Automatismos Elctricos, Neumticos e Hidrulicos. Rev:2.5

Ud 8: Circuitos hidrulicos.Fluidos hidrulicos y sus principales caractersticas.Los fluidos que se utilizan en los circuitos hidrulicos han de cumplir los fines para los que se ha creado, entre ellos el principal es la transmisin de la fuerza aplicada, para ello es importante que el fluido sea incompresible. Tambin es importante la capacidad de lubricacin de las piezas mviles del circuito, la proteccin de estas frente a la oxidacin y la corrosin, igualmente puede evacuar el calor producido en el rozamiento. Viscosidad Representa la dificultad que tiene un lquido para fluir a travs de un orificio, est influida por la temperatura de forma inversamente proporcional, ya que al aumentar la temperatura disminuye la viscosidad. Una de las unidades de viscosidad son los grados Engler (E), se calculan mediante el cociente entre el tiempo que tarda en fluir un aceite por un orificio calibrado y el tiempo que tardara en fluir igual cantidad de agua por el mismo orificio calibrado. En la practica una de las formas ms utilizadas de medir la viscosidad es los grados SAE. ndice de viscosidad El ndice de viscosidad expresa como varia la viscosidad con la temperatura, de forma que un ndice de viscosidad alto se da cuando la viscosidad vara muy poco con los cambios de temperatura.

Elementos de un circuito hidrulico.Bombas hidrulicas. Las bomba hidrulica es un elemento esencial en todo circuito, ya que es la encargada de transformar la energa mecnica en energa hidrulica ( caudal y/o presin del fluido hidrulico en un circuito).

Clasificacin de las bombas hidrulicas. En cuanto a la posibilidad de ajuste del caudal, las bombas hidrulicas se dividen en bombas de caudal fijo y de caudal variable. Las primeras siempre entregan el mismo caudal para una velocidad de giro dada, por lo que si necesitamos regular el caudal de alguna manera tendremos que recurrir a la regulacin de la velocidad de giro del motor que impulsa a la bomba. Las segundas al contrario disponen de sistemas propios para conseguir la regulacin del caudal otorgado por la bomba con independencia de la velocidad de giro del motor.

59

Juan Manuel Pomeda Iglesias En cuanto a la forma constructiva de la bomba, podemos hacer la siguiente clasificacin:

Bombas de engranajes Son las ms sencillas de construir y por tanto tambin las ms baratas, son de caudal fijo y se emplearan por tanto en aplicaciones en las que no sea necesario la variacin del caudal.

Sobre estas lneas se aprecian representaciones de los dos tipos, debemos apreciar (especialmente en el caso de los engranajes externos) que el aceite no se impulsa por la parte central de la bomba sino por los espacios interdentales de ambos laterales de la bomba.

60

Automatismos Elctricos, Neumticos e Hidrulicos. Rev:2.5 Bombas de paletas El principio de funcionamiento es sencillo: un rotor ranurado arrastra unas paletas que giran excntricas en el interior de una carcasa, dando lugar a una cmara cuyo tamao decrece a medida que nos desplazamos desde el punto de entrada del aceite al de salida, produciendose por tanto la impulsin. Existen dos tipos de bombas de paletas en funcin de su construccin: no equilibradas y equilibradas. -Las primeras soportan una fuerza importante sobre el eje del rotor debido a la gran presin del aceite impulsada sobre una zona de este, esto motiva importantes esfuerzos en el eje. - Las segundas tienen dos cmaras de compresin situadas simtricamente con respecto al eje por lo que la fuerza originada en una cmara se compensa con la originada en sus simtrica. Bombas de pistones Se fundamentan en el simple principio de que un pistn moviendose alternativamente dentro de un hueco, aspira fluido para despus impulsarlo. Al igual que en el caso anterior existen dos tipos constructivos, en este caso segn la orientacin de los elementos principales de la bomba: pistones axiales y pistones radiales. - Pistones axiales: los pistones se disponen paralelos entre s y con el eje de rotacin al que circundan. Pueden ser de caudal fijo o variable dependiendo de si el ngulo de inclinacin de la placa de presin es a su vez fijo o variable. - Pistones radiales: los pistones se sitan de forma radial al eje de rotacin alojados en un barrilete excntrico, el caudal ser fijo o variable en funcin de si la excentricidad del barrilete es fija o ajustable. Caractersticas de las bombas hidrulicas y su rendimiento Las principales caractersticas de funcionamiento que definen a estas bombas son: el caudal, la presin a la salida y las revoluciones a las que puede girar. Estas caractersticas a su vez influirn de forma importante en el rendimiento. Una caracterstica importante de una bomba hidrulica es su curva caracterstica Q-P o curva Caudal-Presin como la que se recoge a la derecha de este prrafo, esta grfica nos aporta informacin muy importante acerca del rendimiento volumtrico de la bomba as como su estado de envejecimiento. La lnea continua sera un ejemplo de bomba en buen estado y la lnea punteada representara esa misma bomba con componentes deteriorados 61

