upc - oleohidraulica

POLITEXT 61

Oleohidráulica básicaDiseño de circuitos

POLITEXT

EDICIONS UPC

Oleohidráulica básicaDiseño de circuitos

Felip Roca Ravell

La presente obra fue galardonada en el quinto concurso"Ajuts a l'elaboració de material docent" convocado por la UPC.

Primera edición: septiembre de 1997Reimpresión: septiembre de 2000

Diseño de la cubierta: Manuel Andreu

© Felip Roca, 1997

© Edicions UPC, 1997Edicions de la Universitat Politècnica de Catalunya, SLJordi Girona Salgado 31, 08034 BarcelonaTel.: 934 016 883 Fax: 934 015 885Edicions Virtuals: www.edicionsupc.esE-mail: [email protected]

Producción: CPET (Centre de Publicacions del Campus Nord)La Cup. Gran Capità s/n, 08034 Barcelona

Depósito legal: B-14433-97ISBN: 84-8301-198-0

Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las san-ciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o pro-cedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de ejemplares deella mediante alquiler o préstamo públicos.

Nota de agradecimiento

A Josep Borregá y Ricard Torres por su participación en la revisión y corrección del texto, a miscompañeros de Verkol, S.A. por su contribución en los capítulos dedicados a fluidos hidráulicos, y atodos aquellos que de alguna manera han colaborado para mejorar el contenido de este libro.

Prólogo 7

Prólogo

Siendo cierto que la Oleohidráulica es una parte de la temática general de Máquinas Hidráulicas y deFluidos, la falta de una obra como la que se presenta es clara.

En efecto, las fuentes de información que se utilizan en la actualidad en el desarrollo de laOleohidráulica en sus vertientes de desarrollo técnico o de actividades prácticas y de laboratorio, secentran en libros que a menudo presentan un contenido excesivamente teorizante o en manuales en losque es notoria la huella y el apoyo de marcas comerciales que a su vez aprovechan la ocasión parapromocionarse.

Es en este sentido que la presente obra cubre un espacio de aplicación específica.

Un detallado análisis de su contenido pone de manifiesto el desarrollo de los grupos impulsores yactuadores, los elementos de control y los sistemas auxiliares y complementarios para el diseño decircuitos con objetivos predefinidos.

Al llegar a este punto cabe señalar que el conocimiento, aunque sea a nivel de usuario, del contenidomencionado es especialmente complejo; por ello es necesaria una descripción sencilla pero con elrigorismo adecuado.

Esta es una de las características más notorias de la obra que se comenta. Se han utilizado diferentestramados para singularizar las distintas partes de un despiece o las distintas zonas de un circuito enfunción de su estado energético o funcionalidad.

El diseño de circuitos, con aplicaciones y un complemento señalado como ANEXOS en el que serepasan ciertos conceptos de la Hidráulica, de las propiedades de los fluidos y las operaciones arealizar en la puesta en marcha o revisión de un circuito, así como un compendio de simbología yejercicios numéricos completan el total de la obra.

Se acompaña el conjunto de un Glosario de términos y un listado de referencias que puedencomplementar aspectos que se juzguen de interés.

De todo lo expuesto se deduce fácilmente que se trata de una obra de aplicación en Escuelas Técnicas,Escuelas Universitarias y similares, altamente recomendable a nivel de texto, pues representa una obrabásica en la comprensión de la Oleohidráulica.

Marc Barraco Serra.Catedrático de la Universitat Politècnica de Catalunya (Departament de Mecànica de Fluids)

Índice 9

Índice

Oleohidráulica

1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Principios básicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1 Principio de Pascal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2 Aplicaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.3 Componentes de un sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3 Bombas: generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.1 Bombas de desplazamiento no positivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2 Bombas de desplazamiento positivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.3 Características de las bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4 Bombas hidrostáticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.1 Bombas oscilantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.2 Bombas rotativas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

5 Bombas: varios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435.1 Bombas de caudal variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435.2 Bombas múltiples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.3 Caudal teórico de las bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

6 Elementos de regulación y control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476.1 Válvulas de regulación de presión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476.2 Válvulas reductoras de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516.3 Válvulas de secuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536.4 Válvulas de contrapresión (counterbalance). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546.5 Válvulas de descarga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

7 Válvulas direccionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577.1 Válvulas unidireccionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577.2 Válvulas direccionales de dos vías. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597.3 Válvulas direccionales de varias vías. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617.4 Válvulas reguladoras de caudal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

8 Servoválvulas y válvulas proporcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678.1 Servoválvulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678.2 Válvulas proporcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708.3 Pérdida de eficiencia de una servoválvula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

9 Válvulas de cartucho. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 759.1 Funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769.2 Combinación como válvulas direccionales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779.3 Combinación como válvulas reguladoras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Oleohidráulica básica y diseño de circuitos10

Oleohidráulica (cont.)

10 Otras válvulas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8310.1 Válvulas de purga de aire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8310.2 Válvulas de paracaídas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8310.3 Válvulas de aislamiento de manómetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8310.4 Válvulas de selección de pilotaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

11 Sistemas de montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8511.1 Montaje en línea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8511.2 Montaje sobre panel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8511.3 Montaje sobre placa base. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8611.4 Montaje sobre bloque manyfold. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8711.5 Montaje en sandwich. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8711.6 Válvulas insertadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

12 Accionadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8912.1 Cilindros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8912.2 Motores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

13 Accesorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9513.1 Acumuladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9513.2 Depósitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9713.3 Manómetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9913.4 Caudalímetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9913.5 Filtros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10013.6 Presostatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10013.7 Vacuómetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10113.8 Intercambiadores de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10113.9 Bloques para válvulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10213.10 Tuberías, mangueras, rácores, juntas y retenes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10213.11 Fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

14 Importancia del fluido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10314.1 Historia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10314.2 Tipos de fluidos hidráulicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

15 Selección del fluido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10715.1 Selección del fluido en función de su misión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10715.2 Selección del fluido según sus características. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10915.3 Selección de otras propiedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

16 Sistemas de filtración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11116.1 Filtro de aspiración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11116.2 Filtro de precarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11216.3 Filtro de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11216.4 Filtro en derivación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11316.5 Filtro de aire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11416.6 Filtro de retorno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11416.7 Filtro de llenado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11516.8 Reciclado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Índice 11

Diseño de circuitos

17 Circuito con un cilindro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11717.1 Croquis del sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11817.2 Ciclo de trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11817.3 Cálculo de los parámetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11917.4 Tabla del ciclo de trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12017.5 Definición del elemento direccional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12017.6 Elementos de regulación y control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12117.7 Resto de los componentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12117.8 Dimensionado de los componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12217.9 Otras opciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

18 Circuito con dos cilindros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12919 Circuitos con motores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13720 Transmisión hidrostática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14721 Consideraciones sobre el diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

21.1 Consideraciones generales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15121.2 Elaboración del diseño. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151

22 Puntas de presión y vibraciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15323 Puesta en marcha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15524 Averías y sus causas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

Anexos

1 Simbología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1752 Fórmulas más usuales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

2.1 Fórmulas básicas de hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1872.2 Construcción de un cilindro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1882.3 Número de Reynols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1882.4 Caudal que pasa por una conducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1882.5 Pérdida de carga por rozamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1882.6 Aumento de la temperatura por laminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1892.7 Caudal a través de un estrangulamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1892.8 Vida de la bomba. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1892.9 Viscosidad cinemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1892.10 Par motor de una transmisión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1892.11 Cálculo de la transmisión para un vehículo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1902.12 Cálculo de una maquinilla de pesca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1912.13 Selección del diámetro de las tuberías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

3 Unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1954 Índices de contaminación de los fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1975 Filtración: varios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

5.1 Localización del filtro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2015.2 Grado de filtración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2015.3 Análisis de los componentes averiados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2025.4 Efectos del contaminante en los componentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202


6 Análisis de los aceites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2056.1 Viscosidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2056.2 Viscosidad cinemática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2066.3 Índice de viscosidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2086.4 Punto de inflamación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2096.5 Punto de congelación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2096.6 Índice de neutralización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2106.7 Otros análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

7 Cálculos y ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2157.1 Tiempo de sedimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2157.2 Frecuencia en el cambio de cartuchos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2167.3 Ingresión de contaminante por el aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2167.4 Coste de la potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2177.5 Retención de partículas por el filtro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2177.6 Micras absolutas y nominales.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

8 Estudio de una cizalla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2199 Estudio de una prensa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22510 Estudio de una carretilla elevadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

Glosario de términos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

Referencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .247

Oleohidràulica. Problemes resolts90

Problema 14

14.1 Enunciat

En el circuit tancat de la figura 14.1 intervenen dues bombes volumètriques: B1 per compensarles pèrdues per fuites i garantir unes condicions d’aspiració òptimes de B2, que és la bombaprincipal, amb un volum de desplaçament variable.

Les corbes característiques de la bomba B2, el motor M i la vàlvula de derivació V2, s’inclouena les figures addicionals.

Es demana:

a) Calculeu el valor numèric de les magnituds següents:

Cabal: teòric de la bomba: Q2thb real de la bomba: Q2rb teòric del motor: Qthm real del motor: Qm de fuites de la bomba: Qvb de fuites del motor: Qvm d’impulsió de la bomba: Qb1

i les pressions en el circuit, tot suposant que la vàlvula V2 està en la posició 0 i que B2 i Mgiren a 2000 rpm.

b) Si la vàlvula V2 està en la posició 1 (oberta), determineu els cabals que passaran per M i perla vàlvula 2, suposant que el paràmetre de variació del volum de desplaçament de B2 varia desde α=1 fins a α=0.

c) En un instant de temps determinat el motor M es veu frenat i la seva velocitat de rotació esredueix. Calculeu l’acceleració del moviment suposat uniforme, en el moment just en què actua,la vàlvula limitadora de pressió V1, si la pressió es manté constant.

Problema 14 91

d) És un fet comprovat que quan la bomba B1 impulsa un cabal superior al calculat a l’apartata , actua la vàlvula V5 eliminant l’excés de cabal. Justifiqueu gràficament aquest fenomen.

Fig.14.1 Esquema oleohidràulic unifilar

on:

B1 : bomba auxiliar.

B2 : bomba principal.

V1: vàlvules limitadores de pressió ( Po = 180 bar).

V2: vàlvula de derivació.

V3: vàlvula de protecció de B1.

V4: refrigerador.

V5: vàlvula d'alleugeriment.

V6: vàlvula reguladora de la pressió de la vàlvula 5.

També es donen com a dades les característiques dels diferents elements:


Altres característiques de la bomba són:

nb = 2000 rpm.ηhb = 0,85Vb = α·Vbmax

A continuació es presenten les característiques del motor:

Altres característiques del motor són:

nm = 2000 rpm.ηhm = 0,85J (moment d’inèrcia) = 4,3 kgm²

Fig. 14.2 Corbes característiques de la bombaB2

Fig. 14.3 Corba característica del motor M

Problema 14 93

Per acabar, les característiques de la vàlvula 2 són:

on Q=2 l/s i ∆P=55 bar.

2.2 Resolució

a) Quan V2 és a la posició 0 i B2 i M giren a 2000 rpm, el circuit oleohidràulic és:

Fig. 14.5 Circuit oleohidràulic unifilar

Fig. 14.4 Corba característica de la vàlvula 2


A continuació podem veure el gràfic que il.lustra el punt de funcionament del circuit:

D’aquest gràfic s’obtenen les magnituds següents:

Q2thb = 2,2 l/sQ2b = 2 l/sQthm = 1,8 l/sQm = 2 l/sQvb = 0,2 l/sQvm = 0,2 l/sQ1b = Qvb + Qvm = 0,4Pb = Pm = 150 bar

Amb aquests valors podem calcular el rendiment volumètric de la bomba i del motor, com també elslitres per volta del motor:

908,02,2

2 ==vbη ; 9,02

8,1 ==vmη ; vl

mins

rpmsl

n

QthVm /054,0

/60

2000/8,1 ===

b) Calculem ara què passa si la vàlvula V2 està en la posició 1. Això es pot veure a l’esquemasegüent:

Fig. 14.6 Corba del motor sobre la corba de la bombaB2

Problema 14 95

Fig. 14.7 Esquema oleohidràulic unifilar

Una vegada vist aquest esquema passem a fer-ne l’estudi gràfic:

Fig. 14.8 Determinació dels cabals que passaran per M i per la vàlvula 2


D’aquest gràfic podem deduir la taula de valors següent:

α Qv2 Qthm nm=60*Qthm/Vm Qm1 0,37 l/s 1,8 2000 rpm 1,82

0,75 0,37 l/s 1,25 1388,8 rpm 1,270.5 0,37 l/s 0,7 777,7 rpm 0,720,25 0,37 l/s 0,14 155.5 rpm 0,16

A continuació, el càlcul de Qthm:

Qthm = Qthb - Qb1 = (α nb)·Vb - 0,4 = nm·Vm => Qthm(α) Qthm(nm)

c) En aquesta pregunta, se’ns demana l’acceleració del moviment:

∆Π

PthmVm

J2

= α => η αn pmVm

J∆Π2

=

∆Pm Po Pm bar= − = − =180 150 30

235

/096,53,42

10054,0103085,0

2srad

J

PmVmn =⋅Π

⋅⋅⋅⋅=Π

∆=−ηα

d) L’apartat d es correspon amb l’esquema que apareix a continuació:


Problema 14 97

Si ara representem els gràfics basats en l’esquema anterior, obtenim:

I a continuació els gràfics del cabal i la pressió en diferents parts del circuit en funció del temps:

Fig. 14.11 Gràfics temporals de les magnituds

PB

Q

∆P

∆Q

Fig. 14.10 Justificació gràfica

Oleohidràhulica.Problemes resolts.98

Problema 15

15.1 Enunciat

Per als actuadors lineals amb diàmetre de tija elevat es fan servir circuits de correcció com elde la figura 15.1.

a) Afegiu els elements de seguretat que cregueu convenients i indiqueu el conjunt de lesposicions (a o b) de les vàlvules 1,2,3 per aconseguir el moviment d’avanç i el de retrocés.

b) Si el moviment de l’actuador és cíclic amb la variació de cabal funció del tempsrepresentada a la figura 15.2, completeu el circuit de la figura 15.1, si ho veieu necessari, icalculeu el cabal de la bomba d’alimentació.

c) Per frenar l’actuador en un final de cursa, s’instal·la un fre hidràulic consistent en les duesvàlvules 4 i 5 en paral·lel amb el cilindre (figura 15.3). A l’inici de la frenada les vàlvules 1, 2 i 3estan en les posicions representades a la figura 15.1. El fenomen de frenada consta de duesfases: a la primera l’energia cinètica de la massa m de l’actuador en moviment es converteix enenergia de pressió, en què aquesta augmenta des del valor zero fins a un valor Po; a la segonafase, l’energia de pressió acumulada al volum x. ∆k es dissipada en calor com a pèrdua decàrrega a través de la vàlvula en derivació 5, mitjançant una descompressió lenta.

c.1) Calculeu la pressió màxima Po amb les dades de la figura 15.3 (velocitat inicial: c=0,22m/s).

c.2) Determineu el coeficient de pèrdua de càrrega a de 5 per aconseguir una frenada en 2segons.

Problema 15 99

Fig. 15.1 Esquema oleohidràulic del sistema de correcció de la tija

2s

t

tr2s3s

100 l/min

200 l/min

300 l/min

400 l/min

2s

Qavanç retrocés

Fig. 15.2 Seqüència del circuit

.


Fig. 15.3 Esquema oleohidrràulic del sistema

15.2 Resolució

a) A la figura 15.4 hi ha representada la posició de les vàlvules per fer avançar l’actuador.

Fig. 15.4 Esquema oleohidràulic amb vàlvules incorporades

Problema 15 101

A la figura 15.5 hi ha representades les posicions de les vàlvules perquè l’actuador torni a entrar.


Per poder regular diferents cabals, intercalarem un circuit que no imposi cap limitació quan el cabalsigui màxim i que limiti mitjançant vàlvules quan volem cabals inferiors. Un circuit possible és el dela figura 15.6.

Fig. 15.6 Esquema per a la regulació de diferents cabals.


A la taula següent es mostren les posicions en què es troben les vàlvules per a cada cabal.

Taula 15.1cabal (l/min)

300 100 200 400vàlvula 7 b a b avàlvula 8 b b a a

b) Per aconseguir que la bomba treballi amb una càrrega constant posarem un acumulador queemmagatzemarà el cabal sobrant durant els períodes en què el circuit no pugui absorbir tot el cabaldonat per la bomba i el retornarà quan la bomba no pugui generar tot el cabal requerit.

Si suposem que la bomba treballa a cabal constant, llavors aquest serà igual a la mitjana del cabalcirculant. Per conèixer aquest cabal és necessari conèixer quant de temps dura el retrocés (ts). Aixòho realitzarem considerant que la suma dels desplaçaments positius i negatius és nul durant un cicle.

t (s)

tr=?223

Q400 l/min

300 l/min

100 l/min

200 l/min

QB

2


Calculem la velocitat de l'actuador i el desplaçament produït.

- Per a t entre 2 i 5 segons

s

dm

s

min

dm

mindm

Superfície

Volumc 315,1

60

1

280,3

/3300=×==

dmtVelocitatX 945,3343,01 =⋅=∆⋅=∆

Problema 15 103

- Per a 5 < t < 7 :

s

dm

s

min

dm

mindmc 43,0

60

1

80,3

/1002

3

=×=

dmX 86,0243,02 =⋅=∆- Per a 7 < t <9 :

s

dm

s

min

dm

mindmc 877,0

60

1

80,3

/2002

3

=×=

dmX 754,12877,03 =⋅=∆

- Per a 9 < t < 9+tr :

s

dm

s

min

dm

mindmc 2,2

60

1

02,3

/4002

3

=×=

trX ⋅=∆ 2,24

Com que la suma de desplaçaments ha de ser nul.la:

strXXXX 98,22,2

754,186,0945,343210 =++=→∆−∆+∆+∆=

A la figura 15.8 hi ha representat el desplaçament de l’accionament.

tr=2.973

t

223

X

0.86

6.559

1.754

3.915

2

Fig. 15.8 Gràfic del desplaçament-temps del sistema.


Ara ja podem calcular el cabal de la bomba:

slmin

l

ttttt

tQtQtQtQQB /742,355,224

43210

44332211 ==++++

+++=⋅⋅⋅⋅

La suma dels cabals que han entrat i dels que han sortit de l'acumulador també és zero.

tr=2,973

t

223

V

QB·t4-Q4·t4= -8,68l

QB·t3-Q3·t3= 0,818l

QB·t1- Q1·t1=-3,775l

QB·t0=7,48l

2

QB·t2-Q2·t2=4,16l

Fig. 15.9 Gràfic de la velocitat-temps del

A partir de la figura 15.9 podem determinar la capacitat de l’acumulador com el màxim volum queha d’emmagatzemar.

lVmàx 68,8≥

c) Primer l’energia cinètica que té l’actuador es converteix en energia de pressió en el moment quetanquem la vàlvula de sortida de l’oli.

A la figura 15.10 es pot veure com primer es comprimeix l’oli i després es deixa anar.

Problema 15 105

Fig. 15.10 Esquema oleohidràulic

a.1) barmcm

N

DaN

s

mkg

PXAPc

m ko 2001064,713,380

10

122,0120

022 62

2

22

2

=⋅

⋅⋅=→= −

⋅

b.2) Quan obrim la vàlvula 4 i limitem el cabal amb la 5 es produeix un desplaçament del'oli que teníem comprimit que, en passar per la limitadora, transforma l’energia de pressió enenergia de calor.

A partir de l’equació:

aK

PPVatresolentPa

dt

dP

K

V o )(20 111 −

=→→=+

amb les dades de què disposem:

X0=7-6,559=0,441dmV1=4,41·380,13cm3=1676,37cm2

K=1,4·105N/cm2


P0=200 bar = 2000 N/cm2

P1=0. En el moment que s’atura, la diferència de pressions és zero.

2

3

2

23

01 535,014000

200036,167622

cmN

scm

cm

Ncm

Ncm

taK

PVa =

⋅=

⋅=

Problema 16 107

Problema 16

16.1 Enunciat

Amb la instal·lació de la figura 16.1 s’aconsegueixen dues velocitats d’avanç: una ràpida,d’aproximació amb el distribuïdor V2 en la posició b i una altra lenta, de treball, amb eldistribuïdor V2 en la posició c.

a) Calculeu les velocitats de láctuador lineal (cilindre) quan V2 està en les posicions a, b i c.

b) Traceu els diagrames de velocitats i de desplaçament per al cas anterior si V2 està situadaen la posició b 2 segons, en la posició c 3 segons i en la posició a t3 segons. El temps t3 s’ha decalcular prèviament abans de resoldre aquest apartat.

c) Es comprova que el sistema funcionaria igualment, encara que se suprimís la vàlvula V3, ique s’aconsegueix una eficàcia notable en lévolució del procés dávanç de láctuador lineal.Justifiqueu analíticament aquest fet.

d) Tenint en compte que la variació de pressió en el procés és el de la figura 16.2, es volincorporar un dispositiu que permeti controlar el cabal que arriba a l’actuador lineal (tant enlávanç com en el retorn ) vetllant perquè aquestes variacions de pressió quedin compensades ino afectin el cabal. Indiqueu quin ha de ser aquest dispositiu, ponderant avantatges iinconvenients, si existeix més d’una solució.

Oleohidràulica. Problemes

resolts

108

200Pk 150bar 100

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 s

Fig. 16.2 Diagrama de la variació de pressió

Fig. 16.1 Esquema circuit

Problema 16 109

16.2 Resolució

Q

Fig. 16.3 Avanç ràpid Fig. 16.4 Avanç lent t2=3 s

Fig. 16.5 Retorn : t3

scmAr

QbCra

scmAk

QbCac

scmArAk

QbCa

QQArAkCaQQAkCa

QQArCa

QQQbQQQbb

s

cm

s

min

l

cm

min

lQb

/ 588,32179

33,5833 )""

/ 345,1513,380

33,5833 )""

/ 002,2917913,380

33,5833

)(

)""

33,583360

1

1

10350

2

1

21111

21

2112

333

===

===

=−

=−

=

−=−⋅

+=⋅+=⋅

−=→=+

=⋅⋅=


resolts

110

b) h = Ca1·t1+Ca2·t2= 29,002·2+15,34·3= 58,004+46,02= 104,024 cm

sCr

ht 2,3192,3

588,32

024,1043 ≈===

Fig. 16.6 Diagrama de velocitat

Fig. 16.7 Diagrama de desplaçament

Cr = 32,58 cm/s Ca1 = 29 cm/s

30

20

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8

100

75 46,036 cm

50

25 58,004 cm

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Problema 16 111

c)

∆p12 Pk Cp Cs Pr

l12 Q1 Q2 l12

Q ∆p11 Pap Ap ∆p21 Pas

l

l11 l22

Q1’ b Q2’

Pb Qb Pb ∆p22 Pb

Fig. 16.8

Pk Ak Ar F l

⋅ = ⋅ +Pr ; Q = kp + p22 11∆ ∆

Taula 16.a

Q =

0 Q = Q '

Q = Q '

1 1

2 2Q >

0

Q = Q + Q '

Q = Q + Q '

Q1'= Q ' +Qb

2 2

1 1

2

Q = k

Q = kp

1

221 22+

∆

∆ ∆

p

l l

p

l l

11

11 12

21 22

+

+

Q '= k Q = Q ' +Q

Q '= k

111

1 1

222

∆

∆

p

l

p

l

11

22


resolts

112

Negligint les pèrdues de càrrega singulars en les “t” Ap, As i B, i considerant decisives les pèrduesde càrrega lineals en els trams B-Ap i As-B

d) S’ha d’incorporar una vàlvula reguladora de cabal. Solucions possibles:

Tram B - Ap:

= fl

D

p =Q

Tram As - B:

= fl

D

p =Q

Q

1111

11 1112

22

222

2

ς

ς

ς

ς

⋅

⋅⋅ ⋅

⋅

⋅⋅ ⋅

=

∆

∆

2

2

2

22

22 2

1 1

g A

g A

Q '

= fl

D

p' =Q '

= fl

D

p' =Q '

1111

11

11 111

2

22

222

2

ς ς

ς

ς ς

ς

'

'

'

'

⋅ =

⋅⋅ ⋅

⋅ =

⋅⋅ ⋅

∆

∆

2

2

2

22 22

222

g A

g A

Q1 > Q1’∆p11 > ∆p’11

Q2 > Q2’∆p22 > ∆p’22

Q 5 3

3 3

1

2 1 R 1

5

Fig. 16.9

Problema 16 113

Taula 16.b

Controlprimari

Controlsecundari

Amb tresvies

Enderivació

Avantatges

- Una sola secciódel pistó sotmesa a laP de la càrrega.- Vida útil elevada- Recorregut regular

- Retenció òptima dela càrrega.- No es donenmovimentsincontrolats percàrregues tractores

- La bomba treballaa la P de la càrrega.- El valor generaten 1 es transmès aldipòsit.

