+Universidad de TarapacáFacultad de ingenieríaDepto. de mecánicaArica-Chile

Laboratorio de automatización industrial.

Hidráulica

Profesor: Manuel Fuentes Maya.

Alumnos: Jose Valencia Hidalgo. Paolo Fuentes Palavecinos.

Fecha de entrega: 23/11/11

Índice.

1. Introducción………………………………….……………...…………………………… Pág. 1

2. Descripción de la experiencia……………………………………………….. Pág. 2

3. Objetivos alcanzados…….………….…………….……………..……………... Pág. 3

4. Definiciones……………………………………………………….………………………. Pág. 4

5. Experiencias

Experiencia 1………………………………………………………………………………….. Experiencia 2………………………………………………………………………………….. Experiencia 3………………………………………………………………………………….. Experiencia 4…………………………………………………………………………………..

Pág. 6Pág. 7Pág. 8Pág. 9

6. Análisis de las experiencias

Experiencia 1………………………………………………………………………………….. Experiencia 2………………………………………………………………………………….. Experiencia 3………………………………………………………………………………….. Experiencia 4…………………………………………………………………………………..

Pág. 10Pág. 11Pág. 12Pág. 13

7. Conclusiones……………………………………………………………………………… Pág. 14

8. Bibliografía…………………………………………………………………………………. Pág. 15

9. Anexo…………………………………………………………………………………………… Pág. 16

1. Introducción.

La hidráulica es la ciencia que forma parte la física y comprende la transmisión y regulación de fuerzas y movimientos por medio de los líquidos. Cuando se escuche la palabra hidráulica hay que remarcar el concepto de que es la transformación de la energía, ya sea de mecánica ó eléctrica en hidráulica para obtener un beneficio en términos de energía mecánica al finalizar el proceso.

Un sistema hidráulico contiene y confina un líquido de manera de que el mismo usa las leyes que gobiernan los líquidos para transmitir potencia y desarrollar trabajo. En general se utiliza un depósito que sirve como depósito y acondicionador del fluido.

Por otro lado, elementos del circuito como los filtros reguladores y conexiones magnéticas acondicionan el fluido al quitar impurezas extrañas que podrían obstruir los pasajes y dañar partes del sistema hidráulico.

En general, en los sistemas hidráulicos, la hidráulica es apropiada para grandes esfuerzos tanto en actuadores lineales como en motores de par elevado, y permite un control exacto de velocidad y parada. Su utilización se extiende a las industrias metalúrgicas, a las máquinas-herramientas, prensas, maquinaria de obras públicas, industria naval, aeronáutica, sistemas de transporte, etc.

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2. Descripción de la experiencia.

En estas experiencias de laboratorio, se estudiaron cuatro posibles casos de sistemas hidráulicos, entre los cuales separamos según el objetivo alcanzado en cada una de ellas:

Experiencia 1.En esta experiencia se estudió como era el montaje del sistema hidráulico y los elementos que lo componían, sean; estanque, motor, bomba, válvulas y cilindro, cada uno diferenciándose según sus características.Esta experiencia fue base para las demás, ya que en ella se analizó el montaje básico en el banco hidráulico, teniendo cambios en las válvulas o las conexiones de un cilindro o un motor.

Experiencia 2.Al igual que la experiencia 1, se estudiaron los mismos principios del montaje del sistema, cambiando solo la conexión válvula-válvula-cilindro de la experiencia 1 a una válvula-cilindro y válvula-motor.

Experiencia 3.En esta experiencia se analizó los efectos que produce una carga añadida a un cilindro hidráulico, desde su funcionamiento hasta lo que ocurre una vez apagado el sistema (apagado del motor eléctrico).

Experiencia 4.Según lo observado de la experiencia 3, en este caso se estudió el mismo principio de sistema de cilindro con peso, pero añadiendo además una válvula antirretorno. Se estudiaron los efectos que esta producía cuando el sistema operaba con el motor encendido y el motor apagado.

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3. Objetivos alcanzados.

