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CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
HIDRAULICA BASICA
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
La palabra Hidraacuteulica proviene del griego hydor que significa agua Hoy el teacutermino
hidraacuteulica se emplea para referirse a la transmisioacuten y control de fuerzas y movimientos
por medio de liacutequidos es decir se utilizan los liacutequidos para la transmisioacuten de energiacutea en
la mayoriacutea de los casos se trata de aceites minerales pero tambieacuten pueden emplearse otros fluidos como liacutequidos sinteacuteticos agua o una emulsioacuten agua-aceite
CAMPOS DE APLICACIOacuteN DE LA HIDRAUacuteLICA Y NEUMAacuteTICA
En la actualidad las aplicaciones de la oleohidraacuteulica y neumaacutetica son muy variadas esta
amplitud en los usos se debe principalmente al disentildeo y fabricacioacuten de elementos de
mayor precisioacuten y con materiales de mejor calidad acompantildeado ademaacutes de estudios mas
acabados de las materias y principios que rigen la hidraacuteulica y neumaacutetica Todo lo anterior
se ha visto reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con mayor precisioacuten y con
mayores niveles de energiacutea lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de la
industria en general
Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos moacuteviles e industriales
Aplicaciones Moacuteviles
El empleo de la energiacutea proporcionada por el aire y aceite a presioacuten puede aplicarse para
transportar excavar levantar perforar manipular materiales controlar e impulsar vehiacuteculos moacuteviles tales como
Tractores
Gruacuteas
Retroexcavadoras
Camiones recolectores de basura
Cargadores frontales
Frenos y suspensiones de camiones
Vehiacuteculos para la construccioacuten y mantencioacuten de carreteras
Etc
Aplicaciones Industriales
En la industria es de primera importancia contar con maquinaria especializada para
controlar impulsar posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la liacutenea de
produccioacuten para estos efectos se utiliza con regularidad la energiacutea proporcionada por
fluidos comprimidos Se tiene entre otros
Maquinaria para la industria plaacutestica
Maacutequinas herramientas
Maquinaria para la elaboracioacuten de alimentos
Equipamiento para roboacutetica y manipulacioacuten automatizada
Equipo para montaje industrial
Maquinaria para la mineriacutea
Maquinaria para la industria sideruacutergica
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Etc
Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios de vehiacuteculos automotores como
automoacuteviles aplicaciones aerospaciales y aplicaciones navales por otro lado se pueden
tener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas aquellas aacutereas en que se requiere movimientos muy controlados y de alta precisioacuten asiacute se tiene
Aplicacioacuten automotriz suspensioacuten frenos direccioacuten refrigeracioacuten etc
Aplicacioacuten Aeronaacuteutica timones alerones trenes de aterrizaje frenos
simuladores equipos de mantenimiento aeronaacuteutico etc
Aplicacioacuten Naval timoacuten mecanismos de transmisioacuten sistemas de mandos
sistemas especializados de embarcaciones o buques militares
Medicina Instrumental quiruacutergico mesas de operaciones camas de hospital sillas e instrumental odontoloacutegico etc
La hidraacuteulica y neumaacutetica tienen aplicaciones tan variadas que pueden ser empleadas
incluso en controles esceacutenicos (teatro) cinematografiacutea parques de entretenciones
represas puentes levadizos plataformas de perforacioacuten submarina ascensores mesas de levante de automoacuteviles etc
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA HIDRAULICA Y NEUMATICA
Los sistemas de transmisioacuten de energiacutea oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos son una garantiacutea de seguridad calidad y fiabilidad a la vez que reducen costos
La Seguridad es de vital importancia en la navegacioacuten aeacuterea y espacial en la produccioacuten y
funcionamiento de vehiacuteculos en la mineriacutea y en la fabricacioacuten de productos fraacutegiles Por
ejemplo los sistemas oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos se utilizan para asistir la direccioacuten y el
frenado de coches camiones y autobuses Los sistemas de control oleohidraacuteulico y el tren
de aterrizaje son los responsables de la seguridad en el despegue aterrizaje y vuelo de
aviones y naves espaciales Los raacutepidos avances realizados por la mineriacutea y construccioacuten
de tuacuteneles son el resultado de la aplicacioacuten de modernos sistemas oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos
La Fiabilidad y la Precisioacuten son necesarias en una amplia gama de aplicaciones industriales
en las que los usuarios exigen cada vez maacutes una mayor calidad Los sistemas
oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos utilizados en la manipulacioacuten sistemas de fijacioacuten y robots
de soldadura aseguran un rendimiento y una productividad elevados por ejemplo en la fabricacioacuten de automoacuteviles
En relacioacuten con la industria del plaacutestico la combinacioacuten de la oleohidraacuteulica la neumaacutetica
y la electroacutenica hacen posible que la produccioacuten esteacute completamente automatizada ofreciendo un nivel de calidad constante con un elevado grado de precisioacuten
Los sistemas neumaacuteticos juegan un papel clave en aquellos procesos en los que la higiene
y la precisioacuten son de suma importancia como es el caso de las instalaciones de la industria farmaceacuteutica y alimenticia entre otras
La Reduccioacuten en el costo es un factor vital a la hora de asegurar la competitividad de un
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paiacutes industrial
La tecnologiacutea moderna debe ser rentable y la respuesta se encuentra en los sistemas
oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos Entre otros ejemplos cabe citar el uso generalizado de estos
sistemas en la industria de carretillas elevadoras controladas hidraacuteulicamente las
maacutequinas herramientas de alta tecnologiacutea asiacute como los equipos de fabricacioacuten para
procesos de produccioacuten automatizada las modernas excavadoras las maacutequinas de construccioacuten y obras puacuteblicas y la maquinaria agriacutecola
Con respecto a la manipulacioacuten de materiales y para citar unos ejemplos los sistemas
oleohidraacuteulicos permiten que una sola persona pueda trasladar faacutecil y raacutepidamente grandes cantidades de arena o de carboacuten
Ventajas de la Oleohidraacuteulica
Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o movimientos de giro
El aceite empleado en el sistema es faacutecilmente recuperable
Velocidad de actuacioacuten faacutecilmente controlable
Instalaciones compactas
Proteccioacuten simple contra sobrecargas
Cambios raacutepidos de sentido
Desventajas de la Oleohidraacuteulica
El fluido es mas caro
Perdidas de carga
Personal especializado para la mantencioacuten
Fluido muy sensible a la contaminacioacuten
Definiciones
Fluido Elemento en estado liacutequido o gaseoso en estas paacuteginas utilizaremos en los
sistemas neumaacuteticos aire comprimido y en los sistemas hidraacuteulicos aceites derivados de petroacuteleo
Fluidos Hidraacuteulicos Misioacuten de un fluido en oleohidraacuteulica
Transmitir potencia
Lubricar
Minimizar fugas
Minimizar peacuterdidas de carga
Fluidos empleados
Aceites minerales procedentes de la destilacioacuten del petroacuteleo
Agua ndash glicol
Fluidos sinteacuteticos
Emulsiones agua ndash aceite
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Generalidades
El aceite en sistemas hidraacuteulicos desempentildea la doble funcioacuten de lubricar y transmitir potencia
Constituye un factor vital en un sistema hidraacuteulico y por lo tanto debe hacerse una
seleccioacuten cuidadosa del aceite con la asistencia de un proveedor teacutecnicamente bien capacitado
Una seleccioacuten adecuada del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los
componentes del sistema principalmente de las bombas y motores hidraacuteulicos y en general de los actuadores
Algunos de los factores especialmente importantes en la seleccioacuten del aceite para el uso
en un sistema hidraacuteulico industrial son los siguientes
1 El aceite debe contener aditivos que permitan asegurar una buena caracteriacutestica
anti desgaste No todos los aceites presentan estas caracteriacutesticas de manera
notoria
2 El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las caracteriacutesticas
de lubricante y limitante de fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema
hidraacuteulico
3 El aceite debe ser inhibidor de oxidacioacuten y corrosioacuten 4 El aceite debe presentar caracteriacutesticas antiespumantes
Para obtener una oacuteptima vida de funcionamiento tanto del aceite como del sistema
hidraacuteulico se recomienda una temperatura maacutexima de trabajo de 65ordmC
Sistema de transmisioacuten de energiacutea Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Es un sistema en el cual se genera transmite y controla la aplicacioacuten de potencia a traveacutes
del aire comprimido y la circulacioacuten de aceite en un circuito El sistema puede dividirse en tres grandes grupos que observamos en el diagrama de bloques de la figura 11
Comenzando desde la izquierda de] diagrama la
primera seccioacuten corresponde a la conversioacuten de
Energiacutea Eleacutectrica yo Mecaacutenica en un sistema de
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energiacutea Neumaacutetica yo Hidraacuteulica
Un motor eleacutectrico de explosioacuten o de otra naturaleza
estaacute vinculado a una bomba o compresor a cuya
salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presioacuten
En la parte central del diagrama el fluido es conducido a traveacutes de tuberiacutea al lugar de utilizacioacuten
A la derecha en el diagrama el aire comprimido o el
aceite en movimiento produce una reconversioacuten en
Energiacutea mecaacutenica mediante su accioacuten sobre un
cilindro o un motor neumaacutetico o hidraacuteulico Con las
vaacutelvulas se controla la direccioacuten del movimiento la
velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o
cilindro
Leyes fiacutesicas relativas a los fluidos
Hay infinidad de leyes fiacutesicas relativas al
comportamiento de los fluidos muchas de ellas son
utilizadas con propoacutesitos cientiacuteficos o de
experimentacioacuten nosotros nos limitaremos a estudiar
aquellas que tienen aplicacioacuten praacutectica en nuestro trabajo
Ley de Pascal
La ley maacutes elemental de la fiacutesica referida a la
hidraacuteulica y neumaacutetica fue descubierta y formulada
por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de
Pascal que dice
La presioacuten existente en un liacutequido confinado
actuacutea igualmente en todas direcciones y lo hace
formando aacutengulos rectos con la superficie del
recipiente
La presioacuten en un liacutequido soacutelo depende de la
profundidad cualquier incremento de presioacuten en la
superficie debe transmitirse a cada punto en el fluido
Esto lo reconocioacute por primera vez el cientiacutefico franceacutes
Blaise Pascal y se conoce como Ley de Pascal La
figura 1-2 ilustra la Ley de Pascal El fluido confinado
en la seccioacuten de una tuberiacutea ejerce igual fuerza en
todas direcciones y perpendicularmente a las
paredes
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La figura 1-3 muestra la seccioacuten transversal de un recipiente de forma irregular
que tiene paredes riacutegidas El fluido confinado en el ejerce la misma presioacuten en
todas las direcciones tal como lo indican las flechas Si las paredes fueran
flexibles la seccioacuten asumiriacutea forma circular Es entonces la Ley de Pascal que hace
que una manguera contra incendios asuma forma ciliacutendrica cuando es conectada al
suministro Es importante la diferencia entre coacutemo actuacutea la fuerza sobre un fluido
y coacutemo lo hace sobre un soacutelido Puesto que el soacutelido es un cuerpo riacutegido puede
soportar que se le aplique una fuerza sin que cambie apreciablemente su forma
Por otra parte un liacutequido puede soportar una fuerza uacutenicamente en una superficie o frontera cerrada
Nota que la fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo
contiene siempre actuacutea en forma perpendicular a esas paredes Eacutesta es una
caracteriacutestica propia de los fluidos que hace que el concepto de presioacuten sea muy
uacutetil Si se perforan agujeros a los lados y al fondo de un barril con agua se
demuestra que la fuerza ejercida por el agua es en cualquier parte perpendicular a
la superficie del barril
Cualquier persona que haya tratado de mantener una balsa por debajo de la
superficie del agua se convence de inmediato de la existencia de una presioacuten hacia
arriba En realidad nos damos cuenta que Los fluidos ejercen presioacuten en todas
direcciones
Aplicacioacuten de la Ley de Pascal por Bramah
En los primeros antildeos de la Revolucioacuten Industrial un mecaacutenico de origen britaacutenico
llamado Joseph Bramah utilizoacute el descubrimiento de Pascal y por ende el llamado Principio de Pascal para fabricar una prensa hidraacuteulica
Bramah pensoacute que si una pequentildea fuerza actuaba sobre un aacuterea pequentildea eacutesta
creariacutea una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor el
uacutenico liacutemite a la fuerza que puede ejercer una maacutequina es el aacuterea a la cual se
aplica la presioacuten
Esto se puede apreciar en el siguiente ejemplo
iquestQueacute fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10000 kg
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Considerar los datos del dibujo
Como p = FA
A2 = 10 cmsup2 K = 10000 kgf
p2 = 10000 kgf 10 cmsup2 =gt p2 = 1000 kgfcmsup2
Como en un circuito cerrado de acuerdo al principio de Pascal la presioacuten es igual
en todas direcciones normales a las superficies de medicioacuten se puede decir que la presioacuten aplicada al aacuterea 2 es igual que la aplicada al aacuterea 1
p1 = p2
F1 = 1000 kgfcmsup2 x 5 cmsup2 =gt F1 = 5000 kgf
F = p x A
De esto se concluye que el aacuterea es inversamente proporcional a la presioacuten y directamente proporcional a la fuerza
Para el ejemplo se tiene que el equilibrio se logra aplicando una fuerza menor que el peso ya que el aacuterea es menor que la que soporta el peso
Un claro ejemplo de esto son los gatos hidraacuteulicos
Ley Boyle
La relacioacuten baacutesica entre la presioacuten de un gas y su volumen
esta expresada en la Ley de Boyle que establece
La presioacuten absoluta de un gas confinado en un
recipiente varia en forma inversa a su volumen
cuando la temperatura permanece constante
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Para la resolucioacuten de problemas la Ley de Boyle se escribe
de la siguiente forma
En estas formulas P1 y V1 son la presioacuten y volumen inicial
de un gas y P2 y V2 la presioacuten y volumen despueacutes de que
el gas haya sido comprimido o expandido
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten
absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle En la figura 1-4 A 40 cmsup3 de
gas estaacuten contenidas en un recipiente cerrado a una presioacuten P En la figura
1-4B el pistoacuten se ha movido reduciendo el volumen a 20 cmsup3 provocando un incremento de la presioacuten 2P
En la figura 1-4 C el pistoacuten ha comprimido el gas a 10 cmsup3 provocando un incremento de cuatro veces la presioacuten original 4P
Existe entonces una relacioacuten inversamente proporcional entre el volumen y la
presioacuten de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante y que
las lecturas de presioacuten sean absolutas es decir referidas al vaciacuteo perfecto
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La Ley de Boyle describe el comportamiento de un gas llamado perfecto El
aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a
presiones menores de 70 Kgcmsup2 y los caacutelculos empleando la Ley de Boyle
ofrecen resultados aceptables No ocurre lo mismo con ciertos gases particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno
Caacutelculo
Partiendo con 40 cmsup3 de gas confinado a una presioacuten manomeacutetrica de 3
Kgcmsup2 fig 1-5 A cual seraacute la presioacuten final despueacutes de que el gas haya sido
comprimido a un volumen cuatro veces menor
Primero convertiremos la presioacuten manomeacutetrica en absoluta 3 + 1033 = 4033 Kpcmsup2
A continuacioacuten aplicaremos la ley de Boyle Siacute el volumen se redujo a 14 la
presioacuten se habraacute multiplicado por 4 es decir 4033 x 4 = 16132 Kpcmsup2 (absoluta)
Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manomeacutetrica
16132 - 1033 = 15099 Kpcmsup2
Ley de Charles
Esta ley define la relacioacuten existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presioacuten o ambas
Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemaacuteticos y
cientiacuteficos y su campo de aplicacioacuten es reducido en la praacutectica diaria La ley
establece que
Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la
misma proporcioacuten permaneciendo su presioacuten constante o si la temperatura
del gas se incrementa se incrementa tambieacuten su presioacuten en la misma
proporcioacuten cuando permanece el volumen constante
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Para la solucioacuten de problemas deben emplearse valores de presioacuten y temperatura
absolutos
El efecto de la temperatura en los fluidos
Es bien conocido el efecto de expansioacuten de liacutequidos y gases por aumento de la
temperatura La relacioacuten entre la temperatura volumen y presioacuten de un gas podemos calcularla por la ley de Charles
La expansioacuten del aceite hidraacuteulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas
condiciones por ejemplo un cilindro hidraacuteulico lleno de aceite en una de sus caacutemaras y
desconectado mediante acoplamientos raacutepidos de la liacutenea de alimentacioacuten no presenta lugar para una expansioacuten cuando es expuesto al calor
La presioacuten interna puede alcanzar valores de 350 Kgcmsup2 y aun 1400 Kgcmsup2 dependiendo del incremento de temperatura y caracteriacutesticas del cilindro
Compresibilidad de los Fluidos
Todos los materiales en estado gaseoso liacutequido o soacutelido son compresibles en mayor o
menor grado Para las aplicaciones hidraacuteulicas usuales el aceite hidraacuteulico es
considerado incompresible si bien cuando una fuerza es aplicada la reduccioacuten de volumen seraacute de 12 por cada 70 Kgcmsup2 de presioacuten interna en el seno del fluido
De la misma forma que los disentildeadores de estructuras deben tener en cuenta el
comportamiento del acero a la compresioacuten y elongacioacuten el disentildeado hidraacuteulico en
muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los liacutequidos podemos
citar como ejemplo la rigidez en un servomecanismo o el calculo del volumen de descompresioacuten de una prensa hidraacuteulica para prevenir el golpe de ariete
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
La palabra Hidraacuteulica proviene del griego hydor que significa agua Hoy el teacutermino
hidraacuteulica se emplea para referirse a la transmisioacuten y control de fuerzas y movimientos
por medio de liacutequidos es decir se utilizan los liacutequidos para la transmisioacuten de energiacutea en
la mayoriacutea de los casos se trata de aceites minerales pero tambieacuten pueden emplearse otros fluidos como liacutequidos sinteacuteticos agua o una emulsioacuten agua-aceite
CAMPOS DE APLICACIOacuteN DE LA HIDRAUacuteLICA Y NEUMAacuteTICA
En la actualidad las aplicaciones de la oleohidraacuteulica y neumaacutetica son muy variadas esta
amplitud en los usos se debe principalmente al disentildeo y fabricacioacuten de elementos de
mayor precisioacuten y con materiales de mejor calidad acompantildeado ademaacutes de estudios mas
acabados de las materias y principios que rigen la hidraacuteulica y neumaacutetica Todo lo anterior
se ha visto reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con mayor precisioacuten y con
mayores niveles de energiacutea lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de la
industria en general
Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos moacuteviles e industriales
Aplicaciones Moacuteviles
El empleo de la energiacutea proporcionada por el aire y aceite a presioacuten puede aplicarse para
transportar excavar levantar perforar manipular materiales controlar e impulsar vehiacuteculos moacuteviles tales como
Tractores
Gruacuteas
Retroexcavadoras
Camiones recolectores de basura
Cargadores frontales
Frenos y suspensiones de camiones
Vehiacuteculos para la construccioacuten y mantencioacuten de carreteras
Etc
Aplicaciones Industriales
En la industria es de primera importancia contar con maquinaria especializada para
controlar impulsar posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la liacutenea de
produccioacuten para estos efectos se utiliza con regularidad la energiacutea proporcionada por
fluidos comprimidos Se tiene entre otros
Maquinaria para la industria plaacutestica
Maacutequinas herramientas
Maquinaria para la elaboracioacuten de alimentos
Equipamiento para roboacutetica y manipulacioacuten automatizada
Equipo para montaje industrial
Maquinaria para la mineriacutea
Maquinaria para la industria sideruacutergica
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Etc
Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios de vehiacuteculos automotores como
automoacuteviles aplicaciones aerospaciales y aplicaciones navales por otro lado se pueden
tener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas aquellas aacutereas en que se requiere movimientos muy controlados y de alta precisioacuten asiacute se tiene
Aplicacioacuten automotriz suspensioacuten frenos direccioacuten refrigeracioacuten etc
Aplicacioacuten Aeronaacuteutica timones alerones trenes de aterrizaje frenos
simuladores equipos de mantenimiento aeronaacuteutico etc
Aplicacioacuten Naval timoacuten mecanismos de transmisioacuten sistemas de mandos
sistemas especializados de embarcaciones o buques militares
Medicina Instrumental quiruacutergico mesas de operaciones camas de hospital sillas e instrumental odontoloacutegico etc
La hidraacuteulica y neumaacutetica tienen aplicaciones tan variadas que pueden ser empleadas
incluso en controles esceacutenicos (teatro) cinematografiacutea parques de entretenciones
represas puentes levadizos plataformas de perforacioacuten submarina ascensores mesas de levante de automoacuteviles etc
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA HIDRAULICA Y NEUMATICA
Los sistemas de transmisioacuten de energiacutea oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos son una garantiacutea de seguridad calidad y fiabilidad a la vez que reducen costos
La Seguridad es de vital importancia en la navegacioacuten aeacuterea y espacial en la produccioacuten y
funcionamiento de vehiacuteculos en la mineriacutea y en la fabricacioacuten de productos fraacutegiles Por
ejemplo los sistemas oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos se utilizan para asistir la direccioacuten y el
frenado de coches camiones y autobuses Los sistemas de control oleohidraacuteulico y el tren
de aterrizaje son los responsables de la seguridad en el despegue aterrizaje y vuelo de
aviones y naves espaciales Los raacutepidos avances realizados por la mineriacutea y construccioacuten
de tuacuteneles son el resultado de la aplicacioacuten de modernos sistemas oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos
La Fiabilidad y la Precisioacuten son necesarias en una amplia gama de aplicaciones industriales
en las que los usuarios exigen cada vez maacutes una mayor calidad Los sistemas
oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos utilizados en la manipulacioacuten sistemas de fijacioacuten y robots
de soldadura aseguran un rendimiento y una productividad elevados por ejemplo en la fabricacioacuten de automoacuteviles
En relacioacuten con la industria del plaacutestico la combinacioacuten de la oleohidraacuteulica la neumaacutetica
y la electroacutenica hacen posible que la produccioacuten esteacute completamente automatizada ofreciendo un nivel de calidad constante con un elevado grado de precisioacuten
Los sistemas neumaacuteticos juegan un papel clave en aquellos procesos en los que la higiene
y la precisioacuten son de suma importancia como es el caso de las instalaciones de la industria farmaceacuteutica y alimenticia entre otras
La Reduccioacuten en el costo es un factor vital a la hora de asegurar la competitividad de un
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
paiacutes industrial
La tecnologiacutea moderna debe ser rentable y la respuesta se encuentra en los sistemas
oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos Entre otros ejemplos cabe citar el uso generalizado de estos
sistemas en la industria de carretillas elevadoras controladas hidraacuteulicamente las
maacutequinas herramientas de alta tecnologiacutea asiacute como los equipos de fabricacioacuten para
procesos de produccioacuten automatizada las modernas excavadoras las maacutequinas de construccioacuten y obras puacuteblicas y la maquinaria agriacutecola
Con respecto a la manipulacioacuten de materiales y para citar unos ejemplos los sistemas
oleohidraacuteulicos permiten que una sola persona pueda trasladar faacutecil y raacutepidamente grandes cantidades de arena o de carboacuten
Ventajas de la Oleohidraacuteulica
Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o movimientos de giro
El aceite empleado en el sistema es faacutecilmente recuperable
Velocidad de actuacioacuten faacutecilmente controlable
Instalaciones compactas
Proteccioacuten simple contra sobrecargas
Cambios raacutepidos de sentido
Desventajas de la Oleohidraacuteulica
El fluido es mas caro
Perdidas de carga
Personal especializado para la mantencioacuten
Fluido muy sensible a la contaminacioacuten
Definiciones
Fluido Elemento en estado liacutequido o gaseoso en estas paacuteginas utilizaremos en los