Juan Manuel Pomeda Iglesias por el desgaste debido al uso. Podemos hablar de varios rendimientos: - Rendimiento volumtrico es la relacin entre el caudal efectivo y el terico que debera aportar. - Rendimiento total es la relacin entre la potencia hidrulica entregada por la bomba y la potencia mecnica recibida en su eje. Central oleo-hidrulica o grupo de presin La central oleo-hidrulica es un conjunto de componentes montados solidariamente en torno a una bomba y un deposito de aceite y que suministran fluido hidrulico listo para ser utilizado en condiciones de seguridad y funcionalidad. Adems de la bomba y deposito citados incorpora otros componentes, un motor generalmente elctrico que impulsa la bomba, un filtro a travs del cual la bomba aspira aceite del deposito enviandola a una vlvula limitadora de presin que acta como vlvula de seguridad, tambin se dispone generalmente de un manmetro conectado inmediatamente al lado de la salida. El deposito ha de disponer de uno o varios orificios que permitan su llenado y vaciado, tambin ha de contar con un dispositivo como una varilla o mirilla para poder controlar el nivel del aceite para que se mantenga entre los niveles mximo y mnimo. El deposito ha de tener asimismo un sistema de aireacin suficiente y un filtro para que el aire que penetre en el deposito no contamine el aceite. Dispondremos de uno o varios retornos de aceite al deposito correspondientes a la vlvula limitadora de presin y uno o varios ms para el retorno del aceite del circuito, esto ltimo a travs de un nuevo filtro que evite la entrada de impurezas desde el circuito exterior. Filtro El filtrado del aceite en las instalaciones hidrulicas es muy importante para conservar estas en buen estado y evitar la abrasin de elementos de estanqueidad y otros. Las impurezas desgastan especialmente las piezas mviles, los filtros de tamiz imantado son muy adecuados para impurezas metlicas. En las instalaciones hidrulicas se suelen montar dos filtros, uno en la tubera de retorno y otro antes de la bomba que llamaremos de aspiracin. Manmetro Los manmetros sirven para controlar la presin existente en un circuito, se colocar en el punto que nos interese conocer la presin, generalmente la central oleo-hidrulica siempre incorpora uno para conocer la presin en la salida de esta, que por otra parte suele ser la mayor de todo el circuito. Tuberas hidrulicas Las conducciones o tuberas empleadas en los circuitos hidrulicos pueden ser de varios tipos si bien se pueden distinguir dos bien diferenciados atendiendo a su uso: - Tubos rgidos: generalmente metlicos, de acero o cobre sin costura, se emplean en tramos de circuito en los que no se precisa movimiento entre los distintos componentes, son relativamente baratos y se pueden curvar para conseguir las trayectorias deseadas. Resisten altas presiones de trabajo. 62

Automatismos Elctricos, Neumticos e Hidrulicos. Rev:2.5 - Mangueras flexibles: se utilizan en circuitos o parte de circuitos en los que los componentes han de desplazarse o girar unos respecto de otros, se les llama comnmente latiguillos. Se fabrican con capa de caucho sinttico entre las que se suelen colocar mallas de alambre o tejido que le permiten soportar mayores presiones. La capa interna ha de soportar las agresiones del fluido utilizado en el circuito y la exterior ha de resistir los agentes atmosfricos del ambiente en que se prevea utilizarla. - Accesorios: existe una amplia variedad de accesorios para los componentes hidrulicos entre los que se deben destacar las abrazaderas y los racores. Los racores son sistemas de unin entre los tubos y las mangueras as como de cualquiera de estos con el resto de los componentes hidrulicos. Vlvulas Son los elementos de un circuito hidrulico que realizan las funciones de abrir, cerrar regular y controlar el flujo y la presin del fluido en el circuito hidrulico. Existen varios tipos: - Vlvulas limitadoras de presin: su funcin es la de limitar la presin de un circuito hidrulico a un valor mximo (generalmente ajustable en la propia vlvula) , su uso ms comn es como vlvula de seguridad para evitar reventones en el circuito. Funcionamiento Se conecta al circuito por el conducto P por el que recibe la presin de la bomba, la conexin T va unida, como es habitual, al retorno a tanque. Si la presin en P es superior a un cierto valor (ajustable mediante el tornillo que presiona al muelle) el cono se separa de su asiento dejando pasar aceite, en descarga libre, hacia el tanque evitando cualquier posible dao al circuito.

