CAPÍTULO 2 HIDRÁULICO.pdf
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SISTEMAS AERONÁUTICOS LEÓN DE T., TIBISAY
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CAPÍTULO 2
SISTEMA HIDRÁULICO
CONCEPTO
El Sistema Hidráulico es el conjunto de unidades y componentes de la aeronave,
que efectúan un trabajo mediante el movimiento de un fluido incompresible.
Los sistemas hidráulicos tienen la ventaja de tener un peso relativamente bajo de
acuerdo con el esfuerzo que es posible realizar, simplicidad de instalación, facilidad
de mantenimiento además de tener casi un 100% de eficiencia con pocas pérdidas
debidas a la fricción del fluido en las tuberías. Estos sistemas fueron creados para
facilitar el trabajo de la tripulación, reduciendo el esfuerzo para accionar ciertos
subsistemas como: frenos aerodinámicos y de ruedas, mandos de vuelo, tren de
aterrizaje, dispositivos hipersustentadores, compuertas de carga y pasajeros, los
cuales se hicieron complejos en la medida que los aviones adquirieron grandes
velocidades.
Estos sistemas poseen el fluido con el caudal y presión adecuada para alimentar
los circuitos de energía tales como: Bombas de presión, reguladores, acumuladores de
presión, válvulas de alivio e indicadores de presión.
El principio de funcionamiento del sistema hidráulico está basado en el principio de
Pascal, el cual establece que si se aplica una fuerza a un líquido, ésta se transmite
íntegramente en todas direcciones. En tal sentido, si se ejerce una fuerza (F) sobre
una superficie (S) se crea una presión P = F/S. Este principio tiene como aplicación
inmediata la prensa hidráulica, que consiste en dos cilindros de diferentes diámetros
unidos entre sí y que contienen un fluido. (Fig. 2.1)
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Fig. 2.1 Ilustración del Principio de Pascal en una prensa hidráulica.
Los sistemas hidráulicos producen directamente la presión P1 y el área S2 varia
dependiendo del valor de la fuerza que se necesite para hacer actuar el elemento del
avión que se requiera.
NECESIDADES DEL SISTEMA HIDRÁULICO EN LAS AERONAVES Y SUS
APLICACIONES
Cuando la aviación era menos compleja, había poca necesidad de usar sistemas
hidráulicos, los aviones eran tan lentos que la resistencia aerodinámica era de poca
importancia, así que no era necesaria la retracción del tren de aterrizaje, las
velocidades de aterrizaje eran tan bajas que no había necesidad de flaps o de frenos.
Hoy en día las aeronaves serían mucho menos eficientes si no fuera por los
sistemas hidráulicos: por ejemplo, los frenos hidráulicos permiten al piloto el control
de la aeronave en tierra sin necesidad de mecanismos complejos, los sistemas de
retracción hidráulicos retraen el pesado tren de aterrizaje para disminuir la resistencia
aerodinámica y los controles de vuelo hidráulicos hacen posible los vuelos a grandes
velocidades.
Normalmente los elementos operados hidráulicamente son: tren de aterrizaje, flaps
del ala, frenos aerodinámicos y frenos de ruedas, mandos de vuelo, compuertas de
carga y pasajeros y otros elementos que requieran de un gran esfuerzo para ser
accionados.
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F1 = P1 . S1 F2 = P1. S2
P1 = 1
1
SF y F2 = P1 x S2 => F2 = F1 x
1
2
SS
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ELEMENTOS BÁSICOS DE UN SISTEMA HIDRÁULICO
Los elementos básicos de un Sistema Hidráulico de avión se muestran en la (fig
2.2):
Fig. 2.2. Elementos básicos de un Sistema Hidráulico.
El primer elemento del sistema es el depósito hidráulico que se encarga de
almacenar el fluido hidráulico.
El fluido es succionado desde el depósito a través de la bomba hidráulica que tiene
la función de expulsar el líquido hidráulico a presión, la bomba se acciona
normalmente a través de una toma de potencia en la caja de engranajes de accesorios
del motor de la aeronave o eléctricamente accionadas por un motor eléctrico.
De allí pasa a la válvula selectora, que es un mecanismo que permite dirigir el
fluido por la ruta adecuada, según el servicio que se desee efectuar, esta válvula es un
controlador de la dirección del fluido hidráulico. Si la bomba es arrastrada por el
motor del avión continuamente, la presión del sistema tiende a subir tanto que la
bomba puede fallar, o las tuberías reventarse, por ello es necesario incluir otros
equipos de control en el sistema.
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La válvula de alivio es uno de estos dispositivos, la cual es una válvula de bola que
está cargada por un resorte, cuya función es limitar la presión que alcanza el sistema.
