilidad de fabricar, tanto por mecanizado como por vulcanizado a partir de hilo tórico, cualquier combinación especial de medidas bajo pedido.  Los collarines son elementos empleados habitualmente para mantener la estanqueidad en los vástagos durante su desplazamiento axial; su perfil está basado en aristas de estanqueidad desplazadas hacia atrás y perfil simétrico. Habitualmente disponibles en NBR.

 Los rascadores Junta (labio elástico) para impedir la entrada de suciedad en el interior de los actuadores; imprescindible en todo tipo de actuadores neumáticos o hidráulicos, especialmente si los actuadores trabajan en ambientes hostiles.

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Motores hidráulicos Los actuadores hidráulicos por excelencia son los de carácter lineal pero esto no limita la posibilidad de otros tipos de actuadores como por ejemplo los motores hidráulicos. De hecho en los últimos años su empleo se ha generalizado debido a sus excelentes cualidades y por su relación muy ventajosa de potencia-peso. De funcionamiento similar a las bombas, incluso algunas de estas pueden trabajar como motores; se diferencian de mecánicas de engranajes, paletas y pistones. Los motores hidráulicos pueden presentar cilindradas fijas o variables, siendo las primeras las más comunes. Por su rango de velocidad de trabajo los motores hidráulicos pueden clasificarse como:  Motores de baja velocidad, rara vez se superan las 500 r.p.m.  Motores de media velocidad, velocidades entre 500 y 2.000 r.p.m.

 Motores de alta velocidad, velocidades que superan las 2.000 r.p.m.

Los motores pueden ser de un sentido de giro o de dos, (reversible), siendo estos últimos los más empleados; el control de los motores viene ejecutado mediante elementos de control direccional de tipo clásico como válvulas de vías, estranguladoras, etc. Tan solo aparecen algunos componentes prácticamente específicos para su control como por ejemplo las válvulas de frenado y otros accesorios; la simbología adoptada para los motores es:

Motores  La diferencia simbólica entre motores y bombas es mínima así como su constitución mecánica.

Bombas  Simplemente se diferencian en la propulsión del flujo, en esta última gráfica las bombas vienen impulsadas por un motor y por lo tanto desplazan caudal hacia el exterior de su cilindrada y este detalle está representado en su simbología según su sentido de uso.

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El empleo de motores se puede encontrar en:  aplicaciones de industria pesada (accionamiento de puente grua),  en la marina (accionamiento de cabestrantes),  en máquinas herramientas (accionamiento de grandes cabezales – platos de torno), etc. Parámetros de un motor Existen algunos aspectos importantes que han de comentarse para entender perfectamente el funcionamiento de los motores hidráulicos:  Cilindrada  Par motor  Caída de presión  Potencia Cilindrada Es la cantidad necesaria de fluido motor o aceite hidráulico, expresada generalmente en cm3, necesaria para forzar una revolución o sea para realizar una vuelta completa del eje motor. Para su cálculo disponemos de la siguiente ecuación: C*n Q = ----------103 *  Dónde: Q = caudal expresado en l/min. C = cilindrada expresada en cm3 n = velocidad de giro expresada en r.p.m.  = rendimiento volumétrico A partir de esta ecuación podemos despejar la cilindrada del motor con: Q * 103 *  C = ----------------n

Ejercicio1: Si se dispone de un motor de 12 cm3 de cilindrada y se pretende obtener una velocidad de 1.200 r.p.m. con un rendimiento volumétrico del 80%, ¿Qué caudal de inyección será necesario? C*n 12 cm3 * 1.200 r.p.m. Q = ----------- = ----------------------------103 * 0,8 103 * | | = 18 l/min

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Ejercicio 2: Necesitamos conocer la velocidad de giro que desarrollará un motor de 20 cm3 si se le aplica una inyección de 25 l/min, teniendo en cuenta que el rendimiento volumétrico es del 90%... Q * 103 *  25 l/min * 1.000 * 0,9 n = ------------------ = ------------------------------C | 20 cm3 | = 1.125 r.p.m.