Los objetivos principales de esta experiencia son:

Identificar los componentes del circuito hidráulico. Realizar un montaje en el banco hidráulico Explicar los efectos que producen las válvulas en el cilindro y motor hidráulico. Analizar el efecto que ocurre en la presión del sistema, en consecuencia cuando se

le añade un peso al cilindro. Estudiar el comportamiento de la válvula antirretorno.

También otros objetivos para este laboratorio están el familiarizarse con la simbología del circuito y poder estudiar los componentes que componen el circuito hidráulico.

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4. Definiciones.

Definición de las componentes del circuito hidráulico.

Depósito de aceite: La función del depósito o tanque, es la de contener o almacenar el fluido de aceite en el sistema hidráulico. Además, permite la extracción de los gases y materiales extraños del líquido.

Bomba unidireccional con cilindrada fija: Esta bomba se encarga de incrementar la presión del líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, moviendo el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión en una sola dirección.

Manómetro: Es un instrumento que se utilizó para la medición de la presión en el fluido utilizando la diferencia de presión entre el fluido de aceite y la presión local.

Válvula de seguridad: Cumple la función de evitar una explosión en el sistema dejando liberar el fluido cuando la presión interna supera el límite establecido.

Válvula 4/2 de palanca con muelle de recuperación: Esta válvula permite el paso del fluido en ambas direcciones. En su estado de reposo, el fluido circulara de P hacia A, obstruyendo el paso de P hacia B, pero permite el paso de B hacia T.En otra situación, accionando la palanca a la posición cruzada, las vías se intercambian dejando el paso de A hacia T y el paso de P hacia B. Finalmente la válvula volverá a su estado natural de reposo si dejamos de accionar la palanca ya que esta vuelve a su posición inicial por efecto de un muelle o resorte.

Válvula 4/3 de palanca con enclavamiento: Esta válvula es similar a la válvula 4/2 pero con la diferencia que en la posición intermedia todas las conexiones están bloqueada, solo a excepción del aceite de fuga, no existe unión entre las conexiones. Además cuenta con una palanca de enclavamiento, que fija la posición de accionamiento de la válvula.

Cilindro de doble efecto: El cilindro de doble efecto se emplea especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar un trabajo en ambos sentidos. La

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presión del aceite actúa alternativamente en el cilindro, lo cual hace que los movimientos de trabajo actúen en ambas direcciones.

Cilindro de doble efecto con peso: Cumple las mismas características que el cilindro descrito anteriormente, a diferencia que se le añade un peso de carga por sobre el cual va a actuar el embolo en la dirección del trabajo.

Filtro: En componente principal del sistema de filtración de la maquina hidráulica, que se utiliza para el control de la contaminación de partículas sólidas de origen externo generadas por procesos de desgaste o erosión de las superficies de la maquinaria, permitiendo preservar la vida útil de los componentes del equipo.

Motor hidráulico: Es un actuador mecánico que convierte presión hidráulica y flujo en una rotación o giro. Su funcionamiento es inverso al de las bombas hidráulicas y es el equivalente rotatorio del cilindro hidráulico. Se emplean sobre todo porque entregan un par muy grande a velocidades de giro pequeñas en comparación con los motores eléctricos.

Válvula antirretorno: Tienen por objetivo cerrar por completo el paso del aceite en circulación en un sentido y dejarlo libre en el contrario. Tiene la ventaja de un recorrido mínimo del obturador a la posición de apertura total. Esta válvula se utilizó con la finalidad de mantener la presión en la tubería en servicio y poner en descarga la alimentación. El aceite se va dirigiendo desde el orificio de entrada hacia el de utilización que tiene el paso libre, mientras que en el sentido opuesto se encuentra bloqueado.

5. Experiencias.

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1

2 3 45

6

7 8

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A B

P T

A B

P T

Experiencia 1.

Identifique los componentes del circuito hidráulico y realice el montaje en el banco hidráulico. Explique los efectos en el cilindro hidráulico cuando se accionan las válvulas simultáneamente.

Componentes hidráulicos:1. Estanque.2. Motor eléctrico.3. Bomba unidireccional de cilindrada fija con 1 eje.4. Filtro.5. Válvula de seguridad.6. Manómetro.7. Válvula 4/2 de palanca con muelle de recuperación.8. Válvula 4/3 de palanca con enclavamiento (centro cerrado).9. Cilindro de doble efecto.