Si la presión en el sistema sube más allá de cierto valor, la fuerza de presión que
actúa sobre la bola es suficiente para vencer la carga del resorte, por lo tanto la bola
se desplaza y se separa de su asiento, quedando libre el orificio de paso de la válvula
y así el líquido puede circular hacia el depósito por la tubería de retorno. La bomba
trabaja con carga constante, por lo tanto está continuamente sometida a la carga de
presión y podría fallar a corto plazo, por lo que se hace necesaria la incorporación de
válvulas antiretorno (check) y de un regulador de presión. La válvula antiretorno es
una válvula unidireccional, que consiste en una bola o cono de acero, que se mantiene
en su asiento por la carga de un resorte, la presión diferencial que comprime el resorte
y separa la bola de su asiento es muy pequeña entre 0.2 a 0.35 Kgs./cm²; si la presión
en el lado de la bola que da a la bomba es superior al lado opuesto, la fuerza
resultante sobre la bola es suficiente para vencer la carga del resorte más la carga que
representa la presión opuesta y así el fluido tiene paso libre, si al contrario, la presión
es menor del lado de la bomba, la bola se ajusta a su asiento y el liquido queda
atrapado a presión en el circuito, manteniendo la presión nominal de servicio del
sistema. El regulador de presión por su parte tiene la función de mantener la presión
del sistema entre los límites predeterminados, descargando la bomba cuando no se
necesita servicio hidráulico, por lo que al añadir este regulador la válvula de alivio
pasa a ser una válvula de emergencia, cuya función es salvaguardar la integridad del
sistema por alguna sobrepresión que pueda imponerse por falla del regulador de
presión. Por otra parte es importante la inclusión de un acumulador hidráulico que
tiene como funciones: a) prevenir la carga y descarga de la bomba por posibles fugas
de fluido y b) amortiguar las oscilaciones de presión en las líneas por compresibilidad
del gas del acumulador, el cual debe ubicarse como muestra la (figura 2.2) entre dos
válvulas antiretorno, de manera de que se mantenga la presión en el acumulador y
este proporcione la presión suficiente para desplazar al menos un mecanismo.
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PARTES Y COMPONENTES DEL SISTEMA HIDRÁULICO
Todos los sistemas hidráulicos tienen una serie de componentes más o menos
comunes, y la diferencia entre una aeronave y otra vendrá dada por la complejidad del
avión. A continuación se presenta un cuadro sinóptico de los componentes:
VÁLVULAS DE DERIVACIÓN
ACTUADORES Rotativos Lineales
FLUIDOS HIDRÁULICOS Base Vegetal Base Mineral Sintético
DEPÓSITOS
Presurizados
No Presurizados Integrales
En Línea
BOMBAS HIDRÁULICAS
Bombas Eléctricas y Movidas por Motor
Bombas Manuales
De Desplazamiento Variable
De Desplazamiento Constante
- Bomba de Pistón Múltiple
- Bomba Gerotor
- Bomba de Succión o de Vacío - Bomba de Piñón o de Engranaje
SELLOS DE ALTA PRESIÓN
Sellos Chevron Sellos O-Ring
Válvula Selectora Válv. de Secuencia Válvula de Prioridad Fusibles Hidráulicos Válvula de una Sola Dirección
Válvula de Alivio
Regulador de Presión
Reductor de Presión
Líneas Flexibles
Líneas Rígidas
Manguera de Baja Presión Manguera de Presión Media Manguera de Alta Presión Manguera de Teflón
VÁLVULAS HIDRÁULICAS
Válvulas de Control de Flujo
Válvulas de Control
de Presión
Líneas de fluido
Acumuladores
Filtros Filtros de Superficie, Filtros MicrónicosFiltros de Borde o Filtros Cuña
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DEPÓSITOS
El depósito hidráulico no sirve solamente para almacenar el fluido para el sistema,
sino que, además, sirve como una cámara de expansión. Los depósitos deben tener la
capacidad suficiente pera almacenar todo el fluido que pueda ser retornado al sistema
en cualquier configuración del tren, flaps y todos los demás componentes actuados
hidráulicamente. Se clasifican en dos tipos: presurizados y no presurizados.
Depósitos No Presurizados
Los depósitos pueden ser de 2 tipos: en línea e integrales.
Los depósitos en línea: constituyen un elemento independiente y aislado del sistema y
esta conectado a él por medio de tuberías.
Los depósitos integrales: no son en realidad un depósito, sino que incorporan todo
el sistema hidráulico con depósito, válvulas y bomba de mano en una sola unidad.
Existe la tendencia de usar este tipo de depósito en aeronaves pequeñas con sistemas
hidráulicos limitados. En ente caso, o sea, depósitos no presurizados, la simple
presión atmosférica hace que el fluido se dirija a la bomba para su funcionamiento, y
el retorno de fluido al depósito se hace de tal forma que se minimiza la espuma y el
aire que haya en el fluido será extraído. Algunos depósitos tienen filtros en la línea de
retorno, para filtrar el fluido que regresa al tanque. Los depósitos para la mayoría de
los sistemas hidráulicos medianos tienen dos salidas, para evitar que se pierda todo el
fluido en caso de una fuga en el sistema.