sistemas neumaacuteticos aire comprimido y en los sistemas hidraacuteulicos aceites derivados de petroacuteleo
Fluidos Hidraacuteulicos Misioacuten de un fluido en oleohidraacuteulica
Transmitir potencia
Lubricar
Minimizar fugas
Minimizar peacuterdidas de carga
Fluidos empleados
Aceites minerales procedentes de la destilacioacuten del petroacuteleo
Agua ndash glicol
Fluidos sinteacuteticos
Emulsiones agua ndash aceite
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Generalidades
El aceite en sistemas hidraacuteulicos desempentildea la doble funcioacuten de lubricar y transmitir potencia
Constituye un factor vital en un sistema hidraacuteulico y por lo tanto debe hacerse una
seleccioacuten cuidadosa del aceite con la asistencia de un proveedor teacutecnicamente bien capacitado
Una seleccioacuten adecuada del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los
componentes del sistema principalmente de las bombas y motores hidraacuteulicos y en general de los actuadores
Algunos de los factores especialmente importantes en la seleccioacuten del aceite para el uso
en un sistema hidraacuteulico industrial son los siguientes
1 El aceite debe contener aditivos que permitan asegurar una buena caracteriacutestica
anti desgaste No todos los aceites presentan estas caracteriacutesticas de manera
notoria
2 El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las caracteriacutesticas
de lubricante y limitante de fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema
hidraacuteulico
3 El aceite debe ser inhibidor de oxidacioacuten y corrosioacuten 4 El aceite debe presentar caracteriacutesticas antiespumantes
Para obtener una oacuteptima vida de funcionamiento tanto del aceite como del sistema
hidraacuteulico se recomienda una temperatura maacutexima de trabajo de 65ordmC
Sistema de transmisioacuten de energiacutea Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Es un sistema en el cual se genera transmite y controla la aplicacioacuten de potencia a traveacutes
del aire comprimido y la circulacioacuten de aceite en un circuito El sistema puede dividirse en tres grandes grupos que observamos en el diagrama de bloques de la figura 11
Comenzando desde la izquierda de] diagrama la
primera seccioacuten corresponde a la conversioacuten de
Energiacutea Eleacutectrica yo Mecaacutenica en un sistema de
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energiacutea Neumaacutetica yo Hidraacuteulica
Un motor eleacutectrico de explosioacuten o de otra naturaleza
estaacute vinculado a una bomba o compresor a cuya
salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presioacuten
En la parte central del diagrama el fluido es conducido a traveacutes de tuberiacutea al lugar de utilizacioacuten
A la derecha en el diagrama el aire comprimido o el
aceite en movimiento produce una reconversioacuten en
Energiacutea mecaacutenica mediante su accioacuten sobre un
cilindro o un motor neumaacutetico o hidraacuteulico Con las
vaacutelvulas se controla la direccioacuten del movimiento la
velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o
cilindro
Leyes fiacutesicas relativas a los fluidos
Hay infinidad de leyes fiacutesicas relativas al
comportamiento de los fluidos muchas de ellas son
utilizadas con propoacutesitos cientiacuteficos o de
experimentacioacuten nosotros nos limitaremos a estudiar
aquellas que tienen aplicacioacuten praacutectica en nuestro trabajo
Ley de Pascal
La ley maacutes elemental de la fiacutesica referida a la
hidraacuteulica y neumaacutetica fue descubierta y formulada
por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de
Pascal que dice
La presioacuten existente en un liacutequido confinado
actuacutea igualmente en todas direcciones y lo hace
formando aacutengulos rectos con la superficie del
recipiente
La presioacuten en un liacutequido soacutelo depende de la
profundidad cualquier incremento de presioacuten en la
superficie debe transmitirse a cada punto en el fluido
Esto lo reconocioacute por primera vez el cientiacutefico franceacutes
Blaise Pascal y se conoce como Ley de Pascal La
figura 1-2 ilustra la Ley de Pascal El fluido confinado
en la seccioacuten de una tuberiacutea ejerce igual fuerza en
todas direcciones y perpendicularmente a las
paredes
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La figura 1-3 muestra la seccioacuten transversal de un recipiente de forma irregular
que tiene paredes riacutegidas El fluido confinado en el ejerce la misma presioacuten en
todas las direcciones tal como lo indican las flechas Si las paredes fueran
flexibles la seccioacuten asumiriacutea forma circular Es entonces la Ley de Pascal que hace
que una manguera contra incendios asuma forma ciliacutendrica cuando es conectada al
suministro Es importante la diferencia entre coacutemo actuacutea la fuerza sobre un fluido
y coacutemo lo hace sobre un soacutelido Puesto que el soacutelido es un cuerpo riacutegido puede
soportar que se le aplique una fuerza sin que cambie apreciablemente su forma
Por otra parte un liacutequido puede soportar una fuerza uacutenicamente en una superficie o frontera cerrada
Nota que la fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo
contiene siempre actuacutea en forma perpendicular a esas paredes Eacutesta es una
caracteriacutestica propia de los fluidos que hace que el concepto de presioacuten sea muy
uacutetil Si se perforan agujeros a los lados y al fondo de un barril con agua se
demuestra que la fuerza ejercida por el agua es en cualquier parte perpendicular a
la superficie del barril
Cualquier persona que haya tratado de mantener una balsa por debajo de la
superficie del agua se convence de inmediato de la existencia de una presioacuten hacia
arriba En realidad nos damos cuenta que Los fluidos ejercen presioacuten en todas
direcciones
Aplicacioacuten de la Ley de Pascal por Bramah
En los primeros antildeos de la Revolucioacuten Industrial un mecaacutenico de origen britaacutenico
llamado Joseph Bramah utilizoacute el descubrimiento de Pascal y por ende el llamado Principio de Pascal para fabricar una prensa hidraacuteulica
Bramah pensoacute que si una pequentildea fuerza actuaba sobre un aacuterea pequentildea eacutesta
creariacutea una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor el
uacutenico liacutemite a la fuerza que puede ejercer una maacutequina es el aacuterea a la cual se
aplica la presioacuten
Esto se puede apreciar en el siguiente ejemplo
iquestQueacute fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10000 kg
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Considerar los datos del dibujo
Como p = FA
A2 = 10 cmsup2 K = 10000 kgf
p2 = 10000 kgf 10 cmsup2 =gt p2 = 1000 kgfcmsup2
Como en un circuito cerrado de acuerdo al principio de Pascal la presioacuten es igual
en todas direcciones normales a las superficies de medicioacuten se puede decir que la presioacuten aplicada al aacuterea 2 es igual que la aplicada al aacuterea 1
p1 = p2
F1 = 1000 kgfcmsup2 x 5 cmsup2 =gt F1 = 5000 kgf
F = p x A
De esto se concluye que el aacuterea es inversamente proporcional a la presioacuten y directamente proporcional a la fuerza
Para el ejemplo se tiene que el equilibrio se logra aplicando una fuerza menor que el peso ya que el aacuterea es menor que la que soporta el peso
Un claro ejemplo de esto son los gatos hidraacuteulicos
Ley Boyle
La relacioacuten baacutesica entre la presioacuten de un gas y su volumen
esta expresada en la Ley de Boyle que establece
La presioacuten absoluta de un gas confinado en un
recipiente varia en forma inversa a su volumen
cuando la temperatura permanece constante
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Para la resolucioacuten de problemas la Ley de Boyle se escribe
de la siguiente forma
En estas formulas P1 y V1 son la presioacuten y volumen inicial
de un gas y P2 y V2 la presioacuten y volumen despueacutes de que
el gas haya sido comprimido o expandido
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten
absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle En la figura 1-4 A 40 cmsup3 de
gas estaacuten contenidas en un recipiente cerrado a una presioacuten P En la figura
1-4B el pistoacuten se ha movido reduciendo el volumen a 20 cmsup3 provocando un incremento de la presioacuten 2P
En la figura 1-4 C el pistoacuten ha comprimido el gas a 10 cmsup3 provocando un incremento de cuatro veces la presioacuten original 4P
Existe entonces una relacioacuten inversamente proporcional entre el volumen y la
presioacuten de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante y que
las lecturas de presioacuten sean absolutas es decir referidas al vaciacuteo perfecto
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La Ley de Boyle describe el comportamiento de un gas llamado perfecto El
aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a
presiones menores de 70 Kgcmsup2 y los caacutelculos empleando la Ley de Boyle
ofrecen resultados aceptables No ocurre lo mismo con ciertos gases particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno
Caacutelculo
Partiendo con 40 cmsup3 de gas confinado a una presioacuten manomeacutetrica de 3
Kgcmsup2 fig 1-5 A cual seraacute la presioacuten final despueacutes de que el gas haya sido
comprimido a un volumen cuatro veces menor
Primero convertiremos la presioacuten manomeacutetrica en absoluta 3 + 1033 = 4033 Kpcmsup2
A continuacioacuten aplicaremos la ley de Boyle Siacute el volumen se redujo a 14 la
presioacuten se habraacute multiplicado por 4 es decir 4033 x 4 = 16132 Kpcmsup2 (absoluta)
Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manomeacutetrica
16132 - 1033 = 15099 Kpcmsup2
Ley de Charles
Esta ley define la relacioacuten existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presioacuten o ambas
Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemaacuteticos y
cientiacuteficos y su campo de aplicacioacuten es reducido en la praacutectica diaria La ley
establece que
Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la
misma proporcioacuten permaneciendo su presioacuten constante o si la temperatura
del gas se incrementa se incrementa tambieacuten su presioacuten en la misma
proporcioacuten cuando permanece el volumen constante
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Para la solucioacuten de problemas deben emplearse valores de presioacuten y temperatura
absolutos
El efecto de la temperatura en los fluidos
Es bien conocido el efecto de expansioacuten de liacutequidos y gases por aumento de la
temperatura La relacioacuten entre la temperatura volumen y presioacuten de un gas podemos calcularla por la ley de Charles
La expansioacuten del aceite hidraacuteulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas
condiciones por ejemplo un cilindro hidraacuteulico lleno de aceite en una de sus caacutemaras y
desconectado mediante acoplamientos raacutepidos de la liacutenea de alimentacioacuten no presenta lugar para una expansioacuten cuando es expuesto al calor
La presioacuten interna puede alcanzar valores de 350 Kgcmsup2 y aun 1400 Kgcmsup2 dependiendo del incremento de temperatura y caracteriacutesticas del cilindro
Compresibilidad de los Fluidos
Todos los materiales en estado gaseoso liacutequido o soacutelido son compresibles en mayor o
menor grado Para las aplicaciones hidraacuteulicas usuales el aceite hidraacuteulico es
considerado incompresible si bien cuando una fuerza es aplicada la reduccioacuten de volumen seraacute de 12 por cada 70 Kgcmsup2 de presioacuten interna en el seno del fluido
De la misma forma que los disentildeadores de estructuras deben tener en cuenta el
comportamiento del acero a la compresioacuten y elongacioacuten el disentildeado hidraacuteulico en
muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los liacutequidos podemos
citar como ejemplo la rigidez en un servomecanismo o el calculo del volumen de descompresioacuten de una prensa hidraacuteulica para prevenir el golpe de ariete
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
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se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
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Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
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Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
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Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Etc
Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios de vehiacuteculos automotores como
automoacuteviles aplicaciones aerospaciales y aplicaciones navales por otro lado se pueden
tener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas aquellas aacutereas en que se requiere movimientos muy controlados y de alta precisioacuten asiacute se tiene
Aplicacioacuten automotriz suspensioacuten frenos direccioacuten refrigeracioacuten etc
Aplicacioacuten Aeronaacuteutica timones alerones trenes de aterrizaje frenos
simuladores equipos de mantenimiento aeronaacuteutico etc
Aplicacioacuten Naval timoacuten mecanismos de transmisioacuten sistemas de mandos
sistemas especializados de embarcaciones o buques militares
Medicina Instrumental quiruacutergico mesas de operaciones camas de hospital sillas e instrumental odontoloacutegico etc
La hidraacuteulica y neumaacutetica tienen aplicaciones tan variadas que pueden ser empleadas
incluso en controles esceacutenicos (teatro) cinematografiacutea parques de entretenciones
represas puentes levadizos plataformas de perforacioacuten submarina ascensores mesas de levante de automoacuteviles etc
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA HIDRAULICA Y NEUMATICA
Los sistemas de transmisioacuten de energiacutea oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos son una garantiacutea de seguridad calidad y fiabilidad a la vez que reducen costos
La Seguridad es de vital importancia en la navegacioacuten aeacuterea y espacial en la produccioacuten y
funcionamiento de vehiacuteculos en la mineriacutea y en la fabricacioacuten de productos fraacutegiles Por
ejemplo los sistemas oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos se utilizan para asistir la direccioacuten y el
frenado de coches camiones y autobuses Los sistemas de control oleohidraacuteulico y el tren
de aterrizaje son los responsables de la seguridad en el despegue aterrizaje y vuelo de
aviones y naves espaciales Los raacutepidos avances realizados por la mineriacutea y construccioacuten
de tuacuteneles son el resultado de la aplicacioacuten de modernos sistemas oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos
La Fiabilidad y la Precisioacuten son necesarias en una amplia gama de aplicaciones industriales
en las que los usuarios exigen cada vez maacutes una mayor calidad Los sistemas
oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos utilizados en la manipulacioacuten sistemas de fijacioacuten y robots
de soldadura aseguran un rendimiento y una productividad elevados por ejemplo en la fabricacioacuten de automoacuteviles
En relacioacuten con la industria del plaacutestico la combinacioacuten de la oleohidraacuteulica la neumaacutetica
y la electroacutenica hacen posible que la produccioacuten esteacute completamente automatizada ofreciendo un nivel de calidad constante con un elevado grado de precisioacuten
Los sistemas neumaacuteticos juegan un papel clave en aquellos procesos en los que la higiene
y la precisioacuten son de suma importancia como es el caso de las instalaciones de la industria farmaceacuteutica y alimenticia entre otras
La Reduccioacuten en el costo es un factor vital a la hora de asegurar la competitividad de un
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paiacutes industrial
La tecnologiacutea moderna debe ser rentable y la respuesta se encuentra en los sistemas
oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos Entre otros ejemplos cabe citar el uso generalizado de estos
sistemas en la industria de carretillas elevadoras controladas hidraacuteulicamente las
maacutequinas herramientas de alta tecnologiacutea asiacute como los equipos de fabricacioacuten para
procesos de produccioacuten automatizada las modernas excavadoras las maacutequinas de construccioacuten y obras puacuteblicas y la maquinaria agriacutecola
Con respecto a la manipulacioacuten de materiales y para citar unos ejemplos los sistemas
oleohidraacuteulicos permiten que una sola persona pueda trasladar faacutecil y raacutepidamente grandes cantidades de arena o de carboacuten
Ventajas de la Oleohidraacuteulica
Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o movimientos de giro
El aceite empleado en el sistema es faacutecilmente recuperable
Velocidad de actuacioacuten faacutecilmente controlable
Instalaciones compactas
Proteccioacuten simple contra sobrecargas
Cambios raacutepidos de sentido
Desventajas de la Oleohidraacuteulica
El fluido es mas caro
Perdidas de carga
Personal especializado para la mantencioacuten
Fluido muy sensible a la contaminacioacuten
Definiciones
Fluido Elemento en estado liacutequido o gaseoso en estas paacuteginas utilizaremos en los
sistemas neumaacuteticos aire comprimido y en los sistemas hidraacuteulicos aceites derivados de petroacuteleo
Fluidos Hidraacuteulicos Misioacuten de un fluido en oleohidraacuteulica
Transmitir potencia
Lubricar
Minimizar fugas
Minimizar peacuterdidas de carga
Fluidos empleados
Aceites minerales procedentes de la destilacioacuten del petroacuteleo
Agua ndash glicol
Fluidos sinteacuteticos
Emulsiones agua ndash aceite
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Generalidades
El aceite en sistemas hidraacuteulicos desempentildea la doble funcioacuten de lubricar y transmitir potencia
Constituye un factor vital en un sistema hidraacuteulico y por lo tanto debe hacerse una
seleccioacuten cuidadosa del aceite con la asistencia de un proveedor teacutecnicamente bien capacitado
Una seleccioacuten adecuada del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los
componentes del sistema principalmente de las bombas y motores hidraacuteulicos y en general de los actuadores
Algunos de los factores especialmente importantes en la seleccioacuten del aceite para el uso
en un sistema hidraacuteulico industrial son los siguientes
1 El aceite debe contener aditivos que permitan asegurar una buena caracteriacutestica
anti desgaste No todos los aceites presentan estas caracteriacutesticas de manera
notoria
2 El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las caracteriacutesticas
de lubricante y limitante de fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema
hidraacuteulico
3 El aceite debe ser inhibidor de oxidacioacuten y corrosioacuten 4 El aceite debe presentar caracteriacutesticas antiespumantes
Para obtener una oacuteptima vida de funcionamiento tanto del aceite como del sistema
hidraacuteulico se recomienda una temperatura maacutexima de trabajo de 65ordmC
Sistema de transmisioacuten de energiacutea Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Es un sistema en el cual se genera transmite y controla la aplicacioacuten de potencia a traveacutes
del aire comprimido y la circulacioacuten de aceite en un circuito El sistema puede dividirse en tres grandes grupos que observamos en el diagrama de bloques de la figura 11
Comenzando desde la izquierda de] diagrama la
primera seccioacuten corresponde a la conversioacuten de
Energiacutea Eleacutectrica yo Mecaacutenica en un sistema de
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energiacutea Neumaacutetica yo Hidraacuteulica
Un motor eleacutectrico de explosioacuten o de otra naturaleza
estaacute vinculado a una bomba o compresor a cuya
salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presioacuten
En la parte central del diagrama el fluido es conducido a traveacutes de tuberiacutea al lugar de utilizacioacuten
A la derecha en el diagrama el aire comprimido o el
aceite en movimiento produce una reconversioacuten en
Energiacutea mecaacutenica mediante su accioacuten sobre un
cilindro o un motor neumaacutetico o hidraacuteulico Con las
vaacutelvulas se controla la direccioacuten del movimiento la
velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o
cilindro
Leyes fiacutesicas relativas a los fluidos
Hay infinidad de leyes fiacutesicas relativas al
comportamiento de los fluidos muchas de ellas son
utilizadas con propoacutesitos cientiacuteficos o de
experimentacioacuten nosotros nos limitaremos a estudiar
aquellas que tienen aplicacioacuten praacutectica en nuestro trabajo
Ley de Pascal
La ley maacutes elemental de la fiacutesica referida a la
hidraacuteulica y neumaacutetica fue descubierta y formulada
por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de
Pascal que dice
La presioacuten existente en un liacutequido confinado
actuacutea igualmente en todas direcciones y lo hace
formando aacutengulos rectos con la superficie del
recipiente
La presioacuten en un liacutequido soacutelo depende de la
profundidad cualquier incremento de presioacuten en la
superficie debe transmitirse a cada punto en el fluido
Esto lo reconocioacute por primera vez el cientiacutefico franceacutes
Blaise Pascal y se conoce como Ley de Pascal La
figura 1-2 ilustra la Ley de Pascal El fluido confinado
en la seccioacuten de una tuberiacutea ejerce igual fuerza en
todas direcciones y perpendicularmente a las
paredes
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La figura 1-3 muestra la seccioacuten transversal de un recipiente de forma irregular
que tiene paredes riacutegidas El fluido confinado en el ejerce la misma presioacuten en
todas las direcciones tal como lo indican las flechas Si las paredes fueran
flexibles la seccioacuten asumiriacutea forma circular Es entonces la Ley de Pascal que hace
que una manguera contra incendios asuma forma ciliacutendrica cuando es conectada al
suministro Es importante la diferencia entre coacutemo actuacutea la fuerza sobre un fluido
y coacutemo lo hace sobre un soacutelido Puesto que el soacutelido es un cuerpo riacutegido puede
soportar que se le aplique una fuerza sin que cambie apreciablemente su forma
Por otra parte un liacutequido puede soportar una fuerza uacutenicamente en una superficie o frontera cerrada
Nota que la fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo
contiene siempre actuacutea en forma perpendicular a esas paredes Eacutesta es una
caracteriacutestica propia de los fluidos que hace que el concepto de presioacuten sea muy
uacutetil Si se perforan agujeros a los lados y al fondo de un barril con agua se
demuestra que la fuerza ejercida por el agua es en cualquier parte perpendicular a
la superficie del barril
Cualquier persona que haya tratado de mantener una balsa por debajo de la
superficie del agua se convence de inmediato de la existencia de una presioacuten hacia
arriba En realidad nos damos cuenta que Los fluidos ejercen presioacuten en todas
direcciones
Aplicacioacuten de la Ley de Pascal por Bramah
En los primeros antildeos de la Revolucioacuten Industrial un mecaacutenico de origen britaacutenico
llamado Joseph Bramah utilizoacute el descubrimiento de Pascal y por ende el llamado Principio de Pascal para fabricar una prensa hidraacuteulica
Bramah pensoacute que si una pequentildea fuerza actuaba sobre un aacuterea pequentildea eacutesta
creariacutea una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor el
uacutenico liacutemite a la fuerza que puede ejercer una maacutequina es el aacuterea a la cual se
aplica la presioacuten
Esto se puede apreciar en el siguiente ejemplo
iquestQueacute fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10000 kg
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Considerar los datos del dibujo
Como p = FA
A2 = 10 cmsup2 K = 10000 kgf
p2 = 10000 kgf 10 cmsup2 =gt p2 = 1000 kgfcmsup2
Como en un circuito cerrado de acuerdo al principio de Pascal la presioacuten es igual
en todas direcciones normales a las superficies de medicioacuten se puede decir que la presioacuten aplicada al aacuterea 2 es igual que la aplicada al aacuterea 1
p1 = p2
F1 = 1000 kgfcmsup2 x 5 cmsup2 =gt F1 = 5000 kgf
F = p x A
De esto se concluye que el aacuterea es inversamente proporcional a la presioacuten y directamente proporcional a la fuerza
Para el ejemplo se tiene que el equilibrio se logra aplicando una fuerza menor que el peso ya que el aacuterea es menor que la que soporta el peso
Un claro ejemplo de esto son los gatos hidraacuteulicos
Ley Boyle
La relacioacuten baacutesica entre la presioacuten de un gas y su volumen
esta expresada en la Ley de Boyle que establece
La presioacuten absoluta de un gas confinado en un
recipiente varia en forma inversa a su volumen
cuando la temperatura permanece constante
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Para la resolucioacuten de problemas la Ley de Boyle se escribe
de la siguiente forma
En estas formulas P1 y V1 son la presioacuten y volumen inicial
de un gas y P2 y V2 la presioacuten y volumen despueacutes de que
el gas haya sido comprimido o expandido
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten
absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle En la figura 1-4 A 40 cmsup3 de
gas estaacuten contenidas en un recipiente cerrado a una presioacuten P En la figura
1-4B el pistoacuten se ha movido reduciendo el volumen a 20 cmsup3 provocando un incremento de la presioacuten 2P
En la figura 1-4 C el pistoacuten ha comprimido el gas a 10 cmsup3 provocando un incremento de cuatro veces la presioacuten original 4P
Existe entonces una relacioacuten inversamente proporcional entre el volumen y la
presioacuten de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante y que
las lecturas de presioacuten sean absolutas es decir referidas al vaciacuteo perfecto
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La Ley de Boyle describe el comportamiento de un gas llamado perfecto El
aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a
presiones menores de 70 Kgcmsup2 y los caacutelculos empleando la Ley de Boyle
ofrecen resultados aceptables No ocurre lo mismo con ciertos gases particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno
Caacutelculo
Partiendo con 40 cmsup3 de gas confinado a una presioacuten manomeacutetrica de 3
Kgcmsup2 fig 1-5 A cual seraacute la presioacuten final despueacutes de que el gas haya sido
comprimido a un volumen cuatro veces menor