Par de motor El par del motor hidráulico corresponde al esfuerzo de rotación que un motor pueda ejecutar o sea el equivalente, en el caso de un actuador lineal, al esfuerzo que desarrolla el vástago. Los motores hidráulicos pueden proporcionar un par sin tener movimiento (igual que un cilindro de fuerza); en el momento que el par generado supere el esfuerzo requerido, el motor comenzará a girar. El par que ha de proporcionar, vendrá determinado por la carga y su posición (radio) con respeto al eje; vamos a representar gráficamente el par como la comparación entre dos poleas que deben subir una carga igual:

Recordando que el par corresponde al producto entre la carga y el radio, en:  el primer caso tendremos: …………....100 kg * 50cm = 5.000 kgm  en el segundo caso tendremos: ……... 100 kg * 100cm = 10.000 kgm En esta tabla de la verdad se observa que en el segundo caso el par a conseguir es mayor (estamos analizando efectos con carga constante) y si ambos motores actúan a la misma velocidad, la elevación mediante la primera polea será más lenta que la segunda. El par viene determinado por las siguientes variables:  La cilindrada.  La diferencia de presión entre bocas (aspiración e impulsión).  El rendimiento mecánico. Para calcular el par aplicaremos la siguiente relación: Corrado Magrí ©2015

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1,59 * C * P *  M = ---------------------------103 Dónde: M = Par de motor expresado en daN*m 1,59 = coeficiente constante de conversión C = cilindrada expresada en cm3 P = diferencia de presión entre bocas, expresada en bar  = rendimiento mecánico e hidráulico en % 

Ejercicio 3: Suponiendo que disponemos un motor de 20 cm3 alimentado con una presión de 120 bar y una salida sin restricciones o sea a presión atmosférica y con un rendimiento global de 85%, ¿Cuál será el máximo par desarrollado? 1,59 * C * P *  Con la siguiente formula se puede calcular: M = -----------------------| 103 | | 1,59*20*120*0,85 = --------------------------| 103 | = 3,24 daN * m. Caída de presión La caída de presión tal y como hemos introducido en el anterior punto, se determina a partir de la diferencia de presión entre las dos extremidades del actuador objeto de estudio. Sencillamente representa la diferencia de presión que encontramos en las dos bocas del motor o sea entre aspiración e impulsión. Potencia La potencia desarrollada por un motor hidráulico se calcula aplicando la siguiente ecuación: M*n Q * P *  N = ---------- o ----------------- = kW 612 612 Dónde: N = potencia del motor, expresada en kW n = velocidad de giro expresada en r.p.m. P = diferencia de presión  = rendimiento Corrado Magrí ©2015

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Simbología 1) Norma UNE-101 149 86 (ISO 1219 1 y ISO 1219 2). A nivel internacional la norma ISO 1219 1 y ISO 1219 2, que se ha adoptado en España como la norma UNE-101 149 86, se encarga de representar los símbolos que se deben utilizar en los esquemas neumáticos e hidráulicos. 2) Existen también otras normas que complementan a estas que son:

Para conocer todos los símbolos con detalle, así como la representación de nuevos símbolos deben consultarse las normas al completo. 3) Designación de conexiones, normas básicas de representación Las válvulas de regulación y control, se nombran y representan con arreglo a su constitución, de manera que se indica en primer lugar el número de vías (orificios de entrada o salida) y a continuación el número de posiciones.

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Su representación sigue las siguientes reglas:  Cada posición se indica por un cuadrado.  Se indica en cada casilla (cuadrado): o Las canalizaciones, o El sentido del flujo o La situación de las conexiones (vías).  Las vías de las válvulas se dibujan en la posición de reposo.  El desplazamiento a la posición de trabajo se realiza transversalmente, hasta que las canalizaciones coinciden con las vías en la nueva posición.  También se indica el tipo de mando que modifica la posición de la válvula (señal de pilotaje) que puede ser manual, por muelle, por presión, etc.

La norma establece la identificación de los orificios (vías) de las válvulas, debe seguir la siguiente norma: Puede tener una identificación numérica o alfabética.

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Conexiones e instrumentos de medición y mantenimiento. Para empezar con los símbolos se muestran a continuación como se representan las canalizaciones y los elementos de medición y mantenimiento.

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7) Accionamientos. En una misma válvula pueden aparecer varios de estos símbolos, también se les conoce con el nombre de elementos de pilotaje; los esquemas básicos de los símbolos son:

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8) Válvulas de bloqueo, flujo y presión.

9.- Otros elementos. Existen otros símbolos que no se encuentran representados en la norma pero que también se utilizan con frecuencia; a continuación se pueden ver algunos de ellos.

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