Depósitos Presurizados
Los depósitos presurizados se instalan en aviones que deben volar en posición
invertida o a elevadas altitudes. La presurización puede lograrse por medio del
sistema de presurización de la cabina, o de aire sangrado directamente del motor
hacia el depósito. En este tipo de depósito se instala un diafragma separador entre el
aire que presuriza y el líquido hidráulico.
Cuando se utiliza aire de sangrado del motor se suele enviar a una presión de 100 psi
y luego se reduce a valores entre 5 y 15 psi. antes de inyectarse al depósito. En otros
casos se usa líquido hidráulico para presurizar el depósito. Los depósitos también
poseen aletas separadoras interiores para evitar el chapoteo del líquido cuando el
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avión se mueve.
Otros componentes de los depósitos son: las bocas de llenado y de Vaciado,
drenajes, filtros, aliviadores de presión y conexiones.
Algunos sistemas incluyen depósitos auxiliares que aseguran el funcionamiento de
ciertos elementos en casos de emergencia.
Cuando se utiliza fluido hidráulico para hacer un trabajo, se genera calor. Este
calor debe ser disipado, y para ello en algunas aeronaves se instalan intercambiadores
de calor en el fondo de los tanques de combustible.
Fig. 2.3. Depósito Presurizado.
BOMBAS HIDRÁULICAS
Son elementos encargados de suministrar la fuerza que será transmitida a través
del fluido hidráulico a las partes actuadoras del sistema y permite mover el elemento
requerido. Hay dos tipos básicos de bombas hidráulicas; aquellas operadas
manualmente y aquellas movidas eléctricamente o por el motor.
Bombas Manuales
Este tipo de bombas tiene una capacidad muy limitada, y se utilizan para mover
ciertos elementos en tierra sin tener que aplicar energía eléctrica o poner en marcha
los motores, o en algunos casos de emergencia. Estas bombas consisten en un cilindro
que se mueve manualmente. Las bombas de acción simple mueven el fluido solo en
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una carrera del pistón, mientras que las de doble acción mueven fluido en ambas
carreras. Las bombas de doble acción son las más usadas por su eficiencia.
Fig. 2.4. Bombas Manuales de doble acción.
Bombas Eléctricas y Bombas Movidas por el Motor
Básicamente ambos tipos de bombas son iguales, variando solamente el origen de
la fuerza que las mueve. Las primeras se mueven con un motor eléctrico y las
segundas se conectan a la caja de accesorios del motor.
Este tipo de bombas pueden ser de desplazamiento constante, o de desplazamiento
variable.
Bombas de Desplazamiento Constante
Son aquellas que mueven una cantidad dada de fluido cada vez que rota.
Bomba de Succión o de vacío (Vane Pump)
Este tipo de bomba posee unas paletas móviles en el rotor, las cuales son
mantenidas contra la pared del anillo de acero por medio de un espaciador. A medida
que el rotor gira en la dirección indicada, el volumen entre las paletas del lado de
entrada aumenta, y el volumen entre las paletas del lado de descarga disminuye. Esto
hace que el fluido sea succionado hacia la bomba y lo expulse a presión por el otro
lado de la bomba.
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Fig. 2.5. Bomba de Succión o de Vacío.
Bomba de Piñones o Engranajes
Consisten en dos ruedas dentadas que giran en sentido contrario imprimiendo
presión en el sistema a medida que las ruedan dentadas giran, el espacio entre los
dientes del lado de entrada se hace mayor. El fluido es traído hacia este espacio,
atrapado entre los dientes y la carcasa, y llevado al lado de descarga de la bomba.
Aquí los dientes de ambas ruedas se juntan, disminuyendo el volumen, y forzando al
fluido a salir por la descarga de la bomba.
Fig. 2.6. Bomba de Piñones o Engranajes.
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Bomba Gerotor
Esta bomba posee un engranaje de 4 dientes el cual es movido por la caja de
accesorios, a medida que este engranaje rota, hace rotar el rotor interno de 5 dientes.
Si se ve la relación que existe entre ambas ruedas, puede verse que a medida que el
engranaje de 4 diente rota, y hace girar el rotor interno, el espacio entre los dientes se
hace mayor de un lado y menor del otro. Cubriendo a estos engranajes esta una placa
con una abertura en forma de media luna encima de cada lado de los engranajes. La
abertura del lado donde el espacio se hace mayor es la entrada y la abertura del lado
donde los engranajes se juntan es la salida.
Fig. 2.7. Bomba Gerotor.
Bomba de Pistones Múltiples
Consiste de siete a nueve agujeros axiales en un bloque de cilindros rotatorio, y en
cada uno de esos agujeros hay pistones conectados a una placa de accionamiento por
medio de una varilla. El bloque de cilindros y los pistones rotan como una sola
unidad. La carcasa tiene un ángulo de manera que los pistones de un lado del bloque
de cilindros estén en el punto inferior de su carrera, mientras que los del otro lado
estarán en el punto superior. A medida que la bomba rota media vuelta, la mitad de
los pistones se mueven desde su punto superior, al inferior; y los pistones del otro
lado se mueven desde su punto inferior al superior. Una placa de válvulas con dos
aberturas en forma de media luna cubre el extremo de los cilindros, una abertura
encima de los pistones que suben y la otra encima de los pistones que bajan. A
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medida que los pistones bajan, succionan fluido hacia la bomba, y a medida que
suben expulsan el fluido hacia el sistema.