Primero convertiremos la presioacuten manomeacutetrica en absoluta 3 + 1033 = 4033 Kpcmsup2
A continuacioacuten aplicaremos la ley de Boyle Siacute el volumen se redujo a 14 la
presioacuten se habraacute multiplicado por 4 es decir 4033 x 4 = 16132 Kpcmsup2 (absoluta)
Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manomeacutetrica
16132 - 1033 = 15099 Kpcmsup2
Ley de Charles
Esta ley define la relacioacuten existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presioacuten o ambas
Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemaacuteticos y
cientiacuteficos y su campo de aplicacioacuten es reducido en la praacutectica diaria La ley
establece que
Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la
misma proporcioacuten permaneciendo su presioacuten constante o si la temperatura
del gas se incrementa se incrementa tambieacuten su presioacuten en la misma
proporcioacuten cuando permanece el volumen constante
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Para la solucioacuten de problemas deben emplearse valores de presioacuten y temperatura
absolutos
El efecto de la temperatura en los fluidos
Es bien conocido el efecto de expansioacuten de liacutequidos y gases por aumento de la
temperatura La relacioacuten entre la temperatura volumen y presioacuten de un gas podemos calcularla por la ley de Charles
La expansioacuten del aceite hidraacuteulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas
condiciones por ejemplo un cilindro hidraacuteulico lleno de aceite en una de sus caacutemaras y
desconectado mediante acoplamientos raacutepidos de la liacutenea de alimentacioacuten no presenta lugar para una expansioacuten cuando es expuesto al calor
La presioacuten interna puede alcanzar valores de 350 Kgcmsup2 y aun 1400 Kgcmsup2 dependiendo del incremento de temperatura y caracteriacutesticas del cilindro
Compresibilidad de los Fluidos
Todos los materiales en estado gaseoso liacutequido o soacutelido son compresibles en mayor o
menor grado Para las aplicaciones hidraacuteulicas usuales el aceite hidraacuteulico es
considerado incompresible si bien cuando una fuerza es aplicada la reduccioacuten de volumen seraacute de 12 por cada 70 Kgcmsup2 de presioacuten interna en el seno del fluido
De la misma forma que los disentildeadores de estructuras deben tener en cuenta el
comportamiento del acero a la compresioacuten y elongacioacuten el disentildeado hidraacuteulico en
muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los liacutequidos podemos
citar como ejemplo la rigidez en un servomecanismo o el calculo del volumen de descompresioacuten de una prensa hidraacuteulica para prevenir el golpe de ariete
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
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se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
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Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
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Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
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vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
paiacutes industrial
La tecnologiacutea moderna debe ser rentable y la respuesta se encuentra en los sistemas
oleohidraacuteulicos y neumaacuteticos Entre otros ejemplos cabe citar el uso generalizado de estos
sistemas en la industria de carretillas elevadoras controladas hidraacuteulicamente las
maacutequinas herramientas de alta tecnologiacutea asiacute como los equipos de fabricacioacuten para
procesos de produccioacuten automatizada las modernas excavadoras las maacutequinas de construccioacuten y obras puacuteblicas y la maquinaria agriacutecola
Con respecto a la manipulacioacuten de materiales y para citar unos ejemplos los sistemas
oleohidraacuteulicos permiten que una sola persona pueda trasladar faacutecil y raacutepidamente grandes cantidades de arena o de carboacuten
Ventajas de la Oleohidraacuteulica
Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o movimientos de giro
El aceite empleado en el sistema es faacutecilmente recuperable
Velocidad de actuacioacuten faacutecilmente controlable
Instalaciones compactas
Proteccioacuten simple contra sobrecargas
Cambios raacutepidos de sentido
Desventajas de la Oleohidraacuteulica
El fluido es mas caro
Perdidas de carga
Personal especializado para la mantencioacuten
Fluido muy sensible a la contaminacioacuten
Definiciones
Fluido Elemento en estado liacutequido o gaseoso en estas paacuteginas utilizaremos en los
sistemas neumaacuteticos aire comprimido y en los sistemas hidraacuteulicos aceites derivados de petroacuteleo
Fluidos Hidraacuteulicos Misioacuten de un fluido en oleohidraacuteulica
Transmitir potencia
Lubricar
Minimizar fugas
Minimizar peacuterdidas de carga
Fluidos empleados
Aceites minerales procedentes de la destilacioacuten del petroacuteleo
Agua ndash glicol
Fluidos sinteacuteticos
Emulsiones agua ndash aceite
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Generalidades
El aceite en sistemas hidraacuteulicos desempentildea la doble funcioacuten de lubricar y transmitir potencia
Constituye un factor vital en un sistema hidraacuteulico y por lo tanto debe hacerse una
seleccioacuten cuidadosa del aceite con la asistencia de un proveedor teacutecnicamente bien capacitado
Una seleccioacuten adecuada del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los
componentes del sistema principalmente de las bombas y motores hidraacuteulicos y en general de los actuadores
Algunos de los factores especialmente importantes en la seleccioacuten del aceite para el uso
en un sistema hidraacuteulico industrial son los siguientes
1 El aceite debe contener aditivos que permitan asegurar una buena caracteriacutestica
anti desgaste No todos los aceites presentan estas caracteriacutesticas de manera
notoria
2 El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las caracteriacutesticas
de lubricante y limitante de fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema
hidraacuteulico
3 El aceite debe ser inhibidor de oxidacioacuten y corrosioacuten 4 El aceite debe presentar caracteriacutesticas antiespumantes
Para obtener una oacuteptima vida de funcionamiento tanto del aceite como del sistema
hidraacuteulico se recomienda una temperatura maacutexima de trabajo de 65ordmC
Sistema de transmisioacuten de energiacutea Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Es un sistema en el cual se genera transmite y controla la aplicacioacuten de potencia a traveacutes
del aire comprimido y la circulacioacuten de aceite en un circuito El sistema puede dividirse en tres grandes grupos que observamos en el diagrama de bloques de la figura 11
Comenzando desde la izquierda de] diagrama la
primera seccioacuten corresponde a la conversioacuten de
Energiacutea Eleacutectrica yo Mecaacutenica en un sistema de
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energiacutea Neumaacutetica yo Hidraacuteulica
Un motor eleacutectrico de explosioacuten o de otra naturaleza
estaacute vinculado a una bomba o compresor a cuya
salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presioacuten
En la parte central del diagrama el fluido es conducido a traveacutes de tuberiacutea al lugar de utilizacioacuten
A la derecha en el diagrama el aire comprimido o el
aceite en movimiento produce una reconversioacuten en
Energiacutea mecaacutenica mediante su accioacuten sobre un
cilindro o un motor neumaacutetico o hidraacuteulico Con las
vaacutelvulas se controla la direccioacuten del movimiento la
velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o
cilindro
Leyes fiacutesicas relativas a los fluidos
Hay infinidad de leyes fiacutesicas relativas al
comportamiento de los fluidos muchas de ellas son
utilizadas con propoacutesitos cientiacuteficos o de
experimentacioacuten nosotros nos limitaremos a estudiar
aquellas que tienen aplicacioacuten praacutectica en nuestro trabajo
Ley de Pascal
La ley maacutes elemental de la fiacutesica referida a la
hidraacuteulica y neumaacutetica fue descubierta y formulada
por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de
Pascal que dice
La presioacuten existente en un liacutequido confinado
actuacutea igualmente en todas direcciones y lo hace
formando aacutengulos rectos con la superficie del
recipiente
La presioacuten en un liacutequido soacutelo depende de la
profundidad cualquier incremento de presioacuten en la
superficie debe transmitirse a cada punto en el fluido
Esto lo reconocioacute por primera vez el cientiacutefico franceacutes
Blaise Pascal y se conoce como Ley de Pascal La
figura 1-2 ilustra la Ley de Pascal El fluido confinado
en la seccioacuten de una tuberiacutea ejerce igual fuerza en
todas direcciones y perpendicularmente a las
paredes
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La figura 1-3 muestra la seccioacuten transversal de un recipiente de forma irregular
que tiene paredes riacutegidas El fluido confinado en el ejerce la misma presioacuten en
todas las direcciones tal como lo indican las flechas Si las paredes fueran
flexibles la seccioacuten asumiriacutea forma circular Es entonces la Ley de Pascal que hace
que una manguera contra incendios asuma forma ciliacutendrica cuando es conectada al
suministro Es importante la diferencia entre coacutemo actuacutea la fuerza sobre un fluido
y coacutemo lo hace sobre un soacutelido Puesto que el soacutelido es un cuerpo riacutegido puede
soportar que se le aplique una fuerza sin que cambie apreciablemente su forma
Por otra parte un liacutequido puede soportar una fuerza uacutenicamente en una superficie o frontera cerrada
Nota que la fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo
contiene siempre actuacutea en forma perpendicular a esas paredes Eacutesta es una
caracteriacutestica propia de los fluidos que hace que el concepto de presioacuten sea muy
uacutetil Si se perforan agujeros a los lados y al fondo de un barril con agua se
demuestra que la fuerza ejercida por el agua es en cualquier parte perpendicular a
la superficie del barril
Cualquier persona que haya tratado de mantener una balsa por debajo de la
superficie del agua se convence de inmediato de la existencia de una presioacuten hacia
arriba En realidad nos damos cuenta que Los fluidos ejercen presioacuten en todas
direcciones
Aplicacioacuten de la Ley de Pascal por Bramah
En los primeros antildeos de la Revolucioacuten Industrial un mecaacutenico de origen britaacutenico
llamado Joseph Bramah utilizoacute el descubrimiento de Pascal y por ende el llamado Principio de Pascal para fabricar una prensa hidraacuteulica
Bramah pensoacute que si una pequentildea fuerza actuaba sobre un aacuterea pequentildea eacutesta
creariacutea una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor el
uacutenico liacutemite a la fuerza que puede ejercer una maacutequina es el aacuterea a la cual se
aplica la presioacuten
Esto se puede apreciar en el siguiente ejemplo
iquestQueacute fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10000 kg
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Considerar los datos del dibujo
Como p = FA
A2 = 10 cmsup2 K = 10000 kgf
p2 = 10000 kgf 10 cmsup2 =gt p2 = 1000 kgfcmsup2
Como en un circuito cerrado de acuerdo al principio de Pascal la presioacuten es igual
en todas direcciones normales a las superficies de medicioacuten se puede decir que la presioacuten aplicada al aacuterea 2 es igual que la aplicada al aacuterea 1
p1 = p2
F1 = 1000 kgfcmsup2 x 5 cmsup2 =gt F1 = 5000 kgf
F = p x A
De esto se concluye que el aacuterea es inversamente proporcional a la presioacuten y directamente proporcional a la fuerza
Para el ejemplo se tiene que el equilibrio se logra aplicando una fuerza menor que el peso ya que el aacuterea es menor que la que soporta el peso
Un claro ejemplo de esto son los gatos hidraacuteulicos
Ley Boyle
La relacioacuten baacutesica entre la presioacuten de un gas y su volumen
esta expresada en la Ley de Boyle que establece
La presioacuten absoluta de un gas confinado en un
recipiente varia en forma inversa a su volumen
cuando la temperatura permanece constante
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Para la resolucioacuten de problemas la Ley de Boyle se escribe
de la siguiente forma
En estas formulas P1 y V1 son la presioacuten y volumen inicial
de un gas y P2 y V2 la presioacuten y volumen despueacutes de que
el gas haya sido comprimido o expandido
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten
absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle En la figura 1-4 A 40 cmsup3 de
gas estaacuten contenidas en un recipiente cerrado a una presioacuten P En la figura
1-4B el pistoacuten se ha movido reduciendo el volumen a 20 cmsup3 provocando un incremento de la presioacuten 2P
En la figura 1-4 C el pistoacuten ha comprimido el gas a 10 cmsup3 provocando un incremento de cuatro veces la presioacuten original 4P
Existe entonces una relacioacuten inversamente proporcional entre el volumen y la
presioacuten de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante y que
las lecturas de presioacuten sean absolutas es decir referidas al vaciacuteo perfecto
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La Ley de Boyle describe el comportamiento de un gas llamado perfecto El
aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a
presiones menores de 70 Kgcmsup2 y los caacutelculos empleando la Ley de Boyle
ofrecen resultados aceptables No ocurre lo mismo con ciertos gases particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno
Caacutelculo
Partiendo con 40 cmsup3 de gas confinado a una presioacuten manomeacutetrica de 3
Kgcmsup2 fig 1-5 A cual seraacute la presioacuten final despueacutes de que el gas haya sido
comprimido a un volumen cuatro veces menor
Primero convertiremos la presioacuten manomeacutetrica en absoluta 3 + 1033 = 4033 Kpcmsup2
A continuacioacuten aplicaremos la ley de Boyle Siacute el volumen se redujo a 14 la
presioacuten se habraacute multiplicado por 4 es decir 4033 x 4 = 16132 Kpcmsup2 (absoluta)
Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manomeacutetrica
16132 - 1033 = 15099 Kpcmsup2
Ley de Charles
Esta ley define la relacioacuten existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presioacuten o ambas
Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemaacuteticos y
cientiacuteficos y su campo de aplicacioacuten es reducido en la praacutectica diaria La ley
establece que
Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la
misma proporcioacuten permaneciendo su presioacuten constante o si la temperatura
del gas se incrementa se incrementa tambieacuten su presioacuten en la misma
proporcioacuten cuando permanece el volumen constante
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Para la solucioacuten de problemas deben emplearse valores de presioacuten y temperatura
absolutos
El efecto de la temperatura en los fluidos
Es bien conocido el efecto de expansioacuten de liacutequidos y gases por aumento de la
temperatura La relacioacuten entre la temperatura volumen y presioacuten de un gas podemos calcularla por la ley de Charles
La expansioacuten del aceite hidraacuteulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas
condiciones por ejemplo un cilindro hidraacuteulico lleno de aceite en una de sus caacutemaras y
desconectado mediante acoplamientos raacutepidos de la liacutenea de alimentacioacuten no presenta lugar para una expansioacuten cuando es expuesto al calor
La presioacuten interna puede alcanzar valores de 350 Kgcmsup2 y aun 1400 Kgcmsup2 dependiendo del incremento de temperatura y caracteriacutesticas del cilindro
Compresibilidad de los Fluidos
Todos los materiales en estado gaseoso liacutequido o soacutelido son compresibles en mayor o
menor grado Para las aplicaciones hidraacuteulicas usuales el aceite hidraacuteulico es
considerado incompresible si bien cuando una fuerza es aplicada la reduccioacuten de volumen seraacute de 12 por cada 70 Kgcmsup2 de presioacuten interna en el seno del fluido
De la misma forma que los disentildeadores de estructuras deben tener en cuenta el
comportamiento del acero a la compresioacuten y elongacioacuten el disentildeado hidraacuteulico en
muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los liacutequidos podemos
citar como ejemplo la rigidez en un servomecanismo o el calculo del volumen de descompresioacuten de una prensa hidraacuteulica para prevenir el golpe de ariete
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Generalidades
El aceite en sistemas hidraacuteulicos desempentildea la doble funcioacuten de lubricar y transmitir potencia
Constituye un factor vital en un sistema hidraacuteulico y por lo tanto debe hacerse una
seleccioacuten cuidadosa del aceite con la asistencia de un proveedor teacutecnicamente bien capacitado
Una seleccioacuten adecuada del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los
componentes del sistema principalmente de las bombas y motores hidraacuteulicos y en general de los actuadores
Algunos de los factores especialmente importantes en la seleccioacuten del aceite para el uso
en un sistema hidraacuteulico industrial son los siguientes
1 El aceite debe contener aditivos que permitan asegurar una buena caracteriacutestica
anti desgaste No todos los aceites presentan estas caracteriacutesticas de manera
notoria
2 El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las caracteriacutesticas
de lubricante y limitante de fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema
hidraacuteulico
3 El aceite debe ser inhibidor de oxidacioacuten y corrosioacuten 4 El aceite debe presentar caracteriacutesticas antiespumantes
Para obtener una oacuteptima vida de funcionamiento tanto del aceite como del sistema
hidraacuteulico se recomienda una temperatura maacutexima de trabajo de 65ordmC
Sistema de transmisioacuten de energiacutea Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Es un sistema en el cual se genera transmite y controla la aplicacioacuten de potencia a traveacutes
del aire comprimido y la circulacioacuten de aceite en un circuito El sistema puede dividirse en tres grandes grupos que observamos en el diagrama de bloques de la figura 11
Comenzando desde la izquierda de] diagrama la
primera seccioacuten corresponde a la conversioacuten de
Energiacutea Eleacutectrica yo Mecaacutenica en un sistema de
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energiacutea Neumaacutetica yo Hidraacuteulica
Un motor eleacutectrico de explosioacuten o de otra naturaleza
estaacute vinculado a una bomba o compresor a cuya
salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presioacuten
En la parte central del diagrama el fluido es conducido a traveacutes de tuberiacutea al lugar de utilizacioacuten
A la derecha en el diagrama el aire comprimido o el
aceite en movimiento produce una reconversioacuten en
Energiacutea mecaacutenica mediante su accioacuten sobre un
cilindro o un motor neumaacutetico o hidraacuteulico Con las
vaacutelvulas se controla la direccioacuten del movimiento la
velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o
cilindro
Leyes fiacutesicas relativas a los fluidos
Hay infinidad de leyes fiacutesicas relativas al
comportamiento de los fluidos muchas de ellas son
utilizadas con propoacutesitos cientiacuteficos o de
experimentacioacuten nosotros nos limitaremos a estudiar
aquellas que tienen aplicacioacuten praacutectica en nuestro trabajo
Ley de Pascal
La ley maacutes elemental de la fiacutesica referida a la
hidraacuteulica y neumaacutetica fue descubierta y formulada
por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de
Pascal que dice
La presioacuten existente en un liacutequido confinado
actuacutea igualmente en todas direcciones y lo hace
formando aacutengulos rectos con la superficie del
recipiente
La presioacuten en un liacutequido soacutelo depende de la
profundidad cualquier incremento de presioacuten en la
superficie debe transmitirse a cada punto en el fluido
Esto lo reconocioacute por primera vez el cientiacutefico franceacutes
Blaise Pascal y se conoce como Ley de Pascal La
figura 1-2 ilustra la Ley de Pascal El fluido confinado
en la seccioacuten de una tuberiacutea ejerce igual fuerza en
todas direcciones y perpendicularmente a las
paredes
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La figura 1-3 muestra la seccioacuten transversal de un recipiente de forma irregular
que tiene paredes riacutegidas El fluido confinado en el ejerce la misma presioacuten en
todas las direcciones tal como lo indican las flechas Si las paredes fueran
flexibles la seccioacuten asumiriacutea forma circular Es entonces la Ley de Pascal que hace
que una manguera contra incendios asuma forma ciliacutendrica cuando es conectada al
suministro Es importante la diferencia entre coacutemo actuacutea la fuerza sobre un fluido
y coacutemo lo hace sobre un soacutelido Puesto que el soacutelido es un cuerpo riacutegido puede
soportar que se le aplique una fuerza sin que cambie apreciablemente su forma
Por otra parte un liacutequido puede soportar una fuerza uacutenicamente en una superficie o frontera cerrada
Nota que la fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo
contiene siempre actuacutea en forma perpendicular a esas paredes Eacutesta es una
caracteriacutestica propia de los fluidos que hace que el concepto de presioacuten sea muy
uacutetil Si se perforan agujeros a los lados y al fondo de un barril con agua se
demuestra que la fuerza ejercida por el agua es en cualquier parte perpendicular a
la superficie del barril
Cualquier persona que haya tratado de mantener una balsa por debajo de la
superficie del agua se convence de inmediato de la existencia de una presioacuten hacia
arriba En realidad nos damos cuenta que Los fluidos ejercen presioacuten en todas
direcciones
Aplicacioacuten de la Ley de Pascal por Bramah
En los primeros antildeos de la Revolucioacuten Industrial un mecaacutenico de origen britaacutenico
llamado Joseph Bramah utilizoacute el descubrimiento de Pascal y por ende el llamado Principio de Pascal para fabricar una prensa hidraacuteulica
Bramah pensoacute que si una pequentildea fuerza actuaba sobre un aacuterea pequentildea eacutesta
creariacutea una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor el
uacutenico liacutemite a la fuerza que puede ejercer una maacutequina es el aacuterea a la cual se
aplica la presioacuten
Esto se puede apreciar en el siguiente ejemplo
iquestQueacute fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10000 kg
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Considerar los datos del dibujo
Como p = FA
A2 = 10 cmsup2 K = 10000 kgf
p2 = 10000 kgf 10 cmsup2 =gt p2 = 1000 kgfcmsup2
Como en un circuito cerrado de acuerdo al principio de Pascal la presioacuten es igual
en todas direcciones normales a las superficies de medicioacuten se puede decir que la presioacuten aplicada al aacuterea 2 es igual que la aplicada al aacuterea 1
p1 = p2
F1 = 1000 kgfcmsup2 x 5 cmsup2 =gt F1 = 5000 kgf
F = p x A
De esto se concluye que el aacuterea es inversamente proporcional a la presioacuten y directamente proporcional a la fuerza
Para el ejemplo se tiene que el equilibrio se logra aplicando una fuerza menor que el peso ya que el aacuterea es menor que la que soporta el peso
Un claro ejemplo de esto son los gatos hidraacuteulicos
Ley Boyle
La relacioacuten baacutesica entre la presioacuten de un gas y su volumen
esta expresada en la Ley de Boyle que establece
La presioacuten absoluta de un gas confinado en un
recipiente varia en forma inversa a su volumen
cuando la temperatura permanece constante
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Para la resolucioacuten de problemas la Ley de Boyle se escribe
de la siguiente forma
En estas formulas P1 y V1 son la presioacuten y volumen inicial
de un gas y P2 y V2 la presioacuten y volumen despueacutes de que
el gas haya sido comprimido o expandido
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten
absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle En la figura 1-4 A 40 cmsup3 de
gas estaacuten contenidas en un recipiente cerrado a una presioacuten P En la figura
1-4B el pistoacuten se ha movido reduciendo el volumen a 20 cmsup3 provocando un incremento de la presioacuten 2P
En la figura 1-4 C el pistoacuten ha comprimido el gas a 10 cmsup3 provocando un incremento de cuatro veces la presioacuten original 4P
Existe entonces una relacioacuten inversamente proporcional entre el volumen y la
presioacuten de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante y que
las lecturas de presioacuten sean absolutas es decir referidas al vaciacuteo perfecto
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La Ley de Boyle describe el comportamiento de un gas llamado perfecto El
aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a
presiones menores de 70 Kgcmsup2 y los caacutelculos empleando la Ley de Boyle
ofrecen resultados aceptables No ocurre lo mismo con ciertos gases particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno
Caacutelculo
Partiendo con 40 cmsup3 de gas confinado a una presioacuten manomeacutetrica de 3
Kgcmsup2 fig 1-5 A cual seraacute la presioacuten final despueacutes de que el gas haya sido
comprimido a un volumen cuatro veces menor
Primero convertiremos la presioacuten manomeacutetrica en absoluta 3 + 1033 = 4033 Kpcmsup2
A continuacioacuten aplicaremos la ley de Boyle Siacute el volumen se redujo a 14 la
presioacuten se habraacute multiplicado por 4 es decir 4033 x 4 = 16132 Kpcmsup2 (absoluta)
Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manomeacutetrica
16132 - 1033 = 15099 Kpcmsup2
Ley de Charles
Esta ley define la relacioacuten existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presioacuten o ambas
Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemaacuteticos y
cientiacuteficos y su campo de aplicacioacuten es reducido en la praacutectica diaria La ley
establece que
Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la
misma proporcioacuten permaneciendo su presioacuten constante o si la temperatura
del gas se incrementa se incrementa tambieacuten su presioacuten en la misma
proporcioacuten cuando permanece el volumen constante