ì

ì

Inconvenients

- Si la càrrega canviade signe i es fatractora, no estaràcontrarestada i potprovocar movimentsincontrolats.

- Juntes sotmeses a Pelevada- Les variacions decàrrega podenpertorbar el cabal

- Es pot fer servirsolament en controlprimari (líniaprincipal)- No escaient per acàrregues negatives

- No es potincorporar unacumulador

ì

p=p(t) p p=p(t) p 2 Qb2 2 Qb2=Q2

3 1 3 1 Qb1>Q1

Qb3>Qb1

Q t Q1 QQ1 Qv

Q=Q(t) Q=cte

Q2 Q2

Q3 Q3

Fig. 16.10 Sense vàlvula Fig. 16.11 Amb vàlvula reguladora de cabal reguladora de cabal

108 Oleohidràulica. Problemes resolts

Problema 17

17.1 Enunciat

Per a l'accionament i el control d'una premsa hidràulica es proposa el circuit de la figura 17.1.

Suposant les característiques següents:

Força F = 135714 KgCursa l = 0,6 mPressió màxima de treball Pmàx = 350 barPèrdua de pressió per fricció P = 10 barCabal màxim Qmàx = 400 l/min

Calculeu:

a) El diagrama funcional del sistema per a les vàlvules Y4 i Y1.

b) Les dimensions dels actuadors lineals -cilindres-.

c) Les velocitats d'avanç Ca i de retrocés Cr dels pistons i traçar els diagrames de flux. (C=C(t); Q=Q(t); P=P(t) ).

d) La potència absorbida pel sistema dels dos actuadors lineals -cilindres- C1 i C2 idèntics.

109Problema 17

Fig. 17.1

QC1

F

Y4

b a

c

ba

Y3

y

a bY2

Q8

PY1


Dades:

F = 135714 Kgl = 0,6 mPmàx = 350 bar∆p = 10 barQmàx = 400 l/min

Y1 = vàlvula proporcional de pressióY2 = distribuïdor 4/2Y3 = distribuïdor proporcionalY4 = distribuïdor de 2 vies (amb elements inseribles)

en avanç = 58,26 cm/s2

en retrocés = 282,03 cm/s2

tA = 1 stB = 1 stC+tD = 2 stE = 0,3 stG = 0,202 s

17.2 Resolució

a) Diagrama de cabals i diagrama funcional de Y3:

Fig. 17.2

A B C D E F G H

A: avanç ràpidB: frenadaC: premsatD: descompressióE: retorn ràpidF: frenadaG: fase de moviment lentH: parada

∆tA tA ∆tB tB ∆tC tCtD

t

∆tE tE tF tGtH

Q

Y3

Y

111Problema 17

A B C D E F G H


a

b

dl

d2

∆tE tE tF tGtH

Fig. 17.3


Posicions A, B, C

Fig. 17.4

Q1 = Q2 + QAQ1 = cAA1

Q2 = cA (A1 - A2)

cA =QA

A2

Q1

X CA

F

Q1 C2

CA

F

Q1

QAQA3QA

GA ab

Y2

3B

Y1

QV=3B-2QAP

+YQE

Y3

Q1

QA

113Problema 17

Posicions E,F,G,H

Fig . 17.5

c Q

A AR

A=

−1 2

b) 2

màxmàx

380cm10bar 350

N 9,813714

p

F

Dpp

F

D

pdA1

21 =

⋅⋅=≈

−==

Q=CRA1

CR CR

CRA1

QA

QA

QA

2QA

QA

QV=QB-2QA

-y

QA

Y4

b a

C2

X

QAQA

QA

C1

Y3


c) 4001

6 66 l

min

min

60 s

l

s⋅ = ,

Del document CETOP RP 10 H: cm100d4

dcm10A 2

222

2 =→π

==

Fig. 17.6

Càlcul de velocitats:

scmA

QC A

A /85,21302

6600

2

=== scmAA

QC E

E /61,8478

6600

21

==−

=

scmA

QC B

B /92,10302

33000

2

=== scmAA

QC G

G /92,1678

1320

21

==−

=

scmA

QCC C

DC /55,6302

1980

2

==== CQ

A ARA=

−1 2

d2

A B C D E F G H

CA CB CCD

CE

CG CH

PA PB PC PD PE PG

∆tE tE tF tGtH


115Problema 17

d) WQpl

m

s

lQ

bar

mNpN 1010

/10bar 2

325 3 ⋅⋅=−⋅⋅⋅=

Comprovació:

Fig. 17.7

avanç:

cm 09,42

C s, 375,0t ,cm/s 58,26=aa cm/s, 85,21 A

A2

a =∆

==∆== AAA

t

a

CC

cm 07,32

C s, 187,0,2

A =∆

−∆=−

=∆→ BB

BABBA

tat

a

CCtCC

92,10,1,/92,10 === BBBB tCstscmC

cm 655,02

C s, 075,0,2

B =∆

−∆=−

=∆→ CC

CBaCB

tat

a

CCtCC

cmtCsttscmC CCDCC 10,13,2,/55,6 ==+=

cm68,5310,13655,092,1007,385,2109,4 =+++++

A B C D E F G H


∆tA tA ∆tB tB ∆tC tC tD ∆tE tE tFtG tH

∆tE tE tF tGtH

VC.tC

VC.∆tC-d∆tC²/2

VB tB

VA.∆tB-d∆tB²/2


retrocés:

cm 69,122

C ,3,0t ,cm/s 03,282a cm/s, 61,84 E

E2

r =∆

==∆== B

r

EE

t

a

CC

38,25C s, 3,0 tcm/s, 61,84 EE === EE tC cm

cm 18,122

C s, 24,02

E =∆

−∆=−

=∆→ FrF

r

GEFGE

tat

a

CCtCC

cm 43,3C s, 202,0 tcm/s, 92,16 GG === GG tC

12 69 25 38 12 18 3 43 53 68, , , , ,+ + + =

Problema 18 117

Problema 18

18.1. Enunciat

Hi ha instal.lacions de premsat en què convé aconseguir simultàniament dos nivells de pressió.El circuit de la figura 18.1 servirà per obtenir aquestes dues pressions diferents.

El procés consta de les fases següents:

1a) Avanç a velocitat constant Ca = 2,5 cm/s, durant ta = 20 s (vàlvula V en posició b).

2a) Procés de premsat a velocitat zero, durant t1 = 4s (vàlvula V en posició a).

3a) Retrocés a velocitat constant Cr = 5 cm/s durant el temps tr.

4a) Aturada de t2 = 20s per a canvi de peces.

A continuació es torna a repetir el cicle.

Els dos actuadors lineals (cilindres) són idèntics, amb els diàmetres D1 = 160 mm (pistó) i D2 =40 mm (tija).

a) Representeu gràficament, en funció del temps, les evolucions de la posició dels pistons x, de laseva velocitat C, dels cabals Qa, Qr i Qb, i de les pressions en el circuit. La pèrdua de càrrega ales juntes dels actuadors lineals és de 10 bar.

b) Calculeu els valors numèrics de:

b.1) Els cabals Qa i Qr enviats per la bomba al circuit.b.2) La cursa h dels pistons i el temps tr.b.3) El cabal Qb de la bomba i el volum mínim d´un eventual acumulador (cal decidir si ésnecessari incorporar-lo al sistema).b.4) Les forces de premsat obtingudes si el circuit treballa a les màximes possibilitats.


Fig. 18.1 Circuit oleohidràulic de premsat

18.2. Resolució

a) Agafant les dades de l’enunciat podem representar gràficament, en funció del temps, lesevolucions de la posició dels pistons x, de la velocitat C, de les pressions del circuit i dels cabals Qa,Qr i Qb (per a la representació dels cabals cal resoldre prèviament els apartats b.1. i b.3.).

Problema 18 119

20 24 34 44

50

ta=20 t1=4 tr=10 t2=10 t

t

t

t

x (cm)

C (cm/s)

Ca=2,5

Cr=5

Q (cm3/s)

Qa=942,45

Qr=2010,6

Qb=885,34

t

P10 (bar)

P20 (bar)

100

10

10

200

Fig. 18.2 Diagrames de posició i velocitat dels pistons, cabal i pressions del circuit en el temps


A continuació es mostra un gràfic que representa l’evolució de la diferència de volums entre labomba i l’acumulador; a més del valor que pren en cada interval del cicle aquesta diferència devolums, s’observa com entre els instants de temps 24 i 34 es descarrega completament l’acumulador.

t

( Qb·t2)=

( Qb-Qa)·ta=

( Qb·t1)=3541.3 cm3

(Qb-Qr)·tr=

(Vb-Vc)

8853.4 cm3 11252.6 cm3

-1142.2 cm3

20 24 34 44

Fig.18.3 Diagrama de variació de volums en el temps entre la bomba i l’acumulador.

En les figures següents es mostren les posicions de les vàlvules, per a cada un dels cicles de treball,és a dir, avanç, procés de premsat i retrocés.

Fig. 18.4. Avanç Fig. 18.5 Premsat (C=0) Fig. 18.6 Retrocés

Vc

Problema 18 121

b) Càlcul dels valors numèrics.

b.1) Els cabals Qa i Qr enviats per la bomba al circuit:

Sabent que Q=S·V, el que fem és calcular les seccions i obtindrem el cabal, ja que les velocitatsd’avanç i retrocés les tenim.

Cal tenir clar que les seccions són diferents, com es mostra a continuació:

Fig.18.7 Esquema de les diferents seccions en l’avanç i el retrocés del pistó.

Cabal retrocés= 2·Ca·s = 2·(2,5cm/s)·[π·(16/2)2] = 2010,6 cm3/s

Cabal avanç= 2·Cr·s = 2·(5cm/s)·[ π·(16/2)2 - π·(4/2)2] = 942,45 cm3/s

Els cabals que ens demana l’exercici són els que envia la bomba; és aquesta la raó per la qual elscabals estan multiplicats per dos, ja que la bomba els envia als dos cilindres.

b.2) La cursa h dels pistons i el temps tr:

Sabent la velocitat d’avanç dels pistons i el temps que triga a fer-ho, podem determinar la cursa delspistons:

vespai

=temps

⇒ espai recorregut = v·t = Ca·ta = 2,5 cm/s · 20s = 50cm

Un cop tenim la cursa del pistó podem calcular el temps que triga en el retrocés, ja que també tenimla velocitat Cr.

vespai

=temps

⇒ temps retrocés = h/v = h/Cr = 50 cm / 5 cm/s = 10 s

b.3) El cabal Qb de la bomba i el volum mínim d’un eventual acumulador (cal decidir si ésnecessària la seva incorporació al sistema):

El cabal de la bomba serà el cabal mitjà, per calcular-ho.


QbQa ta Qr tr

ta t tr t= ⋅ + ⋅

+ + +1 2

= 942 45 20 2010 6 10

20 4 10 10

, ,⋅ + ⋅+ + +

= 885,34 cm3/s

Veiem que el cabal mitjà que hem calculat de la bomba no és suficient per subministrar el cabal, nien el moment de l’avanç, ni en el del retrocés. La màxima diferència es dóna en el moment delretrocés; per tant, per poder subministrar aquest cabal necessitarem un acumulador. Aquest ha detenir un volum que ens permeti arribar al cabal en el moment del retrocés. A continuació es mostrenels càlculs:

Vc = (Qr-Qb)· tr = (2010,6 - 885.34)·10 = 11252,6 cm3

Per tant, aquest és el volum mínim que ha de tenir l’acumulador.

b.4) Les forces de premsat obtingudes quan el circuit treballa a les màximes possibilitats es donenquan la velocitat és zero.

Sabent que F = P·A, podem calcular la força que fa cada un dels cilindres:

F1= P10·s = 200b·[π·(16/2)2 - π·(4/2)2] = 376987,25 N

F2= P20·s = 100b·[π·(16/2)2 - π·(4/2)2] = 188490 N

Nota: Prenem la suposició que P10 val 200 bar perquè és la pressió de taratge de la vàlvula limitadora depressió; el mateix succeeix amb P20, que està a 100 bas perquè tornem a suposar que és la pressió de taratgede la vàlvula reguladora de pressió.

Problema 19 123

Problema 19

19.1 Enunciat

L'accionament de l'actuador lineal de doble efecte de la figura 19.1 es du a terme mitjançant elsistema de dues bombes volumètriques idèntiques AP i EP, de volum de desplaçament V = 5,65cm3/volta i rendiment volumètric hv ≅ 1. Ambdues bombes estan muntades sobre un mateix eix,accionat per un motor M, el nombre de voltes del qual és n = 2000 rpm.

La cursa del pistó val h=75 cm.

El funcionament del sistema és el següent:

1) Mentre la pressió del sistema P és inferior a la pressió de calibratge del contactor de pressió (pressòstat ) Ps = 50 bar, actuen les dues bombes impulsant fluid cap a l'actuador lineal (cilindre).

2) Quan la pressió del sistema P és igual o superior a Ps, el contactor de pressió envia un senyal quepermetrà el desplaçament del distribuïdor 1 a la posició a, amb la qual cosa la vàlvula LPE esdescomprimeix de manera que la bomba EP descarrega directament al dipòsit. En conseqüència capa l'actuador lineal solament envia fluid la bomba AP.

a) Suposant la variació de pressions a l'avanç i al retrocés de la figura 19.2a, determineu i dibuixeuels diagrames desplaçament-temps i el cabal-temps.

b) Feu el mateix que a l'apartat a) si la variació de pressió a l'avanç i al retrocés és la de la figura19.2b.

L’esquema del circuit oleohidràulic corresponent a l’exercici és el representat a la figura 19.1.


Fig. 19.1

Tal com ens diu l’enunciat del problema, les figures 19.2a i 19.2b ens representen la variació depressions a l’avanç i al retrocés de l’actuador lineal representat a la figura 19.1.

0

10

2030

40

5060

70

80

0 2 4 6 80

10

2030

40

5060

70

80

0 2 8

Fig. 19.2a

AVANÇ RETROCÉS

P (bar))

P (bar))

t ( s ) t ( s )

Problema 19 125

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 2 4 6.5 8,50

10

20

30

40

50

60

70

80

0 2 4,75 6.5 8,5

Fig. 19.2b

19.2 Resolució

Coneixem l’àrea de l’actuador lineal de doble efecte, que és la següent:

A = ( π / 4 ) * ( dext2 - dint

2 ) = ( π / 4 ) * ( 8 ò - 4 ò ) = 37.69 cm ò

on la seva velocitat de desplaçament és igual a:

c = (V n)/A = (5,65 (cm3/volta) 2000 (volta/min) (1 min / 60 s))/37,69cmò = 5 cm / s

a) Per al primer cas, corresponent a la figura 19.2a. A l’hora de dibuixar els diagrames dedesplaçament-temps i cabal-temps cal determinar a priori les distàncies de recorregut.

Fins a arribar a 50 bar impulsen les dues bombes i per tant el temps necessari per adquirir aquestapressió és de 2,5 s, segons la figura 19.2a.

Per tant, la distància recorreguda tenint en compte que impulsen les dues bombes alhora és:

X1 = 2 c t1 = 2 5 ( cm / s ) 2.5 s = 25 cm

AVANÇ RETROCÉSP (bar) P (bar)

t ( s ) t ( s )


Tan sols resta aïllar l’altra distància, corresponent a l’impuls del fluid de la bomba AP.

X2 = h - X1 = 75 cm - 25 cm = 50 cm

I el temps necessari per recórrer aquesta distància és:

t2 = X2 / c = 50 cm / 5 ( cm / s ) = 10 s

Respecte al temps de retrocés, intervenen les dues bombes perquè no es superen els 50 bar de pressió,segons la figura 19.2a. I per tant tindrem:

tr = h / ( 2 c ) = 75 cm / ( 2 5 ( cm / s ) ) = 7,5 s.

Amb referència al cabal, tenim:

Fins a arribar a 50 bar:

Q = 2 c A = 2 5 37,69 = 376,9 cmó / s

I a partir de 50 bar, només impulsa fluid cap a l’actuador la bomba AP i, per tant:

Q = c A = 5 37,69 = 188,45 cmó / s

Quant al retrocés, hi intervenen les dues bombes.

A més ens adonem que el retrocés no comporta dificultat, ja que en cap moment se superen els 50bar de pressió i, per tant no entra en funcionament el pressòstat i en conseqüència, tampoc la vàlvulaLPE.

Per tant, els gràfics corresponents als temps calculats són els que es mostren a la figura 19.3a:

Problema 19 127

0

10

20

3040

50

60

70

80

0 5 10 15 20

0

50

100

150200

250

300

350

400

0 5 10 15 20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20

Fig. 19.3a

Q ( cmó/s )

x ( cm )

t ( s )

t ( s )

t ( s )

P (bar)

hX1

X2

t1 t2 tr


b) Per al segon cas, corresponent a la figura 19.2b. Ara ens demanen els mateixos diagrames dedesplaçament-temps i cabal-temps, però tenint en compte la variació de pressió a l’avanç i alretrocés, segons la figura 19.2b.

Anàlogament a l’apartat a), es té en compte la pressió del pressostat (50 bar) i el funcionamentd’aquest en funció de la pressió de la línea.

Fins que P=Ps=50 bar, això implica que t=3 segons i, per tant, la distància recorreguda del pistó ambl’impuls de les dues bombes és:

X1 = 2 c t = 2 5 3 = 30 cm

Ara segueix impulsant la bomba AP seguint el gràfic de pressió de la figura 19.2b durant 4 s,moment en què entra en funcionament un altre cop el pressòstat.

Per a t=4 s:

X2 = c t = 5 4 = 20 cm

I la distància que recorre el pistò un altre cop amb les dues bombes és:

X3 = h - ( X1+ X2 ) = 75-( 30 + 20 ) = 25 cm

i el temps necessari és:

t3 = X3 / ( 2 c ) = 25cm / ( 2 5 ( cm / s ) ) = 2,5 s

Quant el cabal és idèntic a l’apartat a). El cabal és impulsat per 1 o 2 bombes, però podem veure enel gràfic que varia l’instant de canvi de cabal.

Els gràfics són els que es mostren a la figura 19.3b:

Problema 19 129

Fig. 19.3b

P (bar)

Q ( cmó/s )

x ( cm )

Ps = 50 bar

t1 t2 t3 t’1 t’2 t’3


Quan l’actuador de doble efecte arriba al màxim d’avanç i comença el retrocés segons la figura19.2b, les equacions per determinar els temps i les distàncies necessaris són:

Quan la P = Ps = 50 bar, això implica que t = 3,5 s i, per tant:

X’ 1 = 2 c t’1 = 2 5 3,5 = 35 cm


X’ 2 = c t’2 = 5 3,5 = 17,5 cm

I la distància:

X’ 3 = h - ( X1+ X2) = 75 - ( 35 + 17,5) = 22,5 cm

i el temps:

t’ 3 = X’3 / ( 2 c ) = 22,5 cm / ( 2 5 ( cm / s ) ) = 2,25 s

Problema 20 131

Problema 20

20.1 Enunciat

Per tal d’aconseguir allargar la vida de les bombes en les instal.lacions amb premses s’instal.laun multiplicador de pressió M, anomenat BOOSTER, com el de la figura 20.1. D’aquestaforma, tant en l’avanç com en el retrocés de l’actuador lineal AL la bomba treballa a unapressió acceptable.

En l’avanç, el fluid circula inicialment pel conducte 3, fins que la pressió a 3 arriba al valor decalibratge de la vàlvula V, amb la qual es desbloqueja V i el fluid passa pel conducte 2, actua elmultiplicador de pressió M. Finalitzat el procés premsat, es descomprimeix el volum a pressióexistent entre l’actuador lineal AL i M en un temps de 5 segons. Tot seguit l'actuador Alretorna a la pressió inicial.

Determineu i dibuixeu:

a) Els diagrames de posició x i de velocitat de l'actuador lineal AL, i el temps de retrocés tr.

b) El diagrama de posició P3 en el conducte 3.

c) Calculeu la constant de temps T del procés de descompressió. Sobre quins paràmetresactuaríeu per modificar el valor de T.

d) Indiqueu les variacions provocades en el procés si es modifica la pressió de R (augmenta idisminueix ).

e) Quines característiques de cabal i de pressió tindrà la bomba per al circuit del apartat a).

Nota aclaratòria: si es creu necessari, es poden prendre les hipòtesis oportunes,convenientment justificades.


Ps = 6 Pe ∆p= 0 D= 80 mmPvo= 20 b (juntes pistó) d= 28 mmPRO = 30 b l= 800 mmPAO = 5 b (carrera)

Fig. 20.1 Circuit oleohidràulic

0

10

20

30

PB(bar)

5 s 2 s 5 s t r

avanç compressió descompressió retrocés xa x=0 xr

t

e ; T constant de temps-t/T

Fig. 20.2 Diagrama de desplaçament en el temps

Problema 20 133



Problema 20 135



20.2 Resolució

a)

AK = π D2/4 = π· 82/ 4 = 50,26 cm2

Ar = π/4 (D2- a2) = π/4 (82-2,82) = 44,107 cm2

xa= 1/ ta = 0,800 m / 5s = 0,16 · 5 s = 0,16 m/s

xr= QB / Ar = xa · AK / Al = 0,16 · 50,26 /44,107 = 0,182 m/s

tr = 1 / xr = 0,8 m / 0,182 m/s = 4,38 s

QB = xa·AK= 0,16 m/s · 50,26 cm2 (1 m2/104cm2) = 0,804·10-3m3/s → 0,804 l/s

0

-0,2

-0,1

0,5

0,1

x(m)

x(m/s)

5 s 2 s 5 s 4,38 s t

t

1

l

0,2xa = 0,16 m/s

xr = - 0,182 m/s

t

0,5

Tt

QB(l/s)

Fig. 20.8 Diagrames de desplaçament en el temps

Problema 20 137

b)

c)


t

t

0

0

10

50

20

10

30

5

PB(bar)

P3(bar)

5 s 2 s 5 s t r

avanç compressió descompressió retrocés

e ; T constant detemps

-t/T

180

xa x=0 xr

6 PRO = 6 x 30 = 180

Pvo Pk2

t’

Fig. 20.9 Diagrames de desplaçament en el


Procés de descompressió:

dp / dt = - K1 Q / V ln p/30 = - ( t K1 K2 ) / V ; T = V / ( K1 K2 )

Q = K2 paràmetres per modificar T, K2, V,

t’ = 0 → p = 30bar ( K1 = mòdul de compressibilitat )

d)

30

PB(bar)

P3(bar)

0

0

10

50

20

100


t

t

P’RO < PRO

6 PRO’

Pvo Pk2

PK2

L

ta’ = ta tr’ = tr

Tt’ < Tt

X

t


Problema 20 139

e)

0

0

10

50

20

100

30

PB(bar)

P3(bar)

t

t

PRO’’> PRO

6 PRO’’

Pvo Pk2

PK2

L

ta’’ = ta tr’’ = tr

Tt’’ > Tt

t

X



Problema 21

21.1 Enunciat

Al circuit tancat de la figura 21.1, la bomba volumètrica 2 (de volum de desplaçament variable)gira a un nombre de voltes constant n

B = 1500 rpm. Suposant que la pressió deguda a la

càrrega PM

=175 bar és constant i que la variació de cabal QB de la bomba 2 és la representada

a la figura 21.2, determineu:

a) El volum de desplaçament (cilindrada) de la bomba 2 (VB), si el rendiment volumètric η

VB=0,95.

b) El moment MB, si el rendiment hidràulic de la bomba és η

hB=0,9.

c) Les variacions de:. el nombre de voltes, n

M

. el cabal QM

. el volum de desplaçament (cilindrada)

. el moment MM

per al motor 10, si el rendiment volumètric del motor η VM

=0,95 i el rendiment hidràulic η

hM=0,9.

d) Mitjançant la bomba auxiliar 1, s'aconsegueix impulsar un cabal Qa cap a l'aspiració de la

bomba principal 2 (per compensar les fuites de la bomba 2 i del motor 10) i un cabal Q11

a

través del distribuïdor 6 cap al refrigerador 11 (per tal d'eliminar calor i renovar el fluid). Siles corbes característiques dels circuits AC, AD, EA i 1A són les indicades a la figura 21.3,calculeu Q

a i Q

AD amb la corba característica de la bomba representada a la figura 21.4.

e) Suposeu que a l'instant t=5 s, es para la bomba principal 2. Si el moment d'inèrcia delmotor 10, més la càrrega, és igual a 10 kgm2, calculeu la pressió de calibratge P

09 de la vàlvula

9 per què el conjunt motor + càrrega es pari en 10 s.

