APUNTE Hidraulica

8/18/2019 APUNTE Hidraulica

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I Introducción

Mecánica de fluidos

Es la parte de la física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, asícomo de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos

es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e

industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.

La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o

hidrostática, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de los

fluidos en movimiento. El trmino de hidrodinámica se aplica al flu!o de líquidos o al flu!o de los

gases a ba!a velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible.

La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los

cambios de velocidad y presión son lo suficientemente grandes para que sea necesario incluir los

efectos de la compresibilidad.

Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, loscompresores y las bombas. La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua

o del aceite.

"on base al comportamiento que desarrollan los fluidos se definen de la siguiente manera: #$luido

es una sustancia que se deforma continuamente, o sea se escurre, cuando esta sometido a un

esfuerzo de corte o tangencial#. %e esta definición se desprende que un fluido en reposo no

soporta ning&n esfuerzo de corte.

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Fundamentos

Los fundamentos de la mecánica de fluidos se basan en:

♦ 'rincipio de conservación de la masa.

♦ 'rincipio de conservación de la energía.

1. Definiciones y Propiedades de los Fluidos

1.1 Definiciones

(. Fluido: Es toda sustancia que ba!o la acción de esfuerzos de corte, por peque)os que sean, se pone enmovimiento, debido a que los fluidos no admiten esfuerzos de corte.

*. Fluido Incompresible: +on aquellos fluidos líquidos o gaseosos cuya densidad no varía en formasignificativa, con relación a su valor en condiciones normales.

♦ "ondiciones ormales: ' - atm. y / - 01" 2o 341"5

". Fluido Newtoniano: Es todo aquel que cumple con la Ley de e6ton. 'ara la viscosidad. ota: El fluido me!or estudiado es el incompresible, ne6toniano y que se mueve a ba!a velocidad

2Laminar5.

1.2 Propiedades de los Fluidos

A. Densidad (

ρ - masa 27g.8m95

volumen

E!: ρ agua normal - 000 27g.8m95 ; ρ aire normal - .3< 27g.8m95

B. Peso !specifico (

γ - peso 27g8m95 ó 28m95

volumen

E!: γ agua normal -


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"orresponde al estudio del comportamiento de $luidos en >eposo. Bálido para un $luido Cdeal, sin

viscosidad.

+.1 Presión (P

Es una $uerza 2$5 que act&a perpendicularmente sobre una superficie 2(5.

' - $ 8 (

♦ +us unidades de medida son:

'si - Lb8'ulg3 ; Kg.8 cm3 ; *ar ; 'a ; mmca ; mmg

♦ +us equivalencias referidas a la presión atmosfrica normal 2 atm5:

0J34 'a - .0 *ar - D,G< 'si - .0JJ 7g.8cm3 - G0 mmg - 0JJ0 mmca

A*+: ' - γ 8 h donde h - altura de la columna

♦ iveles de referencia.

+e usan 3 niveles de referencia:

♦ (bsoluto

♦ Manomtrico


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+.2 Presión atmosf,ricaLa presión atmosfrica no es otra cosa que la presión e!ercida por el aire de nuestra atmósfera,

debida a su propio peso. (l nivel del mar, una columna de aire de cm3 de sección, y cuya altura

es la atmosfrica pesa ,0J Kp.

(sí pues, la presión es ,0J Kp8cm3. ( alturas más elevadas, naturalmente la columna pesa menos

y la presión es inferior. *a!o el nivel del mar la presión atmosfrica es superior a Kp8cm3."ualquier condición donde la presión sea inferior a la presión atmosfrica se denomina vacío o

vacío parcial. In vacío perfecto es la ausencia total de presión o sea A Kp8cm3 absolutos.

Presión atmosf,rica

La presión atmosfrica tambin puede medirse en milímetros

de mercurio 2mmg5 mediante un aparato llamado

barómetro.

El barómetro de mercurio 2fig. 45, inventado por /orricellí, se

considera generalmente como el punto de partida y lainspiración de los estudios de 'ascal sobre la presión.

/orricellí descubrió que cuando se invierte un tubo lleno de

mercurio, sumergindolo en un recipiente abierto que

contenga el mismo liquido, la columna del tubo desciende

sólo una cierta distancia. +u razonamiento fue que la presión

atmosfrica sobre la superficie del liquido equilibraba el peso

de la columna de mercurio al eFistir un vacío perfecto en la

parte superior del tubo.

En una atmósfera normal, la columna tendrá siempre una

altura de G0 mm. (sí pues, G0 mm. de mercurio es otro

equivalente de la presión atmosfrica.

+.+ Presión barom,trica

"omo el vacío es una presión inferior a la atmosfrica puede medirse con las mismas unidades. Es

decir, el vacío puede eFpresarse en Kp8cm3 o en mm de mercurio. La mayoría de los vacuómetros,

sin embargo, están calibrados en mm de mercurio. In vacío perfecto, que equilibra una columna

de mercurio de 760 mm de altura, es G0 mm. El vacío absoluto viene indicado con un cero en la

escala del vacuómetro.


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El cero manomtrico corresponde a la presión atmosfrica local, que en trminos absolutos es

aproFimadamente 27g8cm35.

Las presiones manomtricas pueden ser: positivas, cero o negativas 2de vacío5

En general usaremos el nivel manomtrico por ser más práctico. o olvidar que la información

entregada en tablas y ecuaciones de termodinámica son valores absolutos 2'resión y /emperatura5

Nota' "on instrumentos o datos -ue indi-uen por eemplo'

34 psi a 2(bsoluto5J0 psi g 2Manomtrico5

+./ Presión en un punto de un fluido en reposo

+eg&n principio de 'ascal, la presión en un punto de un fluido en reposo es la misma en todas las

dimensiones.

El cual ha sido demostrado matemáticamente.