Cuando el caudal de la bomba es grande, el cono tendra que desplazarse bastante por lo que la fuerza del muelle ser mayor en esas condiciones, para evitar esto se emplean vlvulas limitadoras servopilotadas como la que se representa a la izquierda. En este caso la presin del circuito acta no solo sobre el cono de la vlvula sino tambin sobre un embolo compensador de forma que la diferencia entre la presin abierta y cerrada (lo que llamamos margen de supresin) es mucho menor. Las vlvulas limitadoras de presin son utilizadas como: - Vlvulas de seguridad : se coloca en el circuito, generalmente sobre la bomba, y su funcin es proteger el circuito de altas presiones peligrosas. - Vlvulas de contrapresin: actan contra la presin creada por la inercia de grades masas en movimiento, para ello deben tener compensacin de presiones y la conexin al deposito ha de soportar la carga. - Vlvulas de freno: evitan picos de presin que pueden surgir a causa de las fuerzas de inercia de grandes masas cuando cierran repentinamente las vlvulas.

63

Juan Manuel Pomeda Iglesias - Vlvula de descarga: es muy similar a las anteriores solo que al contrario de estas, que solo actan en situaciones lmites, acta habitualmente como divisor de caudal cuando la bomba es de caudal constante y necesitamos ajustar el caudal sobre un elemento de otra forma. - Vlvula de secuencia: funcionalmente similar a la limitadora solo que en este caso el aceite que pasa a travs de ella no se conduce al tanque si no que se utiliza para pilotar otra vlvula o elemento hidrulico. - Vlvulas antirretorno o de cierre: estas vlvulas permiten el flujo en un sentido mientras lo bloquean en el contrario. Este bloqueo ha de ser totalmente hermtico y sin fugas por lo que siempre son de asiento. Estn formadas por un elemento de cierre (generalmente bola o cono) que presiona sobre una superficie de cierre. Las desbloqueables se pueden abrir mediante un vstago que separa el elemento de la superficie de cierre. Tenemos dos tipos: - Vlvulas antirretorno (con y sin muelle). - Vlvulas antirretorno desbloqueable (simple o doble). Vlvula antirretorno Esta vlvula es la ms sencilla, se representa en corte a la derecha cuando el aceite llega por la parte de la derecha empuja el cono y pasa hacia la izquierda pero si llega po la izquierda no puede fuir y es bloqueada. El smbolo se representa en la parte superior.

Vlvula antirretorno desbloqueable Funcionan como las anteriores mientras no reciban presin en el pilotaje X, dejando pasar el flujo desde A a B pero no lo bloquea si llega por B. En el caso de recibir presin en el pilotaje X empuja la bola abriendo el paso tanto desde B a A como desde A a B. Este tipo de vlvulas se utilizan para conseguir un buen cierre cuando no se puedan permitir ninguna pequea fuga o se deban soportar fuertes presiones que no pueden ser soportadas por vlvulas de corredera, por lo que se usan en combinacin con estas.

Vlvula antirretorno doble desbloqueable Son dos vlvulas antirretorno desbloqueables en un nico bloque, el pilotaje de cada una est comunicado internamente con la entrada de la otra vlvula . Esta vlvula permite posicionar un cilindro en cualquier posicin intermedia an estando cargado con una masa importante. 64

Automatismos Elctricos, Neumticos e Hidrulicos. Rev:2.5 La vlvula funciona de la siguiente manera: Cuando se aplica una presin en A1 el lquido fluye hacia B1 pero a su vez desbloquea el paso desde a B2 hacia A2 lo que permite el retorno del fluido. - Vlvula reguladora o reductora de presin: son vlvulas que reducen la presin del aceite en la salida a un valor siempre menor que el de la entrada, existen fundamentalmente tres tipos: V. Reguladora de 2 vas (sin escape): representada a la derecha, en ella el fluido hidrulico llega por P y en un principio pasa hacia la salida A hasta que la presin en esta salida se va elevando y, consecuentemente, empuja el embolo por la parte de la izquierda cerrando el paso la corredera hasta que la presin en la salida desciende de nuevo y la corredera vuelve a abrir por la fuerza del muelle. En realidad, para un caudal sensiblemente constante, lo que se establece es un equilibrio de fuerzas presin-muelle que sita a la corredera en un punto intermedio que mantiene el flujo de aceite a la presin deseada. El orificio o va L es un drenaje a tanque de las posibles fugas V. Reguladora de 3 vas (con escape): esta vlvula puede eliminar las variaciones (golpes de presin) producidas por los consumidores. Consigue tambin ajustar la presin esttica (sin flujo) a un valor inferior al de entrada. Su aplicacin en las instalaciones hidrulicas es muy importante, ya que adems puede sustituir las vlvulas limitadoras de presin. - Vlvulas reguladoras de caudal: estas vlvulas ajustan el caudal que circula por ellas a un valor ms o menos constante y siempre menor al que el circuito podra conseguir, por lo que quiz deberamos llamarlas reductoras de caudal. Vlvulas reguladoras de caudal fijo: estas vlvulas ofrecen una seccin de estrangulamiento constante al paso de la corriente, por lo que tambin se llaman vlvulas estranguladoras fijas. Se emplean para reducir el caudal en determinadas partes de los circuitos hidrulicos. Vlvulas reguladoras de caudal variable no compensadas: al igual que las anteriores producen una resistencia al paso del lquido hidrulico mediante el estrangulamiento de la seccin de paso de este, a diferencia de las anteriores, dicho estrangulamiento es regulable, bsicamente existen dos tipos: las de aguja y las de leva frontal. En las de aguja, el aceite pasa por un orificio circular que se convierte en anular al avanzar una aguja por mediacin de un tornillo, dicha aguja puede llegar a cerrar totalmente el orificio. En las de leva, es paso del aceite se estrangula haciendo girar la leva lo que motiva la perdida de presin y el menor paso de aceite. Este tipo de vlvulas tienen como inconveniente el distinto caudal que circula por ellas para distintas presiones de funcionamiento, manteniendo la misma seccin de estrangulamiento, problema que se soluciona con el siguiente tipo de vlvulas reguladoras. Vlvulas reguladoras de caudal variable compensadas: estas vlvulas disponen de un mbolo de compensacin y un muelle de compresin que consiguen mantener constante la cada de presin entre la entrada y la salida de la vlvula por lo que el caudal que la atraviesa se mantiene constante para un amplio rango de presiones de funcionamiento.