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Para la solucioacuten de problemas deben emplearse valores de presioacuten y temperatura
absolutos
El efecto de la temperatura en los fluidos
Es bien conocido el efecto de expansioacuten de liacutequidos y gases por aumento de la
temperatura La relacioacuten entre la temperatura volumen y presioacuten de un gas podemos calcularla por la ley de Charles
La expansioacuten del aceite hidraacuteulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas
condiciones por ejemplo un cilindro hidraacuteulico lleno de aceite en una de sus caacutemaras y
desconectado mediante acoplamientos raacutepidos de la liacutenea de alimentacioacuten no presenta lugar para una expansioacuten cuando es expuesto al calor
La presioacuten interna puede alcanzar valores de 350 Kgcmsup2 y aun 1400 Kgcmsup2 dependiendo del incremento de temperatura y caracteriacutesticas del cilindro
Compresibilidad de los Fluidos
Todos los materiales en estado gaseoso liacutequido o soacutelido son compresibles en mayor o
menor grado Para las aplicaciones hidraacuteulicas usuales el aceite hidraacuteulico es
considerado incompresible si bien cuando una fuerza es aplicada la reduccioacuten de volumen seraacute de 12 por cada 70 Kgcmsup2 de presioacuten interna en el seno del fluido
De la misma forma que los disentildeadores de estructuras deben tener en cuenta el
comportamiento del acero a la compresioacuten y elongacioacuten el disentildeado hidraacuteulico en
muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los liacutequidos podemos
citar como ejemplo la rigidez en un servomecanismo o el calculo del volumen de descompresioacuten de una prensa hidraacuteulica para prevenir el golpe de ariete
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
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se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
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Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
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Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
energiacutea Neumaacutetica yo Hidraacuteulica
Un motor eleacutectrico de explosioacuten o de otra naturaleza
estaacute vinculado a una bomba o compresor a cuya
salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presioacuten
En la parte central del diagrama el fluido es conducido a traveacutes de tuberiacutea al lugar de utilizacioacuten
A la derecha en el diagrama el aire comprimido o el
aceite en movimiento produce una reconversioacuten en
Energiacutea mecaacutenica mediante su accioacuten sobre un
cilindro o un motor neumaacutetico o hidraacuteulico Con las
vaacutelvulas se controla la direccioacuten del movimiento la
velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o
cilindro
Leyes fiacutesicas relativas a los fluidos
Hay infinidad de leyes fiacutesicas relativas al
comportamiento de los fluidos muchas de ellas son
utilizadas con propoacutesitos cientiacuteficos o de
experimentacioacuten nosotros nos limitaremos a estudiar
aquellas que tienen aplicacioacuten praacutectica en nuestro trabajo
Ley de Pascal
La ley maacutes elemental de la fiacutesica referida a la
hidraacuteulica y neumaacutetica fue descubierta y formulada
por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de
Pascal que dice
La presioacuten existente en un liacutequido confinado
actuacutea igualmente en todas direcciones y lo hace
formando aacutengulos rectos con la superficie del
recipiente
La presioacuten en un liacutequido soacutelo depende de la
profundidad cualquier incremento de presioacuten en la
superficie debe transmitirse a cada punto en el fluido
Esto lo reconocioacute por primera vez el cientiacutefico franceacutes
Blaise Pascal y se conoce como Ley de Pascal La
figura 1-2 ilustra la Ley de Pascal El fluido confinado
en la seccioacuten de una tuberiacutea ejerce igual fuerza en
todas direcciones y perpendicularmente a las
paredes
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
La figura 1-3 muestra la seccioacuten transversal de un recipiente de forma irregular
que tiene paredes riacutegidas El fluido confinado en el ejerce la misma presioacuten en
todas las direcciones tal como lo indican las flechas Si las paredes fueran
flexibles la seccioacuten asumiriacutea forma circular Es entonces la Ley de Pascal que hace
que una manguera contra incendios asuma forma ciliacutendrica cuando es conectada al
suministro Es importante la diferencia entre coacutemo actuacutea la fuerza sobre un fluido
y coacutemo lo hace sobre un soacutelido Puesto que el soacutelido es un cuerpo riacutegido puede
soportar que se le aplique una fuerza sin que cambie apreciablemente su forma
Por otra parte un liacutequido puede soportar una fuerza uacutenicamente en una superficie o frontera cerrada
Nota que la fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo
contiene siempre actuacutea en forma perpendicular a esas paredes Eacutesta es una
caracteriacutestica propia de los fluidos que hace que el concepto de presioacuten sea muy
uacutetil Si se perforan agujeros a los lados y al fondo de un barril con agua se
demuestra que la fuerza ejercida por el agua es en cualquier parte perpendicular a
la superficie del barril
Cualquier persona que haya tratado de mantener una balsa por debajo de la
superficie del agua se convence de inmediato de la existencia de una presioacuten hacia
arriba En realidad nos damos cuenta que Los fluidos ejercen presioacuten en todas
direcciones
Aplicacioacuten de la Ley de Pascal por Bramah
En los primeros antildeos de la Revolucioacuten Industrial un mecaacutenico de origen britaacutenico
llamado Joseph Bramah utilizoacute el descubrimiento de Pascal y por ende el llamado Principio de Pascal para fabricar una prensa hidraacuteulica
Bramah pensoacute que si una pequentildea fuerza actuaba sobre un aacuterea pequentildea eacutesta
creariacutea una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor el
uacutenico liacutemite a la fuerza que puede ejercer una maacutequina es el aacuterea a la cual se
aplica la presioacuten
Esto se puede apreciar en el siguiente ejemplo
iquestQueacute fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10000 kg
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Considerar los datos del dibujo
Como p = FA
A2 = 10 cmsup2 K = 10000 kgf
p2 = 10000 kgf 10 cmsup2 =gt p2 = 1000 kgfcmsup2
Como en un circuito cerrado de acuerdo al principio de Pascal la presioacuten es igual
en todas direcciones normales a las superficies de medicioacuten se puede decir que la presioacuten aplicada al aacuterea 2 es igual que la aplicada al aacuterea 1
p1 = p2
F1 = 1000 kgfcmsup2 x 5 cmsup2 =gt F1 = 5000 kgf
F = p x A
De esto se concluye que el aacuterea es inversamente proporcional a la presioacuten y directamente proporcional a la fuerza
Para el ejemplo se tiene que el equilibrio se logra aplicando una fuerza menor que el peso ya que el aacuterea es menor que la que soporta el peso
Un claro ejemplo de esto son los gatos hidraacuteulicos
Ley Boyle
La relacioacuten baacutesica entre la presioacuten de un gas y su volumen
esta expresada en la Ley de Boyle que establece
La presioacuten absoluta de un gas confinado en un
recipiente varia en forma inversa a su volumen
cuando la temperatura permanece constante
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Para la resolucioacuten de problemas la Ley de Boyle se escribe
de la siguiente forma
En estas formulas P1 y V1 son la presioacuten y volumen inicial
de un gas y P2 y V2 la presioacuten y volumen despueacutes de que
el gas haya sido comprimido o expandido
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten
absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle En la figura 1-4 A 40 cmsup3 de
gas estaacuten contenidas en un recipiente cerrado a una presioacuten P En la figura
1-4B el pistoacuten se ha movido reduciendo el volumen a 20 cmsup3 provocando un incremento de la presioacuten 2P
En la figura 1-4 C el pistoacuten ha comprimido el gas a 10 cmsup3 provocando un incremento de cuatro veces la presioacuten original 4P
Existe entonces una relacioacuten inversamente proporcional entre el volumen y la
presioacuten de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante y que
las lecturas de presioacuten sean absolutas es decir referidas al vaciacuteo perfecto
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La Ley de Boyle describe el comportamiento de un gas llamado perfecto El
aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a
presiones menores de 70 Kgcmsup2 y los caacutelculos empleando la Ley de Boyle
ofrecen resultados aceptables No ocurre lo mismo con ciertos gases particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno
Caacutelculo
Partiendo con 40 cmsup3 de gas confinado a una presioacuten manomeacutetrica de 3
Kgcmsup2 fig 1-5 A cual seraacute la presioacuten final despueacutes de que el gas haya sido
comprimido a un volumen cuatro veces menor
Primero convertiremos la presioacuten manomeacutetrica en absoluta 3 + 1033 = 4033 Kpcmsup2
A continuacioacuten aplicaremos la ley de Boyle Siacute el volumen se redujo a 14 la
presioacuten se habraacute multiplicado por 4 es decir 4033 x 4 = 16132 Kpcmsup2 (absoluta)
Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manomeacutetrica
16132 - 1033 = 15099 Kpcmsup2
Ley de Charles
Esta ley define la relacioacuten existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presioacuten o ambas
Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemaacuteticos y
cientiacuteficos y su campo de aplicacioacuten es reducido en la praacutectica diaria La ley
establece que
Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la
misma proporcioacuten permaneciendo su presioacuten constante o si la temperatura
del gas se incrementa se incrementa tambieacuten su presioacuten en la misma
proporcioacuten cuando permanece el volumen constante
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Para la solucioacuten de problemas deben emplearse valores de presioacuten y temperatura
absolutos
El efecto de la temperatura en los fluidos
Es bien conocido el efecto de expansioacuten de liacutequidos y gases por aumento de la
temperatura La relacioacuten entre la temperatura volumen y presioacuten de un gas podemos calcularla por la ley de Charles
La expansioacuten del aceite hidraacuteulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas
condiciones por ejemplo un cilindro hidraacuteulico lleno de aceite en una de sus caacutemaras y
desconectado mediante acoplamientos raacutepidos de la liacutenea de alimentacioacuten no presenta lugar para una expansioacuten cuando es expuesto al calor
La presioacuten interna puede alcanzar valores de 350 Kgcmsup2 y aun 1400 Kgcmsup2 dependiendo del incremento de temperatura y caracteriacutesticas del cilindro
Compresibilidad de los Fluidos
Todos los materiales en estado gaseoso liacutequido o soacutelido son compresibles en mayor o
menor grado Para las aplicaciones hidraacuteulicas usuales el aceite hidraacuteulico es
considerado incompresible si bien cuando una fuerza es aplicada la reduccioacuten de volumen seraacute de 12 por cada 70 Kgcmsup2 de presioacuten interna en el seno del fluido
De la misma forma que los disentildeadores de estructuras deben tener en cuenta el
comportamiento del acero a la compresioacuten y elongacioacuten el disentildeado hidraacuteulico en
muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los liacutequidos podemos
citar como ejemplo la rigidez en un servomecanismo o el calculo del volumen de descompresioacuten de una prensa hidraacuteulica para prevenir el golpe de ariete
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
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se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
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Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
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vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
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La figura 1-3 muestra la seccioacuten transversal de un recipiente de forma irregular
que tiene paredes riacutegidas El fluido confinado en el ejerce la misma presioacuten en
todas las direcciones tal como lo indican las flechas Si las paredes fueran
flexibles la seccioacuten asumiriacutea forma circular Es entonces la Ley de Pascal que hace
que una manguera contra incendios asuma forma ciliacutendrica cuando es conectada al
suministro Es importante la diferencia entre coacutemo actuacutea la fuerza sobre un fluido
y coacutemo lo hace sobre un soacutelido Puesto que el soacutelido es un cuerpo riacutegido puede
soportar que se le aplique una fuerza sin que cambie apreciablemente su forma
Por otra parte un liacutequido puede soportar una fuerza uacutenicamente en una superficie o frontera cerrada
Nota que la fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo
contiene siempre actuacutea en forma perpendicular a esas paredes Eacutesta es una
caracteriacutestica propia de los fluidos que hace que el concepto de presioacuten sea muy
uacutetil Si se perforan agujeros a los lados y al fondo de un barril con agua se
demuestra que la fuerza ejercida por el agua es en cualquier parte perpendicular a
la superficie del barril
Cualquier persona que haya tratado de mantener una balsa por debajo de la
superficie del agua se convence de inmediato de la existencia de una presioacuten hacia
arriba En realidad nos damos cuenta que Los fluidos ejercen presioacuten en todas
direcciones
Aplicacioacuten de la Ley de Pascal por Bramah
En los primeros antildeos de la Revolucioacuten Industrial un mecaacutenico de origen britaacutenico
llamado Joseph Bramah utilizoacute el descubrimiento de Pascal y por ende el llamado Principio de Pascal para fabricar una prensa hidraacuteulica
Bramah pensoacute que si una pequentildea fuerza actuaba sobre un aacuterea pequentildea eacutesta
creariacutea una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor el
uacutenico liacutemite a la fuerza que puede ejercer una maacutequina es el aacuterea a la cual se
aplica la presioacuten
Esto se puede apreciar en el siguiente ejemplo
iquestQueacute fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10000 kg
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Considerar los datos del dibujo
Como p = FA
A2 = 10 cmsup2 K = 10000 kgf
p2 = 10000 kgf 10 cmsup2 =gt p2 = 1000 kgfcmsup2
Como en un circuito cerrado de acuerdo al principio de Pascal la presioacuten es igual
en todas direcciones normales a las superficies de medicioacuten se puede decir que la presioacuten aplicada al aacuterea 2 es igual que la aplicada al aacuterea 1
p1 = p2
F1 = 1000 kgfcmsup2 x 5 cmsup2 =gt F1 = 5000 kgf
F = p x A
De esto se concluye que el aacuterea es inversamente proporcional a la presioacuten y directamente proporcional a la fuerza
Para el ejemplo se tiene que el equilibrio se logra aplicando una fuerza menor que el peso ya que el aacuterea es menor que la que soporta el peso
Un claro ejemplo de esto son los gatos hidraacuteulicos
Ley Boyle
La relacioacuten baacutesica entre la presioacuten de un gas y su volumen
esta expresada en la Ley de Boyle que establece
La presioacuten absoluta de un gas confinado en un
recipiente varia en forma inversa a su volumen
cuando la temperatura permanece constante
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Para la resolucioacuten de problemas la Ley de Boyle se escribe
de la siguiente forma
En estas formulas P1 y V1 son la presioacuten y volumen inicial
de un gas y P2 y V2 la presioacuten y volumen despueacutes de que
el gas haya sido comprimido o expandido
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten
absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle En la figura 1-4 A 40 cmsup3 de
gas estaacuten contenidas en un recipiente cerrado a una presioacuten P En la figura
1-4B el pistoacuten se ha movido reduciendo el volumen a 20 cmsup3 provocando un incremento de la presioacuten 2P
En la figura 1-4 C el pistoacuten ha comprimido el gas a 10 cmsup3 provocando un incremento de cuatro veces la presioacuten original 4P
Existe entonces una relacioacuten inversamente proporcional entre el volumen y la
presioacuten de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante y que
las lecturas de presioacuten sean absolutas es decir referidas al vaciacuteo perfecto
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La Ley de Boyle describe el comportamiento de un gas llamado perfecto El
aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a
presiones menores de 70 Kgcmsup2 y los caacutelculos empleando la Ley de Boyle
ofrecen resultados aceptables No ocurre lo mismo con ciertos gases particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno
Caacutelculo
Partiendo con 40 cmsup3 de gas confinado a una presioacuten manomeacutetrica de 3
Kgcmsup2 fig 1-5 A cual seraacute la presioacuten final despueacutes de que el gas haya sido
comprimido a un volumen cuatro veces menor
Primero convertiremos la presioacuten manomeacutetrica en absoluta 3 + 1033 = 4033 Kpcmsup2
A continuacioacuten aplicaremos la ley de Boyle Siacute el volumen se redujo a 14 la
presioacuten se habraacute multiplicado por 4 es decir 4033 x 4 = 16132 Kpcmsup2 (absoluta)
Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manomeacutetrica
16132 - 1033 = 15099 Kpcmsup2
Ley de Charles
Esta ley define la relacioacuten existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presioacuten o ambas
Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemaacuteticos y
cientiacuteficos y su campo de aplicacioacuten es reducido en la praacutectica diaria La ley
establece que
Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la
misma proporcioacuten permaneciendo su presioacuten constante o si la temperatura
del gas se incrementa se incrementa tambieacuten su presioacuten en la misma
proporcioacuten cuando permanece el volumen constante
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Para la solucioacuten de problemas deben emplearse valores de presioacuten y temperatura
absolutos
El efecto de la temperatura en los fluidos
Es bien conocido el efecto de expansioacuten de liacutequidos y gases por aumento de la
temperatura La relacioacuten entre la temperatura volumen y presioacuten de un gas podemos calcularla por la ley de Charles
La expansioacuten del aceite hidraacuteulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas
condiciones por ejemplo un cilindro hidraacuteulico lleno de aceite en una de sus caacutemaras y
desconectado mediante acoplamientos raacutepidos de la liacutenea de alimentacioacuten no presenta lugar para una expansioacuten cuando es expuesto al calor
La presioacuten interna puede alcanzar valores de 350 Kgcmsup2 y aun 1400 Kgcmsup2 dependiendo del incremento de temperatura y caracteriacutesticas del cilindro
Compresibilidad de los Fluidos
Todos los materiales en estado gaseoso liacutequido o soacutelido son compresibles en mayor o
menor grado Para las aplicaciones hidraacuteulicas usuales el aceite hidraacuteulico es
considerado incompresible si bien cuando una fuerza es aplicada la reduccioacuten de volumen seraacute de 12 por cada 70 Kgcmsup2 de presioacuten interna en el seno del fluido
De la misma forma que los disentildeadores de estructuras deben tener en cuenta el
comportamiento del acero a la compresioacuten y elongacioacuten el disentildeado hidraacuteulico en
muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los liacutequidos podemos
citar como ejemplo la rigidez en un servomecanismo o el calculo del volumen de descompresioacuten de una prensa hidraacuteulica para prevenir el golpe de ariete
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
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se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
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Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
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Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
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Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
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Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
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vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Considerar los datos del dibujo
Como p = FA
A2 = 10 cmsup2 K = 10000 kgf
p2 = 10000 kgf 10 cmsup2 =gt p2 = 1000 kgfcmsup2
Como en un circuito cerrado de acuerdo al principio de Pascal la presioacuten es igual
en todas direcciones normales a las superficies de medicioacuten se puede decir que la presioacuten aplicada al aacuterea 2 es igual que la aplicada al aacuterea 1
p1 = p2
F1 = 1000 kgfcmsup2 x 5 cmsup2 =gt F1 = 5000 kgf
F = p x A
De esto se concluye que el aacuterea es inversamente proporcional a la presioacuten y directamente proporcional a la fuerza
Para el ejemplo se tiene que el equilibrio se logra aplicando una fuerza menor que el peso ya que el aacuterea es menor que la que soporta el peso
Un claro ejemplo de esto son los gatos hidraacuteulicos
Ley Boyle
La relacioacuten baacutesica entre la presioacuten de un gas y su volumen
esta expresada en la Ley de Boyle que establece
La presioacuten absoluta de un gas confinado en un
recipiente varia en forma inversa a su volumen
cuando la temperatura permanece constante
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Para la resolucioacuten de problemas la Ley de Boyle se escribe
de la siguiente forma
En estas formulas P1 y V1 son la presioacuten y volumen inicial
de un gas y P2 y V2 la presioacuten y volumen despueacutes de que
el gas haya sido comprimido o expandido
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten
absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle En la figura 1-4 A 40 cmsup3 de
gas estaacuten contenidas en un recipiente cerrado a una presioacuten P En la figura
1-4B el pistoacuten se ha movido reduciendo el volumen a 20 cmsup3 provocando un incremento de la presioacuten 2P
En la figura 1-4 C el pistoacuten ha comprimido el gas a 10 cmsup3 provocando un incremento de cuatro veces la presioacuten original 4P
Existe entonces una relacioacuten inversamente proporcional entre el volumen y la
presioacuten de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante y que
las lecturas de presioacuten sean absolutas es decir referidas al vaciacuteo perfecto
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La Ley de Boyle describe el comportamiento de un gas llamado perfecto El
aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a
presiones menores de 70 Kgcmsup2 y los caacutelculos empleando la Ley de Boyle
ofrecen resultados aceptables No ocurre lo mismo con ciertos gases particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno
Caacutelculo
Partiendo con 40 cmsup3 de gas confinado a una presioacuten manomeacutetrica de 3
Kgcmsup2 fig 1-5 A cual seraacute la presioacuten final despueacutes de que el gas haya sido
comprimido a un volumen cuatro veces menor
Primero convertiremos la presioacuten manomeacutetrica en absoluta 3 + 1033 = 4033 Kpcmsup2
A continuacioacuten aplicaremos la ley de Boyle Siacute el volumen se redujo a 14 la
presioacuten se habraacute multiplicado por 4 es decir 4033 x 4 = 16132 Kpcmsup2 (absoluta)
Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manomeacutetrica
16132 - 1033 = 15099 Kpcmsup2
Ley de Charles
Esta ley define la relacioacuten existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presioacuten o ambas
Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemaacuteticos y
cientiacuteficos y su campo de aplicacioacuten es reducido en la praacutectica diaria La ley
establece que
Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la
misma proporcioacuten permaneciendo su presioacuten constante o si la temperatura
del gas se incrementa se incrementa tambieacuten su presioacuten en la misma
proporcioacuten cuando permanece el volumen constante
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Para la solucioacuten de problemas deben emplearse valores de presioacuten y temperatura
absolutos
El efecto de la temperatura en los fluidos
Es bien conocido el efecto de expansioacuten de liacutequidos y gases por aumento de la
temperatura La relacioacuten entre la temperatura volumen y presioacuten de un gas podemos calcularla por la ley de Charles
La expansioacuten del aceite hidraacuteulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas
condiciones por ejemplo un cilindro hidraacuteulico lleno de aceite en una de sus caacutemaras y
desconectado mediante acoplamientos raacutepidos de la liacutenea de alimentacioacuten no presenta lugar para una expansioacuten cuando es expuesto al calor
La presioacuten interna puede alcanzar valores de 350 Kgcmsup2 y aun 1400 Kgcmsup2 dependiendo del incremento de temperatura y caracteriacutesticas del cilindro
Compresibilidad de los Fluidos
Todos los materiales en estado gaseoso liacutequido o soacutelido son compresibles en mayor o
menor grado Para las aplicaciones hidraacuteulicas usuales el aceite hidraacuteulico es
considerado incompresible si bien cuando una fuerza es aplicada la reduccioacuten de volumen seraacute de 12 por cada 70 Kgcmsup2 de presioacuten interna en el seno del fluido
De la misma forma que los disentildeadores de estructuras deben tener en cuenta el
comportamiento del acero a la compresioacuten y elongacioacuten el disentildeado hidraacuteulico en
muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los liacutequidos podemos
citar como ejemplo la rigidez en un servomecanismo o el calculo del volumen de descompresioacuten de una prensa hidraacuteulica para prevenir el golpe de ariete
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Para la resolucioacuten de problemas la Ley de Boyle se escribe
de la siguiente forma
En estas formulas P1 y V1 son la presioacuten y volumen inicial
de un gas y P2 y V2 la presioacuten y volumen despueacutes de que
el gas haya sido comprimido o expandido
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten
absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle En la figura 1-4 A 40 cmsup3 de
gas estaacuten contenidas en un recipiente cerrado a una presioacuten P En la figura