La presión a lo largo de una línea horizontal de

un fluido en reposo es constante."omo podemos decir tambin que no va a

depender del tipo de recipiente en que se

encuentre el fluido En la figura se puede

apreciar que la presión en el punto es cero manomtrico, y considerando el nivel 3 como

referencia, tenemos

' - γ ⋅ h


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Los líquidos adquieren la forma del recipiente que lo contiene debido a esta condición el aceite de

cualquier sistema oleohidráulico puede circular en cualquier dirección y a travs de tuberías y

canalizaciones de cualquier diámetro o sección.

+.* 0a presión atmosf,rica cara la bomba

ormalmente la entrada de una bomba está cargada con aceite, debido a la diferencia de presiones

entre el depósito y la entrada de la bomba. Heneralmente la presión en el depósito es la presión

atmosfrica, que es de l,0J Kp8cm3. Es, pues necesario tener un vacío parcial o una presión

reducida a la entrada de la bomba, para que sta pueda aspirar aceite.

+ituación típica de una bomba manual, que es simplemente un pistón reciproco. En la carrera de

aspiración, el pistón crea un vacío parcial en la cámara de bombeo . La presión atmosfrica en eldepósito impulsa al aceite hacia la cámara para llenar el vacío. 2En un bomba rotativa las cámaras

de bombeo sucesivas aumentan de tama)o a medida que pasan por la entrada creando,

efectivamente, una condición de vacío5.

Ni$el sobre la bomba Ni$el bao la bomba

0a reducción de presión debe ser limitada ya -ue los l3-uidos sometidos a $ac3o o presiones neati$asse $apori4an proporcionalmente a la reducción de presión lo -ue puede producir ca$itación./. 0!5 D! P6%"60


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La presión aplicada a un fluido confinado se transmite íntegramente en todas

las direcciones y e!erce fuerzas iguales sobre áreas iguales. (ctuando estas

fuerzas normalmente en las paredes del recipiente, Esto eFplica por que una

botella llena de agua se rompe si, introducimos un tapón en la cámara ya

completamente llena El liquido es prácticamente incomprensible y transmite la

fuerza aplicada al tapón a todo el recipiente. El resultado es una fuerzaconsiderablemente mayor sobre un área superior a la del tapón. (sí, es

posible romper el fondo de la botella empu!ando el tapón con una fuerza

moderada.

*ramah pensó que si una peque)a fuerza, actuando sobre un área peque)a,

crea una fuerza proporcionalmente mas grande sobre un área mayor, el &nico

limite a la fuerza que puede e!ercer una máquina es el área a la cual se aplica la

presión.

Presión 7 Fuer4a 8 6rea (9 8 cm26plicación de la 0ey de Pascal por :rama;

'uede verse fácilmente que las fuerzas o pesos que equilibran este aparato son proporcionales a las

áreas de los pistones. (sí pues, si el área del pistón de salida es de 300 cm3, la fuerza de salidaserá de 3000 Kp 2suponiendo el mismo empu!e de 0 Kp sobre cada cm35. Este es el principio del

funcionamiento de gato y de la prensa hidráulica.

0a distancia -ue recorre el pistón es in$ersamente proporcional a su superficie

#ecordar -ue'


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=rabao 7 Fuer4a > Distancia (9 m

0a presión enerada depende de la cara o resistencia -ue deba $encer el fluido


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"omo se crea la presión?La presión se origina siempre que se produce una resistencia a la circulación de un líquido, o una

fuerza que trata de impulsar el líquido. La tendencia a suministrar caudal 2o empu!e5 puede

originarse mediante una bomba mecánica o simplemente por el peso del fluido.

Es un hecho bien conocido que en una columna de agua la presión aumenta con la profundidad. La presión

es siempre la misma a una profundidad determinada, debido al peso de la columna de agua sobre ella. En la

poca de 'ascal, un científico italiano llamado /orricellí demostró que si se hace un agu!ero en el fondo de

un tanque de agua, el agua se escapa a la máFima velocidad cuando el tanque está lleno y que el caudal

disminuye a medida que ba!a el nivel de agua. En otras palabras a medida que disminuye la columna de

agua sobre la abertura tambin se reduce la presión.


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"uando el caudal de salida de una bomba se dirige hacia dos actuadores, el actuador que necesita

menos presión es el primero en moverse. "omo es difícil equilibrar las cargas eFactas, los

cilindros que deben moverse !untos se suelen conectar mecánicamente.

"irculación de caudal en paralelo o deri$ación


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"uando las resistencias al caudal están conectadas en serie, las presiones se suman.

"irculación de caudal en serie


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*.2 "a3da de presión a tra$,s de un orificioIn orificio es un paso restringido en una línea hidráulica o componente, usado para controlar el

caudal o crear una diferencia de presión 2 caída de presión5 'ara que el aceite fluya a travs de un

orificio, tiene que haber una diferencia de presión a travs del orificio 2el trmino caída# procede

del hecho de que la presión inferior siempre está más aba!o en el sentido de la corriente5.

Cnversamente, si no hay caudal no hay diferencia de presión a travs del orificio.

0os cambios de sección ;acen $ariarla $elocidad del fluido.


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&!0@"ID6D 7 &@0


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+e puede analizar el siguiente caso aplicando la ecuación de continuidad

ρ E ⋅ (E ⋅ BE - ρ S ⋅ (+ ⋅ B+ , pero ρ = cte

'or lo tanto: B+ > BE

6l reducir el diámetro a la mitad la $elocidad aumenta / $eces


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H. Perdida de "ara (o !ner3a "uando el fluido se mueve, inevitablemente pierde energía a lo largo de su trayectoria, como consecuencia

del roce, entre otros factores.

"lasificación de las Perdidas de "araLas prdidas de carga se clasifican en 3 tipos:

• 'rdidas >egulares

• 'rdidas +ingulares

P,rdidas #eulares+on aquellas prdidas de superficie en el contacto del fluido con la tubería 2capa límite5, rozamiento entre

capas del fluido con otras 2rgimen laminar5 o de las partículas del fluido entre sí 2rgimen turbulento5,

tienen lugar en un flu!o uniforme, por lo tanto, ocurre principalmente en tramos de tuberías de sección

constante.

