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7/22/2019 Material de Apoyo hidraulica.ppt

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Conceptos, elementos ,esquemas y aplicaciones

Carlos Javier Martín Lucas

INTRODUCCIÓN

La palabra Hidráulicaproviene del griego "hydor"que significa agua.

Es la ciencia que estudia latransferencia de energíaque ocurre cuando seempuja a un fluido líquido,el cual es su mediotransmisor.

Suelen emplearse aceites

minerales pero tambiénlíquidos sintéticos, aguao una emulsión agua-aceite.

La ventaja que implica lautilización de lahidráulica es laposibilidad de transmitirgrandes presiones detrabajo (hasta 700 bar).

Fundamentos Físicos

LA PRESIÓN (P)

Es el resultado de una fuerza aplicada a la superficie de uncuerpo (N/m2).

Su unidad según el S.I. es el Pascal (Pa), aunque también sesuele expresa en:

• N/m2= 1 Pa

• bares→ 1 bar= 105Pa

• Psi(libra por pulgada cuadrada) = 0.06895 bar• Kg /cm² ~ Kp/cm² ~ bar

El manómetro es el instrumento que se usa para medir la

presión.

•Principio de Pascal

“La presión existente en un líquido confinado (encerrado) actúaigualmente en todas direcciones, y lo hace formando ángulosrectos con la superficie del recipiente".

Esta es la ley más elemental de lafísica referida a la hidráulica.

= P2= P

•Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah

Joseph Bramah, utilizó el descubrimiento de Pascal parafabricar una prensa hidráulica.

o Si una pequeña fuerza, actúasobre un área pequeña, ésta

creará una fuerzaproporcionalmente mas grandesobre una superficie mayor.

Propagación de la presión

Multiplicación de la fuerzaMultiplicación de la presión

Multiplicación de la distancia

• CAUDAL VOLUMÉTRICOEs el volumen de un liquido que fluye a través de un tubo por un

tiempo conocido.

Para un cilindro: V=AxS→Q=(AxS)/t

Q: caudal

V: volumen

t: tiempo A: área

S: carrera

o El caudal volumétrico de un líquidoque fluye por un tubo de varios

diámetros es igual en cualquier partedel tubo. Esto significa que el fluido atraviesa los segmentos más pequeñoscon mayor velocidad.

El flujo de fluidos en tuberías

•Flujo laminar

Las capas de fluido se muevenen forma paralela una a la otra,

las próximas a las paredesinternas de la tubería lo hacenmás lentamente, mientras quelas cercanas al centro lo hacenrápidamente.

•Flujo turbulento

Las partículas de fluido semueven en forma desordenada

con respecto a la dirección delflujo.

Excesos de velocidadde circulación

Cambios bruscos deldiámetro de tubería

Rugosidad interna dela tubería

•Función del fluido oleohidráulico

Las finalidades esenciales de un fluido oleohidráulico son:

I. Ser el medio transmisor de energía.

II. Lubrificar los componentes que constituyen el sistema.

III. Minimizar las fugas.IV. Disipar el calor generado en el sistema

Además de estas funciones: Impedir la corrosión (oxidación).

Reducir la formación de espuma. Compatibilidad con los elementos de estanqueidad.

Mantener un índice de viscosidad relativamente estable en un amplio rango detemperatura.

Resistencia al fuego.

No ser tóxico

•Clasificación de los Fluidos

Desde 1977 la clasificación internacional adoptada para los aceites

industriales (por el I.S.O.), está basada en la viscosidad a 40 gC en

centiestokes.Las distintas normas (AFNOR, DIN, CETOP, ISO)definen 4 tipos de

fluidos:

HH : aceite mineral no inhibido.

HL : aceite mineral poseedor de propiedades antioxidantes y anticorrosión.

HM : fluido de categoria HL con características antidesgaste. HV : fluido de categoria HM con propiedades viscosidad-

temperatura mejoradas.

•Propiedades de los fluidos

Densidad.En la práctica, se puede asimilar al peso específico y proporciona, en algunos

casos, una referencia en cuanto al origen del aceite.

La densidad se expresa en gramos por centímetro cúbico.

La densidad varia con la temperatura en 6x10-4 g/cm3 aproximadamente, por

grado centígrado.

Cuanto mayor es el grado API, menor es la densidad.