Experiencia 2.

8

Identifique los componentes hidráulicos y realice el montaje en el banco hidráulico. Indique y explique qué ocurre cuando se accionan las dos válvulas simultáneamente.

Componentes hidráulicos:1. Estanque.2. Motor eléctrico.3. Bomba unidireccional de cilindrada fija con 1 eje.4. Filtro.5. Válvula de seguridad.6. Manómetro.7. Válvula 4/3 de palanca con enclavamiento (centro cerrado).8. Válvula 4/3 de palanca con enclavamiento (centro cerrado).

9. Cilindro de doble efecto.10. Motor hidráulico.

Experiencia 3.

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?

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23 4

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9 10

a) b)

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34

5

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Identifique los componentes del circuito hidráulico y realice el montaje en el banco hidráulico. a) Explique los efectos en el cilindro hidráulico cuando se acciona la válvula. b) Reemplace el cilindro sin carga por el cilindro con carga (peso) y explique qué ocurre en el circuito hidráulico.

Componentes hidráulicos:1. Estanque.2. Motor eléctrico.3. Bomba unidireccional de cilindrada fija con 1 eje.4. Filtro.5. Válvula de seguridad.6. Manómetro.7. Válvula 4/2 de palanca con muelle de recuperación.8. Cilindro de doble efecto.9. Cilindro de doble efecto con peso de carga.

Experiencia 4.

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Identifique los componentes del circuito hidráulico y realice el montaje en el banco hidráulico. Describa el accionamiento de la válvula anti retorno y que función cumple en un circuito hidráulico con carga.

Componentes hidráulicos:1. Estanque.2. Motor Eléctrico.3. Bomba unidireccional de cilindrada fija con 1 eje.4. Filtro.5. Válvula de Seguridad.6. Manómetro.7. Válvula 4/2 de palanca con muelle de recuperación.8. Válvula Anti retorno.9. Cilindro Hidráulico de doble efecto.

6. Análisis de las experiencias.

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Experiencia 1: efectos en el cilindro hidráulico.

Caso a: Cuando la válvula 4/2 está en estado inicial (flujo cruzado).

En este caso al mantener el flujo normal de la válvula 4/2 con muelle de recuperación, el fluido es conducido desde el punto B de la válvula 4/2 al punto P de la válvula 4/3 con palanca de enclavamiento. En esta válvula según el diagrama, al presionar la palanca al espacio de flujo normal, el aceite entra por el lado izquierdo del cilindro desplazando el embolo hacia el lado derecho, lo cual a su vez desplaza el fluido de ese lado hacia el depósito de aceite.

En otro caso, al presionar la palanca en la posición de flujo cruzado ocurre lo contrario, es decir, el aceite entra por el lado derecho del cilindro desplazando el embolo hacia la izquierda que a su vez conduce el aceite al depósito. En el caso de la posición intermedia de la válvula, las conexiones del fluido se bloquean y el embolo se detiene.

Caso b: Cuando la válvula 4/2 está en flujo normal (posición al accionar la palanca)

La válvula puede cambiar a flujo normal al activar la palanca, lo cual ocurre en el intervalo en que se mantiene pulsada ya que al soltarla vuelve a su posición inicial de flujo cruzado. Mientras la palanca se mantenga pulsada, en la válvula 4/3 ocurrirá un bloqueo del fluido si se encuentra en la posición intermedia. Sin embargo al activar la palanca de enclavamiento a flujo cruzado el aceite es conducido desde el punto A de la válvula 4/2 al punto T de la válvula 4/3, desplazando el embolo a la derecha, ya que el aceite entra por la izquierda y se va al depósito desde el punto P de la válvula 4/3 al punto B de la válvula 4/2, ocurriendo lo contrario al caso A. En otro caso al activar la palanca para la posición normal, el embolo se devuelve hacia la izquierda ya que el aceite entra por la derecha y depositado desde el punto P de la válvula 4/3 al punto B de la válvula 4/2.

Cabe destacar que para ambos casos, la válvula 4/3 de palanca con enclavamiento, es la válvula principal del sistema hidráulico ya que esta se debe de activar siempre de forma manual.