• #,imen 0aminarEn el flu!o laminar las partículas fluidas se mueven seg&n trayectorias paralelas, formando el con!unto de

ellas capas o láminas.

• #,imen =urbulentoEn un flu!o turbulento las partículas fluidas se mueven en forma desordenada en todas las

direcciones.

• P,rdidas%inulares

+on las prdidas de

forma, que tienen lugar

en las transiciones

2estrechamientos o eFpansiones de la corriente5, codos, válvulas y en toda clase de accesorios.

Perdidas Singulares = K


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Donde'

9 7 "oeficiente de prdidas singulares o singularidad, adimensional& 7 Belocidad media, en m8s 7 (celeración de gravedad, m8s3

El coeficiente de prdidas singulares es característico de cada accesorio en ciertas condiciones y depende

principalmente de:

eometr3a del accesorio' pudiendo ser esta fi!a o variable.$i!a: un codo; Bariable una válvula 2K disminuye a medida que se abre5.

%entido de escurrimiento' "uando las líneas de corriente se separan 2divergen5 aumenta el riesgo dedespegue de la capa límite y esto se traduce en 'rdidas +ingulares de mayor magnitud.

Entonces podemos decir:

Pérdidas Totales = Pérdidas Regulares + PérdidasSingulares


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!N%65@ = 6rea (m8s

Donde el área se puede determinan obteniendo el diámetro respectivo a cada tobera, pero para determinar Belocidad será necesario recurrir a la formula de *ernoulli, donde relaciona las presiones dinámicas y

estáticas entre 3 toberas, entonces se tiene:

;1 JP1 J &12 7 ;2 J P2 J &22

2 2

por medio de esta formula, se puede despe!ar una de las velocidades para luego aplicarla en continuidad.

Ina vez obtenidos los resultados se puede proceder a graficarlos por e!emplo presiones v8s toberas.


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IN=#@D


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"omponentes de una unidad de fuerza hidráulica

En la figura por razones de sencillez se presenta un pistón simple, las mayoría de las bombas llevan

pistones m&ltiples, paletas o engrana!es, que son sus elementos de bombeo. Los accionadores pueden ser

lineales como el cilindro mostrado o rotativos como los motores hidráulicos.

El sistema hidráulico no es una fuente de potencia. La fuente de potencia es un accionador 2motor elctricou otro tipo de motor5 que acciona la bomba.

&entaas de la ;idráulica.a &elocidad $ariable.b #e$ersibilidad.c Protección contra sobrecaras.d Pueden blo-uearse.


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COMPONENTES HIDRAÚLICOS


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F0esistencia a formar espuma. %emulsibilidad.; *uen lubricante.i 'unto de inflamación.

+. 6diti$os'

(ditivos utilizados para adecuar los aceites hidráulicos a los sistemas donde serán ocupados.

"lase 1. "on el fin de modificar las características físicas del aceite.

Me!oradores de índice de viscosidad.

%eprimentes del punto de fluidez.

(gentes antiespuma.

Estabilizadores y tintes de color.

"lase 2. Itilizados para me!orar el rendimiento real del aceite en uso.

%etergente

(ditivos de oleosidad para resistencia de la película

Cnhibidores de la oFidación (ditivos para presiones eFtremas

Cnhibidores de moho

!l fluido lubricalas pie4as mó$iles.


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0a circulación del aceite impide el calentamiento del sistema

Medida de la $iscosidad absoluta.

Lumedad en el aceite "orrosión por presencia de ácido

/. 03-uidos ;idráulicos utili4ados'

E 6uaE 6ceite solubleE 6ceites $eetalesE 6ceites mineralesE 03-uidos sint,ticosE Lidrocarburos cloradosE FosfatosE,steres


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+i el fluido se mantiene y libre de humedad durará mucho más tiempo y se evitará da)ar las piezas de precisión de los componentes hidráulicos.

"uidado durante el funcionamiento.

Los cuidados adecuados para un fluido hidráulico durante el funcionamiento incluyen:

. Cmpedir la contaminación manteniendo el sistema estanco y utilizando filtros de aire y

aceite adecuados.

3. Establecer intervalos de cambio de fluido adecuados para no de!ar que ste se

descomponga. En caso necesario, el suministrador puede probar periódicamente muestras en el

laboratorio para establecer la frecuencia de cambio.

J. Mantener el depósito adecuadamente lleno para aprovechar sus características de

disipación de calor e impedir que la humedad se condense en las paredes interiores.

D. >eparar inmediatamente las fugas.

Fluidos:ase aua Fluidos sint,tios

Materiales

aceptables

(ceites

minerales

Emulsiones

agua caliente

(guaglicol idrocarburos

clorados 25

Mezclas

25 O 235

Esterfosfatos

235

Puntas y

Mangueras

fleFibles

eopreno

*una

eopreno

*una

2corcho A5

eopreno

*una

2corcho A5

+ilicona

Bitón

/eflón

+ilicona

Bitón

/eflón, $*(*util

*util

Bitón

+ilicona/eflón, $*(

'inturas "onvencional "onvencional "onsultar

suministrador

EpoFy

2consultar

suministrador5

EpoFy

2consultar

suministrador

5

EpoFy

2consultar

suministrador5

(ccesorios

para tuberías

"onvencional "onvencional "onsultar al suministrador de la cinta de /eflón

"oladores 40µ .3 veces

la capacidad

J0µ .D vecesla capacidad

J00µ , cuatro veces la capacidad de la bomba

$iltros $ibra de

"elulosa

0µ

nominales

$ibra de

vidrio

0µ

nominales

$ibra de

"elulosa

0µ nominales

$ibra de "elulosa 0µ nominales

'ueden utilizarse filtros micrónicos

en los fluidos que no llevan aditivos

Metales "onvencional "onvencional Evitar metales

galvanizados

y cadmio

"onvencional "onvencional "onvencional

Comati!ilidad de "luidos #id$áulicos % &u'tas


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!%=6NA

6 !%=6NA

siendo lo óptimo J veces el volumen desplazado.