La escala API va de 0 (que corresponde a 1076g/cm3) y 100 (que corresponde a0,6112g/cm3).

o ViscosidadLa viscosidad es la resistencia del f luido a derramarse o fluir por el interior de

un conducto. Puede ser determinada midiendo el tiempo que tarda el fluido enfluir a través de un orificio normalizado a una determinada temperatura. Estatemperatura suele ser 100 gF y 210 gF (37.8 gC y 98.9 gC). En general, se definendos tipos de viscosidad:

-La viscosidad dinámica

Donde τ es la tensión tangencial (se opone al movimiento) y es la direcciónnormal al movimiento. La unidad fundamental es al poise (en la prácticacentipoise).

-La viscosidad cinemática

Donde ρ es la densidad del fluido. Su unidad fundamental es el stoke (en lapráctica centistoke, cst).

Variación de la viscosidad:

Temperatura, la viscosidad de un

fluido disminuye con la reducción de

densidad, que tiene lugar al aumentarla temperatura.

Presión, la viscosidad no se veafectada ante presiones moderadas

pero se han encontrado grandesincrementos a presiones sumamenteelevadas.

•Efectos a los que son sometido los fluidos

Un aumento de temperaturaprovoca un efecto de expansión enliquido y gases. La expansión delaceite hidráulico en un circuitocerrado es un problema, ya que la

presión interna puede alcanzar valores de 1400 kg/cm2.

Todos los materiales soncompresibles en mayor o menorgrado (ya sean líquidos, gases o

sólidos). El diseñado hidráulicodebe tener en cuenta lacompresibilidad de los líquidospara prevenir los golpes de ariete.

Elementos de una instalación hidráulica

Las bombas hidráulicas Son los elementos encargados de impulsar el aceite o líquido

hidráulico, transformando la energía mecánica rotatoria en energíahidráulica.

El proceso de transformación de energía se efectúa en dos etapas:aspiración y descarga.

Clasificación de las Bombas: Caudal constante (cilindrada constante)

Caudal variable (cilindrada variable)

Cilindrada : Se refiere al volumen de aceite que la bomba puedeentregar en cada revolución.

• D = Diámetro mayor del engranaje

• d = Diámetro menor del engranaje

• l = Ancho del engranaje

• Unidad: cm3/rev

Caudal Teórico :Es el caudal que de acuerdo al

diseño, debiera entregar la bomba (caudal Ideal)

C = Cilindrada (cm3/rev)

N = Rpm (1/rev)

Rendimiento Volumétrico

QR = Caudal Real

QT = Caudal Teórico

Tipos de bombas

Tipos debombas

Engranajes

Dientes externos

Dientes internos

Lóbulos

Paletas

Desequilibradas

Equilibradas

Pistones

Axiales

Radiales

Bombas de engranajes De dientes externos:

Están compuestas por un par deengranajes que trabajan dentro deun cuerpo de aluminio.

El aceite atrapado entre los dientesde los engranajes y las paredes de lacaja, es llevado hacia la boca desalida.

Gracias a los dientes opuestosimpiden que el aceite retroceda, porlo tanto el aceite es obligado a

circular por todo el sistema.

De dientes internos:

Estas también constan de dosengranajes, pero en ella el engranaje

recto gira dentro de otro más grandede dientes internos. El principio de funcionamiento es el

mismo que el de la bomba deengranajes externos, con ladiferencia que en ésta ambosengranajes giran en la misma

dirección.

Engranaje de lóbulo:

Esta bomba funciona siguiendo elprincipio de la bomba de engranajesde dientes externos, amboselementos giran en sentidosopuestos.

Bombas de paleta

Desequilibradas:

Tiene un solo ciclo de trabajo a cadarevolución del motor esta solo tieneuna boca de entrada y una boca de

salida y el rotor esta descentrado enrelación con el estator. Al tener la bomba una sola zona de

alta presión se originan fuerzas queno son compensadas, lo que indicaque la bomba se trata de una bombadesequilibrada.

Equilibradas:

El rotor y el anillo están ubicadosconcéntricamente.

Posee dos zonas de aspiración y dos

de descarga, por lo tanto laaspiración y descarga se realiza dos veces en cada revolución.

Su caudal es fijo. Las fuerzas resultantes se anulan,

por lo tanto la bomba es equilibrada

Bombas de pistones

Axiales:

El vaivén de los pistones se consiguepor el ángulo que forman el eje deaccionamiento de la placa con el ejelongitudinal del bloque de cilindrosbombeando el aceite.

Radiales:

Estas son las más ingeniosas detodas permite obtener altaspresiones, grandes caudales,grandes velocidades y caudal variable .