65

Juan Manuel Pomeda Iglesias Vlvulas reguladoras de caudal con antirretorno: tanto en el caso de vlvulas compensadas como no compensadas, se puede incorporar un antirretorno a la vlvula lo que permite regular el caudal en un sentido de circulacin sin que afecte sensiblemente a la circulacin en el otro sentido. - Vlvulas distribuidoras o de vas: son elementos que modifican el flujo en los circuitos hidrulicos, permiten controlar la direccin del movimiento y la parada de los cilindros y otros actuadores. Se pueden clasificar en dos tipos en cuanto a su modo de funcionamiento: Vlvulas de funcionamiento continuo, estas vlvulas tienen dos posiciones finales y infinitas posiciones intermedias entre ambas con diferentes caractersticas de estrangulamiento, pueden ser vlvulas proporcionales y servovlvulas. Vlvulas todo-nada: estas vlvulas siempre tienen una cantidad determinada de posiciones (2, 3, 4 ...), habitualmente se las llama distribuidores, vlvulas direccionales o de vas. Estas vlvulas se clasifican y se nombran en funcin del nmero de conexiones o vas y el de posiciones: - Vlvula 2/2 ( 2 vas/2 posiciones) - Vlvula 3/2 - Vlvula 4/2 - Vlvula 5/2 - Vlvula 4/3 son algunas de las ms comunes. Algunas de estas vlvulas se representan aqu mediante su smbolo:

Los posibles accionamientos se recogen en la figura siguiente:

66

Automatismos Elctricos, Neumticos e Hidrulicos. Rev:2.5 Como norma general, las de 2 vas se utilizan como vlvulas de paso, las vlvulas 3/2 se utilizan para controlar cilindros de simple efecto y las vlvulas de 4 vas se utilizan para controlar cilindros de doble efecto, estas ltimas pueden ser de 2,3,4 o incluso ms posiciones obteniendose variadas funciones. Una de las ms comunes es la vlvula 4/3 con la posicin central de recirculacin a deposito, con ella conectada a un cilindro de doble efecto tenemos una posicin de avance, una posicin de retroceso y una posicin central en la que el fluido procedente de la bomba se desva al tanque sin apenas perder presin por lo que la energa consumida en la bomba, cuado el cilindro se encuentra en reposo, se reduce al mnimo.

67

Juan Manuel Pomeda Iglesias Ejemplo 1: Sistema de sujecin. - Un cilindro hidrulico sujeta piezas en una mordaza, para evitar que se dae esta se debe disminuir la velocidad de cierre, manteniendo la de apertura. Para conseguir esto se incorpora una vlvula de aguja con antirretorno que presenta una fuerte oposicin al flujo en un sentido y muy pequea en el otro. El estrangulamiento se pude colocar tanto en el lado de la ida como en el de retorno, pero debemos de tener en cuenta que siendo la relacin de superficies del embolo (anterior y posterior) 2:1, la oposicin del lado del retorno creara una contrapresin del doble de la de alimentacin.