1. F

b5 Eliminar el aire que se pueda producir por la agitación del aceite.

c5 Mantener el aceite libre de contaminación eFterior.

d5 %isipar el calor generado durante la operación del circuito hidráulico.

2. P6#=!% "@MP@N!N=!% D! Placa deflectora' 'rolonga el recorrido del aceite para enfriarlo y al subir eliminar las partículasde aire. +epara la zona de succión con la de retorno. /iene una altura de 38J del nivel de aceite.

• 'ermite prevenir la turbulencia en el estanque.

• 'recipitan las impurezas al fondo

• Libera el aire atrapado

• (yuda a la disipación del calor a travs de las paredes del estanque.

"@N!CI@N!%' Líneas de retorno terminan ba!o el nivel de aceite 2D41 cuando están cerca del

fondo5. acia la pared del estanque.

El flange ciego superior lleva empaquetaduras para evitar la entrada de partículas y

polvo sirve para cambiar el filtro.

!%=6NA

La reserva de aceite hidráulico debe ser dos veces la capacidad volumtrica de la bomba hidráulicasiendo lo óptimo J veces el volumen desplazado.

1. Funciones del estan-ue'

a5 "ontener el aceite hidráulico necesario para su funcionamiento.

b5 Eliminar el aire que se pueda producir por la agitación del aceite.

e5 Mantener el aceite libre de contaminación eFterior

d5 %isipar el calor generado durante la operación del circuito hidráulico.

2. Partes componentes de un estan-ue'


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a5 'laca detectora

b5 "oneFiones

c5 /apón de llenado y respiradero

d5 /apón de vaciado

e5 /apas de registro


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FI0=#@%

El ob!etivo es que sea capaz de retener las impurezas sólidas como ser, partículas metálicas, restos

de empaquetaduras, etc.

1.


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El filtro de aspiración protege a la bomba $iltro en línea de presión

$iltro en línea de retorno


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:@M:6% LID#6ternos

:@M:6% D! !N#6N6!% De enranaes Internos

De #otor (de enrane interior

De Paletas !-uilibradas:@M:6% D! P60!=6%

De Paletas sin !-uilibrar

De ee y Pistones en 03neaDe Pistones 6>ialesDe !e en 6nulo

:@M:6% D! PI%=@N!%De 0e$a iratoriaDe Pistones #adialesDe Pistones en #otación


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:omba de enranae e>ternoIna bomba de engrana!e suministra un caudal transportando el fluido entre los dientes de dos

engrana!es bien acoplados. Ino de los engrana!es es accionado por el e!e de la bomba y hace girar

al otro. Las cámaras de bombeo formadas entre los dientes de los engrana!es, están cerradas por el

cuerpo de la bomba y las placas laterales llamadas placas de presión o de desgaste.Los engrana!es giran en direcciones opuesta, creando un vació parcial en la cámara de entrada de

la bomba. El fluido se introduce en el espacio vacío y es transportado por la parte eFterior de los

engrana!es, a la cámara de salida. "uando los dientes vuelven a entrar en contacto el fluido vuelve

a ser impulsado hacia fuera.


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+u caudal va de a G00 l8min. +u presión varía de 4 a 4 7g8cm3 2presión de punta hasta 300

7g8cm35. +u velocidad va de 400 a J000 rpm.

El árbol y el pi)ón conductor pi)ón conducido son de cementación "r i cementados. El

cuerpo es de fundición gris aluminio.

!l caudal teórico en m+8s de las bombas de enranaes e>ternos ser3a'

At 7 ((2 E Pi 8 E Dr E m E b E n

Dr 7 Diámetro primiti$o de la rueda motri4m 7 Módulob 7 6nc;o del dienten 7 &elocidad de iro (rpm


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Boma de engrana!es internos

Esta bomba la constituyen elementos como, engrana!es de dientes eFternos 2motriz5, engrana!es de

dientes internos 2conducido5 y una placa en forma de media luna. EFiste una zona donde los

dientes engranan completamente en la cual no es posible alo!ar aceite entre los dientes.

:ombas de 0óbulos+on bombas rotativas de engrana!es eFternos, que difieren de estas en la forma de accionamiento

de los engrana!es. (quí ambos engrana!es tienen sólo tres dientes que son mucho más anchos y

más redondeados que los de una bomba de engrana!es eFternos son accionados

independientemente por medio de un sistema de engrana!es eFterno a la cámara de bombeo.


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"otor de engrana!es interno

:omba enranaes internos erotorEsta bomba combina un engrana!e interno dentro de otro eFterno. El engrana!e interno está

enchavetado en el e!e y lleva un diente menos que el engrana!e eFterior. "uando los engrana!es

giran, (mbos engrana!es giran en el mismo sentido, cada diente del engrana!e interno está en

constante contacto con el engrana!e eFterno, pero con un diente de más, el engrana!e eFterno gira

más despacio.


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Bomas de #aletas

El principio de funcionamiento de una bomba de paleta se puede describir de la siguiente manera,

un rotor ranurado esta acoplado al e!e de accionamiento y gira dentro de un anillo ovalado. %entro

de las ranuras del rotor están colocadas las paletas que siguen la superficie interna del anillo

mientras cuando el rotor gira. La fuerza centrifuga y la presión aplicada en la parte inferior de las paletas las mantienen apoyadas contra el anillo. Las cámaras de bombeo se forman entre las

paletas, rotor, anillo y las dos placas

Las bombas de paletas son relativamente peque)as en función de las potencias que desarrollan y

su tolerancia al contaminante es bastante aceptable.