Problema 21 141

QB

QM 10 PE=15 barE

nMmàx=1000 rpm

8

9

P09

7

QAD

P07=8 bar

6

A

54BQB1

32 C QAC

11

PB1

1

D

12

Fig. 21.1 Circuit objecte d'estudi


nB=1500 rpmQB màxim

1 2 3 4 5 6 7 8

QB (l/s)

0,5

temps (s)

0,25

Fig. 21.2 Evolució desitjada de la bomba

∆PB1

(bar)∆PAD

(bar)

∆PAC

(bar)

∆PEA

(bar)

QB1 (cm3/s) QB1 (cm3/s)

QAC (cm3/s) QEA = Qmth (cm3/s)50 100 150 200 250

50 100 150

100 200 300 400 500

50 100 150

5 5

5 5

Fig. 21.3 Corbes característiques de les canonades

Problema 21 143

QB1 (cm3/s)

PB1

(bar) 15

10

5

50 100 150

Fig. 21.4 Corba característica de la bomba B1

21.2 Resolució

Prèviament a solucionar les preguntes exposades, farem un petit estudi de la funcionalitat del circuithidràulic exposat.

La bomba auxiliar 1 només serveix per compensar les pèrdues d'oli que es puguin produir en elcircuit. El que fa és introduir un cabal d'oli constant en el circuit, a través de les vàlvules antiretorn4 i 5. L'excés d'oli que no pugui absorbir el circuit es perdrà circulant pel distribuïdor 6 i la vàlvulalimitadora de pressió 7 fins al tanc.

La bomba principal 2 fa circular l'oli a través del motor i existeixen dues vàlvules limitadores depressió en antiparal.lel per limitar la pressió de treball del motor hidràulic. L'excés de pressió en elcircuit principal fa actuar el distribuïdor en un sentit o l'altre, però en tots dos casos l'excés de pressiós'allibera a través de la vàlvula 7 fins al tanc.

Les vàlvules antiretorn 4 i 5 tenen la missió que l'oli mai no torni cap a la bomba d'aspiració 1.

a) Com es pot veure a la figura 21.2, el cabal màxim subministrat per la bomba 2 és de 0,5 litres persegon, quan la bomba gira a 1500 revolucions per minut.

D'aquí deduïm la capacitat volumètrica de la bomba 2 com el quocient entre el cabal que circula i lavelocitat a la qual gira:


voltal

min

s

minvoltes

sl

B

BmàxBteòric

n

QV 02,0

1

60

1500

5,0=⋅==

Si ara tenim en compte que per a cada volta que dóna la bomba, només un 95% del seu volum passaal circuit de pressió (rendiment volumètric), la capacitat volumètrica real de la bomba és:

voltalvolta

l

VB

teòricB

QV 02105,0

95,0

02,0

2 ===η

b) El parell (o moment) que ofereix la bomba és el producte de la capacitat volumètrica per la pressióde treball.

voltabarlbarvolta

lPVM BBteòric⋅=== 675,3175021,0

Arreglant les unitats segons el sistema internacional, tenim:

mNrd

volta

bar

mN

l

m

volta

barlteòricM 489,58

2

1

1

10

1000

1675,3

25

3

=⋅

⋅⋅⋅⋅

=π

El parell real que pot oferir la bomba vindrà també afectat pel rendiment total de la bomba:

NmNmM

MhB

teòricreal 98,64

9,0

489,58 ===η

c) El motor 10 pot girar a 1000 rpm quan circula un cabal de 0,5 litres per segon.

Amb aquestes dades, podem calcular la seva capacitat volumètrica com:

voltal

min

s

minvoltes

sl

M

MMteòric

n

QV 03,0

1

60

1000

5,0=⋅==

La capacitat volumètrica real vindrà afectada pel seu rendiment volumètric:

voltal

voltalVlV VMteòricMreaM

0285,095,003,0 =⋅=⋅= η

Respecte al parell del motor, aquest és el producte de la seva capacitat volumètrica que acabem decalcular per la pressió del treball.

voltabarlbarvolta

lMMteòricM PVM ⋅=⋅=⋅= 9875,41750285,0

Si aquest valor el deixem en unitats del sistema internacional, tenim:

Problema 21 145

mNrd

volta

bar

mN

l

m

volta

barlM teòricM 378,79

2

110

1000

19875,4

25

3

=⋅

⋅⋅

⋅⋅⋅

=π

Com en la resta dels casos, el parell real vindrà afectat pel valor del rendiment del motor:

mNmNMM hMteòricMrealM 44,719,0378,79 =⋅=⋅= η

L'evolució temporal d'aquests paràmetres es representa a la figura següent:

Fig. 21.5 Evolució dels paràmetres segons el règim de treball indicat

temps (s) temps (s)

temps (s) temps (s)

temps (s) temps (s)

temps (s) temps (s)

temps (s) temps (s)

MBth0= VB · PB / 2π

MMth0= VM · PM / 2π

VB = QBth / nB

VM = QMth / nM

QB (l/s) QM (l/s)

nB (rpm/1000) nM (rpm/1000)

VB (l/v) VM (l/v)

PB (bar) PM (bar)

MB (mN) MM (mN)


d) El circuit que tenim és totalment simètric tant funcionant a dretes com a esquerres. Per tant, pertal de donar un sentit de circulació al fluid, suposem que impulsem l'oli en el sentit indicat a la figura21.6. En aquestes condicions, la pressió en el punt B és superior a la pressió en el punt A i, per tant,el distribuïdor 6 s'haurà desplaçat tal com indica la figura:

QB

QM

10 PE =15 barE

nMmàx = 1000 rpm

8

9

P09

7

QAD

P07 = 8 bar

6

A

54BQB1

32 C QAC

11

PB1

1

D

12

QMV

QEA

QMth

QAD

QBV

Fig. 21.6. Circuit quan la pressió de B és superior a A

Problema 21 147

Examinem el punt A del circuit:

E D

C1

PD ≅0

PC ≅0

QEA

QB1

QAD

QAC

PA

A

PE

Fig. 21.7 Estudi del nus A (suma de cabals nul-la)

La suma total de cabals ha de ser zero i les pressions dels punts C i D són conegudes i iguals a zero.

Per tant:

Q Q Q QEA B AD AC+ = +1

D'una altra banda:

P P DP

P DP

P P DP

P P DP

A AD

A AC

A B B

A E EA

= +== −= −

07

1 1

Si fem la resolució analítica del problema, tindrem en compte que, segons es dedueix dels gràfics:

( )

−−===

=

=

150Q75,0P

Q01,0DP

Q02,0DP60

QDP

60QDP

1B1B

EAEA

ACAC

1B1B

ADAD

De totes les expressions precedents es dedueix que:

−=−=

−=

AC1B

ACEA

ACAD

Q0266,0150Q

Q21500Q

480Q2,1Q


Si ara considerem la suma de cabals igual a zero, tenim:

( ) ( ) ( ) ACACACAC Q480Q2,1Q0266,0150Q21500 +−=−+−

D'aquesta expressió deduïm el valor de QAC i de tota la resta de paràmetres:

bar08,10Ps

cm56,136Q

scm492Q

scm8,124Q

scm504Q

A

3

1B

3

EA

3

AD

3AC

=

=

=

=

=

El cabal Qa és el que la bomba B1 introdueix en el circuit principal de la bomba B2,

Q Q Q cmsa B AD= − =1

311 76,

e) Primer calcularem la desceleració angular a la qual està sotmès el motor per passar de 1000 rpmfins a zero en 10 segons

s

rad47,10

s10

s60

min1

volta1

rad2rpm1000

ta =

π

=ω=

La pressió a la qual tararem la vàlvula limitadora 9 serà:

PJ a h

MhM

092

=π

25

3

3

22

09 mN1045,211

l10

m1volta

l028,0

9,0voltarad2

srad47,10Kgm10

P =π

=

bar45,211P09 =

Problema 22 149

Problema 22

22.1 Enunciat

La transmissió oleohidràulica de la figura 22.1 consta dels elements següents:

- Bomba: VB = 0 a 38 cm3/ v (variable) nB = 1000 rpm. (constant) ηVB = ηh ≈ 1- Motor: V M = constant nM = 0 a 1000. (variable) ηVM = ηh ≈ 1- Vàlvules de limitació de pressió 1 i 3, calibrades a 190 bar- Vàlvula de fre 4- Vàlvula de retenció 5- Distribuïdor 2

Per a una càrrega determinada al motor M, la variació de la potència Nm i la variació del volum dedesplaçament (cilindrada) de la bomba VB, en funció del nombre de voltes del motor nM, són lesindicades a la figura 22.2

Calculeu:

a) El volum de desplaçament (cilindrada) del motor M.

b) Les variacions de la pressió ∆ PM i del moment MM per als intervals següents de nombre de voltesnM:

1) 0 < nM <500 rpm2) 500 ≤ nM <1000 rpm

c) La variació en funció del temps del volum de desplaçament (cilindrada) de la bomba VB, si elnombre de voltes del motor varia d'acord amb l'expressió nM = 100 t (t segons i nM rpm).

Oleohidràulica problemes resolts150

d) La variació de la pressió ∆ PM, si durant l'interval de temps tA<t<tB el moment MM es modificatal com s'indica a la figura 22.3:

1) augmentant2) disminuint respecte del valor de règim permanent.

Expliqueu com reacciona la vàlvula 4 durant l'interval esmentat tA<t<tB.

B

2

1

3

4 5

nB

VB

∆PM

VM

MM

nM

Q4

Fig. 22.1

5E3

Fig. 22.2

Problema 22 151

Fig. 22.3

22.2 Resolució

a)

A partir de l’equació de continuitat, sabem que QM = QB · rendiment. Aquest rendiment reflecteix lespèrdues d’energia oleohidràulica que hi ha entre la bomba i el motor.

/v38cm1000rpm1000rpm

/v38cmnn

VV 33

BM

BM =⋅

=⋅

=

ja que ηVB = ηVM = 1

si ηVB i ηVM són diferents d’1. Això implica que:

M

BBVBVMM n

nVV η⋅η=

vB / n M = cte

VM = cte

Fig. 22.4

b)

0 < nM < 500 rpm

Sabem que Q=Cv · revolucions, N=P · Q (potència oleohidràulica)


25

6

33MM

MM

m

N108,157

s60

min1

min

v500

10

m1

v

cm38

5000

n•V

NP ⋅=

⋅⋅⋅==∆

Recordem que la potència és el producte del moment per la velocitat angular, N=M · W

Nm49,95

s60

min1•

min

v500

v

rad2

5000

60n2

NM

M

MM =

π=

π=

NM=cte5E3 N M/n M=cte

MM

Fig. 22.5

500 < nM < 1000 rpm

∆⋅=

⋅⋅⋅==∆

2M

M

M

5

M

6

MM

MM

m

NP

rpmn

n

1036,78947

n38

10605000

n•V

NP

=⋅π

=π

=NmM

rpmn

n

48,47746

nv

rad2

5000

60n2

NM

M

M

MM

M

MM

Tant la pressió com el moment queden en funció de la inversa de la velocitat. Això és, una hipèrboladibuixada en el primer quadrant, tal com es mostra a la figura 22.5

c)

t8,3rpm1000

t100cm38

n

nVV 3

B

MMB ⋅=⋅== ⋅ cm3, en 10 segons assolim els 38 cm3

Problema 22 153

d)

∆ PM s’incrementa per una sobrecàrrega positiva.

M

MM V

2MP

π=∆

MM

PM

A4

Q4 A’ 4>A4

Q’ 4>Q4

Fig. 22.6

Quan augmenta la pressió s’obre més la vàlvula 4 (A’4>A4), disminueix la pèrdua de càrrega a 4 is’incrementa el cabal (Q’4>Q4), tal com es veu a la figura 22.6.∆ PM es redueix per una sobrecàrrega negativa.

MM

PM

A4

Q4 A’’ 4<A4

Q’’ 4<Q4

Fig. 22.7

Quan disminueix la pressió es tanca la válvula 4 (A’’4<A4), augmenta la pèrdua de càrrega a 4i es redueix el cabal (Q’’4<Q4), tal com es veu a la figura 22.7.

Oleohidràulica. Problemes resolts.154

Problema 23

23.1 Enunciat

Mitjançant la transmissió hidrostàtica de la figura 23.1 s’acciona el ventilador V. Lescaracterístiques dels elements d’aquest mecanisme són les que es mostren a la taula següent:

Taula 23.a

Bomba B Volum de desplaçament (cilindrada) VB = 39 cm3/v

Rendiment volumètric ηVB = 0,95

Rendiment hidràulic ηhB = 0,918

Nombre de voltes nB = 1450 rpm

Motor M Volum de desplaçament (cilindrada) VM = 35,7

cm3/v

Rendiment volumètric ηVM = 0,95

Rendiment hidràulic ηhM = 0,918

Nombre de voltes nM= 1410 rpm

Ventilador V Potència efectiva (útil) NV= 11,98 Kw

Nombre de voltes nV = 1410 rpm

Rendiment de l’acoblament A ηAC = 0,95

Calculeu:

a) El cabal QB d’oli impulsat per la bomba.

b) El moment teòric del motor MthM

Problema 23 155

c). La pressió PM i el cabal QM . Comproveu si existeix cabal de fuites QV.

d) La pressió PB del fluid a la sortida de la bomba, tenint en compte que per la vàlvula estrangulador

de cabal E s’admet l’equació:

Q a P PM B M= −

amb α = 154,5269 1/23 (bar) /scm .

Quin valor tindrà la pressió d’equilibratge P0 ?

e) La velocitat de gir del ventilador V quan α = 60 1/23 (bar) /scm , tenint present que el moment

efectiu (útil) del ventilador obeeix a la llei

M 81,135n

1410

2

VV= ⋅

on nV en rpm i MV en Nm.

Fig. 23.1


23.2 Solució

a) A partir de les dades donades de la bomba se’n calcula el cabal, a partir de la fórmula següent:

s

cm5,942

s60

min1rpm1450

v

cm39nVQ

33

BBthB =⋅⋅=⋅=

Aquest serà el cabal teòric de la bomba; si aqest el multipliquem pel rendiment volumètric obtindrem el

cabal real.

s

cmQQ thBBB

3

37,8955,94295,0 =⋅=⋅= η

b) En primer lloc es passa la velocitat angular de rpm a rad/s:

s

radWB 6,147

60

14102 =⋅= π

El moment el trobem dividint la potència per la velocitat angular:

mN

s

radW

W

NM

B

BV 135,81

6,147

11980 ===

mNM

Mac

Vth 405,85

95,0

135,81 ===η

c) Calcularem la pressió MP a partir de la fórmula següent:

barm

N

rad

v

cm

m

v

cm

mN

v

MP

M

thMthM 3,15010.3,150

2

1

10

17,35

405,852

5

36

33=⋅=

⋅⋅==

π

Aquesta era la pressió teòrica; si dividim aquest valor pel rendiment hidràulic n’obtenim la pressió real.

barbarP

PhM

thMM 739,163

918,0

31,150 ===η

Un cop calculada la pressió ja podem calcular el cabal aplicant la mateixa fórmula que al primer apartat.

v

cmQQ

s

cm

s

min

min

v

v

cmnVQ

VM

thMM

MMthM

3

33

10,88395,0

95,838

95,83860

114107,35

===

=⋅⋅=⋅=

η

Per obtenir el cabal de fuites, restem el cabal de la bomba i el del motor.

Problema 23 157

s

cmQQQ MVV

3

264,1210,88337,895 =−=−=

d) A partir de l’equació que se’ns dóna a l’enunciat podem obtenir fàcilment PB.

MBM PPQ −⋅= α

bar

bars

cms

cm

PQ

P MM

B 04,196739,163

5269,154

10,883

2

3

3

2

=+

=+

=

α

bar68,196PP BO ==

Fig. 23.2 Gràfic comparatiu dels parells del circuit

Fig. 23.3

(P) 1

2

3

4

A B C D (Q)


1. b55,213P

PhB

BthB =

η=

2. P PB O

= = 196 04,

3. PM

= 163 73,

4. PthM

= 150 3,

A. s

cm838Q

3

thM =

B. s

cm883Q

3

M =

C. s

cm895Q

3

B =

D. s

cm942Q

3

thB =

e)

ηπac thM thMmM P

V⋅ = ⋅

2

P P PQ

QV M

VthM hM M hM BM

MM V

M

= ⋅ = ⋅ −

=⋅

η ηα η

2

;

=

⋅

⋅−⋅⋅

π⋅=

=

⋅

ηα

−⋅η⋅π

⋅η=⋅η

2v

2

3

336

2v

2

VM

MBhM

MacthMac

n

95,0v

cm60

v

cm7,35

99,195918,0

v

rad2

v

m10.7,35

95,0

nV

P2

VM

224

1410vn

135,81vM)vn10.089,199,195(4955,0

⋅==⋅−⋅= −

Problema 23 159

rpm25,1012vn =

Fig. 23.4

α = 154 52693

,cm

s bar


Problema 24

24.1 Enunciat

La transmissió hidrostàtica de la figura 24.1 té les característiques següents:

Bomba B: nre. de voltes nB = 1500 rpm = ct volum de desplaçament (cilindrada) vB ; variable des de vB = 0 fins a vB = 35 cm3/v

Motor M : nº de voltes nM ; variable des de nM= 0 fins a nM = 3000 rpm volum de desplaçament (cilindrada) vM ; variable des de vM = 0 fins a vM = 35 cm3/v

Se suposarà ηvM = ηvB 1 i ηhM = ηhB = 1

Amb les lleis de funcionament de la figura 24.2, calculeu i representeu:

a) per a l’interval de nre. de voltes 750< nM < 1500 rpm - la variació de PM en funció de nM

b) per a l’interval de nre. de voltes 0< nM < 1500 rpm- la variació de MM en funció de nM

c) per a l’interval de nre. de voltes 1500< nM < 3000 rpm- les variacions de PM i de MM en funció de nM- la variació de vM en funció de nM

d) amb les lleis de funcionament de la figura 24.3, calculeu i representeu per a l’interval de nre.de voltes1500 < nM < 3000 rpm - les variacions de PM i de MM en funció de nM - la variació de vM en funció de nM

Problema 24 161

vB 35 cm3/v

nMvM 35 cm3/v

nM

nM

nM

NM

PM

0 750 1500 3000 (rpm)

150 bar

6562,5 w

Fig. 24.2

Fig. 24.1


24.2 Resolució

a) 750< nM <1500 rpm

=== 2M

M2

M

6

M36

33MM

MM m/NP

rpmn

m

N

n

1011250

s60

min1

min

revn

cm10

m1

v

cm35

w5,6562

n•v

NP

Vegeu la figura 24.4

b) 0< nM < 750 rpm

mN556,83cm10

m1

rad2

v1

v

cm35

bar

m/N10•bar150

2

VPM

36

3325M

MM =π

=π

=

750< nM < 1500 rpm

M36

33

M

6M

MM n

258,62667

cm10v

rad2

m1v/cm35

n

1011250

2

VPM =

π=

π=

on nM (rpm) i MM (mN)


vB 35 cm3/v

nMvM 35 cm3/v

nM

nM

nM

NM

PM

0 750 1500 3000 (rpm)

75 bar

6562,5 w

Fig. 24.3

Problema 24 163

c) 1500< nM < 3000 rpm

ctnm

N1075

s60

min1

min

v1500

cm10

m1

v

cm35

w5,6562

nv

N

nv

NP

25

36

33BB

M

MM

MM =⋅====

mNM

rpmnmN

n

25,62667

n102

1500351075

2n

nvP

2

VPM

M

M

MM6

5

M

BBM

MMM

=π

=π

=π

=

Vn v

n

rev

min

nrev

min

cm

v n

cm

v

n rpm

v cm vMB B

MM

M

M

M

= = =

150035

525003 3

3 /

Vegeu la figura 24.5.

nM

0 750 1500 3000

Fig. 24.4

50

100

MM

PM

50

100

NM 6362.,5 W

150 bar

83,556 Nm

nM

nM


d) 1500 < nM < 3000 rpm

ctnm

N1075

6010

1500355,6562

nv

N

nv

NP

25

6BB

M

MM

MM =====

M PV

Pv n

n n nmN

n rpm

M mNM MM

MB B

M M M

M

M

= = = =2 2

75 10

2

35

10

1500 62667 255

6π π π• ,

Vn v

n n n

cm

v

n rpm

v cm vMB B

M M M

M

M

= = =

150035

52500 3

3 /

nM

0 750 1500 3000

Fig. 24.5

50

100

MM

PM

50

100

vMnM

nM

150 bar

75 bar

83,556 Nm

35 cm3/v

Problema 24 165

nM

0 750 1500 3000

Fig. 24.6

35 cm3/vvM

MM

PM

NM

vb35 cm3/v

6562,5 W

75 bar

41,77 Nm


Problema 25

25.1 Enunciat

En una màquina per manipular peces de plàstic s'incorpora el circuit de la figura 25.1, el qualconsta d’una bomba de paletes B, de dos motors M1 i M 2 també de paletes i d’un conjunt devàlvules distribuïdores, de cabal i de pressió. Els motors s'accionen sempre un després del´altre, mai simultàniament tots dos.

Amb les dades de la figura 25.1 calculeu:

a) El cabal que ha d’impulsar la bomba.

b) Les velocitats de gir dels motors M1 i M 2.

c) Els moments que poden transmetre ambdós motors a les càrregues corresponents.

d) Pel motor M1 es determina que el màxim moment que pot suportar el sistema és igual alvalor calculat a l’apartat anterior, incrementat en un 10 %. Quin element de seguretat s’hade tenir en compte i a quin valor s’ha de calibrar?

e) Es vol fer funcionar el conjunt de motors M1 i M 2 segons la seqüència de la figura 25.2 on α1

i α2 són els angles en radiants girats pels motors de forma successiva. Determineu si calincorporar un acumulador al sistema i, en cas afirmatiu, calculeu-ne el volum.

Característiques dels motors: Característiques de la bomba:

M1 M2 B1

VM1 = 50,666 cm3/v VM2 = 40,666 cm3/v nB= 1450 rpmηVM1 = 0,95 ηVM2 = 0,95 VB= 58,06 cm3/vηhm1 = 09 ηhm2 = 0,9 ηVB= 0,95PM1 = 80 b PM2 = 80 b ηhmB = 0,9

Problema 25 167

Fig. 25.1 Circuit del problema


α1

706,8

α2880,69

Fig. 25.2 Seqüència de funcionament de M1 i M2

25.2 Resolució

Taula 25.a Solució dels apartats a, b i c

Dades Càlculs

a)nB = 1450 rpmVB= 58,06 cm3/vηVB= 0,95

QB = ηVB·nB·VB = 0,95·1450 rev/min · 58,06 cm3/v = = 79977,65 cm3/min = 1332,96 cm3/s

b)

VM1= 50,666 cm3/vVM2= 40,666 cm3/vηVM1= η VM2 = 0,95

QM1 =QM2 = QB = 1332,96

ηM1 = =⋅⋅=⋅666,50

108095,0

V

Q 3

M1

M1VM1η 1500,02 rev/min

ηM2 = =⋅⋅=⋅666,40

108095,0

V

Q 3

M2


c)

PM1 = P M2 =80 bη hM1 =η hM2 = 0,9

M L1 = MthM1 = =⋅⋅

⋅⋅⋅=

⋅⋅6

5M1M1hM1

102

666,50108069,0

2

VP

ππη 58,058

Nm

M L2 = MthM2 = =⋅⋅

⋅⋅⋅=⋅⋅6

5M2M2hM2

102

666,40108069,0

2

VP

ππη 46,599 Nm

Problema 25 169

Taula 25.b Resultats de l’apartat d

d)∆ML1 = 0,1 ML1

ML1 + 0,1·ML1 = 58,088 + 5,88 =6

5

102

66,509,010

⋅⋅⋅⋅

πmlinP ⇒

Pmlim = 88,056 bar vàlvules LP3 i LP4

e)

Taula 25.c Càlculs de l’apartat e

t(s) α(rad) W=α/t(rad/s) Q=WVm/2π ηVM (cm3/v)4 706,864 176,716 1500

1,49 706,864 0 03 706,864 235,621 20004 880,69 220,173 15001 880,69 0 0

4,5 880,69 195,71 1333,34

QB = (1,5·4+2,3+1,5·4+1,333·4,5)/(4+1,49+3+4+1+4,5) = 1,333 l/s

y1 = 1,333·4 = 5,332 l y4 = 1,333·4 = 5,332 ly2 = 1,333·1,48 = 1,986 l y5 = 1,333·1 = 1,333 ly3 = 1,333·3 = 3,999 l y6 = 1,333·4,5 = 5,998 l

x1 = 1,5·4 = 6 l x4 = 1,5·4 = 6 lx2 = 0 l x5 = 0 lx3 = 2,3 =6 l x6 = 1,333·4,5 = 6 l

z1 = 5,332-6 = -0,668 l z4 = 5,332-6 = -0,668 lz2 = 1,986 l z5 = 1,333 lz3 = 3,999-6 = -2,001 l z6 = 5,998-6 = -0,002 l

Z = y-x Vac ≥ 1,318 + 1,351 = 2,669 litres


Fig. 25.3 Resultats gràfics de l’apartat e

Problema 26 171

Problema 26

26.1 Enunciat

La transmissió oleohidràulica de la figura 26.1 permet un control del nombre de voltes nm delmotor oleohidràulic 4, si s’actua sobre la vàlvula d’escanyament 3.