Experiencia 2: efectos en el motor hidráulico.

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Al accionar las dos válvulas simultáneamente:

Al accionar la válvula 7 en la 1era posición y la válvula 8 en la 1era posición, el émbolo se moverá quedando en la parte derecha del cilindro Hidráulico y el Motor Hidráulico girará en el sentido horario.

Si mantengo la válvula 7 en la 1eraposición( y ahora acciono la válvula 8 en la 2da posición (centro cerrado),el émbolo seguirá estático en la parte derecha del cilindro hidráulico y el motor hidráulico no girará porque en la 2da Posición no se permite el paso de fluido hidráulico.

Si mantengo la válvula 7 en la 1eraposición y ahora acciono la válvula 8 en la 3era

posición, el émbolo seguirá estático en la parte derecha del cilindro y el motor hidráulico girará en sentido anti-horario.

Al accionar la válvula 7 en la 2da posición y la válvula 8 en la 1era posición, el émbolo del cilindro hidráulico no se moverá (el émbolo seguirá estático en la parte derecha del cilindro) y el motor hidráulico girará en el sentido horario.

Si mantengo la válvula 7 en la 2daposición y ahora acciono la válvula 8 en la 2da posición, el émbolo del cilindro Hidráulico seguirá sin moverse (el émbolo seguirá estático en la parte derecha del cilindro) y el motor hidráulico no girará porque en esa posición no se permite el paso de fluido hidráulico.

Si mantengo la válvula 7 en la 2daposición y ahora acciono la válvula 8 en la 3era

posición, el émbolo del cilindro hidráulico seguirá sin moverse (el émbolo seguirá estático en la parte derecha del cilindro) y el motor hidráulico girará en sentido anti-horario.

Al accionar la válvula 7 en la 3era posición y la válvula 8 en la 1era posición, el émbolo se moverá quedando en la parte izquierda del cilindro hidráulico y el motor hidráulico girará en el sentido horario.

Si mantengo la válvula 7 en la 3eraposición y ahora acciono la válvula 8 en la 2da posición, el émbolo no se moverá (seguirá estático en la parte izquierda del cilindro hidráulico) y el motor hidráulico no girará porque en esa posición no se permite el paso de fluido hidráulico.

Si mantengo la válvula 7 en la 3eraposición y ahora acciono la válvula 8 en la 3era

posición, el émbolo del cilindro hidráulico no se moverá (seguirá estático en la parte izquierda del cilindro ) y el motor hidráulico girará en sentido anti-horario.

Experiencia 3: efectos de la presión en el cilindro de doble efecto con y sin carga.

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Caso a: Cuando válvula 4/2 actúa sobre el cilindro sin carga.

Cuando se activa el sistema de alimentación del motor eléctrico, la bomba bombea el aceite a la válvula que se encuentra en posición normal. En esta posición el fluido entra directamente al punto P de la válvula saliendo por el punto A e ingresa al cilindro por la parte inferior, manteniendo el embolo en su posición original, sin cambios en su desplazamiento.

Al cambiar la posición de la válvula a flujo cruzado, el fluido que ingresa al punto P de la válvula que ahora sale por el punto B e ingresa a la parte superior del cilindro, desplazando el embolo hacia abajo, donde el fluido que había en la parte inferior del cilindro, se descarga hacia el filtro y posteriormente al tanque de aceite.

Para regresar a los cambios originales, basta con activar nuevamente la posición de la válvula con la palanca el cual el embolo del cilindro subirá por efecto de la entrada de aceite en su parte inferior y el fluido que había en la parte superior se descargara al filtro y luego al tanque.

Caso b: Cuando válvula 4/2 actúa sobre el cilindro con carga.

Al igual que el caso del cilindro sin carga, los efectos que ejerce la válvula sobre el cilindro son los mismos descritos en el caso a). La diferencia de esta experiencia radica en que al desconectar el sistema (apagar el motor), cuando el embolo se encuentra ubicado en la parte superior del cilindro, el efecto de la carga hace que ejerza una fuerza en el vástago hacia abajo, haciendo descender el émbolo lo que causa que el aceite contenido en la parte inferior del cilindro, se descargue al tanque por efecto de la presión que se genera.Esto sucede debido a que ocurre un retorno del fluido ocasionado por la presión que se generó en el interior del cilindro, ocasionando que el aceite descargue por la misma vía por donde había entrado el aceite cuando operaba la bomba.