:omba de paletas no e-uilibrada de despla4amiento fio

Se utilizan más en sistemas de baja presión o como bombas auxiliares de otrabomba que trabaja en un sistema de presión alta.

Un rotor es girado por la ec!a impulsora las paletas planas rectangulares semueven por la "uerza centr#"uga dentro de las ranuras del rotor $ siguen a la"orma de la carcasa de la bomba. %l rotor está colocado exc&ntrico conrespecto al eje de la bomba.%l deslizamiento de contacto entre las super'cies de paleta $ carcaza generandesgaste.


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:omba no e-uilibrada de caudal $ariable


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:omba de paletas e-uilibradas%e distinue en este tipo de bomba las siuientes situaciones'

• 6nillo $olum,trico• !l rotor y el anillo están ubicados conc,ntricamente• Posee dos 4onas de aspiración y dos de descara por lo tanto la aspiración y descara

se reali4a dos $eces en cada re$olución• %u caudal es fio• 0as fuer4as resultantes se anulan por lo tanto la bomba es e-uilibrada


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62/125

"otor de #aletas $on #la$a de #resi%n&


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"ircuito de accionamiento de un motor de paletas


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:ombas de Pistones

Estas bombas dise)adas para presiones de servicio más elevadas que las anteriormente

mencionadas, presentan una gran variedad constructiva.

( pesar de la variedad se)alada, los altos niveles de presión operativa 2hasta 00 7g8cm35 dancaracterísticas de materiales, aleaciones, y tolerancias comunes a todas ellas a saber:

#@=@#' *ronces fosforosos y una función con la siguiente composición: J,3Q ", Q Mn ,0.3GQ ', .4Q +i , 0.0=4Q "r, 0.0GQ i, con dureza * - 300.

PI%=@N!%, (cero "r i de cimentación, cementado y templado. !! D! DI%=#I:


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:omba de pistones a>iales

:omba de Pistones en ánulo


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Mecanismos de desaste

0os procesos de desaste más comunes son' desaste abrasi$o desaste ad;esi$odesaste por erosión desaste por ca$itación desaste corrosi$o y desaste por fatia.

Desaste abrasi$o'

+e refiere al corte del metal por partículas duras o una superficie áspera. Este tipo de desgaste

puede disminuirse removiendo los restos de manufactura antes de iniciar el traba!o.

0ubricacion de bombas ;idráulicas'Ina fuente de fallas en las bombas hidráulicas es la mala lubricación. Muchos componentes en el

pistón están en contacto deslizante. Este desgaste por deslizamiento afecta el rendimiento del plato

y del e!e del pistón. %esgaste en esta superficie puede facilitar las fugas, que aumentarán con

fluidos menos viscosos. Este desgaste tambin impacta en gran medida el rendimiento de la

bomba en general.

@>idación del fluido

Los fluidos forman ácidos debido a la oFidación. Esto es acelerado por la operación eFtendida a

altas temperaturas.

%obreEpresuri4ación

Ina bomba hidráulica no debe ser sometida a presiones de operación más altas que esas para las

que ha sido dise)ada.

La sobrepresurización tambin se puede causar por fallas de componentes

Desaste ad;esi$o

Acurre cuando las asperezas de la superficie se someten a contacto deslizante ba!o una carga. +i

suficiente calor es generado, se darán microsoldaduras en la superficie

Desaste por erosión

'artículas de líquido o impregnación de gotas de líquido en la superficie causan el desgaste por

erosión

Desaste por ca$itaciónLa cavitación se da cuando hay un n&mero eFcesivo de burbu!as de gas. Luego de repetidas

implosiones, el material se da)a por fatiga, resultando en da)os en forma de agu!eros.

Desaste corrosi$oEste tipo de da)o se relaciona con ataques electroquímicos al metal. (lgunas causas comunes de

corrosión son la condensación del agua en la humedad del ambiente, vapores corrosivos en la

atmósfera, procesamiento de químicos corrosivos como lo son los refrigerantes y limpiadores,

presencia de ácidos de descomposición o eFposición a metales activos, etc.


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Desaste por fatiaLa fatiga es favorecida por áreas de contacto peque)as, cargas altas y fleFión repetida ba!o ciclos o

deslizamientos recíprocos. +i el esfuerzo aplicado es mayor al esfuerzo de fluencia del material, el

proceso es acompa)ado de calor por fricción y flu!o plástico del material. "ambios estructurales

tambin se observan en el material.

"'T'R(S )*R,U-*.'S

Los motores hidráulicos tienen la misión de transformar la potencia hidráulica, recibida de la

bomba, en potencia mecánica. Esta potencia es suministrada ba!o la forma de un '(> y una

BELA"C%(% de rotación.

Fundamentos.

=or-ue'%iremos que un motor hidráulico está aplicando un torque puro cuando ese torque está siendo

aplicado a rotación nula.En el motor hidráulico ocurre un descenso del torque con el aumento de la velocidad.

El torque del motor hidráulico depende básicamente de dos factores:

. ( la presión recibida.

3. (l área de los elementos internos del motor donde actuará la presión.

La perdida entre curvas 2torque teórico y real5 varía de acuerdo al tipo de hermetismo interno del

motor, esto es, cuanto más perfecta es la hermeticidad es menor el desgaste interno del motor,

menor será la perdida.

El Rtorque realS del motor hidráulico tambin es denominado Rtorque de salidaS.

El Rtorque de partidaS es generalmente menor de aquel indicado en el gráfico cuando tenemos

velocidad nula, eso porque, debemos descontar tambin las perdidas por roce en tanto el torque de

partida podrá ser mayor que el torque entregado con rotación máFima del motor.

"omo podemos ver en el gráfico eFiste un punto en que el torque alcanza un valor máFimo en este

punto las prdidas entre teórico y real será mínima y el rendimiento del motor hidráulico máFimo.