1-4B el pistoacuten se ha movido reduciendo el volumen a 20 cmsup3 provocando un incremento de la presioacuten 2P
En la figura 1-4 C el pistoacuten ha comprimido el gas a 10 cmsup3 provocando un incremento de cuatro veces la presioacuten original 4P
Existe entonces una relacioacuten inversamente proporcional entre el volumen y la
presioacuten de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante y que
las lecturas de presioacuten sean absolutas es decir referidas al vaciacuteo perfecto
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
La Ley de Boyle describe el comportamiento de un gas llamado perfecto El
aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a
presiones menores de 70 Kgcmsup2 y los caacutelculos empleando la Ley de Boyle
ofrecen resultados aceptables No ocurre lo mismo con ciertos gases particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno
Caacutelculo
Partiendo con 40 cmsup3 de gas confinado a una presioacuten manomeacutetrica de 3
Kgcmsup2 fig 1-5 A cual seraacute la presioacuten final despueacutes de que el gas haya sido
comprimido a un volumen cuatro veces menor
Primero convertiremos la presioacuten manomeacutetrica en absoluta 3 + 1033 = 4033 Kpcmsup2
A continuacioacuten aplicaremos la ley de Boyle Siacute el volumen se redujo a 14 la
presioacuten se habraacute multiplicado por 4 es decir 4033 x 4 = 16132 Kpcmsup2 (absoluta)
Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manomeacutetrica
16132 - 1033 = 15099 Kpcmsup2
Ley de Charles
Esta ley define la relacioacuten existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presioacuten o ambas
Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemaacuteticos y
cientiacuteficos y su campo de aplicacioacuten es reducido en la praacutectica diaria La ley
establece que
Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la
misma proporcioacuten permaneciendo su presioacuten constante o si la temperatura
del gas se incrementa se incrementa tambieacuten su presioacuten en la misma
proporcioacuten cuando permanece el volumen constante
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Para la solucioacuten de problemas deben emplearse valores de presioacuten y temperatura
absolutos
El efecto de la temperatura en los fluidos
Es bien conocido el efecto de expansioacuten de liacutequidos y gases por aumento de la
temperatura La relacioacuten entre la temperatura volumen y presioacuten de un gas podemos calcularla por la ley de Charles
La expansioacuten del aceite hidraacuteulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas
condiciones por ejemplo un cilindro hidraacuteulico lleno de aceite en una de sus caacutemaras y
desconectado mediante acoplamientos raacutepidos de la liacutenea de alimentacioacuten no presenta lugar para una expansioacuten cuando es expuesto al calor
La presioacuten interna puede alcanzar valores de 350 Kgcmsup2 y aun 1400 Kgcmsup2 dependiendo del incremento de temperatura y caracteriacutesticas del cilindro
Compresibilidad de los Fluidos
Todos los materiales en estado gaseoso liacutequido o soacutelido son compresibles en mayor o
menor grado Para las aplicaciones hidraacuteulicas usuales el aceite hidraacuteulico es
considerado incompresible si bien cuando una fuerza es aplicada la reduccioacuten de volumen seraacute de 12 por cada 70 Kgcmsup2 de presioacuten interna en el seno del fluido
De la misma forma que los disentildeadores de estructuras deben tener en cuenta el
comportamiento del acero a la compresioacuten y elongacioacuten el disentildeado hidraacuteulico en
muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los liacutequidos podemos
citar como ejemplo la rigidez en un servomecanismo o el calculo del volumen de descompresioacuten de una prensa hidraacuteulica para prevenir el golpe de ariete
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
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se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
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Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
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Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
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Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
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Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
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Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
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vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
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La Ley de Boyle describe el comportamiento de un gas llamado perfecto El
aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a
presiones menores de 70 Kgcmsup2 y los caacutelculos empleando la Ley de Boyle
ofrecen resultados aceptables No ocurre lo mismo con ciertos gases particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno
Caacutelculo
Partiendo con 40 cmsup3 de gas confinado a una presioacuten manomeacutetrica de 3
Kgcmsup2 fig 1-5 A cual seraacute la presioacuten final despueacutes de que el gas haya sido
comprimido a un volumen cuatro veces menor
Primero convertiremos la presioacuten manomeacutetrica en absoluta 3 + 1033 = 4033 Kpcmsup2
A continuacioacuten aplicaremos la ley de Boyle Siacute el volumen se redujo a 14 la
presioacuten se habraacute multiplicado por 4 es decir 4033 x 4 = 16132 Kpcmsup2 (absoluta)
Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manomeacutetrica
16132 - 1033 = 15099 Kpcmsup2
Ley de Charles
Esta ley define la relacioacuten existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presioacuten o ambas
Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemaacuteticos y
cientiacuteficos y su campo de aplicacioacuten es reducido en la praacutectica diaria La ley
establece que
Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la
misma proporcioacuten permaneciendo su presioacuten constante o si la temperatura
del gas se incrementa se incrementa tambieacuten su presioacuten en la misma
proporcioacuten cuando permanece el volumen constante
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Para la solucioacuten de problemas deben emplearse valores de presioacuten y temperatura
absolutos
El efecto de la temperatura en los fluidos
Es bien conocido el efecto de expansioacuten de liacutequidos y gases por aumento de la
temperatura La relacioacuten entre la temperatura volumen y presioacuten de un gas podemos calcularla por la ley de Charles
La expansioacuten del aceite hidraacuteulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas
condiciones por ejemplo un cilindro hidraacuteulico lleno de aceite en una de sus caacutemaras y
desconectado mediante acoplamientos raacutepidos de la liacutenea de alimentacioacuten no presenta lugar para una expansioacuten cuando es expuesto al calor
La presioacuten interna puede alcanzar valores de 350 Kgcmsup2 y aun 1400 Kgcmsup2 dependiendo del incremento de temperatura y caracteriacutesticas del cilindro
Compresibilidad de los Fluidos
Todos los materiales en estado gaseoso liacutequido o soacutelido son compresibles en mayor o
menor grado Para las aplicaciones hidraacuteulicas usuales el aceite hidraacuteulico es
considerado incompresible si bien cuando una fuerza es aplicada la reduccioacuten de volumen seraacute de 12 por cada 70 Kgcmsup2 de presioacuten interna en el seno del fluido
De la misma forma que los disentildeadores de estructuras deben tener en cuenta el
comportamiento del acero a la compresioacuten y elongacioacuten el disentildeado hidraacuteulico en
muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los liacutequidos podemos
citar como ejemplo la rigidez en un servomecanismo o el calculo del volumen de descompresioacuten de una prensa hidraacuteulica para prevenir el golpe de ariete
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
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se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
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Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
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Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
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Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
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Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
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Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
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vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Para la solucioacuten de problemas deben emplearse valores de presioacuten y temperatura
absolutos
El efecto de la temperatura en los fluidos
Es bien conocido el efecto de expansioacuten de liacutequidos y gases por aumento de la
temperatura La relacioacuten entre la temperatura volumen y presioacuten de un gas podemos calcularla por la ley de Charles
La expansioacuten del aceite hidraacuteulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas
condiciones por ejemplo un cilindro hidraacuteulico lleno de aceite en una de sus caacutemaras y
desconectado mediante acoplamientos raacutepidos de la liacutenea de alimentacioacuten no presenta lugar para una expansioacuten cuando es expuesto al calor
La presioacuten interna puede alcanzar valores de 350 Kgcmsup2 y aun 1400 Kgcmsup2 dependiendo del incremento de temperatura y caracteriacutesticas del cilindro
Compresibilidad de los Fluidos
Todos los materiales en estado gaseoso liacutequido o soacutelido son compresibles en mayor o
menor grado Para las aplicaciones hidraacuteulicas usuales el aceite hidraacuteulico es
considerado incompresible si bien cuando una fuerza es aplicada la reduccioacuten de volumen seraacute de 12 por cada 70 Kgcmsup2 de presioacuten interna en el seno del fluido
De la misma forma que los disentildeadores de estructuras deben tener en cuenta el
comportamiento del acero a la compresioacuten y elongacioacuten el disentildeado hidraacuteulico en
muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los liacutequidos podemos
citar como ejemplo la rigidez en un servomecanismo o el calculo del volumen de descompresioacuten de una prensa hidraacuteulica para prevenir el golpe de ariete
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
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Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
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Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
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Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
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Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
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Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
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vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
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Transmisioacuten de Potencia
La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisioacuten de potencia en
los sistemas neumaacuteticos e hidraacuteulicos Una fuerza mecaacutenica trabajo o potencia es
aplicada en el pistoacuten A La presioacuten interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistoacuten B
Seguacuten la ley de Pascal la presioacuten desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos
por la que la fuerza desarrollada en el pistoacuten B es igual a la fuerza ejercida en el fluido
por el pistoacuten A asumiendo que los diaacutemetros de A y B son iguales
Transmisioacuten de Potencia a traveacutes de una tuberiacutea
El largo cilindro de la figura 1-7 puede ser dividido en dos cilindros individuales del
mismo diaacutemetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una
cantildeeriacutea El mismo principio de transmisioacuten de la fuerza puede ser aplicado y la fuerza desarrollada en el pistoacuten B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistoacuten A
La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales La
figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidraacuteulicos yo neumaacuteticos al poder
ubicarse los componentes aislantes no de otro y transmitir las fuerzas en forma
inmediata a traveacutes de distancias considerables con escasas perdidas Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posicioacuten
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Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Aun doblando esquinas pueden transmitirse a traveacutes de tuberiacuteas relativamente pequentildeas con pequentildeas perdidas de potencia
La distancia L que separa la generacioacuten pistoacuten A del punto de utilizacioacuten pistoacuten B es
usualmente de 15 a 6 metros en los sistemas hidraacuteulicos y de 30 a 60 metros en aire
comprimido Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente disentildeados
Presioacuten Hidraacuteulica
La presioacuten ejercida por un fluido es medida en unidades de presioacuten Las unidades
comuacutenmente utilizadas son
La libra por pulgada cuadrada = PSI
El Kilogramo por centiacutemetro cuadrado = Kgcmsup2
El Kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado = Kpcmsup2
El bar = bar
Existiendo la siguiente relacioacuten aproximada
Kg cmsup2 ~ Kpcmsup2 ~ bar
En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vaacutestago de un pistoacuten se
distribuye sobre toda la superficie de este Por ello para encontrar la presioacuten que se
desarrollaraacute en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistoacuten
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
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se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
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Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
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Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
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vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
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La figura 1-10B una fuerza de 2200 Kg ejercida en el extremo del vaacutestago es
distribuida sobre 200 cmsup2 por lo que la fuerza por cmsup2 seraacute de10 Kg y esto lo indica el manoacutemetro
Este principio tiene caraacutecter reversible en la figura 1-11 la presioacuten interna del fluido
actuando sobre el aacuterea del pistoacuten produce una fuerza de empuje en el extremo del vaacutestago
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
Importante Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presioacuten absoluta y no manomeacutetrica
La presioacuten absoluta es la presioacuten que ejerce el aire atmosfeacuterico que es igual a
1033 Kp cmsup2 = 1 atmoacutesfera (kilogramo fuerza por centiacutemetro cuadrado)
La presioacuten interna indicada por el manoacutemetro 70Kgcmsup2 actuacutea sobre 120 cmsup2 de aacuterea de pistoacuten produciendo un empuje de 8400 Kg
No olvidemos que para hallar la superficie de un pistoacuten debemos aplicar la formula
AacuteREA = PI R2
Cantildeeriacuteas de Servicio
Estas cantildeeriacuteas o bajadas constituyen las alimentaciones a los equipos y
dispositivos y herramientas neumaacuteticas en sus extremos se disponen
acoplamientos raacutepidos y equipos de proteccioacuten integrados por filtros vaacutelvula
reguladora de presioacuten y lubricador neumaacutetico Su dimensioacuten debe realizarse de
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forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
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se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
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Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
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Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
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Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
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Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
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Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
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vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 msegundo
Cantildeeriacuteas de Interconexioacuten
El dimensionado de estas tuberiacuteas no siempre se tiene en cuenta y esto
ocasiona serios inconvenientes en los equipos dispositivos y herramientas
neumaacuteticas alimentados por estas liacuteneas Teniendo en cuenta que estos tramos
de tuberiacutea son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulacioacuten mayores del orden de los 20 mseg
Caiacuteda de Presioacuten en tuberiacuteas
Es importante recordar que la perdida de presioacuten en tuberiacuteas solo se produce
cuando el fluido esta en movimiento es decir cuando hay circulacioacuten Cuando esta cesa caso de la figura 1-23 las caiacutedas de presioacuten desaparecen y los tres
manoacutemetros daraacuten ideacutentico valor
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapoacuten del extremo
apareceraacuten perdidas de presioacuten por circulacioacuten que podemos leer en los
manoacutemetros de la Fig1-24 Cuando maacutes larga sea la tuberiacutea y maacutes severas las
restricciones mayores seraacuten las perdidas de presioacuten
Si quitamos las restricciones una gran proporcioacuten de la perdida de presioacuten
desaparece En un sistema bien dimensionado la perdida de presioacuten natural a
traveacutes de la tuberiacutea y vaacutelvulas seraacute realmente pequentildea como lo indican los
manoacutemetros de la Fig1-25
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
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se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
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Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
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Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
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Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
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Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
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Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
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vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
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Caiacutedas de presioacuten en vaacutelvulas
Las vaacutelvulas presentan perdidas de presioacuten localizadas por ello deben ser
correctamente dimensionadas Una vaacutelvula subdimensionada provocaraacute
perdidas de potencia y velocidad una sobre dimensionada seraacute
econoacutemicamente cara
Las recomendaciones precisas figuran en los cataacutelogos de los fabricantes pero
para establecer una norma general diremos
Vaacutelvulas Hidraacuteulicas Una velocidad de 4 mseg Es considerada estaacutendar para
aplicaciones generales Por ello el tamantildeo de la vaacutelvula puede ser el mismo que el diaacutemetro de cantildeeriacutea de la tabla para liacuteneas de presioacuten
En condiciones especiales pueden utilizarse tamantildeos mayores o menores
Vaacutelvulas Neumaacuteticas
Una regla similar puede utilizarse aquiacute El tamantildeo de los orificios de conexioacuten
de los cilindros neumaacuteticos es una guiacutea razonable para el tamantildeo de la vaacutelvula Como excepcioacuten se presentan los siguientes casos
1 Cuando una vaacutelvula comanda varios cilindros
2 Cuando se requieren altas velocidades de operacioacuten en un cilindro
3 Cuando el cilindro operara siempre a bajas velocidades
Peacuterdida de Presioacuten en un Circuito Automaacutetico
No todas las caiacutedas de presioacuten son malas En la figura siguiente hay un diagrama que
ilustra una teacutecnica importante utilizada en la automacioacuten de circuitos y aplicada en
neumaacutetica e hidraacuteulica Cuando el cilindro de la Fig1-26 llega a su posicioacuten de trabajo
una sentildeal eleacutectrica es obtenida para poner en funcionamiento la proacutexima operacioacuten en un ciclo automaacutetico
Nuestra descripcioacuten comienza con plena presioacuten disponible en la bomba o compresor
pero con la vaacutelvula de control cerrada de manera que el cilindro se encuentra retraiacutedo
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
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Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
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retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
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se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
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rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
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Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
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Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
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Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
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Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
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Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
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vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17
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El primer manoacutemetro indica 100 PSI (7Kgcm2) Las dos restantes indican 0 El
presostato estaacute ajustado a 80 PSI
Con la vaacutelvula abierta el fluido se dirige al cilindro La restriccioacuten representa la peacuterdida de carga de una tuberiacutea
Cuando el fluido comienza a circular una perdida de presioacuten es generada y esta
ilustrada por la lectura de los sucesivos manoacutemetros El cilindro se desplaza
libremente requiriendo solamente 20PSI para moverse el remanente de presioacuten
disponible es consumido a lo largo de la liacutenea El presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo el movimiento de
fluido cesa y en la caacutemara del cilindro (y en el presostato) la presioacuten alcanza su valor
maacuteximo 100 PSI Una sentildeal eleacutectrica procedente del presostato comandaraacute la siguiente funcioacuten de un ciclo automaacutetico
CAIacuteDA DE PRESIOacuteN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRAacuteULICA
Las figuras 1-28 y 1-29 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa
Se pueden efectuar grandes economiacuteas cuando las necesidades de maacutexima fuerza a
desarrollar por la prensa son necesarias uacutenicamente en condiciones estaacuteticas o a traveacutes de muy cortas carreras
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Las vaacutelvulas y tuberiacuteas se subdimensionan a propoacutesito por razones econoacutemicas pero
en la operacioacuten de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales Esto es cierto ya que
se basa en el principio ya visto de que no hay caiacutedas de presioacuten cuando no existe circulacioacuten He aquiacute como opera
El cilindro recibe fluido hidraacuteulico desde la bomba y se mueve libremente La
restriccioacuten en la liacutenea representa la resistencia a la circulacioacuten a traveacutes de vaacutelvulas y
tuberiacuteas subdimensionadas Esta restriccioacuten no reduce el volumen de aceite procedente
de la bomba hidraacuteulica de desplazamiento positivo tal como veremos al estudiar estos elementos
La restriccioacuten en cambio consume una buena proporcioacuten de la presioacuten que es capaz de
desarrollar la bomba pero esto no tiene importancia por que solamente una muy pequentildea presioacuten es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre
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En este diagrama el cilindro llega a su posicioacuten de trabajo Cuando el cilindro se
detiene cesa la circulacioacuten de fluido a traveacutes de las vaacutelvulas y tuberiacutea y la caiacuteda de
presioacuten desaparece del sistema Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a
pesar de lo pequentildeo de las vaacutelvulas y tuberiacuteas Estas figuras son diagramas en bloque
en la realidad cuando el cilindro se detiene todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a traveacutes de una vaacutelvula de alivio no mostrada en la figura 1-29
Hidraacuteulica Tanques y depoacutesitos accesorios circuitos hidraacuteulicos
ACUMULADORES
Los fluidos usados en los sistemas hidraacuteulicos no pueden ser comprimidos
como los gases y asiacute almacenarse para ser usados en diferentes lugares o a tiempos distintos
Un acumulador consiste en un depoacutesito destinado a almacenar una cantidad
de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presioacuten mediante una fuerza externa
El fluido hidraacuteulico bajo presioacuten entra a las caacutemaras del acumulador y hace
una de estas tres funciones comprime un resorte comprime un gas o levanta
un peso y posteriormente cualquier caiacuteda de presioacuten en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez
Los acumuladores en los cilindros hidraacuteulicos se pueden aplicar como
Acumulador de energiacutea
Antigolpe de ariete
Antipulsaciones
Compensador de fugas
Fuerza auxiliar de emergencias
Amortiguador de vibraciones
Transmisor de energiacutea de un fluido a otro
Acumulador de contrapeso
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El acumulador cargado por peso ejerce una fuerza sobre el liacutequido
almacenado por medio de grandes pesos que actuacutean sobre el pistoacuten o
eacutembolo Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado como
hierro concreto e incluso agua
Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamantildeo en
algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros Pueden prestar
servicio a varios sistemas hidraacuteulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en faacutebricas y sistemas hidraacuteulicos centrales
Su capacidad para almacenar fluidos a presioacuten relativamente constante tanto