Ejemplo 2: Gra hidrulica (reduccin de la velocidad de descenso). - Una gra hidrulica coloca tiles de estampar, punzonar y cortar (con elevado peso), en una prensa. Los movimientos de elevacin y descenso estn a cargo de un cilindro de doble efecto con el que debemos controlar la velocidad de descenso de la carga. Se barajan distintas soluciones como pueden ser la utilizacin de un estrangulamiento en la ida o el retorno, esto es poco adecuado ya que en la ida creara una depresin por el efecto de arrastre de la carga, y en el retorno creara un efecto de multiplicacin de la presin como se explic en el anterior Ejemplo. - La solucin ms adecuada es colocar una VLP con el efecto de retencin (contrapresin) que adems se opondr a la cada de la carga, la vlvula antirretorno elimina el efecto de esta en el sentido de subida. Seria necesario por tanto calcular la presin de tarado de la VLP.

68

Automatismos Elctricos, Neumticos e Hidrulicos. Rev:2.5 Ejemplo 3: Control de avance de un torno (regulacin de velocidad). - En este Ejemplo se trata de automatizar el avance de un torno mediante un cilindro hidrulico, la velocidad de este debe ser regulable y la velocidad regulada ha de mantenerse constante con independencia de los esfuerzos a que se vea sometida.

- En este caso dado que los esfuerzos son muy variables y la velocidad ha de mantenerse constante, lo ms adecuado es utilizar una vlvula reguladora de corriente que compensa las presiones a ambos lados del regulador para mantener el caudal constante, el antirretorno es para asegurar un retroceso rpido del carro. Ejemplo 4: Cepilladora (direccionamiento del caudal). - El carro de una cepilladora horizontal es accionado por un cilindro de doble efecto con un embolo cuyas superficies anterior y posterior estn en relacin 2:1, por lo que las velocidades de avance y retroceso estn en igual relacin(solo se mecaniza en el avance); se pretende que dichas velocidades sean iguales y regulables para poder aprovechar ambas carreras para mecanizar.

- El montaje elegido es el de la figura, conocido como circuito diferencial porque en el fluido expulsado en el avance de la cmara anterior se recircula hacia la camara posterior para incrementar la velocidad de avance igualandola a la de retroceso; ambas velocidades son controladas por la vlvula reguladora de caudal.

69

Juan Manuel Pomeda Iglesias Ejemplo 5: Taladradora (vlvula reguladora de presin). - Una taladradora posee un sistema hidrulico que realiza las funciones de amarre de la pieza y avance de la herramienta, debido al proceso de taladrado necesitamos distintas fuerzas de amarre a la vez que necesitamos la mxima fuerza para el avance de la herramienta, regulando la velocidad, por lo que no podemos efectuar la regulacin mediante la VLP.

- Como se puede apreciar la solucin ms adecuada es utilizar una vlvula reguladora de presin para asegurar la pieza con la fuerza requerida y un regulador de caudal compensado para el avance de la herramienta, junto con una VLP oponiendose a la bajada de esta para evitar descensos intempestivos.

70

Automatismos Elctricos, Neumticos e Hidrulicos. Rev:2.5

Ejercicios de aplicacinEjercicio 1 Un dispositivo elevador utiliza un cilindro de simple efecto, dicho dispositivo debe permanecer en posicin elevada largos periodos de tiempo sin descender por lo que el cierre de una vlvula distribuidora no es suficiente. Disear un circuito que permita subir y bajar el dispositivo, as como mantener la posicin elevada sin problemas. Ejercicio 2 Resolver el ejercicio anterior en igualdad de condiciones pero empleando un cilindro de doble efecto. Ejercicio 3 Si la bomba del circuito anterior aporta un caudal de 2 litros/min con una presin de 100 Bar y el cilindro tiene un mbolo de 2.01 cm2 de superficie y una superficie anular (mbolo - vstago) de 1.23 cm2, cuales sern las velocidades de avance y retorno del vstago del cilindro?; cul ser la mxima carga en kg que podr levantar el dispositivo elevador?. Ejercicio 4 (TP-501-4) Unos rollos de papel se elevan hacia una calandria por medio de un dispositivo de elevacin. El dispositivo es accionado por un cilindro de mbolo buzo (simple efecto). Cuando se pone en marcha el grupo hidrulico, el caudal de la bomba fluye directamente hacia el cilindro. Una vlvula 2/2 cerrada en posicin de reposo, est dispuesta en la lnea de derivacin que conduce al deposito. Se utiliza una vlvula antirretorno para proteger a la bomba de la contrapresin del aceite. Por encima de la vlvula de antirretorno se dispone de una limitadora de presin para proteger a la bomba y el circuito de contrapresiones excesivas. Disear el circuito necesario. Ejercicio 5 (TP-501-6) La puerta de un horno se abre y cierra por medio de un cilindro de doble efecto. El cilindro es activado por una vlvula 4/2 con muelle de retorno. Esto asegura que la puerta solo se abre mientras la vlvula est accionada. Cuando la palanca se libera, la puerta se cierra de nuevo y la presin la mantiene firmemente cerrada. Dibujar el circuito hidrulico correspondiente. Ejercicio 6 (TP-501-7) Un transportador con banda de acero alimenta piezas a un horno de secado. Debemos controlar la tensin de la banda actuando sobre uno de sus rodillos, este se encuentra articulado en un extremo y dispone de un cilindro de doble efecto en el otro, que es mvil. El mando se controla con una vlvula distribuidora que permite tensar o destensar la banda, cuenta adems con una posicin estable en la cual el caudal de la bomba se recircula a tanque para evitar perdidas de potencia intiles, mientras el cilindro se mantiene en su posicin. Debido a la tensin de la banda sobre el cilindro se ha de utilizar una vlvula antirretorno desbloqueable para solventar las perdidas de aceite que se originan en la distribuidora destensando la cinta. Disear el circuito necesario. Ejercicio 7 (TP-501-8) Una pesada puerta de almacn frigorifico se mueve mediante un cilindro hidrulico. Para evitar que el personal pueda quedar atrapado en caso de corte del fluido elctrico que mueve la bomba, se utiliza un acumulador de presin que permite realizar algunas maniobras sin necesidad de bomba. El cilindro se controla desde un vlvula 4/2 de palanca conectada de forma que el cilindro avance en la posicin normal de la vlvula. Disear el circuito necesario.