Fig. 2.8. Bomba de Pistones Múltiples.
Bomba de Desplazamiento Variable
Es aquella que mueve un volumen de fluido proporcional a las demandas del
sistema. Una de las bombas más conocidas de este tipo es la bomba a demanda
Stratopower.
Esta bomba utiliza nueve pistones y cilindros axiales. Los pistones son movidos
hacia arriba y hacia abajo en los cilindros por medio de una leva. Cuando la parte
gruesa de la leva esta contra el pistón, este estará en el punto superior de su carrera; y
a medida que la leva rota, el pistón baja hasta en la parte delgada de la leva, llega
hasta el punto inferior. La carrera es siempre la misma sin importar la cantidad de
fluido demandada por el sistema, pero el largo efectivo de la carrera controla la
cantidad de fluido bombeado.
Puede verse en la (figura 2.10), como se controla la presión en la bomba. Un
conducto del lado de descarga de la bomba dirige presión de fluido alrededor de una
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varilla de compensación. Esta varilla tiene un corte que sirve como pistón a medida
que la presión del sistema aumenta, esta varilla es empujada, comprimiendo el resorte
compensador sujeto a la varilla, hay una araña que mueve unas mangas hacia arriba o
abajo de los pistones. Cuando la presión es alta, esta actúa sobre el pistón de la varilla
para subir la araña contra el resorte compensador, y los orificios de alivio cerca de la
parte inferior de los pistones estarán descubiertos durante toda la carrera. Los pistones
se moverán hacia arriba y hacia abajo, pero no saldrá fluido de la bomba, ya que todo
es aliviado de nuevo hacia la bomba. Cuando la presión es baja, el resorte
compensador mueve la araña hacia la parte inferior del pistón, cubriendo el orificio
de alivio cuando el pistón esta cerca del punto inferior de la carrera. En esta forma se
utiliza la carrera completa del pistón para mover el fluido, y este sale por la línea de
descarga.
En cualquier condición de presión intermedia la manga cierra los orificios de
alivio en algún punto a lo largo de la carrera del pistón.
De esta manera se bombea el suficiente fluido para mantener la presión del sistema
al nivel para el cual se ha ajustado el resorte compensador.
Fig. 2.9. Bomba de Desplazamiento Variable.
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Fig. 2.10. Esquema del funcionamiento de la Bomba de desplazamiento Variable.
Válvulas Hidráulicas
Se dividen en dos grandes grupos: las válvulas de control de flujo y las de control de presión. Válvulas de Control de Flujo
Válvulas Selectoras
Las válvulas selectoras se instalan para controlar la dirección del movimiento del
líquido hidráulico y en consecuencia la dirección en que se deberá mover el elemento
actuador. Hay dos tipos comunes de válvulas selectoras: La válvula de centro abierto,
que dirige fluido a través del centro de la válvula de regreso al depósito cuando una
unidad no esta siendo actuada, y la válvula de centro cerrada, que detiene el flujo de
fluido cuando esta en posición neutral. Ambos tipos de válvulas dirigen fluido bajo
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presión hacia un lado del actuador y ventilan el lado opuesto hacia el depósito. En
sistemas que utilizan una presión relativamente baja se utilizan válvulas sencillas
giratorias en los sistemas de alta presión donde las exigencias son mayores se utilizan
selectoras tipo obturador o Poppet Type.
Fig. 2.11. Válvulas Selectora Giratoria.
Válvula de Secuencia
Las aeronaves modernas de tren retráctil, por lo general tienen compuertas para
cerrar el pozo del tren. Para asegurar que el tren no se extienda mientras las
compuertas estén cerradas, se usan válvulas de secuencias. Estas válvulas operan
mecánicamente.
En la (figura 2.12) puede verse la posición en que irían instaladas estas válvulas
en un sistema de retracción del tren.
Las compuertas del tren deben abrirse por completo antes que la válvula de
secuencia permita que el fluido fluya hacia el actuador del tren principal, el fluido de
retorno fluye sin restricción, a través de la válvula de secuencia en su regreso al
depósito.
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Fig. 2.12. Válvula de Secuencia en posición abierta y cerrada.
Válvula de Prioridad
Son similares a las de secuencia, con la diferencia que operan por presión
hidráulica y no mecánicamente, se llaman de prioridad porque en dispositivos como
las compuertas del tren, que deben operar primero, requieren menos presión que el
tren principal, y la válvula cerrará todo el flujo hacia el tren principal cuando hayan
actuado y la presión se acumule. Cuando se acumula presión, la válvula se abre el
fluido fluye hasta el tren principal.