Les característiques dels elements del circuit són:1. bomba volumètrica de volum (cilindrada) de desplaçament constant2. vàlvula limitadora de pressió calibrada a Po = Plo=200 bar3. vàlvula d’escanyament de secció de pas Adr variable segons el punt de control desitjat4. motor oleohidràulic de moment màxim Mmo=400 Nm i nombre de voltes màxim nMo =500 rpm

Suposant que ηVB = ηVM = 1 (rendiments volumètrics)ηhmB = ηhmM =1 (rendiments hidràulics i mecànics)ηM = ηBC (relació de transmissió entre el motor 4 i la bomba centrífuga 5=1)

M

MBC

Mo

BC

Mo

=

1

0 62

2

,

n

n

i tenint en compte les corbes de les figures 26.2, 26.3 i 26.4, calculeu:

a) El volum de desplaçament (cilindrada) VM del motor 4 i el cabal QB subministrat per labomba 1 ( VM i QB).b) Quan la relació d’àrees de la vàlvula 3 és ξ = ADr /Adro = 1, el nombre de voltes de la bombacentrífuga nBC, el moment transmès MBC, el cabal derivat a la vàlvula 2 Q2, la pressió P3 i elrendiment de la transmissió oleohidràulica η.c) La relació d’àrees ξ i el moment transmès MBC, quan el nombre de voltes de la bombacentrífuga val nBC=275 rpm.


M

QB

P=PQ3

Q22

1

3 4

5

ADr

P3oli

QM=Q3

HeO

MM

nM

MBC

nBC=nM

Fig. 26.1

26.2 Resolució

a) El volum de desplaçament (cilindrada) VM del motor 4 i el cabal QB subministrat per la bomba 1(VM i QB).dades: Mmo=400 Nm

Po=200 barnMo=500 rpm

Fig.26.2 Fig. 26.3 Fig. 26.4

P

P3

0

P

P3

0

M

MM

MO

n

nM

MO

0,75ξ=1 1,5 ξ=1 1,5

ξ=0,7ξ=1

0,5 0,5

η Q

QM

B

0,75

2

MO

M

MO

M

n

n11

M

M

⋅

ξ−=

0

3

0

3

P

P1

P

P−ξ=η

2

MO

M

0

3

Q

Q11

P

P

⋅

ξ−=

Problema 26 173

N

cm125,6

1barm

N

10bar 200

cm10s

rad2Nm 400

P

2MV

3

25

36

o

oM =

⋅

⋅π⋅=

π=

⋅

s

cm1046,6

s 60

min 1

min

rev500

N

cm125,6nVQQ

33

MoMM_masB =⋅⋅=⋅==

b) Quan la relació d’àrees de la vàlvula 3 és ξ = ADr /Adro = 1, el nombre de voltes de la bombacentrífuga nBC, el moment transmès MBC, el cabal derivat a la vàlvula 2 Q2, la pressió P3 i elrendiment de la transmissió oleohidràulica η.

Dades:

M

M

1

0,62

n

nBC

Mo

BC

Mo

2

=

ξ = =A

ADr

dro

1

Solució:

La intersecció de les corbes M

MN

mo

(ξ=1) i mo

BC

M

M ens dóna

rpm 3105000,62n0,62n

n

n

nBC

mo

BC

mo

m =⋅=→==

2484000,62M0,62M

MBC

mo

BC =⋅=→= (punt A)

( )( ) →==

⋅⋅

= 0,62n

n

vn

vn

Q

Q

mo

M

Mmo

MM

B

M

0,6481,0460,62Q*0,62Q BM =⋅==

Q Q Q 1,046 0,648 0,392 B M

= − = − =


2

MO

M

MO

M

n

n11

M

M

⋅

ξ−=

M

M

n

nBC

MO

BC

MO

=

1

0 62

2

,

De la figura 26.4 s’obté:

bar 1242000,62P0,62P

P0,62

Q

Q3

o

3

B

M =⋅=→≈→=

De la figura 26.3:

P

P3

o

= → ≈0 62 0 38, ,η

n

nM

MO

M

MM

MO

0,5 0,75ξ=1

1,5

1

0,8

0,6

0,4

0,2

00,2 0,4 0,6 0,8 1

Fig. 26.5

Problema 26 175

ξ = A

AAR

DRO

P

P

Q

Q3

0

M

MO

= −

1

12

ξ*

ξ =A

AAR

DRO

η ξ= −P

P1

P

P3

0

3

0

P

P3

0

0,75ξ=1

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

0,2 0,4 0,6 0,8 1

Q

QM

BFig. 26.7

P

P3

0

0,75ξ=1

1

0,8

0,6

0,4

0,2

00,2 0,4 0,6 0,8 1

Q

QM

BFig. 26.6


c) la relació d’àrees ξ i el moment transmès MBC, quan el nombre de voltes de la bomba centrífugaval nBC=275 rpm.

dades: nBC=275 rpm

2

MO

M

MO

M

n

n11

M

M

⋅

ξ−=

M

M

1

0,62

n

nBC

MO

BC

MO

2

=

Solució:n

n

275

5000,55

n

nBC

mo

M

mo

= = = de la figura 26.2 → punt B →ξ=0,7; M

MBC

mo

Nm 193,164000,487M0,487M moBC =⋅=⋅= o també

M

M

1

0,62

n

n

1

0,630,55 0,487BC

MO

BC

MO

2

2=

= =

n

nM

MO

M

MM

MO

0,5 0,75ξ=1

1,5

1

0,8

0,6

0,4

0,2

00,2 0,4 0,6 0,8 1

Fig. 26.8

Nomenclatura 177

Nomenclatura

B Bomba

QAC Cabal acumulador

QB Cabal de la bomba

QVB Cabal de fuites de la bomba

QVM Cabal de fuites del motor

QMAX Cabal màxim

Qr Cabal necessari per moure els pistons

QthB Cabal teòric de la bomba

QthM Cabal teòric del motor

l Cursa del pistó

x Desplaçament

∆P Diferència de pressió

F Força

J Moment d’inèrcia

Mmth Moment útil del motor

M Motor

n Número de voltes, velocitat de rotació

Mteóric Parell teòric

Mreal Parell real

N Potència efectiva

NE Potència motor elèctric

P Pressió


PMAX Pressió màxima de treball

PS Pressió de pressòstat

Po Pressió de taratge de la vàlvula distribuïdora

η Rendiment global

ηhB Rendiment hidràulic de la bomba

ηhM Rendiment hidràulic del motor

ηME Rendiment motor elèctric

ηV Rendiment volumètric

rpm Revolucions per minut

t Temps

ta Temps d’avanç

tf Temps de frenat

tr Temps de retrocés

c Velocitat

ca Velocitat d’avanç

cr Velocitat de retrocès

Vac Volum de l’acumulador

VB Volum de desplaçament (cilindrada) de la bomba

VM Volum de desplaçament (cilindrada) del motor

Bibliografia 179

Bibliografia

· Wolfang Backé. “Servohydraulik”. Institut für hydraulische und pneumatische Antriehe.Aquisgràn. 1992. 6a. Edició.

· Wolfang Backé. “Grundlangen der Ölhydraulik”. Institut für hydraulische und pneumatischeAntriehe. Aquisgràn. 1992. 9a. Edició.

· Claude Ducas. “Oléo-hydraulique”. Lavoisier. 1992. 4a. Edició.

· Jareslav und Monika Ivantysym. “Hydrostatische Pumpen und Motoren”. Vogel Fachbuch.1993.

· James E. Johnson. “Hydraulics for Engineering Technology”. Prentice Hall. 1996.

· Réjean Lahouville. “Circuits hydraulics”. Éditions de l’École Polytechnique de Montréal. 1991.

· Heinrich Lift - Mamfred Hausel. “Hydrauliksysteme”. Vogel Fachbuch. 1991.

· Hugh Martin. “The Design of Hydraulic Components and Systems”. Ellis Horwood. 1995.

· Michael J. Pincher - John G. Ashby. “Power Hydraulics”. Prentice Hall. 1989.

· Felip Roca. “Oleohidráulica básica y diseño de circuitos”. Edicions UPC. 1997.

11 Sistemas de montaje 85

11 Sistemas de montaje

Las válvulas del circuito pueden instalarse según distintos sistemas de montaje.

11.1 Montaje en línea

Este tipo de montaje se usa generalmente para circuitos sencillos y/o para aquellos en que los distintoscomponentes se hallan muy separados entre sí. Las válvulas diseñadas para este tipo de montaje tienenlas conexiones mecanizadas para poder conexionar directamente sobre las mismos las distintastuberías.

Según los caudales o las aplicaciones las conexiones serán roscadas o para bridas de conexión.

V á lv u la d e segu r id ad m on ta d a en lín ea

L ínea T

L ínea P

Fig. 11.1 Montaje en línea

La fig. 11.1 muestra una válvula de seguridad montada en línea, y que sólo se sostiene gracias a larigidez de las tuberías. El principal problema de este tipo de montaje el la rigidez del mismo, quecontribuye a la transmisión de las vibraciones; por otro lado, tiene la ventaja de ser uno de los máseconómicos.

11.2 Montaje sobre panel

Algunas válvulas están diseñadas para ser instaladas sobre un panel de control. Su uso estárecomendado para circuitos más complejos, donde todas las válvulas puedan agruparse sobre unmismo panel y donde, además, suelen haber distintos elementos de medición y control.


En estos casos las válvulas reguladoras de caudal y de presión tienen sus mandos de regulación por laparte externa o visible del panel, mientras que el cuerpo de la válvula y las válvulas de distribución seinstalan por la parte interna del panel, donde el montaje suele hacerse igualmente en línea comomuestra la figura 11.2.

Este tipo de montaje facilita el control y la regulación de los distintos parámetros del sistema durantesu funcionamiento.

M an ó m etro sob rep an e l

V á lv u la dese gu rid a d P an e l

Fig. 11.2 Montaje sobre panel

11.3 Montaje sobre placa base

Exceptuando los especialmente diseñados para aplicaciones móviles (diseñadas para ser montadas enlínea), las válvulas direccionales se construyen para montaje sobre placa base o bloque (se debe usar laplaca base para montar la válvula en línea).

Los orificios de conexión de las vías (en estos elementos y en los de regulación de presión y de caudalconstruidos para montaje sobre placa) no están mecanizados para su conexión directa con racores obridas, sino que se encuentran sobre una superficie totalmente plana con alojamiento para juntastóricas en cada vía.

Así, para conectar estos orificios a las distintas líneas, se precisa una placa que por un lado estéperfectamente rectificada y sobre la que se coloque el componente, mientras que por la cara opuestadispondrá de unos orificios mecanizados para la conexión de las tuberías (fig. 11.3).

11 Sistemas de montaje 87

P la ca ba se V á lv u la

O r if ic io p ara la f i jac ión d e lc o n ju n to so bre b loq u e o p a n e l

V ía s

Ju n tas tó n ica s

Fig. 11.3 Montaje sobre placa base

11.4 Montaje sobre bloque manyfold

En los circuitos donde hay muchas válvulas cercanas, el montaje en línea implica un gran volumen yespacio; para reducir este volumen y la complejidad que implica la interconexión y racordaje, semontan las válvulas sobre un bloque especialmente diseñado.

Las superficies exteriores de este bloque están mecanizadas para poder acoplar sobre las mismas loscomponentes hidráulicos previstos en el diseño. Interiormente el bloque está taladrado interconectandolas vías entre sí.

11.5 Montaje en sandwich

Existe un diseño de válvulas de control de caudal y de presión especial para montaje en sandwich.

T

T

A

A

P

P

B

B

T

T

Fig. 11.4 Válvula de seguridad para montaje en sandwich

Este tipo de montaje, principalmente usado para caudales pequeños, presenta la gran ventaja de lareducción de espacio y el ahorro de tuberías e interconexiones entre los distintos elementos.


Genéricamente se puede decir que una válvula para montaje en sandwich es una válvula para montajesobre placa base por arriba y por abajo, con los orificios de las líneas que pasan de un extremo a otrode la válvula. Así, esta válvula se monta sobre una placa base, pero encima de ella hay nuevamenteuna superficie mecanizada que permite el montaje de una nueva válvula, y sucesivamente hasta cerrarel montaje con una válvula direccional o con una placa de cierre.

La figura 11.4 esquematiza una válvula de seguridad para montaje en sandwich, en la que se apreciaque las líneas atraviesan la válvula en sentido vertical.

E le c trov á lvu la

TT

R e gu lad ora d e ca u da l e n A y B

P lac a ba se V álvu la de segu rida d

A B T

R e g u lad o ra d e ca ud a l en A y B E lec t rov á lv u la

T P

Fig. 11.5 Montaje en sandwich

La figura 11.5 representa, esquemáticamente, un montaje más completo con la válvula de seguridad enla línea de presión, una válvula doble de regulación de caudal en las líneas A y B y una electroválvulaque cierra el conjunto, y todo ello montado sobre una placa base.

11.6 Válvulas insertadas

Las válvulas insertadas son aquellas que han sido diseñadas para ser insertadas directamente sobre unalojamiento especialmente mecanizado en un bloque o placa (como desarmar las entrañas de unaválvula cualquiera para posteriormente montarlas directamente en un bloque). Es como el mecanismode una válvula sin la carcasa, ya que el bloque en que se inserta hace la función de carcasa de laválvula.

Nuevamente se trata de un diseño especialmente indicado para la reducción de los elementos demontaje.

12 Accionadores 89

12 Accionadores

Los accionadores son los elementos que transforman la energía hidráulica, obtenida en la bomba yregulada y controlada por los distintos elementos de regulación y control, en energía mecánica capazde desarrollar el movimiento y la fuerza deseadas para el trabajo a realizar.

Según sea el movimiento y trabajo que realicen, los actuadores se pueden agrupar en:

Lineales: cilindrosRotativos: motores

12.1 Cilindros

Los cilindros son los actuadores que transforman la energía hidráulica en una fuerza lineal, y puedenser:

12.1.1 Cilindros de simple efecto

En estos cilindros el fluido entra y sale por una sola cámara del mismo, mientras que el movimiento ensentido contrario se realiza por fuerzas externas al propio sistema hidráulico (gravedad o fuerzasmecánicas).

Fig. 12.1 Cilindros de simple efecto

La figura 12.1 muestra el funcionamiento de cilindros de simple efecto. Estos cilindros puedentambién tener el retroceso por muelles, que a su vez pueden estar instalados interior o exteriormente alpropio cilindro.


12.1.2 Cilindros de doble efecto

La figura 12.2 muestra un cilindro de doble efecto en el cual el desplazamiento en uno y otro sentidodel vástago del cilindro se realiza por medio de la presión hidráulica.

El cilindro de doble efecto puede estar montado en cualquier posición o dirección ya que el retorno delmismo no se debe a ninguna acción ajena al mismo.

A pesar de que los cilindros de simple efecto son bastante utilizados, la mayoría de los cilindros de lossistemas hidráulicos son de doble efecto.

fig. 12.2 Cilindro de doble efecto

12.1.3 Cilindros de doble vástago

Fig. 12.3 Cilindro de doble vástago

Los cilindros de doble vástago, como muestra la figura 12.3, presentan la ventaja de que en ambascaras del pistón tienen las superficies idénticas, por lo cual pueden trabajar a iguales velocidades enambas direcciones.

12.1.4 Cilindros ciegos

En estos cilindros (figura 12.4) el pistón y el émbolo tienen el mismo diámetro, y como no hay áreadiferencial entre los extremos del cilindro sólo se pueden presurizar por el extremo. Estos cilindros

12 Accionadores 91

ciegos son siempre de simple acción y se montan verticalmente. El peso de la carga hace retraer alcilindro. Normalmente son utilizados para desplazamientos muy cortos y cargas elevadas. Un ejemplode estos cilindros es el gato hidráulico.

fig. 12.4 Cilindro ciego

12.1.5 Cilindros telescópicos

Cilindros, normalmente de simple acción, usados para largos desplazamientos y en equipos móviles(elevación de volquetes y camiones).

Los cilindros telescópicos tienen dos o más fases, también llamadas secciones o camisas que estánconstruidas una dentro de la otra (fig. 12.5). Son usados para aplicaciones que requieran largascarreras y donde normalmente el espacio de montaje es limitado, por lo que su longitud, una vezelongado, puede superar varias veces su longitud cuando está retraído.

fig. 12.5 Cilindro telescópico

Estos cilindros tienen una fuerza inicial muy fuerte que disminuye a medida que van entrando enfuncionamiento las distintas fases, ya que cada fase tiene una sección inferior a la anterior.

12.1.6 Cilindros de cable

Estos cilindros son de doble acción y particularmente usados en aplicaciones donde se requieran largascarreras y fuerzas relativamente bajas, y además deban funcionar y trabajar en espacios limitados.

A diferencia de los otros cilindros, en lugar de conectar el émbolo con un vástago se conecta a uncable que se enrolla en sendas poleas situadas a ambos extremos del cilindro. Así, el cilindro puedemover a través del cable una carga en sentido lineal ocupando una longitud total ligeramente superioral movimiento total de la carga (fig. 12.6).


fig. 12.6 Cilindro de cable

12.1.7 Cilindros en tándem

Este tipo de cilindros (figura 12.7) consiste en dos cilindros montados en línea con los émbolosinterconectados por un vástago común que permite convertirlos en cilindros de doble efecto.

La gran ventaja de los cilindros en tándem es que multiplican las fuerzas sin necesidad de incrementarlas presiones de trabajo o la superficie del émbolo.

fig. 12.7 Cilindros en tándem

12.1.8 Cilindros multiplicadores de presión

Aunque su función no sea la de un accionador final se puede utilizar un cilindro como multiplicador depresión.

Al aplicar una determinada presión en la cara del pistón del cilindro, la presión resultante en la caraanular del mismo se verá incrementada en función de la diferencia de áreas:

P1 · (π · R1²) = P2 · (π · R1² - π · R2²)

Por ello, si se conecta la salida de la cara anular del cilindro a una línea de presión, se obtendrá unapresión superior a la de entrada.

12 Accionadores 93

12.1.9 Cilindros rotativos

Se trata de un cilindro normal de simple o doble efecto en el cual el vástago tiene o está conectado auna superficie dentada o cremallera, que engrana sobre unos dientes que realizan un movimientocircular. Este tipo de cilindros iguales a los de doble efecto tienen la ventaja de poder desarrollargrandes fuerzas en sentido circular, así como de una gran precisión en el movimiento de giro.

En muchas aplicaciones se instalan dos cilindros opuestos para incrementar las fuerzas y reducir, porcompensación, los esfuerzos laterales sobre el eje de giro.

12.2 Motores

Los motores hidráulicos son los elementos destinados a transformar la energía hidráulica en energíamecánica rotativa.

Los motores funcionan en forma inversa a la de las bombas. En éstos la presión y el caudal obligan alelemento impulsor a realizar un movimiento que se transforma en rotativo.

Existen tantos tipos de motores hidráulicos como de bombas, y en algunos casos pueden emplearse lasbombas como motores (cuando éstos giran en un sólo sentido o cuando las bombas estánespecialmente diseñadas para ello).

En el caso de querer usar una bomba hidráulica como motor, y si éste debe girar en dos sentidos, se hade incorporar un drenaje directo a tanque para eliminar la presión que se produce en el interior de lacarcasa al convertirse la vía de retorno y de lubricación del retén (sin presión) en vía de admisión(presurizada). Además, se ha de verificar que, por su diseño, esta bomba resista presión en la que seríala línea de aspiración.

En todos los motores hidráulicos se recomienda que el drenaje se conecte directamente al depósito, sinpasar por otras líneas de retorno o por filtros que pudieran crear contrapresiones en el drenaje; y elconsiguiente exceso de presión en el retén del eje.

12.2.1 Motores deslizantes

Además de los motores de pistones, paletas y engranajes (iguales a las bombas) existen los motoresdeslizantes, cuyo funcionamiento (fig. 12.8) recuerda al de un motor de paletas pero con una solapaleta.

El par desarrollado por esto motores viene determinado por la formula

M = [ b · ( R² - r² ) · ∆P · η] / 2

b = Ancho de motorR = Radio del alojamientor = Radio del rotor∆P = Pérdida de presiónη = Rendimiento


Fig. 12.8 Motor deslizante

Observando la figura se comprende fácilmente el funcionamiento de este tipo de motores.

Cuando el caudal entra por la zona más oscura, el eje se desplaza en el sentido de la flecha

13 Accesorios 95

13 Accesorios

Son muchos y muy diversos los accesorios que pueden incorporarse en un sistema hidráulico, tanto defuncionamiento hidráulico como accesorios mecánicos o eléctricos. En este capítulo se resumenalgunos de los más usuales.

Se incluyen en este capítulo todos aquellos componentes de los sistemas oleohidráulicos confunciones de acondicionamiento, medición, control, etc.

13.1 Acumuladores

Son componentes destinados a almacenar fluido presurizado para liberarlo bajo demanda del sistema.

M ue lle

P is tó n

F lu idop resu ir iz ad o

L íne a d e p res ión

Fig. 13.1 Acumulador de muelle

Los acumuladores pueden funcionar mediante una fuerza mecánica (muelle) o por medio de un gas(generalmente nitrógeno) presurizado en el interior de un recipiente. Cuando el acumulador esmecánico (fig. 13.1), la separación entre el dispositivo presurizador y el fluido es similar a la delpistón de un cilindro. Cuando el elemento presurizado es un gas, éste se mantiene separado del fluidopor medio de una membrana o vejiga de material elástico (fig. 13.2). Debido a la composición de estamembrana, se recomienda no usar este tipo de acumuladores en circuitos cuyas temperaturas detrabajo sean elevadas, ya que ello produce una rápida degradación del material de la membrana.


G a s

V á lv u la

L ín ea d e pres ió n

F lu id o p re su r izad o

Fig. 13.2 Acumulador de gas

Debido a las múltiples funciones de los acumuladores, es recomendable su inclusión en cualquiercircuito hidráulico.

En algunos sistemas de entibación se emplean como sistema de carga de los cilindros, en otroscircuitos sencillos se emplean para absorber las puntas de presión y las vibraciones, mientras que enotros circuitos complejos se pueden emplear para:

a) Proporcionar potencia auxiliar. Por ejemplo, en un sistema que accione cilindros, en algunafase del ciclo la bomba puede estar descargando a tanque, mientras que en otra fase del ciclo seprecisa un caudal suplementario para reducir los tiempos de la operación; en estos casos seincluye un acumulador que se carga durante el período del ciclo en que la bomba descarga atanque, y que entra en funcionamiento, liberando su energía, cuando el sistema requiere máscaudal en la otra parte del ciclo.

b) Proporcionar potencia en caso de avería de la bomba. En algunos sistemas se incluye elacumulador como fuente de energía de reserva. Así por ejemplo, si se avería la bomba sedispone de una energía almacenada suficiente para completar el ciclo hasta el punto en que seaposible detener totalmente la máquina (ej. retraer totalmente el vástago de un cilindro).

13 Accesorios 97

c) Compensar las fugas en situaciones estáticas. En muchos circuitos se debe mantener uncilindro presurizado durante un largo período de tiempo (entibadores de minería, volquetes decamiones, prensas, etc.). En estos casos pueden existir pequeñas fugas a través de los retenesdel cilindro que ocasionan la despresurización o la modificación de la expansión del cilindro;para estos casos el acumulador mantiene la presión de la línea del cilindro compensando lasposibles fugas.

d) Reducir las puntas de presión. En todos los sistemas hidráulicos se crean puntas de presiónpor la apertura o cierre de las válvulas, efectos mecánicos sobre los accionadores, osimplemente por la frecuencia de las pulsaciones de las bombas. Los acumuladores absorbengran parte de estas puntas de presión, protegiendo así a los propios componentes del circuito.

13.2 Depósitos

El depósito de un sistema hidráulico es inicialmente el recipiente destinado a almacenar el fluidonecesario para el funcionamiento normal del sistema; sin embargo, el depósito, debe también realizarotras funciones como la de facilitar la disipación del calor fluido, o la separación del aire que estepueda contener.