71

Juan Manuel Pomeda Iglesias Ejercicio 8 (TP-501-9) Varios cabezales de una estacin de mecanizado giratoria estn accionados por un grupo hidrulico. Debido a la activacin y desactivacin de estos se producen fluctuaciones de presin en la lnea de presin. Estas fluctuaciones no deben influir en la velocidad de avance del cabezal de taladrado que ha de ser constante, por lo que ha de utilizarse una vlvula reguladora de caudal ajustable; adems hemos de utilizar una limitadora de presin para contener las posibles fuerzas de traccin producidas por enganchones de la broca. Disear el circuito necesario. El cilindro tiene un mbolo de 4 cm de dimetro y un vstago de 2 cm. Calcular la fuerza que se opone al avance debida a la contrapresin creada por la vlvula limitadora, estando tarada esta a 30 bar. Ejercicio 9 (TP-501-10) Una cinta transportadora alimenta piezas a una cabina de pintura. Dicha cinta es accionada por un motor hidrulico. Debido a cambios en el proceso productivo el peso de las piezas varia, sin embargo la velocidad de avance ha de permanecer constante para la buena marcha del proceso. Determinar si es posible cumplir estos requisitos instalando una vlvula reguladora de caudal y cual es el tipo ms adecuado. Disear el circuito necesario. Ejercicio 10 (TP-501-11) Para grabar smbolos sobre una cinta de metal se utiliza una mquina especial. La velocidad de descenso de la estampa debe poder variarse, al contrario la elevacin o retroceso ha de realizarse siempre de forma rpida. Para controlar la velocidad de descenso de la estampa utilizaremos un regulador de caudal unidireccional y para evitar que el cilindro descienda de forma intempestiva debido al peso de la estampa, utilizaremos una vlvula limitadora de presin como contencin. Para controlar el movimiento de subida y bajada utilizaremos una vlvula 4/2. Disear y dibujar el circuito necesario. Ejercicio 11 (TP-501-12) La mesa de una rectificadora de superficies es accionada por un cilindro hidrulico, para que el mecanizado se ejecute adecuadamente en ambos sentidos, la velocidad ha de ser la misma. Debemos disear un circuito que compense la diferencia de volumen en las dos cmaras del cilindro (anterior y posterior). Se sugiere el empleo de un montaje de cilindro diferencial y una vlvula reguladora de caudal para el ajuste de la velocidad. Disear y dibujar el circuito necesario. Ejercicio 12 (TP-501-13) Utilizamos un taladro vertical para taladrar piezas huecas. Las piezas se fijan mediante una mordaza de accionamiento hidrulico. Ha de ser posible reducir la presin a la mnima necesaria para evitar el aplastamiento de la pieza, tambin debemos ajustar la velocidad de cierre por medio de una vlvula reguladora de caudal unidireccional. Disear y dibujar el circuito necesario. Ejercicio 13 (TP-501-14) Para abrir y cerrar la puerta de un horno se utiliza un cilindro de doble efecto. El cierre ha de hacerse a una velocidad constante regulable, esto se consigue con una reguladora de caudal unidireccional. Debe colocarse tambien una limitadora de presin para crear una contencin y evitar que la pesado puerta tire del cilindro hacia abajo en el cierre. Disear y dibujar el circuito necesario. Ejercicio 14 En el ejercicio anterior la puerta del horno pesa 20 Kg y los dimetros de embolo y vstago son respectivamente 4 y 2 cm. Calcular la presin de tarado de la vlvula limitadora de presin para compensar exactamente el peso de la puerta. Una vez regulada la limitadora de presin a ese valor, cual ser la presin del circuito en la apertura de la puerta?. Y durante el cierre?. 72