Fig. 2.13. Válvula de Prioridad.
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Fusibles Hidráulicos
La mayoría de los aviones modernos de transporte usan más de un sistema
hidráulico independiente; por ello se utilizan fusibles, para bloquear una línea en caso
de que exista una fuga grave.
Hay dos tipos básicos de fusibles:
El primer tipo cierra el flujo de fluido, si hay una caída de presión suficiente a
través del fusible.
El segundo tipo de fusible no opera por caída de presión, pero cerrará el flujo
luego que una cierta cantidad de fluido pase por la línea.
En condición estática, todos los conductos están cerrados. Cuando el fluido fluye
en la dirección normal de operación, la manga se mueve, comprimiendo el resorte, y
abriendo la válvula para el flujo normal. En ese momento algo de fluido pasa por el
pequeño orificio y empieza a mover el pistón.
La operación normal de este fusible no requiere del flujo suficiente como para que
el pistón selle la línea si hay una fuga en la línea, fluirá el fluido suficiente para
mover el pistón y bloquear la línea. El flujo en reversa ocurre a medida que el fluido
actúa en el pistón abriendo los conductos para el fluido de retorno.
Fig. 2.14. Fusibles Hidráulicos.
Válvula de una Sola Dirección (Check Valve)
Hay instantes en que se desea en un sistema hidráulico que el fluido fluya en una
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dirección, y prevenir que se mueva en dirección contraria. Esto se hace con las
válvulas check. Hay varios tipos de estas válvulas; de bola, cono y de chapaleta,
siendo estas las más comunes.
Algunas aplicaciones requieren de flujo completo en un sentido y flujo restringido
en el sentido contrario. Un ejemplo de esto es en el sistema del tren, en donde el peso
del tren y las cargas de aire causan que la extensión sea excesivamente rápida. Una
válvula check de orificio se instala de tal forma que el fluido que fluye hacia las
líneas de tren arriba no encuentre restricción, y el fluido que baja el lado del tren
arriba es restringido por el orificio en la válvula check.
Fig. 2.15. Válvulas de Una Sola Dirección (Check Valve).
Válvulas de Control de Presión
Válvulas de alivio
Las válvulas de alivio de presión están ajustadas para aliviar a una presión por
encima de aquella mantenida por el sistema regulador de presión, y solamente en
caso de una falla del regulador, será que la válvula de alivio entrará en
funcionamiento.
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En sistemas en donde el fluido puede estar en una línea entre el actuador y la
válvula selectora, existe el problema de acumulación de presión por expansión
térmica. Válvulas de alivio térmicas se instalan en estas líneas para prevenir daños
mediante el alivio de pequeñas cantidades de fluido hacia la línea de retorno.
Fig. 2.16. Válvula de Alivio.
Reguladores de Presión
La misión de los reguladores de presión, es la de mantener la presión en el sistema
dentro de los márgenes tolerables y el de mantener la bomba descargada cuando no sé
esta actuando ninguna unidad. El tipo más común de regulador, es el de tipo
balanceado (ver Fig.2.17). Este regulador funciona del modo siguiente: en un sistema
descargado, la bomba envía líquido a través de una válvula check hacia el sistema y
el acumulador se llena y la presión aumenta. Esta presión actúa sobre el pistón y
sobre la bola. Se lleva a una condición en que hay un balance de fuerzas; tanto la
presión sobre la bola y el resorte actúan hacia abajo y la presión hidráulica sobre el
pistón empuja hacia arriba. Ahora si la presión aumenta por encima de la condición
de balance, ya que la fuerza del resorte es constante y no es afectada por la presión
hidráulica, el pistón subirá y sacará a la bola de su asiento. Al salir la bola, el fluido
regresa al depósito y la presión de la bomba baja a cero.
La válvula check se cierra y mantiene la presión atrapada en el acumulador y en el
sistema. Esta condición baja hasta que la presión baja lo suficiente para que el resorte
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haga bajar el pistón y la bola se asienta haciendo que la presión suba de nuevo.
Fig. 2.17. Regulador de Presión.
Reductor de Presión
Si se desea reducir la presión en algunas ramas de un sistema hidráulico, una
válvula reductora de presión podrá ser usada, la válvula reduce la presión mediante
un balance de fuerzas hidráulicas y de resortes.
Asumamos que un pistón con un área de una pulgada cuadrada se mantiene en su
estado mediante un muelle de 100 libras de fuerza. El pistón tiene un área del chaflán
de 1/2 pulgada cuadrada, la cual es movida por la presión del sistema que son 1500
Psi. y tiene un área del asiento de 1/2 media cuadrada, movido por una presión de
200 Psi. (reducida), un pequeño agujero en el pistón sangra fluido hacia la cámara
detrás del pistón y la válvula de alivio mantiene esta presión en 750 Psi. Esta acción
de alivio esta determinada, por la presión dentro de la cavidad del pistón actuando
sobre un lado de la bola de alivio, y el resorte y la presión reducida (200 Psi)
actuando del otro lado. Cuando la presión reducida baja, la fuerza hidráulica en la
bola baja, permitiendo que se salga del asiento. Esto disminuye la fuerza hidráulica
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sobre el pistón, permitiendo que suba. El fluido entra ahora hacia la línea de presión
reducida y restituye los 200 Psi. Esta presión aumentada cierra la válvula de alivio de
manera que la presión detrás del pistón pueda subir de nuevo a 750 Psi. y asentar.