Todos los circuitos hidráulicos deben incluir uno o más depósitos, según las necesidades y el diseñodel sistema. Entre otras características, el depósito debe:

A) Disponer de suficiente superficie para que el fluido caliente pueda, por convención,transferir su temperatura al ambiente que le rodea.

B) Almacenar un volumen de fluido relativamente grande, suficiente para que la velocidad decirculación de éste a su través sea tan baja que permita que los contaminantes de gran tamañose sedimenten; además, debe permitir el almacenamiento de todo el fluido contenido en elinterior del circuito, y que puede pasar al depósito durante una operación de mantenimiento.

C) Disponer de una cámara de aire que facilite la eliminación del aire disuelto en el fluido.

E) Ofrecer una superficie que permita el montaje de algunos de los componentes del sistema.

El depósito de un sistema hidráulico puede contener una cantidad de accesorios como son:

I- Indicador del nivel del fluido dentro del depósito; estos indicadores de nivel pueden serópticos o eléctricos (ver accesorios).

II- Indicador de la temperatura del fluido; estos termómetros también pueden ser ópticos oeléctricos con sistema automático de parada.

III- Bafles, separadores o tabiques internos para separar la cámara de retorno del fluido de laaspiración de la bomba y reducir así las posibilidades de cavitación de la bomba.

IV- Un tapón para el vaciado del depósito, otro para su llenado, y una tapa que al desmontarsepermita la inspección del interior, así como el acceso al posible filtro de aspiración.


V- En depósitos no presurizados, un filtro de aire para evitar que al entrar éste, cuandodesciende el nivel de fluido del interior, lo haga sin introducir consigo partículascontaminantes.

VI- Una válvula de seguridad para mantener la presión interna del depósito cuando éste estápresurizado.

VII- Un intercambiador de calor para mantener el fluido a la temperatura correcta de trabajo,bien sea calentándolo, enfriándolo o ambas posibilidades.

Así mismo, el depósito suele ser el soporte físico de otros componentes del sistema hidráulico. Enmuchos casos los filtros de retorno, intercambiadores de calor, el mismo grupo motor-bomba e inclusolos paneles de válvulas, se apoyan sobre la estructura del depósito, factores todos ellos muyimportantes en el momento de calcular sus dimensiones y materiales.

El primer factor a considerar cuando se dimensiona el depósito es el de si éste va a formar o no partede la máquina, ya que de ser así se deberá construir un depósito especial y de dimensiones adecuadaspara poderlo incluir dentro de la propia máquina. Este caso es muy frecuente en máquinaria móvil y enmáquinas herramientas.

El depósito integral presenta algunos problemas como son:

- Las disponibilidades de espacio pueden limitar el volumen reduciendo con ello la capacidadde éste de disipar la temperatura; en muchos casos se precisarán intercambiadores de calorexternos.

- La forma irregular que pueda tener la distribución de bafles internos para que la circulacióninterna del fluido sea correcta.

- La cercanía de otros elementos (motor eléctrico) puede variar la capacidad de dispersióntérmica.

- El acceso al depósito puede ser dificultoso debido a su situación en el conjunto de la máquina.

- Cuando se trate de un vehículo móvil, susceptible de sufrir inclinaciones, se ha de ubicar lasituación de la aspiración de la bomba en un lugar que garantice que ésta no aspirará aire en losmomentos de máxima inclinación del vehículo.

Estos y otros factores se han de considerar cuando se diseñe un depósito integrado dentro de unamáquina; sin embargo, cuando el depósito es ajeno a la estructura de la máquina que acciona, losfactores a tener en cuenta son más rutinarios.

No existe un depósito con forma normalizada: los prismas cuadrados o rectangulares tienen la mayorcapacidad de transferencia de calor por unidad de volumen; sin embargo, los depósitos cilíndricossuelen ser de construcción más económica.

Aunque tampoco existen normas estrictas al respecto, se recomienda que la capacidad del depósito seade dos a tres veces el caudal máximo por minuto de las bombas que de él aspiran.

13 Accesorios 99

Estos volúmenes sugeridos permiten normalmente que el fluido se renueve entre un ciclo y otro, por loque se consigue la disipación del calor, la sedimentación de partículas de gran tamaño, y laeliminación de burbujas de aire que pueda contener el fluido.

13.3 Manómetros

Los manómetros son los aparatos destinados a medir la presión del fluido en una línea del sistema.

Existen diversos tipos de manómetros, aunque los más empleados son los circulares y con baño deglicerina. Éste tipo de manómetro está interiormente semilleno de glicerina que sirve para amortiguarlos movimientos bruscos a que puede estar sometida la aguja indicadora.

La presión de la línea se transmite a través de una conducción hasta la entrada del manómetro. Allí,ésta presiona un mecanismo con un muelle (fig. 13.3). El desplazamiento del mecanismo, proporcionala la presión que recibe, se transmite mecánicamente hasta una aguja indicadora que señala en unaescala graduada la presión de entrada. Existen también manómetros diferenciales, destinados a medirla diferencia de presión entre dos puntos determinados, en lugar de hacerlo mediante dos manómetrosindependientes.

0 1

0

2

0

3

0

40

50 60 70 80 90 100

E n tra d a d e pre s ió n

fig. 13.3 Manómetro

13.4 Caudalímetros

Son los elementos de medición de caudales. Existen dos tipos diferentes de caudalímetros según midanel caudal instantáneo (l/min.) o el caudal total (volumen). Existen dos modelos principales: en el mássencillo una pieza, generalmente cónica, colocada en un tubo vertical, sufre un empuje hacia arriba enfunción del caudal que circula por el interior del tubo. La altura que alcanza este cono es proporcionalal caudal.


Cuando la línea en que se instala es de baja presión, el tubo puede ser de plástico transparente, puespermite la visión directa del cono; si la línea es de presión se instala un trasductor.

En el otro tipo de caudalímetros el funcionamiento es similar al de un motor hidráulico: el fluido pasaa su través haciéndolo girar a una velocidad proporcional al caudal de entrada; conectando unelemento sensor en el eje del mismo, se pueden medir las revoluciones por minuto (litros/minuto unavez transformados los valores), o las revoluciones totales (volumen total).

13.5 Filtros

Son los elementos acondicionadores del fluido que tienen como misión principal la de eliminar loscontaminantes que éste arrastra. Los capítulos 14 y 15 están íntegramente dedicados a los filtros yaque la contaminación de los fluidos es una de las principales causas de averías de los sistemashidráulicos.

13.6 Presostatos

C o n ta cto elé c t r ic o

P res ió n

A lta p re s ió nB a ja p re s ió n

Fig. 13.4 Presostato

Básicamente se trata de interruptores eléctricos que abren o cierran un circuito eléctrico al alcanzar lapresión a la que han sido tarados.

La figura 13.4 muestra un presostato de alta y baja presión, es decir, con dos contactos diferentes. Enla posición reflejada en la figura, el presostato de baja (izquierda) mantiene los contactores unidos,permitiendo la continuidad eléctrica a su través, mientras que el de alta (derecha) tiene los contactoresseparados, es decir, mantiene el circuito eléctrico cerrado.

13 Accesorios 101

13.7 Vacúometros

Otro elemento medidor de presiones en los sistemas hidráulicos son los vacúometros, destinados amedir las presiones negativas o inferiores a la atmosférica (vacío). Su funcionamiento es similar al delos manómetros, y su medición suele leerse en unidades de vacío (mm de Hg).

En un sistema hidráulico el vacío puede aparecer en la línea de aspiración de la bomba, lo queoriginaría cavitación de la misma. También puede aparecer vacío en la línea de presión de motoreshidráulicos que giren por causas mecánicas a mayor velocidad que la que le conferiría el caudal defluido que recibe. Para evitar este segundo caso se deben intercalar válvulas de frenado en las vías delmotor hidráulico.

13.8 Intercambiadores de calor

Son los elementos destinados a acondicionar la temperatura del fluido y pueden ser de tres tipos

S al id a ag u a P an e les

E n tra d a a gu a f ría

S al id a ace ite re f r ig er ad oE n tra d a a c ei te ca lien te

fig. 13.5 Intercambiador agua-aceite

13.8.1 Calentadores

Normalmente son resistencias eléctricas instaladas en el interior del depósito que calientan el fluidocuando su temperatura es inferior a la de funcionamiento normal y evitan los arranques a bajatemperatura que, según el índice de viscosidad del fluido, podrían producir mal funcionamiento dealgunos componentes, o imprecisión en los movimientos y posicionamientos de los actuadores. Encircuitos de precisión como los ascensores y montacargas hidráulicos, se instala un calentador en elbloque de válvulas de regulación.

13.8.2 Enfriadores

De aplicación contraria a los anteriores, sirven para reducir la temperatura del fluido para mantenerladentro de los límites de operatividad. En todos los sistemas hidráulicos, parte de la energía setransforma en calor debido a los estrangulamientos en los pasos de fluido; este calor puedeincrementar la temperatura del fluido y de los componentes por encima de los valores máximos


aceptados por el fabricante, por ello es imprescindible disponer de un elemento capaz de reducir estatemperatura.

Los enfriadores pueden ser eléctricos (como los radiadores de los automóviles, con un ventiladoreléctrico) o de agua, en los que se hace circular agua fría por el elemento refrigerador por el quetambién circula, en cámaras separadas, el fluido hidráulico.

13.8.3 Intercambiadores

Son los que aúnan las funciones de los enfriadores y los calentadores en un sólo elemento (fig. 13.5).

13.9 Bloques para válvulas

Como se ha visto anteriormente, todos los componentes de los sistemas hidráulicos tienen susrespectivos orificios o vías por los que circula el fluido. Cada una de estas vías se conecta medianteracores y tuberías a los restantes componentes del sistema.

Así, para un circuito con varias válvulas, se precisan gran cantidad de accesorios de montaje (racores,tuberías, manguitos, etc.); para reducir al máximo estos accesorios se diseñan bloques compactossobre los que se instalan o se insertan las válvulas.

Estos bloques disponen de los orificios internos necesarios para intercomunicar los distintos puertos delas válvulas según las necesidades del sistema, así como de las superficies mecanizadas para elmontaje de las propias válvulas.

13.10 Tuberías, mangueras, racores, juntas y retenes

Las tuberías, mangueras y racores son los accesorios necesarios para interconexionar los componentesdel sistema. Son los componentes por los que circula el fluido (rígidos o flexibles), mientras que losracores y las bridas son los sistemas de unión de las tuberías y mangueras entre sí o con los restantescomponentes.

Las juntas y los retenes son los sistemas de estanqueidad necesarios para evitar que el fluido,presurizado o no, salga del sistema. Este conjunto de accesorios merecen para sí un estudio muyespecial, al igual que los filtros y los fluidos.

13.11 Fluidos

El fluido hidráulico es el único componente imprescindible del circuito, por ello se destinan los doscapítulos siguientes a su estudio

14 Importancia y tipos de fluidos 103

14 Importancia del fluido y tipos de fluidos hidráulicos

14.1 Historia

Cuando en 1653 Blas Pascal enunció su famoso principio utilizó agua como fluido transmisor.

Hasta la segunda década de este siglo, se siguió utilizando el agua, pero a partir de estas fechas, conlos avances tecnológicos, se prescindió de ella, puesto que posee los graves inconvenientes decorrosividad, alto punto de congelación y bajo de ebullición, ausencia de poder lubricante y nulaspropiedades antidesgaste y extrema presión. Fue entonces cuando irrumpieron en el mercado losaceites minerales.

En la Segunda Guerra Mundial aparecieron los aceites minerales inhibidos contra la oxidación ycorrosión (tipo HL/R&O), con la consiguiente mayor duración tanto del fluido como del sistema.Posteriormente, con la aparición de las bombas de alta presión, con el fin de minimizar los problemascreados por el desgaste, surgió la necesidad de utilizar aceites aditivados contra las presiones:inicialmente se consiguieron unos aceptables resultados con los aceites de motor entonces disponibles.La tendencia a emulsionar agua y su elevado costo eran un fuerte handicap, por lo que se investigósobre un fluido alternativo: nacieron de este modo los fluidos (aceites) extrema presión (HLP).

Paralela y posteriormente, con la utilización de sistemas hidráulicos en lugares con riesgo de incendio(minería, siderurgia, etc.,) hubo que investigar en el campo de los fluidos sintéticos y de seguridad.Actualmente y gracias a la concienciación sobre la conservación del medio ambiente, empiezan autilizarse fluidos hidráulicos biodegradables.

14.2 Tipos de fluidos hidráulicos

* ACEITES MINERALES Procedentes de la destilación del petróleo.

A) AGUA GLICOL a) éster-fosfatosB) FLUIDOS SINTÉTICOS b)hidrocarburos clorados

* FLUIDOS ININFLAMABLES c) ésteres orgánicos

C) EMULSIONES AGUA - ACEITED) EMULSIONES INVERSAS


Los fluidos hidráulicos están basados, en la mayoría de los casos, en aceite mineral o en fluidos desíntesis con las convenientes aditivaciones. Éstos últimos se utilizan en condiciones particularmentedifíciles o especiales, tales como en muy altas o bajas temperaturas, o bien si existe un fuerte riesgo deincendio o explosión en caso de fuga.

El cuadro anterior resume los principales tipos de fluidos empleados en sistemas oleohidráulicos.

Cada uno de estos fluidos tiene sus características y aplicaciones según refleja la tabla siguiente.

AplicacionesParticular

AplicacionesEspecificas

Composición y propiedades SimblISO-L

Aplicaciones típicasy comentarios

Hidrostática ac. mineral sin aditivar HHac. mineral con aditivosantioxidantes y anticorrosivos

HL

ac. tipo HL con mejoradores dedesgaste

HM hidráulicos en general, incluidasaltas presiones

ac. tipo HL con mejorador de I.V. HRac. tipo HM con mejorador de I.V. HV O.P., minería y marinaFluido sintético sin propiedades deresistencia al fuego

HS poseen propiedades especiales

Hidráulicosy guías

ac. tipo HM con aditivos anti stick-slip

HG máquina herramienta

emulsiones de aceite en agua HFAE normalmente contienen más del80% de agua

soluciones químicas en agua HFAS normalmente contienen más del80% de agua

emulsiones de agua en aceite HFBsoluciones de polímeros en agua HFC menos del 80% de aguafluido sintético sin agua, basado enésteres fosfóricos

HFDR atención a su incidencia en lasalud y el medio ambiente

fluido sintético sin agua, basado enhidrocarburos clorados

HFDS atención a su incidencia en lasalud y el medio ambiente

fluido sintético sin agua, basado enmezclas de HFDR y HFDS

HFDT

fluido sintético sin agua, basado enotros tipos de compuestos

HFDU

Hidrocinética Transmis.automáticas

HA todavía en estudio

Acoplamient.y convertidorde par

HN todavía en estudio

La tabla anterior muestra los diferentes tipos de fluidos hidráulicos, clasificados por sus bases ypropiedades particulares, según la norma ISO 6743/4 (clase L, parte 4, familia H -sistemashidráulicos)

La tabla siguiente ofrece un resumen de compatibilidades entre los distintos fluidos hidráulicos y lasjuntas, los metales incompatibles, su capacidad de lubricación, su toxicidad e ininflamabilidad y suscaracterísticas de temperatura máxima, densidad relativa y coste comparativo entre ellos.

14 Importancia y tipos de fluidos 105

Para seleccionar la base se considerarán:

- La temperatura media de trabajo

- Picos de temperatura de operación

- Mínima temperatura de arrancada

- Posible contaminación con agua

- Ambientes corrosivos

- Riesgo de incendio

- Compatibilidad con las juntas

- Toxicidad

Las principales características que poseen las diferentes bases, para poder proceder a su correctaselección son:

14.2.1 Agua

Sus propiedades ya se han comentado anteriormente (nulo poder lubricante, bajo coste, elevadadisponibilidad).

14.2.2 Aceite mineral

Los fluidos con base de aceite mineral son los más utilizados en aplicaciones hidráulicas. Los aceitesminerales poseen una buena relación viscosidad/temperatura (índice de viscosidad), baja presión devapor, poder refrigerante, una compresibilidad baja, inmiscibilidad con agua, de satisfactorias oexcelentes cualidades de protección, y no requieren especial cuidado respecto a las juntas y pinturasnormalmente utilizadas.

Si a esto se añade que su relación calidad/precio/rendimiento es muy buena, es fácilmentecomprensible el éxito de su utilización.

14.2.3 Emulsión de aceite en agua

También denominada emulsión directa. Se trata de una emulsión de aceite (3 al 15%) en agua, queforma una especie de taladrina soluble.

Sus ventajas son que tiene un costo muy bajo y que posee excelentes propiedades de apagado de llama(fire-resistant), mientras que sus inconvenientes son: muy limitadas temperaturas de utilización, pobreresistencia de la película, dificultades con la corrosión, problemas de estabilidad de la emulsión yproblemas de evaporación que modifican los procentajes de la proporción.

14.2.4 Emulsión de agua en aceite

También denominada emulsión inversa o, abreviadamente W/O. Contienen del orden de un 40% deagua. Tiene excelentes propiedades de apagado de llama y un costo bajo/medio, pero: su temperaturade utilización es muy limitada, su poder lubricante medio, presenta problemas de evaporación deagua/estabilidad, y es un fluido no newtoniano.


14.2.5 Fluidos agua-glicol

Son mezclas en disolución del 20 al 45% de agua y etileno-propilen-glicol, con aditivos anticorrosivosy mejoradores antidesgaste.

Como ventajas presenta: buena relación viscosidad/temperatura, muy buenas propiedades deresistencia a la llama, excelente comportamiento a bajas temperaturas, y un costo que no esprohibitivo; y como inconvenientes: su temperatura de utilización está limitada por el agua, suele tenerproblemas de corrosión, presenta problemas de evaporación y separación de fases, y requierefrecuentes cuidados de mantenimiento.

14.2.6 Fluidos sintéticos no acuosos

Existe una amplia gama de productos de síntesis, de naturaleza muy diversa y que poseen unascaracterísticas y propiedades muy diferentes.

La elección de estos tipos de fluidos deberá hacerse siempre de acuerdo con el fabricante de lamáquina o sistema, teniendo en cuenta su alto precio, la posible reacción con juntas y materialessellantes así como el ataque a pinturas y, en algunos casos, su influencia fisiológica y ecológica/medio-ambiental.

aceite mineral agua glicol emulsión agua-aceite

éster-fosfato

ésteresorgánicos

hidrocarb.clorados

Juntascompatibles

vitónpolisulfidonitriloneoprenobuna-n

buna-s y -nnitriloneoprenobutil-vitóngoma natural

buna-s y -nnitriloneoprenopolisulfidovitón

vitónbutilosiliconap.t.f.e.nylon

neoprenobuna-nvitónsilicona

vitónsiliconateflón

Juntasincompatibles

goma naturalbutilobuna-s

polisulfido goma naturalbutilo

neoprenonitrilopolisulfidobuna-nbuna-s

butilo neoprenonitrilopolisulfidobuna-n y -sbutilo

Metales quecorroe

ninguno zinccadmiomagnesio

ninguno ninguno ninguno cobre yaleaciones

Lubricación excelente aceptable aceptable buena excelente buenaToxicidad no tóxico no tóxico no tóxico vapores

tóxicosno tóxico pueden ser

tóxicosIninflamabi-lidad

pobre buena buena excelente excelente excelente

Temperatura máxima

90º C 50º C 50º C 90-140º C 65-260º C

Densidad relativa

1 1,25 1,20 1,30 1,06 1,65

15 Selección del fluido 107

15 Selección del fluido

Lo primero que se debe tener en cuenta a la hora de elegir un fluido hidráulico, es la misión que tieneque realizar, y sus características físico químicas.

15.1 Selección del fluido en función de su misión

15.1.1 Transmitir potencia

A este fin todos los fluidos serían validos (excepto los gases por ser compresibles), siempre que suviscosidad sea la adecuada a la aplicación.

El capítulo anterior incluía los principales tipos de fluidos hidráulicos y sus ventajas e inconvenientes,así como la relación de aplicaciones recomendadas para cada uno de ellos.

Para cumplir esta misión el fluido deberá fluir fácilmente a través de los conductos internos de loscomponentes. Una resistencia excesiva a su circulación produciría considerables pérdidas de carga yconsiguientemente un incremento en la potencia necesaria para el funcionamiento del equipo.

15.1.2 Lubricar el sistema

Esta es una de las principales misiones de fluido, y razón por la cual dejó de usarse agua para loscircuitos hidráulicos.

La gráfica del capítulo anterior comparaba las características de la lubricación para cada tipo defluido.

Se podría resumir que la lubricación es la capacidad del fluido de formar una película sobre lassuperficies, y hacer que esta película facilite el desplazamiento de esta superficie sobre otras, evitandoen lo posible el contacto directo entre estas. En función de esta definición la lubricación puede ser:

a) Lubricación hidrostática: es aquella en que se presuriza el fluido para separar las superficiesen movimiento, creando un cojín hidrostático entre ellas. Por ejemplo: el apoyo de la cabezadel pistón sobre el plato inclinado en las bombas de pistones (fig. 15.1).

b) Lubricación hidrodinámica: como en el caso anterior, la película de fluido tiende a mantenerseparadas las superficies, sólo que en este caso no lo hace por la presión aplicada sobre elmismo, sino por la presión generada por el movimiento (fuerza centrífuga) del mismo. Un


ejemplo es el de un cojinete en el cual el lubricante, gracias a la fuerza centrífuga producida porel giro de las superficies a lubricar, genera una presión que tiende a separar las superficies y aintroducirse entre las mismas.

C a b e za d e l p istón

F lu ido p resuriza d o

P la toIn c lin a do

P

Fig. 15.1 Lubricación hidrostática

c) Lubricación untuosa: es la capacidad del fluido a mantenerse en contacto con las superficiessin necesidad de fuerzas externas. Este tipo de lubricación es muy importante en componentesque trabajen a muy bajas velocidades y en sistemas que estén parados durante largos períodosde tiempo ya que si la untuosidad del fluido es baja y con el tiempo este se desprende de lassuperficies, permitiendo el contacto entre estas al arrancar el circuito.

d) Lubricación extrema presión: es la capacidad del fluido a mantener la lubricación enaquellos casos en que hay contactos de las microcrestas de las superficies. Estos contactos(rozamientos) generan calor, que a su vez produce microsoldaduras entre las superficies(cuando éstas son muy notorias se produce el gripaje de las superficies en contacto). Lalubricación en extrema presión es la que evita estos problemas, y se consigue aditivando elfluido con aditivos EP.

En el momento de la selección del fluido para una determinada aplicación se ha de distinguir lapresión de trabajo del sistema con la aditivación extrema presión; así por ejemplo, un sistematrabajando a 250 kg/cm² con bombas y motores de engranajes no precisa aditivos EP, mientrasque un sistema trabajando a 75 kg/cm² con bombas y motores de pistones sí precisará de unfluido EP.

15.1.3 Refrigerar

Es la capacidad del fluido de absorber el calor generado en determinados puntos del sistema paraluego liberarlo al ambiente a través del depósito, manteniendo estable la temperatura del conjuntodurante el normal funcionamiento del equipo.

15 Selección del fluido 109

15.1.4 Minimizar las fugas y las pérdidas de carga

En muchos puntos el fluido es el único elemento de estanqueidad entre las partes presurizadas y las nopresurizadas del interior de un componente. En estos casos, la tolerancia mecánica de construcción yla viscosidad del propio fluido determinarán el nivel de fugas internas. La minimización de laspérdidas de carga ya se ha analizado.

15.1.5 Ser inerte a las juntas y sellantes

El fluido debe ser compatible con los elementos de estanqueidad que estén en contacto con él.

La mayoría de componentes hidráulicos tienen juntas internas de materiales cuya compatibilidad conel fluido debe ser determinada antes de la puesta en marcha del sistema; así pues este factor esimportante en el momento de la selección de un fluido.

15.2 Selección del fluido según sus características

15.2.1 Factores de selección de la viscosidad

a) El tipo de bomba: sobre los diferentes tipos de bombas ya se ha hablado anteriormente. Enel siguiente cuadro se analiza su relación con las temperaturas y las viscosidades a utilizar.

Tipo de bomba Grado ISO de viscosidad32 46 68

Paletas 60º C 70º C 78º CPistones radiales 38º C 50º C 60º CPistones axiales 60º C 70º C 78º CEngranajes 60º C 70º C 80º C

(*) Este cuadro ha sido tomado de las recomendaciones de Vickers.

b) La temperatura de operación: la temperatura de operación es la que tiene el fluido al entraren la bomba. Dependiendo del tipo de bomba y de la temperatura de operación se obtiene elcuadro de viscosidades anterior.

Al considerar esta tabla de elección de viscosidades, se debe tener presente que son mínimas. Pordebajo de ellas, las pérdidas en el interior de las bombas afectarían a su eficacia.