Automatismos Elctricos, Neumticos e Hidrulicos. Rev:2.5 Ejercicio 15 (TP-501-15) La rampa de carga de un transbordador debe poder adoptar diferentes alturas. La rampa sube y baja por medio de un cilindro hidrulico. Este movimiento debe realizarse suavemente y a velocidad constante. Para ajustar la velocidad debe utilizarse una vlvula reguladora de caudal. Esta debe instalarse de tal forma que impida la creacin de presiones excesivas en el sistema. Ejercicio 16 El avance de una taladradora se encuentra automatizado mediante un cilindro hidrulico, deseamos que dicho descenso se produzca de forma rpida hasta aproximar la broca a la pieza y de forma lenta y ajustable (independientemente de la fuerza) durante el taladrado. El control se har mediante una vlvula 4/3 con posicin central en recirculacin y utilizaremos una limitadora de presin como vlvula de freno. Ejercicio 17 Un ascensor est movido por un cilindro hidrulico, la vlvula de control ser una 4/3 con posicin central en recirculacin, adems debemos colocar una vlvula limitadora de presin como vlvula de freno para evitar cadas intempestivas y por seguridad ante la posible falta de fluido elctrico. Si el ascensor cargado pesa como mximo 750 kg y el dimetro del embolo es de 10 cm, cul es la presin de tarado de la vlvula que evita que caiga por su propio peso?; si el ascensor cargado pesa solamente 250 kg que presin es necesaria en la cmara anterior del cilindro para que el ascensor descienda?. Ejercicio 18 El volquete de un camin de obra se mueve por accin de un cilindro hidrulico, para poder mantener largo tiempo el volquete en posicin superior se utiliza un antirretorno desbloqueable, mientras que para evitar el descanso brusco se colocar un estrangulamiento actuando en la salida de aceite. El circuito es controlado por una vlvula 4/3. Ejercicio 19 (TP-501-16) La carga y descarga de contenedores sobre una plataforma de trasporte se realiza utilizando dos cilindros de doble efecto. Cada cilindro est sujeto a diferentes cargas (de traccin en la descarga y compresin en la carga). El contenedor debe subir y bajar a una velocidad lenta y constante. Por lo tanto ambos cilindros deben contenerse hidrulicamente en ambos sentidos. Ejercicio 20 Debe descargarse aluminio fundido desde un crisol al canal de un molde mediante una cuchara accionada hidrulicamente por un cilindro de doble efecto controlado por una vlvula 4/2. La cuchara no debe descender en ningn caso mientras no se accione la palanca de la vlvula. Debido a que el peso de la cuchara puede ser muy grande se debe colocar una vlvula en contrapresin o freno.

73

Juan Manuel Pomeda Iglesias

Ud 8:Electrohidrulica y circuitos electrohidrulicos.Al igual que en el caso de la neumtica y la electroneumtica, la electrohidrulica se diferencia de la hidrulica en las seales de captadores y transductores as como las de activacin de las vlvulas distribuidoras. En un nivel de control superior, como es la hidrulica proporcional, adems se controlan reguladores de presin, reguladores de caudal, etc. Los smbolos de vlvulas distribuidoras sern similares a los ya estudiados hasta ahora, salvo por los accionamientos, que pasaran a ser elctricos y similares a los que se recogen a continuacin:A A B A B A B

P

T

P

T

P

T

P

T

Tambin podemos tener vlvulas de accionamiento combinado como puede ser un accionamiento muscular y otro elctrico, si bien en la mayora de los casos el muscular tiene nicamente el objeto de servir para pruebas, en caso de mal funcionamiento o averas y no para uso habitual, adems pueden tener muelles que las posicionen en una posicin estable:A A B A B A B