si se encuentran llenos como casi vaciacuteos representa una ventaja con respecto
a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracteriacutestica La fuerza
aplicada por el peso sobre el liacutequido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador
Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es
que generan sobrepresiones Cuando se encuentran descargando con rapidez
y se detienen repentinamente la inercia del peso podriacutea ocasionar variaciones
de presioacuten excesivas en el sistema Esto puede producir fugas en las tuberiacuteas
y accesorios ademaacutes de causar la fatiga del metal lo cual acorta la vida uacutetil
de los componentes
Acumulador cargado por muelle
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En los acumuladores cargados por resorte la fuerza se aplica al liacutequido
almacenado por medio de un pistoacuten sobre el cual actuacutea un resorte Suelen ser
maacutes pequentildeos que los cargados por peso y su capacidad es de soacutelo algunos
litros Usualmente dan servicio a sistemas hidraacuteulicos individuales y operan a baja presioacuten en la mayoriacutea de los casos
Mientras el liacutequido se bombea al interior del acumulador la presioacuten del fluido
almacenado se determina por la compresioacuten del resorte Si el pistoacuten se
moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte la presioacuten
almacenada seriacutea mayor que en el caso de un resorte comprimido tan soacutelo cuatro pulgadas
A pesar de los sellos del pistoacuten cierta cantidad de fluido almacenado podriacutea
infiltrarse al interior de la caacutemara del resorte del acumulador Para evitar la
acumulacioacuten de fluido un orificio de respiracioacuten practicado en la caacutemara permitiraacute la descarga del fluido cuando sea necesario
Acumulador de Pistoacuten
Un acumulador de tipo pistoacuten consiste en un cuerpo ciliacutendrico y un pistoacuten
moacutevil con sellos elaacutesticos El gas ocupa el volumen por encima del pistoacuten y se
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comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo ciliacutendrico Al salir el
fluido del acumulador la presioacuten del gas desciende Una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado el pistoacuten alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador
Acumulador de gas no separado
Los acumuladores de gas no separado consisten en un depoacutesito en el que se
coloca un volumen de fluido y a continuacioacuten se le da la presioacuten al gas
Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un maacuteximo y un miacutenimo dentro del acumulador
Este acumulador es sencillo de construccioacuten econoacutemico y se puede realizar
para caudales medianos Tiene el inconveniente de que existe el peligro de que el gas se mezcle con el aceite
Acumulador de Diafragma
El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metaacutelicos
atornillados juntos pero cuyo volumen interior se halla separado por un
diafragma de hule sinteacutetico el gas ocupa el hemisferio superior Cuando el
fluido entra en el espacio inferior el gas se comprime Al descargar todo el
liacutequido el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del
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acumulador
Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequentildeos y presiones medias
Acumulador de vejiga
El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo
interior se encuentra una vejiga de hule sinteacutetico que contiene al gas Cuando
el fluido entra al interior del casco el gas en la vejiga se comprime
La presioacuten disminuye conforme el fluido sale del casco una vez que todo el
liacutequido ha sido descargado la presioacuten del gas intenta empujar la vejiga a
traveacutes de la salida del acumulador Sin embargo una vaacutelvula colocada encima
del puerto de salida interrumpe automaacuteticamente el flujo cuando la vejiga
presiona el tapoacuten de la misma
Observaciones
No cargar nunca un acumulador con oxiacutegeno o con aire
Descargar la presioacuten hidraacuteulica antes de quitar el acumulador
Antes de despiezar el acumulador quitar presioacuten hidraacuteulica y presioacuten de gas
Tanques y Depoacutesitos
La funcioacuten natural de un tanque hidraacuteulico es contener o almacenar el fluido
de un sistema hidraacuteulico En queacute consiste un tanque hidraacuteulico en un
sistema hidraacuteulico industrial en donde no hay problemas de espacio y puede
considerarse la obtencioacuten de un buen disentildeo los tanques hidraacuteulicos consisten
de cuatro paredes (normalmente de acero) un fondo con desnivel una tapa
plana con una placa para montaje cuatro patas liacuteneas de succioacuten retorno y
drenaje tapoacuten de drenaje indicador de nivel de aceite tapoacuten para llenado y
respiracioacuten una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placa deflectora
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Ademaacutes de funcionar como un contenedor de fluido un tanque tambieacuten sirve
para enfriar el fluido permitir asentarse a los contaminantes y el escape del
aire retenido
Cuando el fluido regresa al tanque una placa deflectora bloquea el fluido de
retorno para impedir su llegada directamente a la liacutenea de succioacuten Asiacute se
produce una zona tranquila la cual permite sedimentarse a las partiacuteculas
grandes de suciedad que el aire alcance la superficie del fluido y da
oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque
La desviacioacuten del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada
operacioacuten del tanque Por esta razoacuten todas las liacuteneas que regresan fluido al
tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la liacutenea de succioacuten
La mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos de tamantildeo pequentildeo a mediano utilizan
los tanques o depoacutesitos como base de montaje para la bomba motor
eleacutectrico vaacutelvula de alivio y a menudo otras vaacutelvulas de control Este conjunto se llama Unidad de bombeo Unidad Generada de Presioacuten etc
La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccioacuten
Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva
soldadas cuplas para recibir la conexioacuten de tuberiacuteas de retorno y drenaje Se
colocan guarniciones alrededor de las tuberiacuteas que pasan a traveacutes de la tapa para eliminar la entrada de aire
El tanque se completa con un indicador de nivel un filtro de respiracioacuten que impide la entrada de aire sucio
La posicioacuten de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig2-7)
En primer lugar establecer la separacioacuten entre la liacutenea de succioacuten y la descarga de retorno
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En segundo lugar la capacidad de radiacioacuten de temperatura del tanque puede
ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7
Para sistemas corrientes el tamantildeo del tanque debe ser tal que el aceite
permanezca en su interior de uno a tres minutos antes de recircular Esto
quiere decir que siacute el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto el tanque
debe tener una capacidad de 60 a 180 litros En muchas instalaciones la
disponibilidad de espacio fiacutesico no permite el empleo de tanques de gran
capacidad especialmente en equipos moacuteviles Las transmisiones hidrostaacuteticas
en lazo cerrado constituyen una excepcioacuten a la regla ordinariamente
emplean tanques relativamente pequentildeos
Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones de bajas temperaturas
Accesorios para tanques
En la Fig2-8 vemos un nivel visible para tanques este elemento construido en plaacutestico
permite que el operador no solo verifique el nivel sino tambieacuten la condicioacuten de emulsioacuten del aceite
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Tapa de llenado el orificio de llenado
debe ser cubierto por una tapa
preferentemente retenida por una cadena
En la figura 2-9 ilustramos un tipo que usa
una coladera para filtrar el aceite que se
verteraacute hacia el tanque
Los depoacutesitos hidraacuteulicos estaacuten venteados
a la atmoacutesfera Por ello la conexioacuten de venteo debe estar protegida por un filtro
Cuando los sistemas operan en una
atmoacutesfera limpia puede emplearse un filtro
de respiracioacuten de bajo costo como el de la
figura 2-10 Pero si se opera en
atmoacutesferas muy contaminadas deben
emplearse filtros de alta calidad capaces
de retener partiacuteculas mayores de 10
micrones
FILTROS
Coladera de Succioacuten La mayoriacutea de las bombas utilizan para su
proteccioacuten un filtro destinado a retener partiacuteculas soacutelidas en la aspiracioacuten
La practica usual cuando se emplean aceites minerales estaacutendar es
utilizar coladeras de malla metaacutelica capaces de retener partiacuteculas
mayores de 150 micrones Cuando se emplean fluidos igniacutefugos que
tienen un peso especifico superior al aceite es preferible emplear
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coladeras de malla 60 capaces de retener partiacuteculas mayores de 200 micrones para evitar la cavitacioacuten de la bomba
Con la introduccioacuten de bombas y vaacutelvulas con alto grado de precisioacuten
operacioacuten a presiones elevadas y altas eficiencias el empleo de la
coladera de aspiracioacuten no es proteccioacuten suficiente para el sistema si se quiere obtener una larga vida del mismo
El propoacutesito de la filtracioacuten no es solo prolongar la vida uacutetil de los
componentes hidraacuteulicos si no tambieacuten evitar paradas producidas por la
acumulacioacuten de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las
modernas vaacutelvulas y servovaacutelvulas Para prolongar la vida uacutetil de los
aparatos hidraacuteulicos es de vital importancia emplear aceites limpios de
buena calidad y no contaminado La limpieza de los aceites se puede
lograr reteniendo las partiacuteculas nocivas o dantildeinas y efectuando los
cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los
fabricantes o que determinan las especificaciones teacutecnicas del aceite yo elementos del circuito
Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser
entre otros
Agua
Aacutecidos
Hilos y fibras
Polvo partiacuteculas de junta y pintura
Y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos
contaminantes puede procurarse lo siguiente
1 En reparaciones limpiar profusamente
2 limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3 cambiar el aceite contaminado perioacutedicamente
4 contar con un programa de mantencioacuten del sistema hidraacuteulico
5 cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Elementos filtrantes
La funcioacuten de un filtro mecaacutenico es remover la suciedad de un fluido
hidraacuteulico Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a traveacutes de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad
Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos de profundidad y de superficie
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La figura 2-11 no muestra un filtro micronico que puede ser empleado
en el retorno o el enviacuteo el elemento filtrante de papel impregnado en
fibra de vidrio metal sinterizado u otros materiales puede ser removido
desenroscando el recipiente Cuando la calda de presioacuten a traveacutes del
elemento se incrementa para evitar el colapso del mismo una vaacutelvula de retencioacuten se abre dando paso libre al aceite
Filtro en Liacutenea
Una configuracioacuten popular y econoacutemica es el filtro en liacutenea de la figura 2-
12 que tambieacuten lleva incluida una vaacutelvula de retencioacuten su desventaja
consiste en que hay que desmontar la tuberiacutea para su mantenimiento
Algunos circuitos de filtrado
Los circuitos que veremos a continuacioacuten utilizan filtros microacutenicos de 10
micrones
En la liacutenea de presioacuten
Elementos tipo profundidad los elementos tipo profundidad obligan al
fluido a pasar a traveacutes de muchas capas de un material de espesor
considerable La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa
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que adopta el fluido
El papel tratado y los materiales sinteacuteticos son medios porosos comuacutenmente usados en elementos de profundidad
Papel micronic Son de hoja de celulosa tratada y grado de
filtracioacuten de 5 a 160m Los que son de hoja plisada aumenta la
superficie filtrante
Filtros de malla de alambre El elemento filtrante es de malla de
un tamiz maacutes o menos grande normalmente de bronce
fosforoso
Filtros de absorcioacuten Asiacute como el agua es retenida por una
esponja el aceite atraviesa el filtro Son de algodoacuten papel y lana
de vidrio
Filtros magneacuteticos Son filtros caros y no muy empleados deben
ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite
circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de
los elementos magneacuteticos mejor para que atraigan las partiacuteculas
ferrosas
Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la
corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta a traveacutes de una
capa de material La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que estaacute orientada hacia el flujo del fluido
La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales
usados en los elementos de superficie
La figura 2-13 vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante
de la vaacutelvula reguladora de presioacuten y alivio Estos filtros deben poseer
una estructura que permite resistir la maacutexima presioacuten del sistema Por
seguridad deben poseer una vaacutelvula de retencioacuten interna La maacutexima
perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI
En el retorno por alivio (ver Fig 2-15)
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En este punto Fig2-14 puede emplearse un filtro de baja presioacuten Es
una disposicioacuten Ideal cuando trabajan vaacutelvulas de control de flujo en
serie y el caudal de exceso se dirige viacutea la vaacutelvula de alivio
permanentemente a tanque La maacutexima perdida de carga recomendada
es de 2 PSI con el elemento limpio
En la liacutenea de retorno
El aceite que retorna del sistema puede pasar a traveacutes de un filtro cuando se dirige a
tanque
CUIDADO Cuando seleccione el tamantildeo de un filtro asiacute recuerde que el caudal de
retorno puede ser mucho mayor que el de la bomba debido a la diferencia de
secciones de ambos lados de los cilindros
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Hidraacuteulica Descripcioacuten funcional de las bombas hidraacuteulicas
BOMBAS
Una bomba hidraacuteulica es un dispositivo tal que recibiendo energiacutea
mecaacutenica de una fuente exterior la transforma en una energiacutea de
presioacuten transmisible de un lugar a otro de un sistema hidraacuteulico a
traveacutes de un liacutequido cuyas moleacuteculas esteacuten sometidas precisamente
a esa presioacuten Las bombas hidraacuteulicas son los elementos
encargados de impulsar el aceite o liacutequido hidraacuteulico transformando la energiacutea mecaacutenica rotatoria en energiacutea hidraacuteulica
El proceso de transformacioacuten de energiacutea se efectuacutea en dos etapas aspiracioacuten y descarga
Aspiracioacuten
Al comunicarse energiacutea mecaacutenica a la bomba eacutesta comienza a girar y con
esto se genera una disminucioacuten de la presioacuten en la entrada de la bomba
como el depoacutesito de aceite se encuentra sometido a presioacuten atmosfeacuterica se
genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succioacuten y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba
Descarga
Al entrar aceite la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura
por la forma constructiva que el fluido no retroceda Dado esto el fluido no
encontraraacute mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible consiguieacutendose asiacute la descarga
Clasificacioacuten de las Bombas
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Cilindrada
Se refiere al volumen de aceite que la bomba puede entregar en cada revolucioacuten
Donde
D = Diaacutemetro mayor del engranaje
d = Diaacutemetro menor del engranaje
l = Ancho del engranaje
Unidades cm3rev
Caudal Teoacuterico
Es el caudal que de acuerdo al disentildeo debiera entregar la bomba (caudal Ideal)
Donde
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C = Cilindrada (cm3rev)
N = Rpm (1rev)
Rendimiento Volumeacutetrico
Donde
QR = Caudal Real
QT = Caudal Teoacuterico
Bombas de desplazamiento positivo
Gracias al movimiento ciacuteclico constante de su parte moacutevil una bomba de
desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de liacutequido y soportar (dentro de sus liacutemites) cualquier presioacuten que se requiera
En otras palabras una bomba de desplazamiento positivo genera caudal pero a alta presioacuten
Una bomba de desplazamiento positivo consiste baacutesicamente de una parte
moacutevil alojada dentro de una carcasa La bomba mostrada en la figura tiene
un eacutembolo como parte moacutevil El eje del eacutembolo estaacute conectado a una
maacutequina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo
constante del eacutembolo El puerto de entrada estaacute conectado al depoacutesito en
los puertos de entrada y salida una bola permite que el liacutequido fluya en un
solo sentido a traveacutes de la carcasa Estas bombas las constituyen las del
tipo oleohidraacuteulico es decir bombas que ademaacutes de generar el caudal lo
desplazan al sistema obligaacutendolo a trabajar este fenoacutemeno se mantiene auacuten a elevadas presiones de funcionamiento
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Las bombas pueden clasificarse ademaacutes dependiendo de la forma en que se
desplaza la parte moacutevil de eacutestas si el desplazamiento es rectiliacuteneo y
alternado entonces se llamaraacuten oscilantes y si el elemento moacutevil gira se llamaraacuten rotativas
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su
oacutergano propulsar no contiene elementos moacuteviles es decir que es de una sola pieza o de varias ensambladas en una sola
A este caso pertenecen las bombas centriacutefugas cuyo elemento propulsor es
el rodete giratorio En este tipo de bombas se transforma la energiacutea
mecaacutenica recibida en energiacutea hidro-cineacutetica imprimiendo a las partiacuteculas
cambios en la proyeccioacuten de sus trayectorias y en la direccioacuten de sus
velocidades Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de
las mismas no tenga contrapresioacuten pues si la hubiera dado que la misma
regula la descarga en el caso liacutemite que la descarga de la bomba estuviera
totalmente cerrada la misma seguiriacutea en movimiento NO generando caudal
alguno trabajando no obstante a plena carga con el maacuteximo consumo de fuerza matriz
Por las caracteriacutesticas sentildealadas en los sistemas hidraacuteulicos de transmisioacuten
hidrostaacutetica de potencia hidraacuteulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo cuando su oacutergano
propulsor contiene elementos moacuteviles de modo tal que por cada revolucioacuten
se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada
independientemente de la contrapresioacuten a la salida En este tipo de bombas
la energiacutea mecaacutenica recibida se transforma directamente en energiacutea de presioacuten que se transmite hidrostaacuteticamente en el sistema hidraacuteulico
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la
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descarga abierta pues a medida que la misma se obstruya aumenta la
presioacuten en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la
rotura de la bomba por tal causal siempre se debe colocar
inmediatamente a la salida de la bomba una vaacutelvula de alivio o de seguridad Con una descarga a tanque y con registro de presioacuten
MONTAJE DE LA BOMBA TRANSMISIONES HIDROSTAacuteTICAS
Para empezar a comprender las unidades de transmisioacuten hidrostaacutetica
comencemos observando los diversos tipos y configuraciones de transmisiones hidrostaacuteticas
El primer tipo es un sistema hidrostaacutetico que consiste en una bomba con un
motor instalado remotamente Seguacuten vemos en la figura siguiente
En este tipo de sistema hidrostaacutetico la bomba hidrostaacutetica se instala junto
al motor de las unidades y es impulsada por eacuteste La bomba estaacute conectada
al motor de impulsioacuten hidraacuteulica mediante mangueras y tuberiacuteas de acero
Estos motores de impulsioacuten hidraacuteulica se pueden instalar directamente en
las ruedas o en el eje de transmisioacuten
Otro tipo de sistema de transmisioacuten hidrostaacutetica es el sistema de bomba y motor en liacutenea
En este sistema el motor y la bomba estaacuten construidos como unidad uacutenica
lo que elimina la necesidad de tuberiacuteas o mangueras de transmisioacuten de
fluidos de alta presioacuten entre la bomba y el motor Esta unidad se instala
generalmente en un eje de transmisioacuten o transaxle
Cuando una bomba es movida en forma directa mediante un motor
eleacutectrico con otros medios es necesaria acoplar los ejes mediante un
manchoacuten elaacutestico
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La accioacuten del manchoacuten o acoplamiento elaacutestico permite corregir desviaciones angulares
y axiales como las indicadas en las Fig 22 y 23 que de no eliminarse significariacutea
someter a los rodamientos de la bomba a una sobrecarga para la cual no han sido originalmente calculados provocando su desgaste prematuro
MONTAJE LATERAL POR POLEA O ENGRANAJE O TRANSMISIOacuteN EN U
Una versioacuten similar es la transmisioacuten en U Cuando es necesario disponer de un
montaje lateral del motor con respecto a la bomba la transmisioacuten puede ser realizada
por engranajes cadena o correa pero en todos los casos esta disposicioacuten significariacutea una carga extra para los rodamientos de la bomba
En este tipo de sistema la bomba y el motor se construyen como un componente
comuacuten ubicaacutendose la bomba por lo general encima del motor
El sistema hidrostaacutetico en U es maacutes compacto mientras el sistema hidrostaacutetico en liacutenea es por lo general maacutes faacutecil de reparar y mantener
Algunas bombas vienen preparadas para soportar estas cargas adicionales y otras no
Cuando estaacuten construidas para este tipo de montaje presentan en su interior un rodamiento extra ubicado en el frente de la carcaza
Cuando su efectuacutea verifica o corrige un montaje lateral como el de la Fig 24 debe
tratarse que la distancia entra el motor y la bomba sean la miacutenimas posible a los efectos de minimizar las cargas sobre el eje de esta uacuteltima
Las bombas que no disponen de este rodamiento extra para el montaje que
describimos pueden ser utilizadas si se provee una disposicioacuten como la que muestra
la Fig Nro 25 donde el motor transmite el movimiento sobre un eje con rodamiento
y este queda acoplado a la bomba mediante un manchoacuten elaacutestico Este eje soporta con sus rodamientos la carga extra
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Una cuidadosa inspeccioacuten de los rodamientos de las bombas en funcionamiento
permitiraacute detectar en forma inequiacutevoca vicios de montaje que como hemos visto son de faacutecil solucioacuten y redundan en una mayor vida uacutetil de la bomba
Los tres sistemas funcionan bien en sus aplicaciones de disentildeo El disentildeo del motor
remoto funciona bien cuando no hay transmisioacuten o cuando la ubicacioacuten del motor y del
sistema de transmisioacuten exige tal configuracioacuten
ADMISIOacuteN Y SALIDA DE PRESIOacuteN
En la mayoriacutea de las bombas la seccioacuten del orificio de admisioacuten es
mayor que el de presioacuten esta regla casi y en general queda
alterada en las bombas de giro bi-direccional donde ambos orificios presentan el mismo diaacutemetro
La razoacuten de las diferencias de diaacutemetros anotada queda justificada
por la necesidad de ingreso de aceite a la bomba al valor maacutes bajo
posible ( maacuteximo 120 metros por segundo) quedaraacute como
consecuencia una miacutenimas peacuterdidas de carga evitaacutendose de esta forma el peligro de la cavitacioacuten
En ninguacuten caso debe disminuirse por razones de instalacioacuten o
reparacioacuten el diaacutemetro nominal de esta conexioacuten que
invariablemente esta dirigida al deposito o tanque como asiacute
tambieacuten mantener la altura entre el nivel miacutenimo de aceite de este
uacuteltimo y la entrada en el cuerpo de la bomba (Ver Fig 26) de
acuerdo a la indicado por el fabricante Para las bombas a
engranajes paletas y pistones sin vaacutelvulas los fabricantes dan
valores de succioacuten del orden de los 4 a 5 pulgadas de mercurio
cuando ellas operan con aceites minerales disminuyendo este
valor a 3 pulgadas de mercurio cuando las bombas operan con fluidos sinteacuteticos
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En general podemos decir que la distancia h de la Fig 26 No debe superar nunca los 80 centiacutemetros
Las bombas de pistones con igual vaacutelvula de admisioacuten y salida no
proveen una succioacuten suficiente para elevar el aceite y funcionar sin
cavitacioacuten por ello se recurre al llenado o alimentacioacuten por
gravedad como vemos en la Fig 27
La observacioacuten de lo anotado permitiraacute el funcionamiento correcto
de las bombas instaladas asegurando su eficiencia mediante una
aspiracioacuten correcta y preservando la vida uacutetil de las mismas al
limitar las posibilidades de la cavitacioacuten por una altura a excesiva o
una seccioacuten de aspiracioacuten menor es la indicada
Uno de los problemas que frecuentemente se presentan es la
aspiracioacuten de aire por parte de la bomba teniendo por
consecuencia un funcionamiento deficiente perdida de presioacuten
excesivo desgaste y funcionamiento sumamente ruidoso
Afortunadamente los puntos por los cuales puede ingresar aire a la bomba estaacuten
perfectamente localizados Consideraremos ahora los que se encuentran entre la bomba propiamente dicha y el tanque
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En la Fig 28 observamos una disposicioacuten corriente de una tuberiacutea de succioacuten en ella