Fig. 2.18. Reductor de Presión.
Acumuladores
Los sistemas hidráulicos funcionan con la presión de las bombas. Sin embargo, si
una bomba quedara inoperativa el sistema quedaría inutilizado. Para prevenir esto, se
instalan acumuladores, los cuales permiten almacenar una cierta presión que será
liberada para permitir que el sistema funcione para actuar ciertos elementos. Hay tres
tipos básicos de acumuladores; dos consisten de esferas de acero huecas, divididas en
dos compartimientos por un diafragma o por una vejiga: el otro es un cilindro de
acero con un pistón flotante que forma los dos compartimientos.
El acumulador está cargado con aire comprimido o nitrógeno a una presión
aproximada de 1/3 de la del sistema. A medida que la bomba hace que el fluido
hidráulico entre al acumulador, el aire es comprimido aun más y ejerce una fuerza
sobre el fluido hidráulico, manteniéndolo bajo presión luego de que el regulador de
presión del sistema haya descargado la bomba.
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Fig. 2.19. Acumuladores tipo pistón y esférico respectivamente.
Filtros
Un filtro es un elemento previsto para eliminar o al menos separar del líquido
aquellas partículas contaminadas que puedan conducir a su descomposición, los
filtros se instalan en varias partes del sistema y no solo en las zonas de retorno al
depósito. Se instalan en las zonas de elevada fricción o con posibilidades de producir
partículas metálicas.
Los filtros son construidos para detener partículas metálicas superiores a 10
micrones, hay tres tipos de filtros usados en sistemas hidráulicos:
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Los filtros de Superficie:
Atrapan la contaminación sobre la superficie del elemento y generalmente están
hechos de un material poroso, hecho de pequeñas bolas metálicas unidas entre sí.
Estos filtros por lo general tienen una válvula de derivación en caso de que el filtro se
tape.
Los Filtros Micrónicos:
Están hechos de elementos de un papel de celulosa con un tratamiento especial.
Este tipo de filtro se instala con frecuencia en la línea de retorno al depósito. Otro tipo
de filtro similar a este último utiliza una malla de acero.
Los Filtros de Borde o Filtros de Cuña:
Están compuestos de pilas de discos metálicos delgados con raspadores
intercalados entre ellos. Todo el fluido fluye entre los discos y las contaminantes
quedan atrapadas en el borde.
Fig. 2.20. Filtro Micrónico.
Líneas de Fluido
Líneas Rígidas:
La mayoría de las líneas rígidas para sistemas hidráulicos están hechas de aleación
de aluminio 5050-0. A este metal es fácil darle forma y tiene la resistencia suficiente
para casi todas las instalaciones hidráulicas. Si se necesita una mayor resistencia en
sistemas con presión más alta se pueden usar tuberías de acero inoxidable.
Líneas Flexibles:
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Manguera de Baja Presión:
Son raramente utilizadas en sistemas hidráulicos.
Este tipo de manguera MIL-H-5593, tiene una cubierta de goma interna sin costura
y un refuerzo de malla de algodón. Todo esto esta cubierto con caucho sintético. La
presión que soporta esta entre 150 - 300 Psi.
Fig. 2.21. Manguera de baja presión.
Manguera de Presión Media:
La manguera MIL-H-8794, tiene un forro interno de caucho sintético cubierta con
un tejido de algodón. Estas a su vez están cubiertas por una capa sencilla de malla de
alambre de acero y sobre esto una resistente malla de algodón se usa en sistemas que
operan a unos 1500 Psi.
Fig. 2.22. Manguera de media presión.
Manguera de Alta Presión:
La manguera MIL-H-8788, tiene un forro Interno de caucho sintético, dos
refuerzos de malla de acero al carbono de alta resistencia, una cubierta de malla de
tela y una cubierta lisa externa de caucho sintético negro. Otra manguera de alta
presión similar a la interior tiene el forro interno de butyl y la cubierta externa verde.
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Esta manguera solo puede usarse con Skydrol.
Fig. 2.23. Manguera de alta presión.
Estas mangueras pueden usarse con presiones hasta de 3000 Psi.
Manguera de Teflón:
El forro interno de esta manguera esta hecho de tetrafluoretileno, o resina de teflón
y esta cubierta por una malla de acero inoxidable. La manguera de media presión esta
cubierta por una malla y la de alta presión tiene dos. El teflón posee características de
operación muy deseables y pueden ser usadas con combustible, lubricantes, sistemas
hidráulicos y neumáticos en los aviones modernos.