15.2.2 La mínima temperatura de arranque

Una vez establecida la viscosidad necesaria en régimen de trabajo, se ha de considerar la temperaturamínima a la que el sistema puede entrar en funcionamiento, es decir, la temperatura mínima a la que elsistema se podrá poner en marcha.

En general un aceite mineral no debe utilizarse a una temperatura inferior a 10º C por encima de supunto de congelación. Es decir: si un aceite tiene de punto de congelación -30º C, no se utilizará atemperaturas inferiores a -20º C


La máxima viscosidad con la que puede actuar una bomba es un dato de gran interés, puesto que tienepor finalidad el evitar los problemas debidos al funcionamiento en vacío y de cavitación (se bombeaaire), lo que provoca un rápido desgaste de la bomba.

Siendo que la viscosidad de un fluido aumenta al disminuir la temperatura, y conociendo la viscosidady el índice de viscosidad del fluido a emplear, mediante el diagrama viscosidad-temperatura(viscograma), se puede llegar a determinar la temperatura mínima de arranque.

Todo lo cual remite a la siguiente tabla:

Tipo de bomba Viscosidad máxima1 mm²/s =1 cst

Paletas 860Pistones radiales 860Pistones axiales 1300Engranajes 6000

Estos parámetros son generales. Obvia decir que cada fabricante tiene sus especificaciones particularesa las que siempre se debe atender. También se debe considerar que en minería, las bombas utilizadassuelen tener una mayor capacidad de arranque con viscosidades mayores (del orden de unos 1600mm²/s).

15.3 Selección de otras propiedades

Una vez seleccionado el tipo de fluido y su viscosidad, quedan por determinar otros factores delmismo que pudieran afectar al funcionamiento del sistema bajo determinadas condiciones de trabajo;así por ejemplo, deberá considerarse la presencia de aditivos EP, aditivos que contengan ditiofosfatode zinc, aditivos antioxidantes, mejoradores del índice de viscosidad, etc., factores todos ellosrelacionados con los componentes del sistema y sus condiciones de trabajo.

16 Sistemas de filtración 111

16 Sistemas de filtración

Existen diversos tipos de filtros para aplicaciones en circuitos hidráulicos según su función, grado defiltración y volumen de aceite que filtran; sin embargo, la filtración se realiza por medio de uno ovarios de los siguientes sistemas.

16.1 Filtro de aspiración

Elemento cuyo grado de filtración suele ser superior a 50 micras y que se coloca en la aspiración de labomba para protegerla de las partículas de gran tamaño procedentes del depósito.

Este filtro provoca una resistencia al paso del fluido que puede crear problemas de cavitación en labomba; de todas formas, su utilización es recomendable para evitar posibles fallos catastróficos de labomba.

Como filtro de aspiración suelen usarse mallas metálicas y en aplicaciones especiales puedeninstalarse filtros más finos, en cuyo caso deberá instalarse un vacuómetro en la entrada de la bomba yse protegerá la aspiración con una válvula by-pass tarada al 50% del vacío máximo de aspiración de labomba. Esta válvula deberá permitir el paso del caudal máximo de la bomba con la mínima pérdida decarga, para el caso de obstrucción del filtro de aspiración.

Normalmente estos filtros se instalan en el interior del depósito, por lo que su accesibilidad para lalimpieza y el mantenimiento es muy limitada. Por ello deberán sobredimensionarse para evitar sufrecuente obstrucción.

Estos filtros deberán instalarse a un nivel tal que no le permita aspirar los lodos y posos sedimentadosen el fondo del depósito, ni tampoco el aire del interior del depósito cuando baje el nivel del fluido.

El filtro de aspiración protege solamente a la bomba de fallos catastróficos, pero no protege a labomba ni al resto del circuito de las partículas procedentes del depósito de tamaño inferior al de sumalla, ni tampoco de las partículas generadas por la propia bomba.

Estos filtros no deberán incluir ningún captador magnético en su interior, salvo en los casos en que lacirculación se realice pasando primero por el captador y posteriormente por el filtro. Este punto se hade tener en cuenta ya que algunos fabricantes de equipos instalan filtros de aspiración fuera deldepósito (en la línea de aspiración entre el depósito y la bomba), y ocasionalmente emplean para ellofiltros diseñados para ser instalados en la línea de retorno y que incorporan captadores magnéticos ensu interior.


16.2 Filtro de precarga

En circuitos donde la bomba sea muy sensible al contaminante, o en transmisiones hidrostáticas, sesustituye el filtro de aspiración por otro de mucho mejor grado de filtración. Para evitar los problemasde cavitación que podría ocasionar este filtro, se coloca entre este y el depósito una bomba(generalmente de engranajes internos), cuya misión es la de forzar el paso del fluido a través del filtro,garantizando así el caudal suficiente en la aspiración de la bomba, así como el grado de limpiezarequerido en el fluido.

B o m b a de ca rga

F iltro d e p recarg a

B o m b a de l s is tem a

Fig. 16.1 Filtro de precarga

En este tipo instalaciones deberá incluirse una válvula de seguridad para evitar la sobrepresión en laaspiración de la bomba (fig. 16.1).

16.3 Filtro de presión

Colocado en la línea de presión del circuito, puede utilizarse para la protección general del circuito,(colocado a la salida de la bomba), o para la protección exclusiva de un elemento del circuitoespecialmente sensible al contaminante (por ejemplo una servoválvula). En este caso, el filtro secoloca inmediatamente antes del elemento a proteger.

B o m bap rin cipa l

F iltro d ep res ión V á lv u la de

se gu rid a d

Fig. 16.2 Filtro de presión

La figura 16.2 muestra la primera opción de montaje del filtro de presión, es decir, a la salida de labomba para la protección de todos los componentes (excepto la propia bomba). Es de gran eficacia encaso de avería de la bomba con generación de contaminante. Si el filtro incorpora su propia válvulaby-pass con capacidad suficiente para el caudal máximo de la bomba, éste se podrá montar antes de la


válvula de seguridad del circuito. Si el filtro de presión no lleva su propia válvula by-pass, o el caudalmáximo a través de ésta es inferior al máximo de la bomba, se deberá instalar el filtro de presióndespués de la válvula de seguridad.

Filtro de presiónsin válvulaby-pass

Servoválvula

Alsistema

Fig. 16.3 Filtro de presión para protección de una servoválvula

La figura 16.3 esquematiza la instalación de un filtro de presión para la protección exclusiva de unelemento, en este caso una servoválvula.

En este segundo caso el filtro de presión no deberá incorporar válvula de by-pass; por ello se tendráque instalar un cartucho capaz de soportar una presión diferencial igual a la del sistema.

16.4 Filtro en derivación

En sistemas con depósitos con gran volumen se puede instalar un grupo externo de filtraciónaccionado por una bomba ajena al circuito principal.

F iltro d e re to rn o d elc ircu ito p r in c ip a l

D ep ós ito

F iltro en d er iv ac ió n

Fig. 16.4 Filtro en derivación

Este sistema auxiliar de filtración puede emplearse a partir de 600 litros de capacidad del depósito. Labomba debe suministrar como mínimo un caudal entre el 10% y el 25% del volumen total deldepósito, y el grado de filtración del cartucho deberá ser igual o mejor que el del filtro más finoinstalado en la máquina (fig. 16.4).


Algunas industrias con gran cantidad de equipos hidráulicos con depósitos pequeños (ej.: máquinasherramientas) utilizan filtros en derivación móviles que van acoplando a las máquinas según unprograma de mantenimiento preventivo.

16.5 Filtro de aire

Instalado sobre el depósito y en los cilindros buzos, se emplea para retener las partículas suspendidasen el aire antes de que éste entre en contacto con el fluido.

En todos los depósitos se producen variaciones en el nivel del fluido en función del ciclo de llenado delos cilindros, fugas externas, etc., y al variar este nivel entra o sale aire del depósito (salvo en losdepósitos herméticos presurizados con una vejiga, sistema principalmente empleado cuando ladiferencia de volúmenes es mínima, lo que ocurre en las transmisiones hidrostáticas); el aire que entradeberá filtrarse para evitar la entrada de nuevos contaminantes al depósito. Este filtro deberámantenerse elevado sobre el depósito ya que así se mejorará su grado de filtración al trabajar en seco.

Al igual que el filtro de aire de un coche, este filtro se deberá cambiar como mínimo dos veces poraño, ya que si se colmatara produciría un vacío en el interior del depósito, y la consiguiente cavitaciónde la bomba.

16.6 Filtro de retorno

Se instala en casi todos los sistemas hidráulicos. Su misión principal es la filtración del fluido una vezya ha circulado por los elementos y teóricamente arrastra consigo los contaminantes generados por elpropio circuito (fig. 16.5).

F iltro d e re to rn o c on v á lv u la b y- pa ss

C o le c to r d ere to rn oD e p ós ito

Fig. 16.5 Filtro de retorno

Este filtro debe instalarse en el colector de retorno para filtrar la totalidad del fluido que regresa aldepósito, y normalmente se instalará antes del intercambiador de calor para beneficiarse del factorviscosidad.

Los drenajes de válvulas y motores retornan directamente para evitar que sufran posiblescontrapresiones propias del colector principal de retorno. Considerando que estos caudales son muybajos, no suelen filtrarse los drenajes.


16.7 Filtro de llenado

Es muy importante garantizar que el fluido nuevo que se introduce en el circuito esté filtrado; por ellodeberá equiparse el sistema con un filtro de llenado. Existen varias soluciones opcionales como son elempleo de un grupo de trasiego y filtración para llenar los depósitos o el uso del propio filtro deretorno.

Actualmente la mayoría de sistemas hidráulicos están solamente protegidos de la ingresión decontaminante por el depósito con un filtro de aire y un tapón de llenado. El grado de filtración de estetapón de llenado no suele bajar de 60 µm, aunque en muchos casos dificulta tanto la operación dellenado que muchos usuarios lo eliminan.

16.8 Reciclado

Una vez finalizada la construcción del equipo hidráulico, y a pesar de haber tomado todas lasprecauciones para minimizar la cantidad de contaminantes originales, se deberá realizar un recicladode todo el conjunto.

Para mayor efectividad del reciclado se deberá alcanzar un número Reynolds superior al que elcomponente debe resistir durante su trabajo normal, ya que la turbulencia y la cantidad decontaminante que se desprende son relativas al número Reynolds. Se obtendrán aún mayoresresultados utilizando un aceite muy poco viscoso o un detergente o disolvente para el reciclado, esdecir, un fluido con una viscosidad muy inferior a la que encontrará el elemento en su trabajo.

Un fluido con elevado peso específico incrementa también la turbulencia. El reciclado será todavíamás efectivo si el fluido circula con pulsaciones y las tuberías se mueven o se hacen vibrar. Como estaoperación es muy compleja sobre una máquina montada será necesario alcanzar la máxima velocidaddel fluido y su máxima temperatura, para con ello incrementar el número de Reynolds.

Donde sea posible se utilizarán un filtro y una bomba externos al sistema. Este método permite usaruna bomba de mayor caudal y un filtro de gran capacidad de retención; aunque aparezca la dificultaddel acoplamiento de este grupo externo y la imposibilidad de hacer circular el fluido por todos loscomponentes de la máquina. Incluso utilizando para el reciclado un filtro que elimine todas laspartículas de un tamaño preestablecido (filtración absoluta), se necesita la suficiente exposición ocontacto entre el filtro y el fluido para eliminar la totalidad de estas partículas.

Un filtro basto alcanzará un nivel de contaminación estable más pobre que un filtro ultrafino y ademásnecesitará más tiempo para alcanzarlo. Como mínimo el reciclado debe realizarse durante cinco cicloscompletos de la máquina, y debe garantizarse la circulación del fluido por todos los componentes de lamisma.

17 Diseño de circuitos 117

17 Diseño de circuitos

Una vez conocidas las aplicaciones de los sistemas hidráulicos, sus componentes, y alguna de lasprincipales fórmulas para realizar los cálculos necesarios, se pueden empezar a diseñar los circuitos.El diseño de un circuito conlleva dos tareas primordiales: por una parte el cálculo y la definiciónconcreta del componente en función de sus necesidades (presión, caudal, etc.), y por otra el dibujo ocroquis del circuito.

Es importante considerar, durante el cálculo de los componentes, la disponibilidad de éstos en elmercado de componentes estandarizados. En la mayoría de ocasiones se tendrá que jugar con losvalores variables del sistema para adaptarlos a los componentes que existen en el mercado. Por ello,una vez dibujado el sistema y definidos sus componentes, suele ser necesario rehacer los cálculos paraadaptar al sistema los componentes estandarizados que mejor se adapten a las necesidades del mismo.Se ha de considerar que entre un elemento estandarizado (ej.: un cilindro) y otro de fabricaciónespecial la diferencia en costes puede ser muy considerable.

Para el diseño de un circuito es imprescindible el conocimiento exacto de las necesidades y trabajos arealizar por los elementos accionadores (velocidades, fuerzas, tiempos, ciclos, etc.), así como laslimitaciones (espacios, potencia disponible, tipo de energía, etc.). Con los datos de diseño, y con laayuda de los símbolos (Anexo 1), se hace un croquis en el que se dibujan los elementos accionadores ylos impulsores; a continuación se elabora una secuencia de los movimientos y trabajos a realizar.

Estos movimientos y trabajos o fases del ciclo ayudará a definir los componentes de regulación ycontrol que se han de intercalar entre el accionador final y el elemento impulsor. Finalmente se añadenal croquis los accesorios del sistema.

Una vez realizado el croquis del circuito se numeran los componentes, y en una relación aparte se lesda nombre y apellido: lo que en el croquis era una bomba debe definirse y concretarse en tipo,velocidad de funcionamiento, cilindrada, presión de trabajo, etc.; el cilindro debe definirse en funciónde su longitud de carrera, áreas, espesor de paredes, diámetro del vástago (para evitar pandeos), etc.; yasí se hará con todos y cada uno de los componentes (tipo de conexión y montaje, escala de losindicadores, tipo de fluido, grado de filtración de los filtros, etc.).

17.0 Sistema para el accionamiento de un cilindro

Se trata de diseñar un circuito para el accionamiento de un cilindro vertical de una prensa.Inicialmente, para facilitar el sistema, sólo se suministran los datos correspondientes a esfuerzos,velocidades y componentes ya existentes:


a) Se ha de desarrollar una fuerza de 14.000 kg en la prensada que se realiza en 20 s.

b) A continuación se mantiene la pieza prensada durante otros 30 s.

c) Seguidamente retrocede la prensa en 10 s hasta alcanzar su posición inicial; para realizar estemovimiento debe vencer un peso de 5.350 kg.

d) Finalmente la prensa se mantiene en reposo durante 15 s; es muy importante que semantenga en esta posición ya que si bajase por propio peso podría lastimar al operario que estácambiando la pieza prensada por otra nueva.

e) La longitud total a recorrer es de 150 cm.

f) Se va a aprovechar un cilindro hidráulico de 1.600 mm. de carrera, con diámetro interior de120 mm y 80 mm de diámetro de vástago.

g) Se dispone de energía eléctrica suficiente y el accionamiento y la temporización se deberárealizar por medios eléctricos.

17.1 Croquis del sistema

En primer lugar se dibujan el elemento impulsor (una bomba accionada por un motor eléctrico) y losque posteriormente transformarán la energía hidráulica en mecánica (un cilindro) (fig. 17.1).

Fig. 17.1 Grupo motor-bomba y actuador

17.2 Ciclo de trabajo

Elaborar una tabla que disponga de todos los datos del ciclo de trabajo, y en la que, una vezrealizados, se añadirán los datos de presiones y caudales necesarios para la realización de cadamovimiento del ciclo.


Movimiento Tiempo(s)

Fuerza(kg)

Carrera(mm)

Presión(kg/cm²)

Caudal(l/min)

Avance 20 14.000 1.500Reposo 30Retroceso 10 5.350 1.500Reposo 15Total 75

17.3 Cálculo de los parámetros

Para completar los datos de la tabla anterior se han de calcular los parámetros de presión y caudalnecesarios y, posteriormente, la potencia necesaria para el accionamiento de la bomba.

17.3.1 Presiones

Presión necesaria para ejercer una fuerza de 14.000 kg:

P = fuerza / superficie = 14.000 / (π · R²) = 14.000 / (3,14 · 6²) = 123,9 kg/cm²

Presión necesaria para el retorno, venciendo una fuerza de 5.350 kg:

P = 5.350 / superficie anular = 5.350 / ( πR² - πr² ) = 5.350 / 62,8 = 85,2 kg/cm²

La bomba deberá ser capaz de inferir al sistema una presión de 123,9 kg/cm² (más pérdidas de carga)por lo que se debe usar una bomba de 150 kg/cm² de presión de trabajo.

17.3.2 Caudales

Si el área del cilindro es de π · R² = 113,04 cm², cada centímetro de avance requerirá 113,04 cm3 defluido. Así para desplazarse 1.500 mm (1ª fase ), se necesitaran 113,04 · 150 = 16.956 cc = 16,96 lts.

Como este desplazamiento se realiza en sólo 20 s, la bomba deberá suministrar un caudal mínimo de17 lts en 20 s o de 51 lts/minuto.

Para recorrer 1.500 mm en 10 s (3ª fase): el área anular del cilindro es π · R² - πr² = 62,8 cm²; elvolumen necesario para realizar un metro y medio de carrera será área · longitud = 62,8 cm² · 150 cm= 9.420 cc. o 9,4 litros; como este volumen se necesita en 10", en un minuto la bomba deberásuministrar 9,4 · 6 = 56,52 lts/min.

El caudal en las dos fases de movimiento no es el mismo; por ello se debe utilizar una bomba capaz desatisfacer las necesidades del caudal máximo, e incluir un regulador (limitador) de caudal parareducirlo durante la fase de avance. Para que este regulador sólo funcione en la fase de avance secolocará en la vía de entrada del cilindro por la parte anular, y se complementará con una válvula quepermita el libre paso del fluido en sentido contrario, ya que de no ser así también limitaría el flujo enla fase de retroceso (limitador de caudal con antirretorno).


Sea cual sea el tipo de bomba a utilizar, ésta será accionada por un motor eléctrico a 1450 r.p.m., porlo que la cilindrada de la bomba será:

caudal máx. / velocidad = 56,6 / 1.450 = 0.039 l/rev = 39 cm3/rev

Ésta sería la cilindrada teórica; sin embargo, las bombas tienen un rendimiento volumétrico que sepuede estimar en el 90%, por lo que la cilindrada necesaria para suministrar el caudal requerido seráde: 39 / 0,9 = 43,3 cm3/rev.

Si no existiese una bomba con esta cilindrada se deberá instalar una de mayor cilindrada y añadir alsistema otro limitador de caudal.

17.3.3 Motor eléctrico

La potencia del motor eléctrico necesario para el accionamiento de la bomba se calcula según lafórmula:

N =(P · Q) / ηtotal

para este caso se han de realizar dos cálculos, el de la potencia absorbida en el avance y la delretroceso

avance = 17,56 CV

retroceso = 13,49 CV.

Así pues, el motor eléctrico deberá tener un mínimo de 18 CV.

17.4 Completar la tabla del ciclo de trabajo

Actualización, con los parámetros obtenidos, del cuadro del ciclo de trabajo.

Movimiento Tiempo(sg)

Fuerza(kg)

Carrera(mm)

Presión(kg/cm²)

Caudal(l/min)

Avance 20 14.000 1.500 124 51Reposo 30 14.000 0 124 0Retroceso 10 5.350 1.500 85 57Reposo 15 5.350 0 85 0Total 75 124 57

17.5 Definir el elemento direccional

Se usará una válvula direccional de 4 vías y de accionamiento eléctrico. Se han de definir lasposiciones de esta válvula, es decir, escoger si será de dos posiciones (avance y retroceso), o de tresposiciones (avance, reposo y retroceso). En este ultimo caso, se tendrá que definir el flujo interno delfluido en la posición de reposo para que nos garantice la máxima seguridad mientras el cilindro sehalle en la parte alta.


a) Dos posiciones

En la posición derecha se realiza la primera fase del ciclo (descenso) y se mantiene la prensadadurante la segunda fase. En la posición izquierda se realiza la fase de retroceso y se mantiene elcilindro en retroceso durante el reposo de cambio de pieza. Este funcionamiento implicaría un granconsumo de energía durante las fases de reposo ya que la bomba bombearía el caudal a la presión detaraje de la válvula de seguridad, y éste se descargaría a través de esta válvula, produciendo uncalentamiento del fluido.

b) Tres posiciones

En la posición izquierda se realiza la primera fase, en la derecha se realiza el retroceso, y en laposición central se realizan las fases de reposo, manteniendo el cilindro en su posición (teórica ya quehay fugas internas) gracias al tipo de corredera seleccionada.

Este diseño presenta el problema de las fugas internas, tanto de la corredera como del propio cilindro,que podrían representar una pérdida de presión durante el reposo en prensada (2ª fase) o una descensodel vástago durante el reposo de la última fase; sin embargo, y como ya se verá, existen solucioneshidráulicas a casi todos los problemas.

NOTA: Al decidir la corredera del distribuidor, se han de tener en cuenta las distintas posiciones intermedias dela corredera, ya que podrían dar lugar a golpes de ariete u otros funcionamientos anómalos del sistema. Lasposiciones intermedias de las correderas las facilita el fabricante, y podrían ser similares a las del dibujoanterior.

17.6 Elementos de regulación y control

Incluir en el croquis los elementos de regulación y control, que en este caso serán el distribuidor paradirigir el caudal a una u otra cámara del cilindro y una válvula de seguridad (necesaria en todos loscircuitos) para limitar la presión de trabajo (fig. 17.2).

Posteriormente, y según el tipo de bomba que se seleccione, se deberán añadir otros elementos deregulación de caudal para conseguir las velocidades correctas en cada ciclo.

17.7 Resto de los componentes

Completar el croquis con los restantes elementos necesarios para el funcionamiento y mantenimientodel sistema: depósito de aceite con sus accesorios, manómetro de presión, filtros, etc.


Como medida de seguridad, para evitar el desplazamiento del cilindro en la fase de reposo, se debeintercalar una válvula de antirretorno pilotada (aunque no evitará el desplazamiento producido por lasposibles fugas internas del cilindro) (fig. 17.3)

Fig. 17.2 Interconexionado de elementos

Fig. 17.3 Inclusión de reguladores y accesorios

17.8 Dimensionado de los componentes

Una vez dibujados los componentes deben dimensionarse (capacidad del depósito, diámetro detuberías, grado de filtración, tipo de fluido, etc.).


Para el dimensionado de los componentes se debe disponer de los parámetros calculadosanteriormente (presiones y caudales), a los que se ha de añadir el cálculo de los caudales de retorno,para el correcto dimensionado de las tuberías, filtros de retorno e intercambiadores (esta operación esimprescindible en todos los sistemas que dispongan de cilindros).

Mientras la bomba está suministrando un caudal de 51 l/min para realizar el avance del cilindro, elfluido contenido en la cámara anular sale hacia el depósito, y su caudal de retorno será proporcional ala relación de las áreas del cilindro (113,04 cm² y 62,8 cm²), por lo que el caudal de salida será:

113,04 / 62,8 = 51 / x , de donde x = 28,33 l/min

Pero cuando se realiza el retroceso el caudal de salida por la cámara del pistón será:

62,8 / 113,04 = 57 / x, de donde x = 102,6 l/min

En este caso el caudal de retorno no es muy elevado, pero en sistemas con muchos cilindros y elevadarelación de áreas o con acumuladores que descargan al depósito, se han de calcular los caudalesmáximos de la línea de retorno para el correcto dimensionado de los elementos situados en esta línea.

Existen tablas que facilitan el dimensionado de las tuberías de aspiración, presión y retorno en funciónde los caudales que por ellas circulan, que indican además las pérdidas de carga por metro lineal detubería o en los codos que se instalen. Estas tablas están basadas en diferencia de pérdida de cargasegún que la circulación dentro de la tubería sea laminar o turbulenta, hecho que viene definido por elnúmero de Reynolds.

El volumen total del depósito suele ser igual o superior a tres veces el caudal máximo del sistema, biensea el de la bomba o el de retorno. En este ejemplo el depósito debería ser de 103 · 3, o sea, de unos300 litros (se deberá buscar el tamaño estandarizado igual o superior a éste). A pesar de ello, y segúnla opción de bomba que se seleccione, se deberá sobredimensionar aún más el depósito para una mejordisipación del calor.

El grado de filtración del filtro de retorno se estudia en los capítulos dedicados a la filtración. En estecaso, y considerando la presión de trabajo y las tolerancias internas de los componentes, seríasuficiente un filtro de retorno de 25 micras absolutas.