EFiste el caso particular de motores de pistones en que el n&mero de pistones es impar.+upongamos es 4 el n&mero de pistones, teóricamente el Rtorque de partidaS seria entregado por


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dos y medio pistones. Acurre que invariablemente tres pistones se pueden encontrar en ciclo de

descarga del motor, así eFistiendo un peque)o giro angular del motor, podremos aumentar el

torque de partida colocando el máFimo de pistones posible en la región de acción de la presión.

+e define como tor-ue espec3ficoG el torque correspondiente para cada bar de presión.

Velo$idad&

(a velocidad de un motor !idráulico depende directamente del caudal que esentregado al motor) $ para 'nes de pro$ecto $ dimensionado) se acostumbradar esa velocidad en rotaciones por minuto *rpm+.

Velo$idad del motor Vm01

,m - / 0 ,m- velocidad del motor rpm

,r - caudal entregado

,r - desplazamiento porrevolución 0 - constante

- 123 cuando - 4P5 $ ,r - pulg2 6 rev.K - 3 cuando - (t6min $ ,r - dm2 6 rev.

- 3782 cuando - (t 6 min $ ,r - m2 6 rev.

Poten$ia1(a potencia involucra tres "actores distintos9 Fuerza) distancia $ tiempo. %notras palabras se determina la potencia producida o la entregada) a partir deltrabajo realizado en un determinado tiempo.

= T = F 3 d t t

= T 3 Vm Vm en r#m0

A partir de la energ#a !idráulica entregada al motor) podemos calcular lapotencia entregada9

: - P / donde9 0

: - PotenciaP - Presión - ;audal cuando P - bar $ - lt6min.0 - Factor de conversión 3?3< cuando P - psi $ - 4P5

Resumen de 4ormulas


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@ - P / ,r *0g"cm+ donde9 1 P - Presión *0g"6cm+

,r - ,olumen desplazado cm2 6 rev.

@ - : / 0 3 *0g"6cm+ donde9 ,m : - Potencia *P o ;,+

,m - ,elocidad en rpm. 03 - >271= cuando : - P - >2C7? cuando : - ;,

@ - / P 0 1 *0g"cm+ donde ,m - ;audal lt6min. P - Presión *0g6cm1+. ,m - ,elocidad en rpm. 0 1 - - 2>)?? cuando P - PSD $ - 4P5 - C)


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#endimientos

In motor trifásico posee óptimo rendimiento, pues convierte pm es proporcional al caudal de alimentación.

• 'otencia es proporcional al par y rpm.

• Hrado de viscosidad 3 W 4 Engler hidraulic 40.

• /emperatura máFima de traba!o =0X".

• Hrado de filtración G0 micras en instalación.


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2. &ál$ulas de #etención o 6ntiretorno (";ec.

'ermite controlar la dirección del flu!o en un solo sentido, impidindolo en el sentida contrario.

/enemos los siguientes tipos:

&ál$ula antiretorno en 03neaE &ál$ula antiretorno en ánulo rectoE &ál$ula antiretorno con retorno restrinidoE &ál$ulas antiretorno pilotadas tipo 2" y /".


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+. &ál$ulas reuladores de "audal.

Estas válvulas son utilizadas para controlar el caudal de fluido hacia el actuador, lineal o rotativo,

regulando o controlando la velocidad de desplazamiento o de rotación. /enemos los

siguientes tipos:

• Bálvula con restricción fi!a y a!ustable• Bálvula con control unidireccional y bidireccional

• Bálvula con control compensada por presión

• Bálvula con control compensada por temperatura

• Bálvula con control compensada por presión y temperatura


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#eulador de caudal unidireccional reulable


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/. &ál$ulas de control de Presión.

Las funciones principales de estas válvulas son:

• Limitar o regular la presión de un sistema• Ariginar una condición particular de presión necesaria para un control.

• acer que el funcionamiento de los actuadores ocurra en un cierto orden.

La diferencia entre las presiones de apertura y pleno caudal se denomina QMaren de%obrepresiónQ. Esta es una característica de los controles de presión nonnalmente cerrados,cuando están equilibrados hidráulicamente.

*. &ál$ula de %euridad (#elief.

Esta válvula es necesaria en todo circuito hidráulico que utilice bombas de desplazamiento

positivo.

+e conecta en la descarga de la bomba. Es normalmente cerrada, y se a!usta a una presión

levemente superior requerida para mover la carga.

'uede utilizarse para limitar el par o la fuerza de salida de un actuador.

=ipos' &ál$ula de %euridad %imple &ál$ula de %euridad Pilotada (tipo #M &ál$ula de %euridad de Pistón !-uilibrada


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. &ál$ulas tipo Q#Q.

Las válvulas tipo # y #" son controles de presión de mando directo, de corredera deslizante que pueden ser utilizadas para diversas funciones seg&n como se monten y conecten.


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H. &ál$ula Q#Q utili4ada como $ál$ula de Descara.

'ara esto la tapa inferior se monta de manera que bloquee el pilota!e interno. +e utiliza un pilota!e

eFterno para levantar la corredera y derivar el caudal de la bomba al orificio secundario.

El drena!e sigue siendo interno.

R. &ál$ula Q#Q utili4ada como de %euridad.

La tapa inferior está montada de forma que la presión de pilota!e está aplicada internamente desde

el orificio primario, y es necesario que la presión del sistema eFceda del tara!e del muelle para quela válvula se mantenga abierta.


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S. &ál$ula Q#Q utili4ada como de %ecuencia.

Ina válvula de secuencia se utiliza para enviar el caudal a un sistema secundario solamente

despus de que un movimiento haya finalizado en el sistema primario, manteniendo presión en

ste.

'ara esto la tapa superior se monta de manera que el drena!e sea eFterno, para evitar que la presióndel orificio secundario se a)ada o sume a la fuerza del muelle, lo que provocaría elevación de la

presión necesaria para abrir la válvula.