Fig. 2.24. Manguera de Teflón.
Sellos de Alta Presión
Los sellos son Utilizados a lo largo de los sistemas hidráulicos para minimizar
fugas internas y la pérdida de presión en el sistema.
Sellos Chevron:
Los sellos chevron o sellos en “V” fueron muy utilizados en el pasado. Este tipo
de sello generalmente se instala en pares y necesitan de un aro metálico de respaldo.
Sellos O-Ring:
La mayoría de los sistemas hidráulicos modernos utiliza este tipo de sello. Los O-
ring se colocan en ranuras en una de las superficies que va a ser sellada. La ranura
deberá ser cerca de un 10% más ancha que el ancho del sello, y lo suficientemente
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profunda como para que la distancia entre el fondo de la ranura y la otra superficie a
sellar sea un poco menor al ancho del o-ring. Esto proporciona el aplastamiento para
sellar bajo condiciones de presión cero.
Un O-ring del tamaño apropiado puede soportar presiones hasta de 1500 Psi sin
distorsionarse, pero siempre existe la tendencia de que el sello se destruya entre la
ranura que sé esta sellando. Para prevenir esto sé, utilizan sellos de respaldo anti-
extrusión. Hay dos tipos de sellos anti-extrusión, unos hechos de cuero y otros de
teflón. Los sellos de teflón se usan para presiones mayores a 1500 Psi.
Actuadores
Lineales: Los actuadores permiten transformar la energía acumulada en la presión del
líquido hidráulico en energía mecánica, permitiendo efectuar un trabajo útil. Los
actuadores lineales consisten de un cilindro y un pistón. El cilindro por lo general esta
adaptado a la estructura de la aeronave, y el pistón va conectado al componente que
se va a mover. Hay tres tipos básicos de actuadores lineales:
El actuador de una sola dirección, tiene al pistón movido en una dirección por
medio de fuerza hidráulica y regresa por un resorte. Los actuadores de doble
dirección, pueden ser balanceados o no-balanceados. Los actuadores no-balanceados
tienen más área de un lado del pistón que el otro, debido a la varilla del pistón. Un
actuador balanceado tiene un eje en ambos lados del pistón, de manera que el área sea
la misma en cada lado y se produzca la misma fuerza en ambas direcciones.
Rotativos: Uno de los más sencillos es el actuador de piñón y cremallera. En la
figura se puede ver el actuador; Este consta de un pintón con dientes de cremallera,
en su eje se mueve hacia dentro y hacia fuera, para hacer rotar el pistón.
Para una rotación continua, se usan motores hidráulicos. Estos son similares a las
bombas hidráulicas excepto por algunos detalles Los motores de pistón tienen muchas
aplicaciones en aeronaves grandes, donde se desea una potencia considerable con un
buen control y la habilidad de dar reversa a la dirección de rotación en forma
instantánea. Los motores de paletas también son utilizados, pero estos requieren que
se balancee la sobre el eje. Esto se hace dirigiendo algo de la presión hacia ambos
lados del motor.
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Fig. 2.25. Actuador Rotativo.
Válvulas de Derivación
Estas válvulas se instalan para la operación del avión en tierra o mantenimiento,
ellas permiten aislar ciertos elementos movidos hidráulicamente para evitar que
puedan ser actuados inadvertidamente, como por ejemplo en el tren de aterrizaje.
Fluidos Hidráulicos
El fluido hidráulico, es básicamente, el elemento transmisor de todas las fuerzas
aplicadas, pero en el sistema hidráulico de una aeronave existen otros requerimientos,
aparte de la simple transmisión de las fuerzas. Un fluido hidráulico debe ser tan
incompresible como sea practico y debe fluir a través de las líneas con un mínimo de
fricción. Debe tener buenas propiedades de lubricación y no debe hacer espuma en
operación. Además, debe ser compatible con el metal de los componentes del sistema
y con el material elástico de los sellos. A continuación se enumeran las propiedades
más importantes que debe poseer un fluido hidráulico:
Viscosidad: Esto es la resistencia que pone el fluido al moverse. Como se menciona
anteriormente, esta debe ser baja.
Punto de Inflamación (Flash Point): Se conoce como punto de inflamación, la
temperatura a la que un líquido produce suficiente vapor o gas, para originar
momentáneamente, una llama cuando se le aproxima algún elemento capaz de
producir ignición. Sin embargo, el fuego se apaga cuando se retira el agente que fue
capaz de producir muy poca cantidad de gases a las temperaturas normales de
operación.
Punto de Encendido (Fire Point): Se conoce como punto de encendido, la
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temperatura a la cual el líquido hidráulico produce la suficiente cantidad de gas o
vapor, de modo que al aproximase alguna llama, él líquido se inflama, y sea capaz de
continuar quemándose aun cuando la llama original se retira. Los líquidos
hidráulicos deberán tener un punto de encendido alto a las temperaturas normales de
operación.