El grado de filtración del filtro de aspiración vendrá definido como requisito por el propio fabricantede la bomba.

El tipo de fluido hidráulico y su viscosidad se estudian en el capítulo dedicado a los fluidoshidráulicos; en este caso concreto se tendrá que considerar si se precisa un fluido hidráulico normal,resistente al fuego, biodegradable, con elevado índice de viscosidad (según el ambiente de trabajo y/ola precisión del mismo). La selección de la viscosidad del fluido se hará en función de las temperaturasambientales y de trabajo, y también se estudia en el capítulo de fluidos hidráulicos.

En este ejemplo, y al tratarse de un sistema pequeño, el grupo motor-bomba y la mayoría de loselementos de regulación y control se podrían instalar encima del depósito, por lo que no hará falta unallave de paso entre el depósito y la bomba, pero sí será necesario dimensionar el depósito para queresista el peso y las vibraciones de la bomba.


En un sistema tan simple los componentes suelen seleccionarse para montaje en tubería (el mássencillo y económico). En sistemas más complejos se deberá seleccionar entre montaje en panel osobre bloques de válvulas.

Los diámetros de las tuberías indicarán el tipo de conexiones y racores necesarios y también el de lasválvulas a emplear, si bien será recomendable comprobar si la válvula (del tamaño definido por eldiámetro de la tubería) permite holgadamente el paso del caudal. Esto deberá comprobarse en lainformación técnica que facilita el fabricante de cada válvula.

Una vez determinados todos los componentes se puede completar tanto el croquis del sistema (figura17.4), como el cajetín con las referencias de cada uno de los componentes.

En este croquis se puede observar que la corredera de la electroválvula tiene, en su posición de reposo,las vías A y B conectadas al tanque. Esto es así ya que si la línea A no se conectase al tanque éstapodría quedar lo suficientemente presurizada como para pilotar el antirretorno de la línea B. Laselección de esta corredera implicará la inclusión de un sistema de venting o puesta en vacío durantelas fases de reposo; de no ser así, en estas fases, todo el caudal de la bomba descargaría a través de laválvula de seguridad a la presión de trabajo, produciéndose un elevado consumo de energía y uncalentamiento del fluido.

Fig. 17.4 Croquis final

Como la previsión inicial es la de instalar una bomba de caudal fijo, colocaremos un regulador decaudal en la línea de entrada de la sección del pistón del cilindro. Este regulador deberá disponer deun antirretorno para agilizar la operación de retroceso del cilindro.

A la lista siguiente se le añadirán tantos componentes como sean necesarios para la fabricación delsistema, y se le dará a cada componente una referencia de catálogo que identifique el fabricante y elcódigo de la pieza; en caso necesario se puede utilizar este mismo cajetín para el estudio económico


del sistema, añadiendo otra columna con el precio de los componentes, y sin olvidar añadir, al final, elcoste de los elementos de ensamblaje (racores y tuberías), el decapado y reciclado del sistema, lapintura del conjunto y las horas previstas para el montaje y las pruebas.

ref. denominación catálogo cantidad observaciones1 motor eléctrico 1 20 CV2 campana unión 13 acoplamiento elástico 14 bomba de engranajes 1 60 l/min5 válvula de seguridad 16 válvula de venting7 aislador de manómetro 18 manómetro 1 0-200 kg/cm²9 distribuidor eléctrico 110 regulador de caudal con antirretorno 111 antirretorno pilotado 112 filtro de retorno 113 filtro de aspiración 114 depósito 1 300 l15 filtro de aire 116 nivel con termómetro 1

17.9 Otras opciones

El sistema y los componentes definidos para el mismo son los más simples para la realización deltrabajo requerido, pero existen otras posibilidades con relación a la bomba.

17.9.1 Acumulador

Usar una bomba de menor cilindrada y un acumulador que se cargaría durante las fases de reposo,manteniendo también la presión de reposo sobre el cilindro, y se descargaría en el retorno para,sumando su caudal al de la propia bomba, conseguir el caudal suficiente para realizar el movimientoen el tiempo requerido.

A) Presiones: las mismas

B) Caudales: el de la velocidad de avance (51 l/min)

El acumulador deberá cargarse, como mínimo, con la cantidad de fluido que, sumada alcaudal de la bomba, sea suficiente para realizar el movimiento de retorno en el tiemporequerido.

En este caso, y debido a la poca diferencia de caudales necesarios para ambos ciclos, estaopción no resultaría económicamente rentable debido a la cantidad de nuevos elementosque se incorporarían al sistema, del que sólo se eliminaría el regulador de caudal.


C) Motor eléctrico

Con esta opción la presión y el caudal para el avance son los mismos; por ello la potencianecesaria será la misma del ejemplo inicial.

D) Diferencias

Se incluyen un acumulador, una válvula de aislamiento, una electroválvula para la cargamientras que por otro lado se reduce el tamaño de la bomba y se elimina el regulador decaudal.

17.9.2 Bomba doble

Usar una bomba doble en la que un caudal servirá para lograr la velocidad y presión de avance, y lasuma de los dos caudales para conseguir la velocidad de retroceso.


B) Caudales: los mismos, pero ahora los suministrarán dos bombas: una de 51 l/min. para elavance y otra de 6 l/min que sumada a la anterior darán el caudal de 57 l/min. necesario paraconseguir la velocidad de retroceso

C) Motor eléctrico: el mismo

D) Diferencias: se elimina el regulador de caudal y se reduce la laminación del fluido durante laprensada.

Al igual que en la opción anterior, la diferencia de caudales es tan poco significativa que no resultaconveniente la opción de la bomba doble.

17.9.3 Bomba de caudal variable

Otra posible opción sería la sustitución de la bomba por una bomba de caudal variable que ahorraríaademás la válvula limitadora de caudal.


B) Caudales: los mismos


D) Diferencias: se elimina la válvula reguladora de caudal ya que éste vendrá regulado por lapropia bomba; se elimina el venting.

Al igual que en las anteriores opciones, la diferencia de caudales es demasiado reducida como pararentabilizar esta alternativa (fig. 17.5); la bomba de caudal variable y su sistema de control sonmuchísimo más caros que la bomba de caudal fijo y el regulador de caudal, incluso si se tuviera queincorporar un intercambiador de calor.


La selección, entre el sistema diseñado originalmente y cualquiera de estas tres opciones, se hará enfunción de factores como el ahorro de energía, el coste de cada opción, la fiabilidad de las mismas,etc.

Es decir, para este primer ejemplo, el más sencillo, se plantean cuatro alternativas diferentes a la horade seleccionar la bomba.

Fig. 17.5 Circuito con bomba de caudal variable

Otra opción o accesorio que podría incluirse en el circuito sería un presostato en la línea de prensada.

Una vez analizadas todas las posibles opciones, tanto de bombas como de válvulas y accesorios, sólofalta completar el croquis del circuito y el cajetín con la relación de sus componentes.

En este punto es interesante disponer de los catálogos de los distintos componentes de elementoshidráulicos para poder seleccionar cada componente en función de las necesidades del sistema y no enfunción de la disponibilidad de un fabricante concreto.

18 Circuito de dos cilindros 129

18 Circuito de dos cilindros

Se trata de complementar la prensa diseñada anteriormente con otro cilindro.

Este nuevo cilindro tendría una carrera de 500 mm y una fuerza suficiente para desplazarhorizontalmente la pieza prensada anteriormente (5.600 kg). Al igual que en el diseño anterior,realizaremos los siguientes pasos:


Una bomba y dos cilindros, el vertical de la prensa ya definido y el horizontal para el desplazamientode la pieza prensada (fig. 18.1).

Fig. 18.1 Grupo motor-bomba y accionadores


A = Cilindro vertical

B = Cilindro horizontal


Movimiento Tiempo(sg)

Fuerza(kg)

Carrera(mm)

Presión(kg/cm²)

Caudal(l/min)

Avance A 20 14.000 1.500 124 51Reposo B 0 0 0Reposo A 30 14.000 0 124 0Reposo B 0 0 0

Retroceso A 10 5.350 1.500 85 57Reposo B 0 0Reposo A 15 0 0Avance B 5 5.600 500Reposo A 20 0 0Reposo B 0 0Reposo A 0 0

Retroceso B 5 2.200 500Máximosy totales 100


En este caso no se utiliza un cilindro ya predeterminado sino que se ha de buscar alguno estandarizado(o de fabricación especial) para este trabajo. Lo que sí se conoce y se debe aprovechar son losparámetros de presiones y caudales del sistema principal.

Se dispone, pues, de una bomba de 57 l/min y una válvula de seguridad tarada a 125 kg/cm². Paradesarrollar una fuerza de 5.600 kg a partir de una presión de 125 kg/cm² será necesaria una superficiede:

Área = Fuerza / Presión = 45 cm²,

que equivale a un diámetro del pistón de:

Φ = (45 / π) · 2 = 3,8 cm.

Imaginemos que la medida estandarizada más cercana es de 5 cm (50 mm), correspondiente a uncilindro de 100 mm de Φ de pistón y 50 mm de Φ de vástago. En este punto se tendrá que calcular si elvástago (de sólo 40 mm) sufrirá pandeo (se doblara) por efecto de la fuerza que debe transmitir. Paraello se utilizará la formula del anexo 2 sobre pandeo del vástago de un cilindro. En este caso nosufriría pandeo, pero de ser así se tendría que buscar otro cilindro de mayor diámetro y reducir lapresión de trabajo.

Los parámetros del sistema secundario serían:

18.3.1 Presiones

Presión necesaria para el avance:

P = (fuerza / superficie) = (5.600) / (π · R²) = 5.600 / 28,3 = 71,3 kg/cm²


Presión necesaria para el retroceso:

(2.200) / (π R²- π r²) = (2.200) / (78,6 - 19,6) = 37,4 kg/cm²

Presión máxima del sistema: 71,3 kg/cm²

18.3.2 Caudales

Para avanzar 500 mm en 5 s:

Volumen = Área · Carrera = 78,6 · 50 = 3.930 cm3 = 3,9 l

Caudal = Volumen / Tiempo = 3,9 / (5/60) = 46,8 l/min

Para retroceder 500 mm en 5 s:

Volumen = (78,6 - 19,6) · 50 = 2.950 cm3 = 2,95 l

Caudal = 2,95 / (5/60) = 35,4 l/min

Caudal máximo del sistema : 46,8 l/min

Caudal de retorno en el avance:

Qentrada · relación áreas = 46,8 · ( 19,6 / 78,6) = 11,7 l/min

Caudal de retorno en el retroceso:

Qretroceso · relación áreas = 35,4 · (78,6 / 19,6) = 142 l/min

Caudal mínimo nominal en el filtro de retorno: 142 l/min (equivale al caudal máximo de la línea deretorno)

18.3.3 Motor eléctrico

Cálculo de la potencia necesaria del motor eléctrico

Potencia absorbida en el avance: N =(P · Q) / ηtotal = 9,4 CV

Potencia absorbida en retroceso: N =(P · Q) / ηtotal = 3,7 CV

Se requerirá un motor eléctrico de 10 CV.


Completar los datos de la tabla del ciclo de trabajo de la sección 18.2 con los parámetros obtenidos enla 18.3

A = Cilindro vertical

B = Cilindro horizontal


Movimiento Tiempo(s)

Fuerza(kg)

Carrera(mm)

Presión(kg/cm²)

Caudal(l/min)

Avance A 20 14.000 1.500 124 51 18Reposo B 0 0 0Reposo A 30 14.000 0 124 0Reposo B 0 0 0

Retroceso A 10 5.350 1.500 85 57 103Reposo B 0 0 0Reposo A 15 0 0 0Avance B 5 5.600 500 72 47 12Reposo A 20 0 0 0Reposo B 0 0 0Reposo A 0 0 0

Retroceso B 5 2.200 500 38 36 142Máximosy totales 100 124 57 142

18.5 Definir los elementos direccionales

Al igual que en el caso anterior se seleccionará un distribuidor eléctrico de dos o tres posiciones pararealizar el movimiento de avance y retroceso del cilindro horizontal. Según se tome la presión en lalínea principal o no (en serie o en derivación) se tendrá que sustituir la corredera del distribuidor delcilindro de la prensa.

Debido al ciclo de funcionamiento de este sistema se podría tomar la presión a la salida de T deldistribuidor principal (suponiendo que éste aguante presión en la línea de tanque); en tal caso semantendría la corredera original con A y B cerrados y P y T unidos (fig. 18.2).

Fig. 18.2 Opción de selección de correderas

Esta composición implica que todo el retorno del cilindro vertical pase a través del segundodistribuidor, por lo que éste último deberá ser sobredimensionado en función del caudal de retorno delcilindro vertical; además se presenta el inconveniente de la laminación constante al hacer pasar elfluido por el interior de los distribuidores.

Si se toma la presión a salida de bomba (fig. 18.3), mientras el distribuidor principal esté en posicióncentral, el resto del sistema está despresurizado ya que la presión y el caudal van directamente aldepósito a través del distribuidor



En este caso se deberá sustituir la corredera por otra que mantenga cerrada la línea de presión en laposición de reposo (fig. 18.3), y combinar esta opción con otro sistema de descarga directa de labomba hacia el depósito en las fases de reposo, por ejemplo una válvula de seguridad pilotada e incluirun presostato para garantizar que se mantiene la presión en la fase de prensada.

Así mismo la corredera del distribuidor secundario también deberá tener la línea de presión cerrada yaque de no ser así para obtener presión en la línea A (cilindro vertical) deberíamos accionar eldistribuidor B (cilindro horizontal) pues éste, en reposo, conecta la línea de presión directamente aldepósito.


Otra opción sería la reflejada en la Fig. 18.4, es decir, con los dos distribuidores de centro cerrado. Eneste caso precisaríamos algún sistema de venting o puesta en vacío de la bomba para evitar el consumode energía y el calentamiento del fluido durante las fases de reposo (ya previsto en el ejemploanterior).

Como ya se había analizado en el ejemplo anterior, al existir una válvula de retención pilotada en lalínea B del cilindro vertical, en fase de reposo la línea A deberá esta conectada al tanque. Por ello seusará la misma corredera que en el ejemplo anterior


Se deberan incluir en el croquis los elementos de regulación y control, que serán: el distribuidor de lalínea secundaria y tal vez una válvula reductora de presión (o de seguridad) para limitar la presión deeste segundo circuito. Posteriormente, y según el tipo de bomba que se seleccione, se deberán añadirotros elementos de regulación de caudal para conseguir las velocidades correctas en cada ciclo.

18.7 Resto de componentes

Se deberá completar el croquis (fig. 18.5) con los restantes elementos necesarios para elfuncionamiento y mantenimiento del sistema (como se ha hecho en el ejemplo del capítulo 17), ypreparar el cajetín con la relación de los componentes.


Fig. 18.5 Circuito

ref. denominación cod. catálogo cantidad observaciones1 motor eléctrico 1 20 CV2 campana unión 13 acoplamiento elástico 14 bomba de engranajes 1 60 l/min5 válvula de seguridad 16 válvula de venting 17 aislador de manómetro 18 manómetro 1 0-200 kg/cm²9 distribuidor eléctrico 210 regulador de caudal con antirretorno 211 antirretorno pilotado 112 filtro de retorno 113 intercambiador de calor 114 filtro de aspiración 115 depósito 1 300 l16 filtro de aire 117 nivel con termómetro 1


Como ya se ha visto en el ejemplo del capítulo anterior, una vez finalizado el diseño se deberánanalizar las distintas opciones, con sus ventajas e inconvenientes, en cuanto a la sustitución de labomba por otra doble o de caudal variable, y la modificación de los componentes que estas posiblessustituciones implicarían.


Al igual que en el ejemplo anterior, una vez dibujados los componentes, se han de definir susdimensiones y características. En este caso ya se han calculado los caudales de retorno con lo que yase pueden definir los diámetros de las tuberías y de las distintas válvulas del circuito (ver anexo 3 parael dimensionado de tuberías en función de los caudales).

Una vez determinados los elementos, ya se pueden relacionar los componentes atendiendo a susdimensiones y al la disponibilidad de los fabricantes.

18.9 Otras opciones

Nuevamente se plantean diversas posibilidades en relación al uso de una u otra bomba. En este caso lasustitución de la bomba de caudal fijo por otra de caudal variable sí puede resultar interesante ya queexisten cuatro caudales distintos que implican el uso de dos o tres reguladores de caudal.

18.9.1 Una bomba de caudal variable

Sustituir la bomba del circuito por otra de caudal variable.

Los parámetros del sistema serán:


B) Caudales: los mismos


Las diferencias entre el sistema inicial y esta opción serán:

a) se eliminan las válvulas reguladoras de caudal, con lo que se reduce la laminación del fluidoy su calentamiento

b) reducción de la potencia consumida ya que ésta se ajusta a las necesidades de cada fase.

c) eliminación del sistema de venting o puesta en vacío

d) eliminación del intercambiador de calor al haberse reducido la laminación y calentamientodel fluido en las válvulas reguladoras de caudal; posible reducción en el tamaño del depósito(sólo si fuera necesario por problemas de espacio)

En este caso, la reducción de componentes y el ahorro de energía podrían rentabilizar esta segundaopción.


La figura 18.6 muestra el croquis del circuito con bomba de caudal variable y las correspondientesdiferencias con el sistema inicial.


19 Circuitos con motores 137

19 Circuitos con motores

En los dos ejemplos anteriores se han diseñado dos circuitos con accionadores lineales (cilindros), quenormalmente son los que presentan menos problemas de cálculo y diseño. En este capítulo se diseñaráun sistema para el accionamiento de un motor hidráulico.

Como en los ejemplos anteriores debemos partir de un supuesto que, en este ejemplo, podría ser lanecesidad de accionar una maquinilla de pesca, básicamente un tambor sobre el que se va enrollandoel cable que sujeta la red.

Disponemos de los siguientes datos: se trata de izar una red con su pesca, y se le estima un pesomáximo de 10.000 kg (es decir, el cable tirará de un peso de 10.000 kg). Se han de tener en cuenta (aefectos de protección) las oscilaciones en la carga producidas por el oleaje.

El diámetro del núcleo sobre el que se recoge el cable es de 200 mm, y el diámetro máximo (con todoel cable enrollado) es de 800 mm. Se desea una velocidad lineal (media) de recogida de cable de 20m/min, mientras que la operación de soltar cable se realiza mecánicamente por gravedad, regulándola,si es necesario, con el freno mecánico de la propia maquinilla.

El accionamiento del sistema se realiza a través de la toma de fuerza de un motor diesel de suficientepotencia, con una velocidad de giro media de 2.200 r.p.m. No consideramos el peso propio del cableque sujeta la red ni el incremento de diámetro que se produce al superponerse este en el núcleo delcabrestante.

Una vez finalizada la operación de recogida del cable y tras vaciar la red (después de un reposo deduración indeterminada), se vuelve a soltar por medios mecánicos. Todas las operaciones se realizanmanualmente.


En primer lugar se dibujan el elemento impulsor (una bomba accionada por un motor diesel) y los queposteriormente transformarán la energía hidráulica en mecánica, y que en este caso es un motor.

Para facilitar la comprensión del futuro croquis, esquematizamos también el elemento mecánicomovido por el motor hidráulico (fig. 19.1).

La maquinilla dispone de una reducción a la salida del motor hidráulico cuya relación de reducción esR = 1:8


Fig. 19.1 Grupo motor-bomba y accionador


Se deberá elaborar una tabla en la que se disponga de todos los datos del ciclo de trabajo, y a la que,una vez realizados, se añadirán los datos de presiones y caudales necesarios para la realización de cadamovimiento del ciclo.

MovimientoTambor

Fuerza(kg)

Velocidad(m/min)

Presión(kg/cm²)

Caudal(l/min)

Avance 10.000 20


Para completar los datos de la tabla anterior se han de calcular los parámetros de presión y caudalnecesarios; para ello recurrimos a las fórmulas específicas para el cálculo de maquinillas de pesca(capítulo 25.15. )

19.3.1 Velocidad de avance

Velocidad de avance del cable

c = π · φ · nt

donde:

diámetro medio φ = ((800 - 200) / 2) + 200 = 500 mm

velocidad 20.000 = 3,14 · 500 · n

de donde la velocidad de rotación necesaria será:

n = 20.000 / (3,14 · 500) = 12,75 r.p.m.


19.3.2 Velocidad del motor

Velocidad de giro del motor para recoger el cable a la velocidad deseada, contando con la reducción(R).

nm = nt · R

nm = 12,75 · 8 = 102 r.p.m.

19.3.3 Par en el tambor

Mt = (T · φ) / 2

Mt = (10.000 · 0,5) / 2 = 2.500 mkg

19.3.4 Par en el motor hidráulico

Mm = Mt / R = (P · V · η) / R

Mm = 2.500 / 8 = 312 mkg

19.3.5 Potencia del motor hidráulico

Nm = N =(P · Q) / ηtotal

y ese obtiene Nm = 43 CV

A partir de estos cálculos se debe determinar la presión de trabajo para calcular la cilindrada necesariaen el motor hidráulico; en este caso, y considerando la velocidad de rotación de éste, se prevé elmontaje de un motor de pistones radiales, por lo que se podrá trabajar a una presión de unos 200kg/cm². Partiendo de esta hipótesis de trabajo ya se puede determinar la cilindrada teórica del motorhidráulico necesario

19.3.6 Tiro

Fuerza lineal que se necesita para recoger el cable

T = (P · V · R · η) / (φ / 2)

de donde, despejando, se obtiene V = 1.084 cm3

En este punto se ha de buscar un motor de pistones axiales de esta cilindrada o similar y rehacer loscálculos en función del motor que exista estandarizado (en este caso se utilizará un motor de unacilindrada de 1.100 cm3).


19.3.7 Caudales

Para hacer girar un motor de 1.100 cm3 a 102 r.p.m. se necesitará un caudal

Q = (V · n) / η

de donde se obtiene Q = 118 l/min

Sea cual sea el tipo de bomba a utilizar, ésta será accionada por una toma de fuerza que gira a 2.200r.p.m., por lo que la cilindrada de la bomba será:

V = Q / n

y de aquí: V = 53,6 cm3

Esta sería la cilindrada teórica; sin embargo, considerando el rendimiento volumétrico que se puedeestimar en el 95%, la cilindrada necesaria para suministrar el caudal requerido será de:

61,8 / 0,95 = 56,5 cm3/rev.

Si no existiese una bomba con esta cilindrada se deberá instalar una de mayor cilindrada. (a efectos decálculo, suponemos que se instalará una bomba de 58 cm3/rev).

19.3.8 Toma de fuerza

La potencia necesaria para el accionamiento de la bomba será:

N = (P · Q) / µtotal

Considerando la cilindrada real de la bomba, el caudal que ésta suministrará será:

Q = 121,2 l/min

Y la potencia necesaria para su accionamiento será:

N = 59,8 CV


MovimientoMotor

Velocidad(r.p.m)

Presión(kg/cm²)

Caudal(l/min)

Avance 102 200 121

19.5 Definir el elemento direccional

Se usará una válvula direccional de 4 vías y de accionamiento manual. En este caso se usará unaválvula de tres posiciones (avance, reposo y retroceso) con todas las líneas conectadas al tanque en la


posición de reposo para que en los reposos no se produzca laminación del fluido y consiguienteconsumo innecesario de potencia.

La corredera seleccionada, en su posición central, tiene todos las vías comunicadas al tanque, lo quepermitiría el movimiento de la maquinilla, que se mantiene frenada por medio de su propio frenomecánico.

Así mismo, y debido a la larga duración de la fase de recogida del cable, el distribuidor manualdispondrá de detenes que permitan dejarlo en cualquiera de las posiciones sin necesidad de accionarcontinuamente la palanca. Al incorporar detenes en el distribuidor no es necesario que éste dispongade muelles para hacerlo volver a su posición central. Se tendrá especial atención en la selección de lacorredera ya que cuando se está terminando la operación se usa el propio distribuidor como reguladorde caudal para reducir la velocidad de giro del motor.

Fig. 19.2 Dibujo de la válvula de seguridad y el distribuidor


Se deberan incluir en el croquis los elementos de regulación y control, que en este caso serán eldistribuidor para dirigir el caudal y hacer girar el motor en uno u otro sentido, y una válvula deseguridad (necesaria en todos los circuitos) para limitar la presión de trabajo y evitar que puedasuperar los valores máximos deseados (fig. 19.2).


Posteriormente, y según el tipo de bomba que se seleccione, se deberán añadir otros elementos deregulación de caudal para conseguir la velocidad correcta.


Completar el croquis con los restantes elementos necesarios para el funcionamiento y mantenimientodel sistema: depósito de aceite con sus accesorios, manómetro de presión, filtros, etc. (fig. 19.3).