cada conexioacuten de accesorio es decir 1 2 3 y 4 presenta un camino propicio para el
ingreso de aire si bien esta tuberiacutea no soporta presioacuten el empaquetado de los
accesorios y conexiones sentildealadas debe efectuarse con extremo cuidado para impedir
que por succioacuten de la bomba se introduzca aire
Cuando la tuberiacutea de succioacuten se acopla a la bomba mediante una brida A es necesario
prestar especial atencioacuten al aro sello o junta existente entre la brida y el cuerpo de la bomba ya que su estado determinaraacute la posibilidad de ingresa de aire
Un meacutetodo que si bien es poco ortodoxo resulta raacutepido y eficiente para el estado de los
puntos A 1 2 3 y 4 o similares es aplicar mediante un pincel espuma obtenida con
agua y detergente Una raacutepida aparicioacuten de las burbujas nos indicaraacute el sitio exacto por donde se incorpora aire al circuito
El extremo de la tuberiacutea de succioacuten termina en el tanque a traveacutes de una coladera o
totalmente libre seguacuten el caso pero en ambos su ubicacioacuten debe quedar 2 pulgadas
por debajo del nivel miacutenimo del tanque eliminando de esta forma la uacuteltima
posibilidad de ingreso de aire
TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS
Si bien es muy poco probable que en razoacuten del mantenimiento se
intente la fabricacioacuten de alguacuten de una bomba considero importante
sentildealar sus principales caracteriacutesticas constructivas y tolerancias dimensionales
Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas
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difundidas de las bombas en el sector industrial argentino es decir la bomba de paletas un aro ovoide
En la Fig 29 observamos un corte de este tipo de bomba fabricada
por la firma VICKERS con sus partes identificadas consideremos ahora
aquellas que tienen un movimiento relativo entre siacute como la muestra la
Fig 210 este conjunto denominado cartucho de recambio que puede
ser adquirido para cada modelo de bomba permite su
reacondicionamiento total
Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0015 o 0020 una de cada lado
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La pista realizada en acero al Cr o
WGKL SAE 52100 es cementado y
templado y se encuentra rectificada
interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas
El rotor de acero al Cr o Mo o SAE
3312 tiene las superficies de las
ranuras cementadas templadas y
rectificadas
Las paletas a plaquitas estaacuten
realizadas en acero raacutepido y sus caras
y flancos estaacuten rectificados existiendo
una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0010 mm
El eje de mando es de acero SAE
3135 El conjunto mencionado es
fijado el cuerpo de la bomba mediante
una espina de Acero Plata que
atraviesa la pista y ambos platinos
posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo
Durante la rotacioacuten del rotor las
paletas se aplican al perfil interior de
la pista esencialmente por la accioacuten de
la fuerza centriacutefuga y luego por la
accioacuten conjunta de esta y la presioacuten
del aceite que llega por las
derivaciones de las ventanas 5 y 7 de
la Fig 211
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El perfil interior de la pista esta formado entre
las ventanas 5 6 7 y 8 de las platinas por
los arcos de circulo que tiene por centro el del
rotor conforman da sectores de 24ordm cada uno
Las zonas de perfil correspondiente a las
ventana 5 67 y 8 es decir sobre las cuales
se producen la aspiracioacuten y salida estaacuten
trazadas con los centros desplazados con
relacioacuten al centro del rotor gracias a la cual se
obtiene una curva que permita un caudal proporcional al aacutengulo de rotacioacuten del rotor 4
Debido a la conformacioacuten del perfil de la pista
las paletas entran y salen del rotor dos veces
por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando
aceite por 5 y 7 puesta que estas uacuteltimas son
diametralmente opuestas las presiones
hidraacuteulicas sobre el rotor seacute equilibran mutuamente
Conviene sentildealar que las ranuras del rotor no
son radiales sino que tienen una leve
inclinacioacuten alfa de 3ordm a 14ordm para aumentar su
longitud y consecuentemente el guiado de la paleta sin debilitar excesivamente al rotar
El caudal teoacuterico de este tipo de bombas
puede calcularse mediante la si formula
La diferencia R - r determina la altura h de la paleta que en la praacutectica es igual al 40
de su altura total
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El nuacutemero de RPM maacutexima asiacute como la anchura maacutexima B del
rotor estaacute limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado
por las ventanas 6 y 8 De donde surge que el caudal de la bomba no
puede ser aumentado sino que se cuenta la seccioacuten de las ventanas
de aspiracioacuten la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y
pista INSPECCIOacuteN REPARACIOacuteN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES
a) Lavar todas las partes excepto arosellos juntas y
empaquetaduras En un liacutequido limpio y compatible depositar las
piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su
inspeccioacuten se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisioacuten
b) Las paletas gastadas en el borde que estaacuten en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilizacioacuten
c) Si la superficie interna de la pista presenta severas ralladuras
estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada En el
caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad (es decir
superficiales) la pista puede ser reutilizada mediante un lapidado interior que no altera Substancialmente su trazado original
d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor como asiacute
tambieacuten entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor
e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente
ralladas pueden ser remaquinadas prolongando asiacute su empleo Si las
ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se
encuentra muy rayado o desgastado debe procederse al reemplazo de las platinas
f) Los rodamientos tornillos tapones espinas separadores que indiquen un dantildeo o excesivo desgaste deben ser reemplazados
9) Despueacutes de la inspeccioacuten y antes del rearmado cada parte debe ser
sumergida en aceite hidraacuteulico limpio de la misma calidad y marca del
empleado en el equipo
INSTRUCCIONES DE OPERACIOacuteN
a) Antes de poner en marcha la bomba
1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo
girar el eje con la mano No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro
2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que esta
armada con propiedad Controlar cuidadosamente el sentido de giros
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el eje de alineamiento el valor de la vaacutelvula de alivio y el nivel de aceite
b) Puesta en marcha de la bomba
1) Poner en marcha la bomba mediante impulsos cortos de corriente
al motor en una raacutepida sucesioacuten de tal forma que la velocidad normal
de giro sea alcanzada paulatinamente Esto permite a la bomba su
cebado interno mientras la velocidad llega a su nivel normal esta
velocidad no debe ser mucho menor de la miacutenima recomendada ya
que es necesario la fuerza centriacutefuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas
2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en
marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que
exista una contrapresioacuten que asegure la lubricacioacuten interna Una vez
que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones
de presioacuten anotadas
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INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversioacuten del sentido
de giro pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversioacuten mencionada su succioacuten y salida invariables
Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90deg el
conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig 212
Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo basta retirar la tapa posterior de la misma
En la Fig213 observamos el desplazo de una bomba Vickers y en la Fig214 la
disposicioacuten interna de los conjuntos platillos rotor y pista en una bomba doble de la misma marca para distintos sentidos de giros
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Si bien la vida uacutetil de las bombas de paletas es prolongada cuando se las emplea
dentro de los liacutemites sentildealados por cada fabricantes una inspeccioacuten cada 2500 horas
de servicio permitiraacute prevenir dantildeos que demandan costas de reparacioacuten a reemplaza elevados
Una de los problemas no considerados que suele presentarse con maacutes asiduidad un
este tipo de bombas cuando ellas permanecen detenidas por largos periacuteodos es el
pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento Esta adherencia se debe a
las lacas que son productos de la oxidacioacuten del aceite en consecuencia en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno
Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista rotor y
paletas verificando que estas uacuteltimas se deslicen con libertad en sus alojamientos
procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas
Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no que haya permanecido un largo periodo inactiva
BOMBAS DE PISTONES
Un motor hidrostaacutetico consta de una bomba hidrostaacutetica que bombea aceite al motor de impulsioacuten
El componente maacutes importante del sistema hidrostaacutetico es la bomba que corresponde
a una bomba de desplazamiento variable Esto significa que el flujo de salida de la
bomba se puede modificar y no soacutelo estaacute controlada por las RPM del motor como la bomba de desplazamiento fijo Para esto se debe utilizar una bomba de pistones
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Estas bombas disentildeadas para presiones de servicio maacutes elevadas que las
anteriormente mencionadas presentan una gran variedad constructiva
Una clasificacioacuten geneacuterica nos presenta el siguiente esquema
BOMBAS DE PISTONES
Bombas de pistones en
liacutenea
CAUDAL FIJO
UacuteNICAMENTE
Bombas de pistones
axiales Bombas de
pistones radiales
CAUDAL FIJO VARIABLE
A pesar de la variedad sentildealada los altos niveles de presioacuten operativa (hasta 700
kgcm2) dan caracteriacutesticas de materiales aleaciones y tolerancias comunes a todas ellas a saber
ROTOR Bronces fosforosos y una funcioacuten con la siguiente composicioacuten 32 C 1 Mn 026 P 175 Si 0085 Cr 006 Ni con dureza HB = 200
PISTONES- Acero Cr -Ni de cimentacioacuten cementado y templado
EJE DE DISTRIBUCIOacuteN- Acero Cr - Ni de cementacioacuten
PISTAS = Acero de rodamientos templado
TOLERANCIAS
e) Holgura entra pistoacuten y cilindro no mayor de 0005 a 0008 mm
b) Ovalizacioacuten maacutexima admitida en los pistones 0005 mm
c) Ovalizacioacuten maacutexima del alojamiento 001 mm
TERMINACIONES SUPERFICIALES
Los pistones y sus alojamientos son rodados es decir estaacuten
sometidos a un tratamiento de terminacioacuten superficial por arranque
de material este proceso que en frases lleva el nombre de Rodage
a la pierre y en ingleacutes Nonius no tiene denominacioacuten en
castellano y difiere del superacabado y del lapidado
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal fijo
Este tipo de bombas tiene tantas variantes en la actualidad que un
estudio detenido de cada uno de ellas escapariacutea a los alcances de
esta informacioacuten Por tal motivo nos detendremos solamente en las maacutes conocidas
En este tipo de bombas existen dos clases fundamentales de caudal
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fijo y de caudal variable Estas uacuteltimas seraacuten analizadas maacutes adelante
Las bombas hidraacuteulicas rotativas de pistones radiales pueden
clasificarse en general seguacuten sus vaacutelvulas sean de asiento o
rotativas Como hemos visto anteriormente las bombas
multiciliacutendricas de pistones en liacutenea tienen invariablemente sus
vaacutelvulas de asiento En las bombas radiales los asientos pueden ser
de vaacutelvulas de bola de platillo o de asiento coacutenico
Si los cilindros giran las vaacutelvulas son de tipo rotativo o deslizante y
son hermetizadas por una peliacutecula de aceite entre las superficies moacuteviles y estacionarias
Las bombas que poseen vaacutelvulas rotativas son algo diferentes que las
que poseen vaacutelvulas de asiento siendo inevitable cierto
resbalamiento a presiones altas debido a la fuga de aceite a traveacutes
del juego en las vaacutelvulas Ademaacutes las presiones de trabajo de las
bombas de vaacutelvulas rotativas se hallan limitadas con el fin de
mantener altas eficiencias volumeacutetricas a una presioacuten constante y
ademaacutes por el riesgo de agarrotamiento de las vaacutelvulas bajo la
accioacuten de cargas excesivas Por tal razoacuten las bombas de muy alta
presioacuten tienen vaacutelvulas de asiento por lo que sus pistones no giran
y esta es la disposicioacuten claacutesica de las bombas de caudal fijo o sea
de suministro constante Las bombas alternativas de descarga
constante comprenden tipos de pistones radiales con cilindros
estacionarios que veremos a continuacioacuten bombas de pistones
axiales con cilindros estacionarlos que veremos maacutes adelante y
bombas de pistones en liacutenea que ya hemos visto todas estas vaacutelvulas de asiento
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El mecanismo de bombeo de la bomba de pistones radiales
consiste en un barril de cilindros pistones un anillo y una vaacutelvula de bloqueo
Este mecanismo es muy similar al de una bomba de paletas soacutelo que
en vez de usar paletas deslizantes se usan pistones
El barril de cilindros que aloja los pistones estaacute exceacutentrico al anillo
Conforme el barril de cilindros gira se forma un volumen creciente
dentro del barril durante la mitad de la revolucioacuten en la otra mitad
se forma un volumen decreciente El fluido entra y sale de la bomba
a traveacutes de la vaacutelvula de bloqueo que estaacute en el centro de la bomba
Con las bombas de alta velocidad de pistones radiales con vaacutelvulas de asiento se
obtienen eficiencias volumeacutetricas sumamente altas a valores de un 98 Por lo
general cada cilindro o cualquier otra caacutemara en la bomba es pequentildeo en relacioacuten
bloque de acero que la rodea y los pistones estaacuten tan pulidos que se adaptan a los cilindros sin necesidad de empaquetadura alguna
Naturalmente que en esta juega un rol fundamental la viscosidad del aceite por lo que
en los sistemas hidraacuteulicos que emplean este tipo de bombas la temperatura del sistema debe estar siempre lo mas baja y constante posible
La descarga de cada cilindro adopta la forma de pequentildeas pulsaciones de muy alta frecuencia
Bomba SECO
Esta bomba es mostrada en corte en la figura Nordm 216
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Consta de un cuerpo de acero en el cual van alojadas las vaacutelvulas de asiento de bola
La de admisioacuten que naturalmente es mas grande que la de impulsioacuten va alojada en
sentido radial dentro de un casquillo hueco que tiene un asiento plano que desliza
sobre las caras hexagonales de un dado central que asienta sobre un cojinete muy
robusto de rodillos que va montado sobre un eje con una leva exceacutentrica central
circular maquiacutenada sobre el mismo eje de entrada que es el mando de la bomba y que estaacute conectado con un manguito a un motor eleacutectrico
El casquillo mencionado es en realidad un embolo hueco retorna por la accioacuten de un
resorte contenido en la tapa del cilindro que es del tipo atornillable En forma axial van
dispuestos las caacutemaras de impulsioacuten que tienen sus vaacutelvulas de asiento de bola
bloqueadas contra su asiento por medio de un resorte Son en realidad vaacutelvulas de retencioacuten La salida se recoge en una tapa colectara frontal
Este tipo de bomba permite el logro de muy altas presiones del orden de 5000 libras por pulgada cuadrada
Como la admisioacuten a los cilindros se opera por la parte central de la bomba donde se
encuentra alojado el eje exceacutentrico con sus correspondientes rulemanes la lubricacioacuten
de todas las partes moacuteviles y deslizantes de la bomba se encuentran
permanentemente lubricadas por el mismo aceite hidraacuteulico Demaacutes estaacute decir por
razones de lubricacioacuten que estas bombas utilizan exclusivamente aceite hidraacuteulico Con agua se destruiriacutean a los pocos minutos de funcionamiento
Bombas rotativas de pistones radiales de caudal variable
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El rotor giratorio lleva alojado en su interior a manera de eje el distribuidor y colector
de caudal (pintle) esencialmente un eje estacionario que lleva agujeros en su interior
que se conectan por medio de toberas con las diferentes caacutemaras de aspiracioacuten y de
impulsioacuten De hecho esta forma un sistema de vaacutelvulas rotativas deslizantes y este
sistema es caracteriacutestico de las bombas rotativas de pistones radiales o en estrella de caudal variable
Gracias a un nuacutemero relativamente elevado de pistones y a su corta carrera las
pulsaciones del caudal son enteramente despreciables La presioacuten de salida de estas
bombas estaacute limitada principalmente por las reacciones sobre los cojinetes que llegan a ser muy importantes con presiones elevadas
Bomba Hele-Shaw
Las bombas de descarga variable son vastamente empleadas y ellas estaacuten construidas
de acuerdo con los principios establecidos hace muchos antildeos - hacia 1908 - por el
iniciador de este tipo de disentildeo el Dr Hele-Shaw que comenzoacute a construirlas en
Inglaterra Fue la primera bomba que utilizoacute vaacutelvulas rotativas o deslizantes en las que
debe procurarse a toda costa mantener una estanqueidad contra la alta presioacuten
mediante una peliacutecula de aceite entre las superficies rozantes De esta manera no solo
proporcionan un suministro de caudal infinitamente variable desde cero hasta un maacuteximo sino que tambieacuten son reversibles como ya se ha dicho
El resbalamiento o fugas de aceite por las vaacutelvulas rotativas o deslizantes Aumenta
considerablemente a presiones altas y si las cargas son excesivas se hace presente el
riesgo de agarrotamientos que puede dantildear seriamente a la bomba Por tal causa
esta bomba no trabaja a presiones mayores de 140 atmoacutesferas De bombas de este
tipo se construyen en un vasto rango de capacidades con potencias elevadas como
200 HP
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Las bombas Hele-Shaw de tamantildeo grande trabajan a velocidades del orden de 500
rpm y las pequentildeas a velocidades de 1500 rpm
En la figura 218 se ilustra una unidad de este tipo
En el cuerpo del cilindro A se hallan fundidos formando una sola pieza un cierto
nuacutemero de cilindros radiales Dicho cuerpo se encuentra soportando por sendos
cojinetes a bolas B y C conectado el aacuterbol de mando D Este cuerpo gira alrededor de
la vaacutelvula central fija E que contiene las lumbreras X e Y cada una de las cuales
conduce al ramal de admisioacuten o de descarga de aceite que son F y G respectivamente
El juego entra el cuerpo de los cilindros (rotor) y la vaacutelvula central estaacute ocupado por
una peliacutecula de aceite que actuacutea como un sello Cada pistoacuten H estaacute conectado a dos cojinetes J por medio de un perno de pistoacuten K sobra el que puede oscilar
Los cojinetes estaacuten alojados en ranuras practicadas en el anillo flotante L que gira
sobre los rulemanes a bolas M y N Estos estaacuten alojados sobre las guiacuteas O que es
deslizan libremente entra las caras paralelas maquinadas dentro de las tapas De esta
manera el anillo flotante L gira cuando lo hace el cuerpo del cilindro y el eje de
rotacioacuten depende de la posicioacuten de los cojinetes de bolas M y N determinado por el
recorrido de las guiacuteas O
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Cada diagrama corresponde a una seccioacuten realizada a traveacutes de la vaacutelvula fija central
por un plano que pasa por los ejes de los cilindros
Las lumbreras X e Y cada una de las cuales estaacute en este caso por duplicado
comunican con los cilindros a traveacutes de ranuras practicadas en la cara de la clavija
central o vaacutelvula- La figura (a) representa el estado en el que el eje de rotacioacuten del
perno de pistoacuten coincide con el eje de la clavija cuando las guiacuteas O estaacuten a mitad de
su recorrido En dicha posicioacuten la rotacioacuten del cilindro no causa el movimiento radial
de los pistones y no se produce suministro de aceite en ninguna de ambas direcciones
El movimiento de las guiacuteas O se representa por el desplazamiento del elemento
rotativo sobre la liacutenea PQ El desplazamiento hacia P figura (b) causa la excentricidad
de la rotacioacuten de los pistones alrededor del cuerpo del cilindro de la manera que el aceite se encuentra aspirado por la lumbrera X y descargado por la lumbrera Y
Por otra parte el desplazamiento hacia Q que se aprecia en la figura (c) invierte el
sentido del flujo de manera que el aceite es aspirado de Y y descargado por la
lumbrera K La variacioacuten de la excentricidad variacutea el volumen suministrado en ambas direcciones
En esta bomba como en todas las que tienen vaacutelvulas rotativas o deslizantes el factor
de frotamiento entre las superficies de frotamiento crece con n (nuacutemero de vueltas) y la potencia perdida en rozamientos crece con n^(32)
Bomba Pittler-Thoma
Esta bomba de manufactura alemana tiene el mismo principia de funcionamiento qua
la Hele-Shaw difiriendo de esta en detalles constructivos
En esta bomba los pistones tienen alojados en sus cabezas exteriores un perno sobre
el que rota libremente un pequentildeo rulemaacuten a bolillas el cual rueda sobre la cara
interior del aro de regulacioacuten de caudales cuya movimiento de registro en algunos
modelos es de comando manual como se muestra en la figura nro 220 En otros
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modelos el registro se opera automaacuteticamente por la presioacuten de sistema hidraacuteulico
con servo-dispositivos adecuados
CONSIDERACIONES DE INSPECCIOacuteN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS BOMBAS A PISTONES
Imperan para este caso las condiciones generales que hemos
expuesto para las bombas de paletas sin embargo en razoacuten de las
estrictas tolerancias constructivas y la complejidad de algunos
modelos son limitadas las reparaciones que pueden intentarse dentro
de las plantas industriales debieacutendose recurrir en la mayoriacutea de los casos al reemplazo de los conjuntos rotor o barrilete y pistones
INVERSIOacuteN DEL SENTIDO DE GIRO
El sentido de giro de las bombas de pistones axiales y radiales puede
ser invertido solo en los modelos de plato matriz yo de distribucioacuten
por vaacutestago central siempre atenieacutendose en las instrucciones del
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fabricante
Las bombas de distribuidor por placa rozante yo los de tambor a
barrilete giratorio no pueden invertir su sentido de giro en cuyo caso
deben ser solicitadas al fabricante para un determinado sentido
BANCO DE PRUEBAS Y RECEPCIOacuteN
Cualquier tipo de bomba de desplazamiento positivo puede ser controlada en un
banco de construccioacuten sencilla que nos permita conocer si se ajusta a las condiciones de funcionamiento especificadas
El banco que describiremos permite fundamentalmente comprobar el caudal que
entregada una determinada bomba a diferentes valores de presioacuten (Ver Fig 227) y constatar mediante un amperiacutemetro la potencia que desarrolla el motor
Las condiciones de prueba son
a Mantener las condiciones de temperatura del aceite y viscosidad
del mismo de a acuerdo a lo indicado por el fabricante
b En funcioacuten de que los fabricantes sentildealan los caudales y potencias
absorbidas por un tipo determinado de bomba a diferentes valores
de presioacuten Se tomaraacuten esas presiones para la pruebas permitiendo de esa forma constatar los caudales
c La velocidad de giro de la bomba durante la prueba deberaacute
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coincidir con la establecida por el cataacutelogo en caso contrario efectuar
la conversioacuten de caudal al nuevo nuacutemero de vueltas utilizando para
ello el valor que debe figurar en cataacutelogo de desplazamiento cuacutebico por vuelta
Bomba de engranajes
Esta es una de los tipos maacutes populares de bombas de caudal
constante Sobro todo si es de engranajes exteriores En su forma
maacutes comuacuten se componen de dos pintildeones dentados acoplados que
dan vueltas con un cierto juego dentro de un cuerpo estanco El
pintildeoacuten motriz esta enchavetado sobre el aacuterbol de arrastre
accionando generalmente por un motor eleacutectrico Las tuberiacuteas de
aspiracioacuten y de salida van conectadas cada una por un lado sobre el
cuerpo de la bomba
A consecuencia del movimiento de rotacioacuten que el motor le provoca
al eje motriz eacuteste arrastra al engranaje respectivo el que a su vez
provoca el giro del engranaje conducido (segundo engranaje) Los
engranajes son iguales en dimensiones y tienen sentido de giro inverso
Con el movimiento de los engranajes en la entrada de la bomba se
originan presiones negativas como el aceite que se encuentra en el
depoacutesito estaacute a presioacuten atmosfeacuterica se produce una diferencia de
presioacuten la que permite el traslado de fluido desde el depoacutesito hacia
la entrada de la bomba (movimiento del fluido) Asiacute los engranajes
comienzan a tomar aceite entre los dientes y a trasladarlo hacia la
salida o zona de descarga Por efecto del hermetismo de algunas
zonas el aceite queda impedido de retroceder y es obligado a circular en el sistema
En la figura 228 se ve el corte de una bomba comuacuten de dos engranajes
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Los dientes de los pintildeones al entrar en contacto por eacutel lado de salida
expulsa el aceite contenido en los huecos en tanto que el vaciacuteo que
se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la