Estabilidad Química: La estabilidad química consiste en la capacidad del fluido
hidráulico de resistir el proceso de oxidación y descomposición que aparecerá cuando
trabaje durante largos períodos de tiempo almacenado en los depósitos y conductos.
En el mundo aeronáutico se han diseñado una variedad de fluidos que van a ser
usados de acuerdo a las características de la aeronave y especificaciones del
fabricante, entre ellos se pueden identificar los siguientes tipos de fluidos:
Base Vegetal: Su designación es MIL-H-7644, consiste principalmente en aceites
vegetales y alcohol y es de color azul, los sellos de goma natural pueden usarse con
este tipo de líquido. Es difícil que se consiga este tipo de fluido en una aeronave
moderna.
Base Mineral: Su designación MIL-H-5606, es básicamente un derivado del
petróleo con buenas características de lubricación y aditivos para inhibir la formación
de espuma y de corrosión. Es muy estable químicamente y su viscosidad varia muy
poca con la temperatura. Este líquido es de color rojo. Los sellos de neopreno pueden
utilizarse con este fluido.
Fluido Sintético: El fluido de base mineral esta limitado por su inflamabilidad. Con
el fin de superar esta restricción, y al mismo tiempo tener un fluido capaz de soportar
las altas presiones y temperaturas exigidas en los reactores modernos, se creo un
fluido sintético a base de esteres fosfáticos. El fluido más común de este tipo es el
MIL-H-8446, conocido como SKYDROL-500A. Este fluido es de color púrpura
claro. Los sellos de butil, silicone, o de teflón pueden ser utilizados con SKYDROL.
Sistema Hidráulico del Avión Boeing 777
El sistema hidráulico del Boeing 777 está constituido por tres sistemas
identificados por la localización de sus componentes. Los sistemas derecho e
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izquierdo están ubicados cerca de los respectivos motores y el sistema central cerca
del alojamiento del tren principal. Todos los sistemas operan a una presión nominal
de 3000 Psi, todos los sistemas suplen presión a los controles de vuelo primarios, y
proveen triple redundancia en caso de una función crítica. El B777 puede ser
controlado con por lo menos dos de los sistemas funcionando
Los sistemas derecho e izquierdo son similares, cada uno tiene una bomba dirigida
por el motor (EDP) como bomba primaria y una bomba eléctrica de corriente alterna
(ACMP), según la demanda del sistema. El sistema hidráulico central tiene más
capacidad que el derecho e izquierdo, posee dos bombas eléctricas como bombas
primarias y dos bombas neumáticas (ADPs) según la demanda, este sistema también
tiene una bomba accionada por la turbina de aire de impacto (RAT).
Los sistemas derecho e izquierdo suplen potencia a los controles de vuelo
primarios y los respectivos inversores de los motores, el sistema derecho también
suple presión al sistema de frenos. El sistema central suple presión a los controles de
vuelo primario, sistema de frenos alterno, sistema de dirigibilidad, sistema de
extensión y retracción del tren de aterrizaje y sistemas hipersustentadores. La turbina
de aire de impacto (RAT) suple presión en caso de emergencia para operar los
controles de vuelo primario en caso de pérdida de las otras bombas. El sistema central
posee un sistema de derivación (CHIS) (center hidraulic isolation system) que usa
una reserva de fluido de una de las bombas eléctricas y posee dos válvulas de
derivación que proveen una reserva para el sistema de frenos y dirigibilidad en caso
de fallas del sistema del sistema principal.
Componentes:
• Tres depósitos presurizados por el sistema neumático:
Derecho e izquierdo con capacidad de (7,4 gal.) y central de (11 gal.)
• Nueve bombas de desplazamiento variable de nueve pistones:
2 dirigidas por el motor (EDP)
2 neumáticas (ADP)
4 de corriente alterna (ACMP)
1 alimentada por la turbina de aire de impacto (RAT)
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• Filtros en cada bomba y líneas de retorno:
Las líneas de presión son de titanio y acero, las de retorno son de aluminio y acero
ambas con trenzado de acero y Kevlar.
• Fusibles en las líneas.
• 4 Acumuladores (dos en el sistema izquierdo y 1 en el derecho y central)
• Panel de control e indicación.
APU Sangrado del motor
Sangrado del APU
Motor Izquierdo
Motor Derecho
Bomba Neumática (ADP)
Bomba Neumática (ADP)
Sistema Izquierdo Sistema Central Sistema derecho
Bomba Eléctrica (ACMP)
Bomba Dirigida por el motor (EDP)
Bomba Dirigida por el motor (EDP)
Bomba eléctrica (ACMP)
Bomba Eléctrica (ACMP)
Bomba eléctrica (ACMP)
Bomba Accionada por la turbina de aire de impacto. (RAT)
Controles de vuelo primario Sistema alterno de frenado Reversa de motores
Reversa de motores Extensión y retracción del Tren Frenos
Principal
Hipersustentadores, Dirigibilidad