1. &ál$ula de %ecuencia tipo II#"Q.

"uando sea necesario que el aceite pueda atravesar libremente una válvula de secuencia en sentido

contrario 2del secundario al primario5, debe utilizarse esta válvula que lleva incorporada una

válvula antiretomo.

En ambos casos el funcionamiento es el mismo.


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11. &ál$ula de "ontrapeso o !-uilibrae tipo Q#"Q.

+e utiliza cuando un cilindro traba!a en forma vertical levantando una carga e impedir que esta

ba!e libremente por efecto de la fuerza de gravedad.

12. &ál$ula de Frenado tipo Q#"Q.

+e utiliza para evitar un eFceso de velocidad cuando se aplica una carga demasiado elevada al e!e

del motor. /ambin se utiliza para evitar una carga eFcesiva cuando se quiere reducir o

desacelerar o parar una carga.


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1+. &ál$ulas de "ontrol Direccional.

"uando se habla de válvula direccional, se refiere a cualquier válvula que controle la

dirección o las vías del caudal.

1/. Interpretación de simbolo3a de $ál$ulas Direccionales

%e acuerdo a la clasificación indicada podremos tener:

Bálvulas 3 8 3 2 dos 8 dos 5 3 vías 8 3 posicionesJ 8 3 2 tres 8 dos 5 J vías 8 3 posiciones

J 8 J 2 tres 8 tres 5 J vías 8 J posiciones

D 8 3 2 cuatro 8 dos5 D vías 8 3 posiciones

D 8 J 2 cuatro 8 tres5 D vías 8 J posiciones

5 8 3 2 cinco 8 dos5 4 vías 8 3 posiciones etc.

7 de v8as / 7 de #osi$iones


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1*. "onfiuración del s3mbolo de una $ál$ula

"one>iones'

+on las entradas y salidas que posee la válvula de dos, tres, cuatro, cinco, etc. 'or vectores se

indica la comunicación del fluido.

=ipos de centros'E "entro cerrado

E "entro abiertoE "entro tandemE %emicerradoE %emiabierto

=ipos de Mando'E 6ccionamiento manualE 6ccionamiento con el pie (pedalE 6ccionamiento mecánico (camonE 6ccionamiento el,ctrico (solenoideE Presión piloto (;idráulicoEneumáticoE 6ccionamiento combinado.

Posi$iones estales ado#tadas #or eldistriuidorVin$ula$i%n entre o$as de $one$$i%n

"ando

"ando


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"ircuito abierto


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Ci$cuito ce$$ado


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"ircuito cerrado' accionamiento unidireccional

El caudal variable de la bomba 2*5 se dirige a travs de la válvula 2"5 y del filtro 2%5 al motor 2E5. La

descarga de 2E5 vuelve a la entrada de 2*5 con!untamente con el aceite procedente del depósito 2(5. La

válvula 2"5 limita el par máFimo del motor 2E5 y protege al sistema contra sobrecargas.


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6"


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6cumulador carado con un muelle'

En un acumulador cargado por muelle la presión se aplica al fluido al

comprimirse el resorte localizado atrás del pistón del acumulador.

La presión es igual a la fuerza instantánea del resorte dividida por

el área del pistón.Los acumuladores de resorte pueden ser montados en cualquier

posición, las fuerzas involucradas hacen que los tama)os de los

resortes sean poco prácticos. Este acumulador no requiere precarga.

El intervalo de presión no es fácil de a!ustar.

6cumulador de ,mbolo o pistón'

"onsiste en un depósito parecido a un cilindro hidráulico en cuyo

interior se ha colocado un mbolo que nos separa la cámara interior. En

un lado del mbolo se le coloca el gas a presión y cuando le damos el

fluido por el otro lado el mbolo nos eleva ste comprimiendo el gas de

la cámara opuesta.

Este tipo de acumulador es adecuado para grandes presiones y

grandes caudales. 'or sobre los 300 bar, se produce !uego entre el

pistón y la camisa al dilatarse sta. 'resentan cierta inercia por la

masa del pistón o por el rozamiento de !untas.

Este acumulador puede cargarse con gas a presión antes de

instalarlo en el sistema. (cumulan gran cantidad de energía con

relación a su tama)o y funcionan con gran precisión y seguridad.


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6cumulador de as no separado'

"onsisten en un depósito en el que se coloca un volumen de fluido y a continuación se le da la presión al

gas. ormalmente se instalan en circuitos cerrados, donde el volumen del aceite tiene un máFimo y un

mínimo dentro del acumulador.

Es sencillo de construcción, económico y se puede realizar para caudales medianos. /iene elinconveniente de que eFiste el peligro de que se mezcle el gas con el aceite.

6cumulador de diaframa'

Este acumulador, normalmente consta de dos medias esferas unidas y entre las que se mantiene un

diafragma de separación. ( un lado se coloca el gas a presión y, al otro, se hace entrar el fluido quequeremos acumular. Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente peque)os y

presiones medias.


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6cumuladores de $eia'

'robablemente el acumulador más com&nmente usado es el que la cámara

se precarga con gas inerte, usualmente nitrógeno seco. El oFígeno nunca

debe usarse debido a su tendencia a quemarse o eFplotar al ponerse en

contacto con el aceite ba!o presión. El aire se usa algunas veces, perotampoco se recomienda por lo mismo.

In acumulador cargado por gas debe ser precargado cuando a&n no

contiene el fluido hidráulico. Las presiones de precarga varían con cada

aplicación y dependen del intervalo de la presión de operación y del

volumen del fluido requerido dentro de ese intervalo. Esta presión nunca

debe ser menor de un cuarto y preferiblemente un tercio de la máFima

presión de operación. La presión del acumulador varía en proporción a la

compresión del gas, aumentando cuando el fluido es bombeado dentro y

disminuyendo cuando ste es eFpulsado.