P

T

P

T

P

T

P

T

Por supuesto toda la parte de adquisicin y tratamiento de las seales (finales de carrera, botones pulsadores, funciones Y-O-NO) es elctrica, igualmente utilizaremos rels y circuitos de autorretencin. La simbologa es la ya estudiada en electroneumtica. Ejercicio 1 - Disear un circuito hidrulico con un cilindro de simple efecto controlado por una vlvula 3/2 de accionamiento elctrico y retorno por muelle, cerrada en posicin de reposo, as como los elementos auxiliares necesarios. Disear tambin el circuito elctrico de control para que avance al pulsar un botn y retroceda al pulsar otro botn. Ejercicio 2 - Disear un circuito hidrulico con un cilindro de simple efecto controlado por una vlvula 3/2 biestable de accionamiento elctrico, as como los elementos auxiliares necesarios. Disear tambin el circuito elctrico de control para que avance al pulsar un botn y retroceda al pulsar otro debe incorporar el accionamiento indirecto mediante rel. Ejercicio 3 - Disear un circuito hidrulico con un cilindro de doble efecto controlado por una vlvula 4/3 con posicin central en recirculacin a tanque, centrada por muelles y accionamiento elctrico. Disear tambin el circuito elctrico para que avance al pulsar un botn y retroceda al pisar un final de carrera. Ejercicio 4 - Disear un circuito hidrulico para conseguir el movimiento de dos cilindros hidrulicos de doble efecto controlados por sendas vlvulas 4/2 biestables de accionamiento elctrico, el avance y retroceso de los cilindros se produce al accionar los pulsadores correspondientes. Adems debemos colocar una vlvula monoestable de accionamiento elctrico que recircule el aceite a tanque cuando ninguno de los cilindros est en movimiento. Disear el circuito elctrico necesario para el control del circuito cumpliendo los requisitos anteriores. 74

Automatismos Elctricos, Neumticos e Hidrulicos. Rev:2.5 Ejercicio 5 (TP-601-4) - Para doblar piezas metlicas en forma de U, se utiliza un dispositivo doblador con un cilindro de doble efecto. La seal de inicio de la operacin se da con un pulsador. Una vez formada la pieza se inicia la carrera de retroceso con otro pulsador. Ambas carreras de avance y retroceso se deben realizar a baja velocidad. Qu tipo de vlvula reguladora de caudal deber utilizarse para poder regular la velocidad independientemente de la carga?. Ejercicio 6 (TP-601-7) - Para abrir y cerrar la pesada puerta de un horno se utiliza un cilindro de doble efecto. El funcionamiento permite dejar la puerta en cualquier posicin intermedia. El cilindro se sujeta hidrulicamente mediante un antirretorno desbloqueable. Ejercicio 7 (TP-601-8) - Debe automatizarse el avance de un taladro. Cuando se utilizan brocas de gran dimetro, es necesario obtener una velocidad constante y ajustable con precisin, por ello se debe utilizar un cilindro hidrulico. El avance ser rpido para el acercamiento y regulado durante el taladrado, para ello se colocar un final de carrera ajustable. La carrera de retroceso se inicia mediante un segundo pulsador y se efecta a mxima velocidad a travs de un antirretorno. Ejercicio 8 (TP-601-10) - En una prensa hidrulica se da forma a chapas mediante doblado. Se trabaja inicialmente a una presin de 15 bar para dar forma al material lentamente. Despus de avanzar 100 mm aproximadamente se conmuta a una presin mayor de unos 40 bar hasta completar la operacin de prensado. Una vez completada la operacin la presin del circuito se eleva al mximo asegurando el prensado adecuado, el retroceso se efecta con un segundo botn. Ejercicio 9 - Una prensa de tableros se acciona mediante un cilindro hidrulico controlado por una vlvula 4/2 monoestable de accionamiento elctrico. El cilindro avanza con un pulsador y el retroceso se produce al ejercer la fuerza suficiente para asegurar un correcto prensado, esto se comprueba mediante un presostato conectado al conducto de alimentacin del cilindro. Ejercicio 10 (TP-601-12) - Para montar un casquillo de plstico en una pieza de acero se utiliza un dispositivo de montaje hidrulico. Para asegurar la conexin se inserta posteriormente un tornillo. Cuando se presiona el pulsador de MARCHA S1, el cilindro de doble efecto 1A el prensado, empuja el casquillo de plstico en la pieza de acero. Cuando la presin en la cmara del mbolo del cilindro de prensado alcanza 4,5 Mpa (45 bar), el motor hidrulico horizontal 2M atornilla en el lado derecho un tornillo . Cuando se presiona el pulsador RETROCESO S2, el cilindro de prensado 1 retrocede y el motor 2M se detiene. El cilindro vertical no debe descender cuando se para el grupo hidrulico. Bajo ninguna circunstancia el motor puede girar en sentido antihorario. La velocidad del prensado-insercin ha de ser regulable. Ejercicio 11 (TP-601-5) - Un dispositivo de montaje a prensa se utiliza para montar piezas. Si se sobrepasa la presin de prensado predeterminada, el vstago debe retroceder por razones de seguridad. Una vez realizada correctamente la operacin de prensado, debe iniciarse la carrera de retroceso cuando se alcanzan los 30 bar ajustados en el presostato. En la lnea de alimentacin del cilindro, se monta una vlvula reguladora de caudal unidireccional. En qu punto del circuito se debe colocar el presostato?. 75