aspiracioacuten del aceite en los mismos huecos
Las bombas corrientes de engranajes son de construccioacuten simple pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones
Los pintildeones dentados se fabrican con acero Cr-Ni de cementacioacuten
cementado templado y rectificado (profundidad de cementacioacuten 1 mm)
Los ejes de ambos engranajes estaacuten soportados por sendos
cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo El engranaje
propulsor se encuentra acuntildeado a su eje Como se dijo el aceite es
atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de funcioacuten que
los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes
desde la lumbrera de aspiracioacuten hasta la descarga
Loacutegicamente el aceite no puede retornar al lado de admisioacuten a traveacutes del punto de engrane
Los engranajes de este tipo de bomba generalmente son rectos
pero tambieacuten se emplean engranajes helicoidales simples o dobles
cuya ventaja principal es el funcionamiento silencioso a altas
velocidades Cabe destacar un hecho al cual hay que poner
preferente atencioacuten deben tomarse precauciones contra el
desarrollo de presiones excesivas que pueden presentarse por
quedar aceite atrapado entre las sucesivas liacuteneas de contacto de los
dientes como puede verse en el detalle de la Fig 51 Para evitar
este inconveniente se ejecuta en las platinas laterales un pequentildeo
fresado lateral que permite el escapa del aceite comprimido ya sea
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hacia la salida o hacia la aspiracioacuten
Siendo Mordm el moacutedulo del diente de los engranajes
La anchura del fresado es aconsejable que
sea
La profundidad del fresado
La longitud del fresado
Distancia del fresado a la liacutenea de centros
195 Mordm
05 Mordm
12 Mordm
05 Mordm
En las bombas con dos sentidos de marcha se efectuacutean dos fresados una a cada lado
de la liacutenea de centros
En la Fig 229 se muestra una bomba llamada Barnes en la cual se ha solucionado el
problema anteriormente mencionado En el pintildeoacuten conducido y en el fondo de los vaciacuteos
de los dientes se ha practicado un pequentildeiacutesimo agujero por donde descarga el aceite
atrapado Siacute tambieacuten se hace lo mismo en la cresta de los dientes el problema se
soluciona totalmente- La comprensioacuten del aceite en la caacutemara A empieza en el
momento que un diente entra en contacto a la vez con los dos adyacentes al hueco en
el que penetra En este momento el aceite de la caacutemara A se escapa por el canal F la cavidad N fresado en el aacuterbol y los canales E hacia la salida
Cuando los dientes atraviesan la liacutenea de centros se inicia el desengrase Se crea asiacute
un vaciacuteo en la caacutemara B qua es inmediatamente llenado por el aceite que llega por el
lado aspiracioacuten por los canales D la cavidad M y el canal Q Esta accioacuten particular asegura a la bomba Barnes una gran suavidad de funcionamiento
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En las bombas de engranajes de construccioacuten corriente el aceite ejerce una presioacuten
radial considerable sobre los pintildeones lo que provoca la deformacioacuten de los aacuterboles el aumento disimeacutetrico del juego y por consiguiente el aumento de las fugas
Por otra parte los refuerzos radiales elevados necesitan rodamientos o cojinetes de grandes dimensiones todo lo cual hace aumentar el peso de la bomba
Para equilibrar los pintildeones de las bombas de engranajes desde el punto de vista
hidraacuteulico existen dos modos diferentes que permiten resolver esta cuestioacuten Por un
lado se realizan en los pintildeones dentados (que a este efecto deben tener nuacutemeros
pares de dientes) pequentildeos agujeros diametrales que atacan los vaciacuteos de los dientes Estos agujeros se cruzan pero no se cortan
La figura 230 muestra lo que sucede del lado de salida la presioacuten que se ejerce
sobre los pintildeones da origen a fuerzas resultantes F1 y F2 en la que cada una actuacutea
sobre su pintildeoacuten respectivo
Debido a los agujeros radiales el aceite a presioacuten penetra a traveacutes de cada pintildeoacuten en el
lado opuesta a la caacutemara de compresioacuten lo que crea las fuerzas resultantes F5 y F4 que libran respectivamente las fuerzas F1 y F 2
La presioacuten sobre los engranajes variacutea durante su rotacioacuten por este hecho el
equilibrado no puede ser perfecto no obstante permite una reduccioacuten considerable de
las dimensiones de los cojinetes y como consecuencia la aplicacioacuten de las bombas de
engranajes para presiones de servicio mayores
Los pintildeones de la bomba esquematizada en la figura 230 tienen para su equilibrio un taladro en cada hueco entre diente
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Esta disposicioacuten perjudica considerablemente la estanqueidad entre las zonas de
aspiracioacuten y de comprensioacuten por la simple razoacuten de que los agujeros (1) y (2) unidos
respectivamente a cada una de estas zonas no estaacuten separadas sino por un solo diente
Para remediar este inconveniente se ejecutan los agujeros mas separados como se
ilustra en la figura 231 En todos los casos a fin de disminuir el maacuteximo los esfuerzo
sobre los pintildeones conviene dotar a la caacutemara de comprensioacuten (R) de dimensiones lo mas reducidas posibles
El nuacutemero de vueltas para las bombas de dientes rectos es generalmente de 900 a
1500 rpm- En las bombas de dentado helicoidal ya sea simples o actas la velocidad puede llegar hasta 1800 rpm
En los modelos muy perfeccionados con dientes corregidos platinas de bronce
rectificadas eliminacioacuten de la compresioacuten de aceite entre los dientes en contactos el nuacutemero de revoluciones puede llagar hasta 2500 rpm
En los modelos equilibrados las presiones pueden llegar a 70kgcm2 y aun valores superiores
Presiones mayores en este tipo de bombas ocasionan ruidos muy molestos de
funcionamiento y trepidaciones perjudiciales en el circuito Es importante que los
huecos entre dientes se llenen completamente de aceite durante la aspiracioacuten En caso
contrario los espacios mal llenados evocan la formacioacuten de vapores de aceite los cuales bruscamente comprimidos causan choques hidraacuteulicos y un ruido considerable
Este ruido es mas amortiguado cuando se emplean aceites viscosos pero aumenta
considerablemente con el crecimiento de la velocidad y de la presioacuten Un recurso que
da buen resultado es aumentar considerablemente el volumen de la caacutemara de aspiracioacuten El ruido de funcionamiento de la bomba se reduce asiacute considerablemente
Para obtener un llenado correcto hay que evitar en las tuberiacuteas de aspiracioacuten
velocidades de aceite superiores a 2 mseg Las velocidades de salida no deben ser
mayores que 5mseg
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Fig 232 Equilibrado de empujes radiales y axiales
en una bomba engranaje
Fig 233 Equilibrio de empujes
radiales sobre los pintildeones en una
bomba unidireccional
Fig 234 Curva de pulsaciones del caudal de una bomba de engranajes en el caso de un dentado con coeficiente recubierto e=1
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Bomba de engranajes de dientes
internos
Esta bomba la constituyen elementos
como engranajes de dientes externos
(motriz) engranajes de dientes internos
(conducido) y una placa en forma de media
luna Existe una zona donde los dientes
engranan completamente en la cual no es posible alojar aceite entre los dientes
Al estar los engranajes ubicados
exceacutentricamente comienzan a separarse
generando un aumento del espacio con lo
cual se provoca una disminucioacuten de presioacuten
lo que asegura la aspiracioacuten de fluido
Logrado esto el aceite es trasladado hacia
la salida la accioacuten de la placa con forma de
media luna y el engrane total impiden el
retrocesos del aceite
Bomba de loacutebulo
Esta bomba funciona siguiendo el principio
de la bomba de engranajes de dientes
externos es decir ambos elementos giran
en sentidos opuestos con lo que se logra
aumentar el volumen y disminuir la presioacuten y por ello conseguir la aspiracioacuten del fluido
Por la forma constructiva de los engranajes
el caudal desplazado puede ser mayor Se
genera una sola zona de presioacuten por lo
cual esta bomba constituye una del tipo
desequilibrada y al no podeacutersele variar la
cilindrada se dice entonces que la bomba
es de caudal constante
Bomba de paletas desequilibradas
Al girar el rotor dentro del anillo
volumeacutetrico y ubicado en forma exceacutentrica
a eacuteste se genera por lo tanto una cierta
diferencia que permite en algunos casos
controlar la cilindrada
Gracias a la excentricidad se genera una
zona que hace las veces de cierre
hermeacutetico que impide que el aceite
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
retroceda A partir de esta zona y producto
de la fuerza centriacutefuga las paletas salen de
las ranuras del rotor ajustaacutendose a la
superficie interna del anillo asiacute entre cada
par de paletas se crean caacutemaras que hacen
aumentar el volumen y disminuir la
presioacuten con lo que es posible asegurar el
continuo suministro de aceite El aceite es
tomado en estas caacutemaras y trasladado a la zona de descarga
Al tener la bomba una sola zona de alta
presioacuten se originan fuerzas que no son
compensadas lo que indica que la bomba
se trata de una bomba desequilibrada
Bomba de paletas equilibradas
Se distingue en este tipo de bomba las siguientes situaciones
Anillo volumeacutetrico
El rotor y el anillo estaacuten ubicados
conceacutentricamente
Posee dos zonas de aspiracioacuten y dos
de descarga por lo tanto la
aspiracioacuten y descarga se realiza dos
veces en cada revolucioacuten
Su caudal es fijo
Las fuerzas resultantes se anulan
por lo tanto la bomba es equilibrada
Motor hidrostaacutetico
Veamos una aplicacioacuten de ejemplo de motor hidrostaacutetico En un sistema de motor
hidrostaacutetico remoto los motores hidrostaacuteticos pueden ser motores simples de engranajes o motores de pistones
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Cuando el motor se fabrica como parte del conjunto completo como ocurre en los
sistemas en U o en liacutenea el motor es del tipo de pistones muy similar a la bomba de
pistones excepto que el plato distribuidor es fijo Al ser fijo la carrera de los pistones
permanece constante La velocidad de rotacioacuten del motor no se puede cambiar salvo
que se cambie el volumen de aceite que recibe de la bomba Recuerde que una
columna de aceite dada hace girar al motor a una velocidad dada Maacutes aceite aumenta la velocidad del motor menos aceite la disminuye
Motor hidrostaacutetico - Funcionamiento general
Mientras el motor hace girar el grupo giratorio de la bomba los pistones pasan por el
plato distribuidor que se encuentra en posicioacuten neutra (figura siguiente abajo) Con el
plato distribuidor en posicioacuten neutra no hay movimiento de los pistones y no se bombea aceite
Cuando el operador mueve el pedal de control de traccioacuten aumenta el aacutengulo del plato
distribuidor y la bomba de pistones comienza a desplazar aceite Este aceite se dirige a
la seccioacuten de la bomba y hace moverse a la unidad (figura siguiente abajo)
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Cuando el operador necesite cambiar de direccioacuten el pedal de traccioacuten se mueve hacia
atraacutes a la posicioacuten neutra y luego a la posicioacuten de retroceso En la posicioacuten de
retroceso el plato distribuidor se mueve en sentido opuesto a la direccioacuten hacia
adelante En esta posicioacuten el aceite se bombea al lado opuesto del motor y la unidad se mueve en reversa (figura siguiente abajo)
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de
fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la
misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de piezas
Eacutembolos buzo
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el
diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble
efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos
En los sistemas hidraacuteulicos y neumaacuteticos la energiacutea es transmitida a
traveacutes de tuberiacuteas Esta energiacutea es funcioacuten del caudal y presioacuten del aire o aceite que circula en el sistema
El cilindro es el dispositivo mas comuacutenmente utilizado para conversioacuten de la energiacutea antes mencionada en energiacutea mecaacutenica
La presioacuten del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro el
caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de
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desplazamiento del mismo La combinacioacuten de fuerza y recorrido
produce trabajo y cuando este trabajo es realizado en un
determinado tiempo produce potencia Ocasionalmente a los cilindros se los llama motores lineales
En la figura 6-1 vemos un corte esquemaacutetico de un cilindro tiacutepico
Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras
por la accioacuten del fluido
Las partes de trabajo esenciales son 1) La camisa ciliacutendrica
encerrada entre dos cabezales 2) El pistoacuten con sus guarniciones y 3) El vaacutestago con su buje y guarnicioacuten
Calculo de la Fuerza de Empuje
Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistoacuten y vaacutestago
trabajando dentro de la camisa de un cilindro El fluido actuando
sobre la cara anterior o posterior del pistoacuten provoca el
desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a traveacutes del vaacutestago
El desplazamiento hacia adelante y atraacutes del cilindro se llama
carrera La carrera de empuje se observa en la Fig6-2A y la de
traccioacuten o retraccioacuten en la Fig 6-2B
La presioacuten ejercida por el aire comprimido o el fluido hidraacuteulico sobre
el pistoacuten se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo
como se ilustra en la figura 6-3
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Si nuestro manoacutemetro indica en Kgcm2 la regla para hallar la fuerza total de empuje
de un determinado cilindro es El empuje es igual a la presioacuten manomeacutetrica multiplicada por la superficie total del pistoacuten o
F (Kg) = P (Kgcmsup2) x A (cmsup2)
Caacutelculo de cilindros de aire comprimido
Importante La fuerza de retraccioacuten del pistoacuten de la figura 6-2B estaacute dada por la
presioacuten multiplicada por el aacuterea neta del pistoacuten El aacuterea neta es el aacuterea total del pistoacuten menos el aacuterea del vaacutestago
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Dimensionando un Cilindro
Un cilindro neumaacutetico debe ser
dimensionado para tener un empuje
MAYOR que el requerido para
contrarrestar la carga
El monto de sobredimensionamiento esta
gobernado por la velocidad deseada para
ese movimiento cuando mayor es la
sobredimensi6n mas raacutepida va a realizarse
la carrera bajo carga
En la figura 6-4 el cilindro neumaacutetico
soporta una carga con un peso de 450
Kg su diaacutemetro es de 4 y la presioacuten de
liacutenea es de 57 Kgcm2 El cilindro en es
tas condiciones ejerce un empuje
exactamente igual a 450 Kg en estas
circunstancias el cilindro permaneceraacute
estacionario soportando la carga pero sin
moverla
Queacute sobre dimensionamiento es necesario
Esto depende de muchos factores se sugiere aplicar la siguiente regla para usos
generales Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante seleccione un
cilindro con una fuerza de empuje en 25 superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100
Velocidad de un Cilindro
La velocidad de desplazamiento de un
cilindro hidraacuteulico es faacutecil de calcular si
se emplea una bomba de desplazamiento positivo
En la figura 6-5 mostramos un ejemplo
tiacutepico con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro
El aacuterea del pistoacuten es de 78 cmsup2 para
encontrar la velocidad de
desplazamiento primero convertiremos
los litros en cmsup3 por minuto es decir 40 x 1000 = 40000 cmsup3min
Luego dividimos este valor por el aacuterea
del pistoacuten obteniendo la velocidad
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Tipos de cilindros
El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformacioacuten maacutes
corriente de los cilindros hidraacuteulicos y neumaacuteticos sin embargo para aplicaciones
especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es ideacutentico al que hemos descrito
La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vaacutestago Esta configuracioacuten es deseable
cuando se necesita que el desplazamiento volumeacutetrico o la fuerza sean iguales en
ambos sentidos
En muchos trabajos la produccioacuten puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vaacutestago Fig6-7
Cada estacioacuten puede realizar el mismo trabajo o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo diferentes operaciones en una misma pieza
Una de los vaacutestagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia en la figura 6-8
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Cilindros de Simple efecto
Cuando es necesaria la aplicacioacuten de fuerza en un solo sentido El fluido es aplicado en
la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmoacutesfera como en la figura 6-9
Despueacutes de que la carrera de retroceso se ha completado el pistoacuten es retornado a su
posicioacuten original por la accioacuten de un resorte interno externo o gravedad u otro medio
mecaacutenico El fluido actuacutea sobre el aacuterea neta del pistoacuten por lo tanto para el caacutelculo de fuerza debe restarse el aacuterea representada por el vaacutestago
ATENCIOacuteN El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la friccioacuten propia del cilindro y no para manejar cargas externas
Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas
(maacuteximas 100 mm) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construccioacuten
del cilindro lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera
En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje estos cilindros se
emplean en carreras cortas y diaacutemetros pequentildeos para tareas tales como sujecioacuten de
piezas
Eacutembolos buzo
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En estos elementos el fluido desplaza al
vaacutestago que esta empaquetado por la
guarnicioacuten existente en el cabezal delantero
Para el caacutelculo de fuerza el aacuterea neta a
tomarse en cuenta esta dada por el diaacutemetro de vaacutestago Figura 6-11
Este componente que encuentra su
aplicacioacuten fundamentalmente en prensas
hidraacuteulicas retorna a su posicioacuten original
por accioacuten de la gravedad resortes
internos o externos o cilindros adicionales
que vemos en la figura 6-11A
Cilindros Telescoacutepicos
Tienen dos o mas buzos telescoacutepicos y se
construyen con un maacuteximo de seis
Usualmente son de simple efecto del tipo
empuje como la figura 6-12 o de doble efecto
Los buzos se extienden en una secuencia
establecida por el aacuterea sale primero el
mayor y en forma subsiguiente los de
menor diaacutemetro
Cilindros con pistoacuten no rotativo
Para evitar que el pistoacuten de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse
varios meacutetodos a saber
1 Guiacuteas externas
2 Vaacutestago de seccioacuten ovalo cuadrada
3 Camisa ovalada o cuadrada o una
guiacutea interna como la mostrada en
la figura 6-13 que constituye la
solucioacuten mas corriente y
econoacutemica el perno de guiacutea que
atraviesa el pistoacuten estaacute
empaquetado en este para evitar
peacuterdidas de fluido entre caacutemaras
Una aplicacioacuten tiacutepica de un cilindro no
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
rotativo la observamos en la figura 6-14
donde se requiera mantener una posicioacuten
relativamente alineada
Cilindros de vaacutestago hueco
En este tipo de construccioacuten un orificio
pasa de lado a lado el vaacutestago estos
pequentildeos cilindros se fijan al dispositivo o
carga median te un buloacuten que los
atraviesa Figura 6-15
Conceptos Baacutesicos de Neumaacutetica e Hidraacuteulica
Ejemplo de aplicacioacuten praacutectica de circuito hidraacuteulico
Veamos un tipo de aplicacioacuten hidraacuteulica como ejemplo sea el caso de un equipo para corte de ceacutesped TORO
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 1
Un circuito hidraacuteulico sea simple o complejo utiliza los siguientes principios hidraacuteulicos baacutesicos
1 Un liacutequido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig 2)
Fig 2
2 La ley de Pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presioacuten la presioacuten se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor Eacuteste es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro hidraacuteulico
(Fig 3)
CORPORATIVO OLEOHIDRAULICO INDUSTRIAL SA DE CV
Fig 3
3 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamantildeos aumenta la ventana mecaacutenica en la fuerza de trabajo (Fig 4)
Fig 4
Circuitos hidraacuteulicos baacutesicos y componentes usados en equipo para ceacutesped
Si bien la disposicioacuten en los circuitos hidraacuteulicos puede variar
considerablemente en diferentes aplicaciones muchos de los
componentes son similares en su disentildeo o funcioacuten El principio detraacutes
de la mayoriacutea de los sistemas hidraacuteulicos es similar al de los gatos
hidraacuteulicos El aceite del depoacutesito es empujado a traveacutes de una vaacutelvula
de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el ciclo
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ascendente del pistoacuten (Fig 5)
Fig 5
Cuando se empuja el pistoacuten de la bomba hacia abajo el aceite pasa
por una segunda vaacutelvula de chequeo hacia el interior del cilindro
Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo el aceite
entrante extenderaacute el ariete del cilindro El cilindro de elevacioacuten se
mantendraacute en posicioacuten extendida porque la vaacutelvula de chequeo se
asienta por la presioacuten que se ejerce sobre ella desde el lado de carga
del cilindro El cilindro retorna a la posicioacuten neutra al sacar de asiento o
pasar por alto la vaacutelvula de chequeo lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depoacutesito (Fig 6)
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Fig 6
Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el
del cilindro cada tiempo de la bomba moveraacute el cilindro en una
cantidad muy pequentildea Si se requiere que el cilindro se mueva maacutes
raacutepido se debe aumentar el aacuterea de superficie del pistoacuten de la bomba
yo la rapidez con que se acciona la bomba EL FLUJO DE ACEITE DA
AL ARIETE DEL CILINDRO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Y LA PRESIOacuteN DE ACEITE GENERA LA FUERZA DE TRABAJO
Se puede mejorar el rendimiento y aumentar la versatilidad de un
circuito baacutesico incorporando ciertos componentes sofisticados y
cambiando la disposicioacuten del circuito Al incorporar una bomba de
engranajes en lugar de una bomba de pistones manual se aumenta el
flujo de aceite al cilindro y con ello se aumenta la velocidad de accionamiento del ariete
El tipo de bomba maacutes comuacuten es la bomba de engranajes (Fig 7)
Cuando giran los engranajes de la bomba se genera succioacuten en el
orificio de entrada de la bomba El fluido es halado al interior de la
bomba y es llevado en los espacios situados entre los dientes de los
engranajes hacia el orificio de descarga de la bomba En el lado de
descarga de la bomba los dientes de los engranajes se engranan y se descarga el aceite de la bomba
Fig 7
Abajo esta una vista de un corte transversal de una bomba de tres secciones
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Fig 8
El flujo de la bomba al cilindro es controlado por un cuerpo de cilindro
deslizante que se puede accionar mediante un solenoide eleacutectrico
manualmente o mediante una palanca operada con el pie La Figura 9
corresponde a una vaacutelvula de centro abierto en la cual el flujo de
aceite retorna al depoacutesito cuando la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra Si
el flujo de aceite se detiene en la posicioacuten neutra se trata de una vaacutelvula de centro cerrado
Fig 9
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Abajo se muestra una vista de un corte transversal de una vaacutelvula de
control hidraacuteulica real (Fig 10)
Fig 10
Se muestra una vaacutelvula de cuerpo de cilindro deslizante en un sistema
hidraacuteulico simple Se puede ver que la vaacutelvula estaacute en posicioacuten neutra y que la totalidad del flujo de la bomba se devuelve al depoacutesito
Fig 11
Si el cuerpo de cilindro se mueve hacia arriba el flujo de aceite de la
bomba se dirige a traveacutes del mismo a un extremo del cilindro de
elevacioacuten El aceite del extremo opuesto del cilindro es empujado hacia
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fuera mientras el ariete se extiende luego pasa por el cuerpo de
cilindro y retorna al depoacutesito (Fig 12)
Fig 12
Como el fluido de una bomba de desplazamiento positivo debe fluir
continuamente cuando la bomba estaacute funcionando el mismo debe
tener doacutende ir cuando no es usado por los actuadores Si la carga del
cilindro llega a ser excesiva o si el ariete llega al fondo el flujo desde
la bomba seraacute dirigido a traveacutes de la vaacutelvula de alivio de vuelta al
depoacutesito (Fig 13)
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Fig 13
Al sustituir el cilindro de elevacioacuten por un motor de engranajes se
puede aprovechar el circuito baacutesico para crear un movimiento giratorio que impulse los accesorios (Fig 14)
Fig 14
La Figura 15 muestra un motor de carrete o molino hidraacuteulico
Fig 15
La Figura 16 ilustra el circuito baacutesico y los componentes necesarios
para impulsar las unidades cortantes del molino Con el cuerpo de
cilindro en la posicioacuten ascendente el flujo de aceite se dirige por la
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vaacutelvula de cuerpo de cilindro al orificio inferior lo cual impulsa el motor
en direccioacuten hacia adelante
Fig 16
Al accionar el cuerpo de cilindro hacia abajo el flujo de aceite desde la
bomba se dirige al orificio opuesto del motor El motor gira entonces en sentido contrario (Figura 17)
Fig 17