6cumulador con reser$a de ener3a.

'ermite reducir la potencia instalada. El acumulador almacena cierta cantidad de aceite y lo devuelve en la

fase de traba!o 2los tiempos de reposo deben permitir cargar el acumulador5. La presión de hinchado: '0 -

0,< de ' y '3 > 0,J '3


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En caso de detención de la bomba por avería elctrica, el solenoide se desactiva, el distribuidor

cambia de posición por la acción del resorte y el acumulador hace retroceder el vástago hasta su

posición inicial.En otras variantes, si por avería disminuye la presión, el acumulador debe ser capaz de terminar la

maniobra e incluso realizar un ciclo completo de traba!o.

uidos y vibraciones.

• %esregla!e y rotura de los órganos de control y regulación.

• $ugas en !untas y racores.


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(vance: Y e Z sin tensión.

/raba!o: Y accionado al actuar $".>etroceso: Z accionado.

'resión de llenado 0,G de la presión media.

Funcionamiento'%urante la carrera de avance rápido, el caudal de la bomba se dirige hacia el acumulador y hacia le cilindro."uando empieza la carrera de traba!o, el caudal de la bomba se descarga al depósito y el acumulador

suministra el caudal al cilindro sin pulsaciones; el acumulador ha cambiado de posición accionado por la

leva.

+i el ciclo de traba!o es rápido, el acumulador se carga durante la carrera de avance; para ello hay que

instalar a la salida del distribuidor una válvula reguladora de presión no mostrada en la figura.


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"ilindros diferenciales'

+e denomina así, porque las áreas del pistón en las que se aplica la presión en ambos lados, no son

iguales. En el lado de la tapa, toda el área del pistón recibe la presión del fluido. En el lado del

vástago, hay que sustraer el área de este, de forma que la presión está aplicada sobre el área de una

corona circular.

"ilindros no diferenciales'

In cilindro no diferencial tiene un vástago en cada lado del pistón. +uministra fuerzas y

velocidades en ambos sentidos, si el diámetro de los dos vástagos es el mismo, siempre que no

varíen el caudal y la presión.

"ilindros con amortiuación del final de carrera'


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Los amortiguadores se instalan frecuentemente en uno o en ambos eFtremos del cilindro, para

disminuir su velocidad cerca del final de carrera e impedir que el pistón golpee contra la tapa del

eFtremo.


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&ál$ula desaceleradora.


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"ircuito diferencial con paso a con$encional

+e utiliza un circuito diferencial con una relación de áreas 3:. durante el avance rápido el

solenoide 2a5 está eFcitado, la presión de traba!o es inferior al tala!e de la válvula 2H5 y el caudal

de la bomba es dirigido a la sección llena del cilindro 25.

El aceite que sale de la sección anular del cilindro se une al caudal de la bomba a travs de lasválvulas 2H5 y 2$5. La velocidad del pistón viene determinada por el caudal de la bomba y por el

área de la sección transversal del vástago del cilindro.

"uando el cilindro encuentra resistencia a su movimiento, la presión aumenta, provocando la

abertura de la válvula 2H5 y permitiendo que el aceite procedente de la sección anular del cilindro

fluya libremente a tanque a travs de 2H5 y 2E5. La velocidad del pistón queda reducida a la mitad

y la fuerza e!ercida será función del área total del cilindro y de la presión máFima de traba!o.

+e obtiene el retorno rápido del pistón eFcitando el solenoide 2b5 y enviando el caudal de la bomba

a la sección anular del cilindro a travs de las válvulas 2E5 y 2H5.

La velocidad del pistón viene determinada por el área de la corona circular y por el caudal de la

bomba y la misma que la velocidad de avance. La válvula [ limita la presión máFima del circuito

y lo protege contra sobrepresiones. La válvula 2%5 suministra presión piloto para el accionamientode la válvula 2E5.


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"ircuito ;idráulico del didactón.


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Inicio de funcionamiento'"on la bomba accionada, y el carrete de la válvula en posición central, el flu!o de la bomba circulará hacia

tanque.

6$ance de los cilindros'

"on la válvula 4 en posición paralela, el caudal es desviado hacia los cilindros J y D. con esto, los dosestán en condiciones de avanzar. (l ocurrir en los dos cilindros una resistencia al avance, y en

consecuencia, un aumento de presión la válvula 0 será accionada y mantendrá la presión seg&n el a!uste.

El cilindro J mantendrá una presión constante, es decir, reducida en relación a la presión del cilindro D,

que podrá estar en el máFimo seg&n la presión a!ustada en la válvula J.


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%istema ;idráulico con blo-ueo del cilindro.

En la figura se muestra un circuito de bloqueo de un cilindro, utilizando una válvula antirretorno pilotada y

quien entrega flu!o es una bomba de caudal variable. /rate de hacer las coneFiones correspondientes y

determinar su funcionamiento.


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"ircuito con acumulador ;idráulico (para emerencia.

Inicio de funcionamiento'(l girar la bomba el flu!o generado llenará el acumulador < hasta una presión máFima a!ustada en la bomba

de caudal variable.

6ccionamiento del cilindro ;idráulico'(l conectar el solenoide +3 de la válvula 4 el flu!o de la bomba hará avanzar al cilindro, el registro

puede ser cerrado una vez que se haya cargado el acumulador. (l determinarse un rgimen de

emergencia, basta abrir el registro y accionar manualmente los solenoides + o +3 . el registro 4

será abierto solo para realizar manutención al sistema.


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válvula J y el cilindro avanzará lentamente hasta llegar a final de carrera. (lcanzándose una presión

máFima a!ustada en la válvula D.

El aceite calentado por el sistema, se enfriará a travs del intercambiador de calor = en su camino a

retorno.

%istema ;idráulico para $elocidades iuales en el a$ance y retorno del cilindro.

"onectar y eFplicar.


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APUNTE Hidraulica

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