Experiencia 4: efectos de la válvula antirretorno en el cilindro con carga.

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Cuando se activa el sistema de alimentación del motor eléctrico y la Presión marca (20 bar) ,estando la Válvula 7 en la 2da posición tenemos que el émbolo subirá a la parte superior del cilindro. Ahora si se activa la Válvula 7 en la 1era Posición tenemos que el émbolo bajará a la parte inferior del cilindro.

Cuando se apaga el Motor Eléctrico La válvula antirretorno hace que si el émbolo está en la parte superior del cilindro, no baje a la parte inferior del cilindro.

Además cuando siga apagado el motor eléctrico , y si se acciona la válvula 7 en la 2da posición tendremos la seguridad de que el embolo no bajara ala parte inferior del cilindro.

Se demuestra que la válvula antirretorno nos dará la seguridad de que el peso que esta conectado al cilindro , no hará que el émbolo y el peso , tengan un descenso no deseado.

7. Conclusiones.

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Para cada circuito hidráulico se estableció el mecanismo de funcionamiento de los sistemas hidráulicos. Así como también, se dio a entender las características de los elementos que formaban parte de él.

Cada experiencia por separado tenia distintos objetivos, en la primera y segunda experiencia se quiso determinar los efectos que se producían en el cilindro hidráulico mediante válvulas accionadas en forma paralela y en serie.

En la tercera y cuarta experiencia se estudiaron los efectos de la presión que se generaban al interior del sistema. El comportamiento de la carga ejerce una fuerza en el cilindro haciendo que el embolo tienda a descender y por efecto de gravedad el fluido de aceite retorne al tanque por la misma línea en que fue alimentado el cilindro. Es por esto que al añadir la válvula antirretorno, se pueda controlar que el fluido no retorne al tanque, ya que esta misma permite el paso libro del aceite en la alimentación pero bloquea la vía si esto ocurre en sentido opuesto.

La importancia de las válvulas, permite determinar el funcionamiento del sistema. Cada una de ellas posee características distintas la cual somete el control del fluido a su accionar en las posiciones que estas posea. En el caso de las válvulas de seguridad, estas mismas ayudan a controlar la presión en el sistema cuando se sobrepasen los límites establecidos, haciendo liberar el fluido y evitar daños en el sistema.

Cada una de las experiencias tuvo un objetivo distinto, el cual el conjunto de ellas ayudo a entender de mejor forma el funcionamiento de los elementos hidráulicos.

8. Bibliografía.

Sitios de internet:16

http://tecnonalon.wordpress.com/2009/03/15/introduccin-a-los-circuitos-neumticos-e-hidrulicos/

http://members.fortunecity.es/100pies/mantenimiento/mantenimientohidraulico.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_%28hidr%C3%A1ulica%29

9. Anexo.

Cálculo del peso de la carga en el sistema hidráulico.

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Datos:

P=20¿de [mm ]=16 ⋅10−3 [m ] , diámetro delémbolodV [mm] = 10∙10−3 [m] ,diámetro vástago

Considerando el Área del ( émbolo menos el vástago)

Cálculo de la masa:

F=m⋅ g⟹m= Fg

(1)

Pero:

F=P ⋅A=P ⋅ π ∙d2

4(2)

Reemplazando en (2) en (1):

m= Fg=P ⋅ π ∙d

2

4g

=(20 ⋅105)⋅

π ∙ (0.0162−0.0102 )4

9,8≅ 25 [kg ] ,masade la carga

El valor que nos dio como masa, se ve que es alto ya que si vemos en catálogos el peso debería rondar los 9kg .

La masa nos da alto , porque el manómetro esta puesto al principio del sistema .Por lo que si queremos una masa mas creíble , la presión tendrá que tener en consideración las perdidas de carga y tendríamos que poner al manómetro mas cerca de la parte por la que entra el fluido hidráulico al cilindro.

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