Válvulas distribuidoras

Válvula 2/2 Válvula 3/23/3

Válvula 4/24/3

Válvula 5/25/3

El f luido que circula por elsistema hidráulico debe serdirigido convenientemente a losdiversos cilindros, actuadores, omotores, de acuerdo a lasexigencias y secuencias del trabajoque se deba realizar.

Las válvulas direccionales máselementales son las de dos, tres y cuatro vías .

Los accionamientos suelen ser

iguales a los usados en sistemasneumáticos (pulsadores, rodillos,solenoides, etc.) pero enhidráulica se ejecutan por laderecha.

Válvulas reguladoras de caudal

Las aplicaciones de losreguladores de caudal no estánlimitadas a la reducción de la

velocidad de los cilindros o

actuadores en general, puesademás tienen gran aplicación enaccionamientos retardados,temporizaciones, impulsos, etc.

Los reguladores de caudal puedense unidireccionales y bidireccionales.

Válvula de aguja

Válvula de compuerta

Válvula de esfera

Simbologíaa) Reguladora de caudal bidireccional

b) Reguladora de caudal unidireccional

c) Reguladora de caudal compensada

d) Válvula de estrangulación de diafragma

e) Válvula de estrangulación de diafragma

unidireccional

f) Válvula de estrangulación de diafragma

ajustable

g) Válvula de estrangulación de diafragma

ajustable unidireccional

h) Reguladora de caudal en alimentación

i) Controles de caudal

Válvulas reguladoras de presión

Una válvula reguladora depresión tiene por misiónmantener en línea sistemaun valor de presión

constante, aún si la red dealimentación tienepresiones de valor oscilante

y consumos variables.

Estas válvulas puedentener un ajuste fijo oregulable, por lo quepueden ser con muelle osin este.

Simbología

a) Limitadora de presión

b) Limitadora de presión con piloto externo

c) Reductora de presión

d) Válvula de descarga

e) Reductora de presión con piloto externo

f) Válvula de secuencia

g) Válvula de secuencia con piloto externo

h) Limitadora de presión preaccionada

i) Válvula de descarga con antirretorno

j) Válvula de descarga con piloto externo

k) Válvula de secuencia con antirretorno

Válvulas de retención También llamadas de bloqueo,

antirretorno, check o clapet.

Es una válvula que permite lacirculación del f luido en un solo

sentido, en la dirección contrariase cierra impidiendo el paso.

La obturación del paso puedelograrse con una bola, disco,cono, etc., impulsada por lapropia presión de trabajo o biencon la ayuda complementaria deun muelle.

Sin precarga

Con resorte de precarga

Desbloqueable

Actuadores

Cilindros

a) Retorno por resorte

b) Extensión por resorte

c) Retorno por fuerza externa

d) Con vástago simple( general)

e) Con amortiguación ajustable

f) A vías múltiples

g) Diferencial

h) Compresión

i) Telescópico

j) A tracción

k) Telescópico doble efecto

Elementos de una unidad

hidráulica

Depósitos Los depósitos de fluidos

hidráulicos son fabricados conláminas de aceros, fundicionesespeciales y aluminio.

Se clasifican en dos grandesgrupos:

los abiertos al aire libre los cerrados bajo presión

Y pueden ir instalados:

Con tubería que desemboca porencima del nivel del fluido. Con tubería que desemboca por

debajo del nivel del fluido (casocorriente).

Con tubería en carga.

Propósito de los depósitos:

Almacenar el fluido detransmisión de potencia.

Compensar las fugas.

Permitir que el fluido sedesecante y se desemulsione.

Actuar como un regulador

térmico. Completar la función de filtrado.

Proteger al f luido contra lasuciedad y cuerpos extraños.

Acumuladores

Los acumuladores son dispositivoshidráulicos que pueden realizar lamisma función que una bomba, esdecir, actúan como “generadoresde energía”.

Propósitos de los acumuladores:

Acumulador de energía Antigolpe de ariete Antipulsaciones

Compensador de fugas Fuerza auxiliar de emergencias Amortiguador de vibraciones Transmisor de energía de un

fluido a otro

Tipos de acumuladores

Acumulador de contrapeso Acumulador cargado pormuelle

Acumulador de Pistón

Acumulador de Diafragma

Acumulador de gas no

separado

Acumulador de vejiga

Equipos de medición y otros

componentes

Filtros

a) manómetros.

b) Termómetro.

c) Medidor de caudal.

d) Enfriador

e) Enfriador – calentador

f) Enfriador por aire

Algunas aplicaciones de lossistemas hidráulicos

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