Fig. 19.3 Sistema completo


Una vez dibujados los componentes se tienen que dimensionar (capacidad del depósito, diámetro detuberías, grado de filtración, tipo de fluido, etc.) en función de los parámetros calculadosanteriormente (presiones y caudales), a los que se ha de añadir el cálculo de los caudales de retornopara el correcto dimensionado de las tuberías, filtros de retorno e intercambiadores.


Para el dimensionado de las tuberías de aspiración, presión y retorno en función de los caudales, setendrá en cuenta que posiblemente hay una distancia considerable entre la bomba y el motor.

En este ejemplo el depósito debería ser de 2 ó 3 veces el caudal máximo de la bomba, o sea, entre 250y 360 litros. El grado de filtración del filtro de retorno, en este caso, y considerando la presión detrabajo y las tolerancias internas de los componentes, debería ser de 15 micras absolutas.

Para este caso concreto se tendrá que considerar si se precisa un fluido hidráulico normal, resistente alfuego, biodegradable, con elevado índice de viscosidad (según el ambiente de trabajo y/o la precisióndel mismo). La selección de la viscosidad del fluido se hará en función de las temperaturasambientales y de trabajo.

En este ejemplo, considerando la distancia entre el grupo de bombeo, el depósito, el punto de control yel motor, el montaje idóneo sería: filtro de aspiración en la línea de aspiración de la bomba, externo aldepósito para facilitar su limpieza, una válvula de seguridad en la tubería de salida de la bomba, unaválvula de purga de aire en el punto más elevado del sistema y un drenaje, bien dimensionado y con elmínimo de pérdidas de carga, para el motor.

9

1 0

8

7

6

4

1

2

3

1 7

1 3

1 7

1 5

1 4

1 6

1 2

11

5

Fig. 19.4 Sistema con todos los accesorios


Este montaje implica la inclusión de válvulas para el posible mantenimiento de los elementos (porejemplo una llave de paso entre el depósito y el filtro de aspiración), para evitar que se vacíe eldepósito al realizar la limpieza del filtro de aspiración. Esta llave de paso deberá incorporar uncontacto eléctrico que evite la posible puesta en marcha de la bomba cuando la llave esté cerrada. Otraválvula necesaria para el mantenimiento sería un antirretorno a la salida de la bomba para evitar que sedescebe el sistema al realizar la limpieza del filtro de aspiración o cualquier mantenimiento en lapropia bomba.

También será necesario intercalar una llave de paso antes del filtro de retorno para evitar que se vacíeel circuito cuando se proceda a la sustitución de los elementos filtrantes, al igual que ocurría con la delfiltro de aspiración. Esta llave deberá incorporar un contacto eléctrico para evitar que quede cerradacuando el circuito se ponga en funcionamiento.

Cuando el motor que acciona la bomba es el mismo que realiza el movimiento de la embarcación, esrecomendable intercalar un sistema para desconectar la toma de fuerza de la bomba y evitar que estéconstantemente girando, ya que el motor principal trabaja durante muchas horas pero el sistemahidráulico sólo lo hace durante unos minutos. De no intercalar este sistema de desconexión mecánicade la bomba, deberá introducirse un sistema de descarga de la bomba que produzca las mínimaspérdidas de carga posibles.

Ahora ya se pueden completar tanto el croquis del sistema ( fig. 19.4) como el cajetín con lasreferencias de cada uno de los componentes.

ref. denominación cod. catálogo cantidad observaciones1 campana unión 12 acoplamiento elástico 13 bomba 14 válvula antirretorno 15 válvula de seguridad 16 aislador de manómetro 17 manómetro 1 0-200 kg/cm²8 distribuidor manual 19 motor 110 acoplamiento elástico 111 llave de paso 112 filtro de retorno 1 300 l13 filtro de aspiración 114 depósito 115 filtro de aire 116 nivel con termómetro 117 llave de paso 2

19.9 Otras opciones

El sistema y los componentes definidos para el mismo son los más simples para la realización deltrabajo requerido, pero existen otras posibilidades, que en este caso serían de índole mecánica, como


por ejemplo el uso de un motor de marcha rápida (pistones axiales, paletas o engranajes) y sustituir lareducción actual por otra mayor.

La selección, entre el sistema diseñado originalmente y cualquier otra opción, se hará en función defactores como el coste y la fiabilidad de cada una.

No es oportuno estudiar la posible sustitución de la bomba de caudal fijo por otra de caudal variableporque el funcionamiento del sistema sólo requiere una regulación de la velocidad que se puederealizar a través del distribuidor manual.

Debido al reducido coste de algunas transmisiones hidrostáticas, la posibilidad de sustituir loselementos por una transmisión hidrostática sería viable. El capítulo siguiente analiza el cálculo ydiseño de un sistema con transmisión hidrostática.

Otro factor que podría estudiarse para este circuito es la inclusión de un intercambiador de calor;Aunque el tiempo de funcionamiento es breve, durante parte del mismo se está laminando el fluido através del distribuidor manual, y se produce un calentamiento del fluido.

En este caso y considerando que la refrigeración se haría con agua de mar y aprovechando cualquierade las bombas de agua de la propia barca, el coste de mantenimiento del intercambiador sería nulo.

Fig.19.5 Circuito con bomba doble



Las figuras 19.5 y 19.6 muestran dos sistemas de accionamiento de maquinillas de pescacorrespondientes, respectivamente, a un circuito abierto con 2/3 velocidades y a un circuito cerrado ycaudal variable

En las dos primeras figuras se ha sustituido el distribuidor manual por otro de aplicación móvil quelleva incorporada la válvula de seguridad y la doble válvula de frenado. Esta opción sólo es posiblecuando los caudales del sistema son aptos para este tipo de elementos.

Nota: este ejemplo sólo tiene valor a nivel de cálculo y diseño ya que en realidad tanto la operación de subidacomo de bajada se realizan hidráulicamente y a distintas velocidades. Además, en muchas ocasiones, el grupohidráulico es utilizado para otras aplicaciones como el accionamiento del timón hidráulico, accionamiento dehaladores, de grúas, etc.

20 Transmisión hidrostática 147

20 Transmisión hidrostática

En este ejemplo se pretende desarrollar el diseño de una transmisión bomba-motor hidráulico, unatransmisión hidrostática en la que la salida de la bomba está conectada directamente a la entrada delmotor, y la salida de éste está, a su vez, conectada directamente a la entrada de la bomba.

El primer punto a tener en cuenta en este tipo de transmisiones es el hecho de que la aspiración de labomba deberá soportar presión, factor para el que no todas están diseñadas ya que el engrase del reténdel eje suele hacerse con el fluido de la aspiración, y una presión, aún pequeña, provocaría fugas poreste retén.

Fig. 20.1 Transmisión hidrostática


En primer lugar se dibujan el elemento impulsor y el receptor (fig. 20.1).

Si bien el fluido pasa directamente de un elemento al otro, cuando se hace un cambio en el sentido degiro se origina un drenaje en la bomba y en el motor. Estos drenajes sucesivos y continuos reducen lacantidad de fluido en el circuito. Para mantener constante este volumen de fluido, las bombas de lastransmisiones hidrostáticas están equipadas con una bomba de precarga (fig. 20.2).


Así pues, la bomba de precarga impulsa fluido en la carcasa de la bomba a una presión determinada yregulada por una válvula de seguridad incorporada.

Fig. 20.2 Transmisión hidrostática con bomba de precarga

La bomba principal se encarga de aspirar e introducir en el circuito principal la cantidad de fluidonecesario, mientras que el resto del suministrado por la bomba de precarga vuelve directamente aldepósito a través del drenaje de la bomba.

Gracias a este sistema de precarga se evita la cavitación de los componentes de la transmisión


Completar el croquis con el símbolo completo de la bomba de transmisión hidrostática con su válvulade seguridad y bomba de precarga.


Según se desprende de los símbolos de la figura 20.2, la transmisión dispone de una bomba reversiblede caudal variable. Así las variaciones en el sentido de giro y en la velocidad del motor se realizarán através del mando de la bomba.

Dependiendo de la aplicación concreta de la transmisión podría necesitarse un sistema de frenado delmotor que evitase su giro en reposo. Para solucionar este problema se incluirán dos válvulas deretención pilotadas; de esta forma sólo girará el motor cuando haya presión de pilotaje.

20 Transmisión hidrostática 149

Después se deberá completar el croquis con los restantes elementos necesarios para el funcionamientoy mantenimiento del sistema: depósito de aceite con sus accesorios, manómetro de presión, filtros, etc.

Como medida de seguridad, para evitar que el sistema soporte presiones excesivas, se instalará unaválvula de seguridad en cada una de las líneas. Esta instalación se puede simplificar con sólo unaválvula de seguridad conectada a las dos líneas, e intercalando entre éstas y la válvula un antirretornoque evite que la presión y el caudal pasen directamente de una línea a la otra.

También, y en función de la aplicación, será necesario mantener el fluido en excelentes condiciones defiltración.

69

81 0

1 07

11 11

1 2 1 2

4

2 3

15

Fig. 20.3 Circuito completo

A diferencia de las transmisiones abiertas, en las que el fluido retorna del motor al depósito pasandopor un filtro de retorno, en las transmisiones hidrostáticas la regeneración de fluido es mínima (sólodrenajes y descargas de la válvula de seguridad). Así pues el fluido de la transmisión no está siendofiltrado en un 100%; por ello, para evitar los problemas propios de una filtración insuficiente, seintercalarán dos filtros de presión, uno en cada línea.


Los filtros de presión de la transmisión hidrostática irán equipados con un sistema de antirretornospara que, sea cual sea el sentido de circulación, el sentido de filtración se mantenga constante.

Con todos los accesorios y válvulas anteriormente expuestas, el croquis definitivo de una transmisiónhidrostática concreta, sería el de la figura 20.3.

20.4 Dimensionado y relación de los componentes

Una vez dibujados los componentes se tienen que dimensionar (capacidad del depósito, diámetro detuberías, grado de filtración, tipo de fluido, etc.) en función de los parámetros de presiones y caudales.

Ahora ya se podría completar el cajetín con las referencias de cada uno de los componentes.

ref. denominación cod. catálogo cantidad observaciones1 motor de explosión 12 campana unión 13 acoplamiento elástico 14 bomba 15 filtro de aspiración 16 motor 17 válvula de seguridad 18 aislador de manómetro 19 manómetro 110 antirretorno 211 antirretorno pilotado 212 filtro de presión 2

21 Consideraciones sobre el diseño 151

21 Consideraciones sobre el diseño

En los dos ejemplos anteriores se demuestra la complejidad en el diseño, incluso de sistemas tansencillos como los anteriormente analizados. Así mismo se comprueba que no existen normasgenéricas para el diseño de circuitos nuevos o para modificar los ya existentes. Sin embargo, sí sepueden resumir las principales consideraciones.

21.1 Consideraciones generales

1.- Economía.

2.- Seguridad (del personal, del sistema y normativas legales aplicables).

3.- Grado de precisión requerida.

4.- Facilidad de mantenimiento y disponibilidad de los elementos de repuesto.

5.- Limitaciones físicas (peso, dimensiones, volumen).

6.- Sistema de mando y control (manual, eléctrico, neumático, semiautomático, etc.).

7.- Condiciones ambientales (temperaturas, suciedad, humedad, elementos corrosivos, peligro deincendios).

21.2 Elaboración del diseño

Las fases de elaboración del diseño tampoco están normalizadas, aunque, según se ha hecho en losejemplos anteriores, podrían ser:

1.- Comprensión del trabajo a realizar y predefinición de los actuadores (cilindros, motores).

2.- Realización de un croquis con los elementos impulsores y los actuadores.

3.- Elaboración de una tabla con los ciclos de trabajo.

4.- Cálculo de los parámetros: esfuerzos y dimensiones de los actuadores.

5.- Cálculo de los parámetros: presiones de trabajo, caudales y la potencia necesaria.


6.- Completar la tabla del ciclo de trabajo, incluyendo los caudales de retorno.

7.- Definir los elementos direccionales y de regulación.

8.- Definir y dimensionar el resto de componentes, sistema de montaje, etc.

9.- Estudiar otras opciones posibles, analizando sus ventajas e inconvenientes.

10.- Definir la opción más interesante.

11.- Realizar el croquis definitivo.

12.- Definir los componentes.

22 Puntas de presión y vibraciones 153

22 Puntas de presión y vibraciones

Las puntas de presión y las vibraciones ocasionan innumerables averías en los circuitos hidráulicos.

Casi todos los circuitos hidráulicos presentan, durante su funcionamiento, situaciones que producenpuntas de presión y/o vibraciones.

En principio todas las bombas hidráulicas rotativas producen, por su propio funcionamiento,oscilaciones en la presión, oscilaciones que se traducen en vibraciones.

Si se analiza el funcionamiento de una bomba rotativa, por ejemplo de paletas, se observa que en cadagiro o revolución hay un determinado número de paletas que, individualmente, bombean un ciertovolumen de fluido, desde una presión cero hasta la presión de trabajo instantánea del sistema, ynuevamente pasan a un ciclo de aspiración con presión cero.

Así pues, en una bomba con 10 paletas o pistones o engranajes, girando a 1.450 r.p.m. se producen1.450 · 10 = 14.500 pulsaciones u oscilaciones de presión por minuto.

Estas oscilaciones de presión no pueden apreciarse con los manómetros, que se limitan a sufrir lasconsecuencias de estas oscilaciones; sin embargo, estas oscilaciones se manifiestan en el equipo enforma de vibraciones que, además de molestas y ocasionalmente ruidosas, pueden llegar a produciraverías como la rotura de racores, tuberías o puntos débiles del circuito.

Las válvulas del tipo normalmente cerradas, cuya apertura se hace por presión y venciendo un muelle(ej.: válvulas de seguridad) tiene su propia frecuencia de pulsación, que viene determinada por lafórmula práctica:

f = 2,148 · 106 · m · [ d / (D² · n)]

f = Frecuencia de pulsaciónD = Diámetro medio del muelled = Diámetro del hilon = Número de espiras útilesm = Número entero entre 1 y 10

Cuando la frecuencia de pulsación de la válvula coincide con la de la bomba, las pulsaciones seacoplan y se manifiestan en el sistema produciendo la vibración del conjunto o alguna de sus partes yruidos parecidos a golpes con elevada frecuencia.


Por otra parte existen las puntas de presión, originadas por los cambios bruscos de las condiciones detrabajo del sistema: por ejemplo, al cerrar una electroválvula la línea de presión queda cerradaincrementando la presión hasta que la válvula de seguridad abre y descarga el exceso de presión.

Otra causa de puntas de presión es la descompresión del fluido que las ocasiona cuando estápresurizado en volúmenes suficientes.

Circunstancias como ésta se producen constantemente en los sistemas hidráulicos, y también puedenoriginar averías en los componentes.

Las puntas de presión pueden reducirse con el empleo de válvulas de apertura y cierre progresivo, ypueden ser amortiguadas por medio de acumuladores.

23 Puesta en marcha 155

23 Puesta en marcha

La deficiente puesta en marcha de los equipos hidráulicos es una de las principales causas de averíasde los mismos.

La puesta en marcha inicial, al igual que la que se debe realizar después de una operación intensa demantenimiento, es un factor muy importante en el futuro funcionamiento del sistema y suscomponentes. Al igual que los coches precisan de un rodaje durante sus primeros kilómetros, lossistemas hidráulicos necesitan ser arrancados siguiendo una serie de pautas para evitar un falloinmediato de alguno de sus componentes, o una avería degenerativa que aparecería a los pocos días dela puesta en marcha del sistema.

Inicialmente se ha de distinguir entre la puesta en marcha de un sistema hidráulico incluido en unamáquina y el sistema hidráulico incorporado a una máquina.

En el primer caso se trata de una máquina nueva que viene de su fabricante con un sistema hidráulicopara su accionamiento (por ejemplo una máquina herramienta, una carretilla elevadora, o un robot depintura); en estos casos, generalmente el propio fabricante de la máquina ya ha realizado una puesta enmarcha previa del sistema para comprobar el funcionamiento correcto del mismo, por lo que el equipoya ha sido puesto en marcha e incluso ha realizado algunos ciclos de trabajo.

Siendo así, el fabricante de la máquina ya ha cubierto algunos de los primeros pasos a realizar en lapuesta en marcha, y se limita (en muchos casos) a incluir, en el manual de puesta en funcionamiento dela máquina, algunos aspectos concretos sobre el equipo hidráulico, como, por ejemplo, el cambio defiltros inicial.

Una situación distinta es aquella en que, por el tamaño de la máquinaria, el sistema hidráulico semonta directamente sobre ésta una vez ya está ubicada en su lugar. Los ejemplos de este tipo deinstalaciones son los más numerosos: prensas, máquinaria de laminación, equipos de siderurgia,maquinillas de pesca, máquinas transfert, equipos navales, etc.

En estos casos, y en aquellos en los que se ha sustituido el equipo hidráulico por otro más moderno ode mejores prestaciones, el equipo hidráulico se pone en marcha directamente en su lugar deutilización, en muchos casos por los técnicos de mantenimiento del usuario, y siguiendo lasinstrucciones que a tal efecto le pueda haber facilitado el suministrador.

Sea cual sea el caso, hay una serie de recomendaciones que conviene tener en cuenta a la hora deponer en marcha un sistema hidráulico, y, aunque lógicas, en muchos casos son olvidadas u omitidascon los consiguientes problemas posteriores que ello puede acarrear.


23.1 Limpieza

La primera operación a llevar a cabo ante un equipo hidráulico nuevo es la limpieza interior de loscomponentes.

Para ello se utilizará aire comprimido donde sea posible, y se evitará el uso de trapos o papeles para lalimpieza interior de los depósitos.

23.2 Llenado del depósito

Una vez esté limpio el depósito y las tuberías que se hayan podido hacer con aire comprimido, seprocederá a llenar el depósito con un fluido especial para recirculación. En la sección de filtración seincluyen recomendaciones sobre el grado de filtración necesario para este tipo de fluidos.

23.3 Apertura de válvulas

El paso siguiente, y siempre antes de poner en marcha la bomba del sistema, es abrir todas las válvulasreguladoras de presión y de caudal, así como todas las llaves de paso (excepto la de vaciado deldepósito).

Además de abrir el paso en todos los componentes se deberá vigilar el tipo de componentes, ya que siel sistema incluye servoválvulas u otros componentes muy sensibles a la contaminación, se deberánsustituir éstos por placas especiales o por otros componentes no sensibles a la contaminación.

23.4 Arranque de la bomba

Sea cual sea el sistema de accionamiento de la bomba del circuito, antes de ponerla en funcionamientose ha de comprobar que su sentido de giro sea correcto; para ello se arrancará el motor deaccionamiento de la misma durante el tiempo justo para realizar esta comprobación (mejor si estaoperación se puede realizar con la bomba no acoplada al motor).

Una vez comprobado que el sentido de giro de la bomba es correcto, y que ésta se halla correctamenteacoplada al sistema de arrastre, se deberá aflojar el racor o conexión de la salida de presión. Ahora yase puede arrancar la bomba hasta comprobar que por el racor de salida de presión sale fluido, lo queindica que la bomba está aspirando y expulsando fluido, al tiempo que aseguramos haber eliminado elaire de su interior. Nuevamente se detendrá el equipo para reapretar la conexión de la salida de presiónde la bomba

23.5 Desconexión de los componentes mecánicos

Cuando se ponga en marcha el sistema hidráulico inicialmente se hará sin presión, peroposteriormente, y para comprobar el correcto funcionamiento de todos y cada uno de los componentes,se incrementará la presión y se harán mover los accionadores hidráulicos.

Si los accionadores hidráulicos están conectados a sus componentes mecánicos éstos se moverántambién. En algunas máquinas esto puede no representar ningún problema, pero en otras donde los

23 Puesta en marcha 157

movimientos deber estar sincronizados, el movimiento irregular de los componentes durante la puestaen marcha del sistema hidráulico puede ocasionar averías mecánicas. Para evitar estos problemas, ysiempre que sea posible, se desconectarán los accionadores de las piezas mecánicas de la máquina.

23.6 Purga de aire

El paso siguiente consistirá en eliminar todo el aire del sistema. Para ello se aflojarán las conexionesmás elevadas del circuito y se arrancará nuevamente la bomba. Por estos racores fugará primero el airey posteriormente, cuando el nivel se alcance, saldrá el fluido. Cuando este fluido ya no presente signosde contener burbujas de aire se procederá a apretar los racores.

23.7 Ajuste de la válvula de seguridad

Una vez eliminado el aire de las tuberías y de algunos de los componentes, se empezará a apretar elmando de la válvula de seguridad para obtener una presión (inicialmente baja) en el circuito. Gracias aesta presión se podrá realizar el movimiento de los accionadores (cilindros y motores), de los quetambién se deberá eliminar el aire de su interior.

Los motores se harán girar en ambos sentidos (si son bidireccionales) en ciclos rápidos y consecutivos,pero más problemática es la eliminación del aire en los cilindros (especialmente horizontales); parahacerlo se accionarán en ambos sentidos, en ciclos completos, tantas veces como sea posible.

23.8 Recirculación del fluido

A pesar de las medidas anteriores, es muy probable que todavía haya aire en el sistema. Para ello serealizarán ciclos completos de trabajo, a la mayor velocidad posible. Esta velocidad, superior a lanormal de funcionamiento (diseño), producirá una circulación turbulenta en las tuberías y loscomponentes, y ello ayudará a la eliminación del aire y de las partículas contaminantes originales delsistema (ver la sección de filtración).

Si en esta operación de puesta en marcha no se utiliza un fluido especial para ello, se deben realizarparadas para conseguir la desaireación del fluido dentro del depósito. De no ser así las burbujas de airedisueltas en el fluido serán nuevamente aspiradas por la bomba y reintroducidas al circuito. Es, pues,recomendable el uso de fluidos de viscosidad inferior a la prevista y con aditivos que faciliten sudesaireación.

23.9 Ajuste de las válvulas y reguladores

Una vez se haya hecho recircular el fluido el tiempo suficiente para garantizar la eliminación del aire yde los contaminantes sólidos, se puede proceder al taraje de las válvulas limitadoras de presión. Si elfluido utilizado es el que posteriormente será el de trabajo, puede procederse a realizar también unaprimera regulación de las válvulas limitadoras de caudal.

El ajuste definitivo se realizará cuando se alcancen las condiciones de presión, caudal y temperaturanormales del sistema, y cuando ya estén conectados los sistemas mecánicos con los accionadores.


Si las servoválvulas del sistema se habían sustituido por placas, se instalarán y se comprobará sufuncionamiento.

23.10 Cambio del fluido

Sea cual sea el fluido utilizado para la puesta en marcha del sistema, se recomienda su sustituciónantes de proceder a conectar los elementos mecánicos de los accionadores. Debido a la gran cantidadde contaminante original en el sistema y al generado por la puesta en funcionamiento inicial de loscomponentes, es muy probable que los filtros se colmaten durante esta fase de puesta en marcha (másaún si sólo se usan los propios filtros del circuito); por ello es también aconsejable la sustitución de loselementos filtrantes.

Si el cambio de fluido se realiza simplemente por vaciado del depósito y del circuito, y el posteriorllenado del mismo con fluido nuevo, se deberá volver a purgar el aire. Un sistema para evitar estanueva purga de aire, y sólo para el caso en que el fluido de puesta en marcha sea el mismo que usará elsistema, sería: a) vaciado del depósito y sustitución del fluido; b) desconectar el colector de retornojusto antes de la entrada en el depósito y empalmarlo a un contenedor para fluidos usados; c) puestaen marcha de la bomba.

La bomba aspirará fluido nuevo del depósito y lo introducirá en el sistema, mientras que el fluidousado para la puesta en marcha saldrá, por el colector de retorno, directamente a un contenedor.

Esta operación se ha de realizar como mínimo durante un ciclo completo de la máquina, introduciendosimultáneamente fluido en el depósito para mantener el nivel necesario.

Una vez finalizada esta operación se parará la máquina y se procederá a conectar el colector de retornoal depósito y a la conexión de los elementos mecánicos.

23.11 Conexión de los elementos mecánicos

Se han eliminado los contaminantes sólidos y gaseosos, se ha comprobado el funcionamiento de loscomponentes y de los accionadores, se ha sustituido el fluido de puesta en marcha y los cartuchos delos elementos filtrantes; ahora se pueden conectar los accionadores a los elementos mecánicos quedeben mover, y se puede empezar un ciclo completo de trabajo en vacío.

Una vez realizados varios ciclos completos de trabajo en vacío se podrán ajustar los limitadores decaudal hasta obtener las velocidades deseadas en cada ciclo. Estas velocidades pueden variar cuandola máquina trabaje en carga, por lo que probablemente deberán ser reajustadas posteriormente.

23.12 Otros problemas

Si se han seguido estos pasos es muy probable que se hayan eliminado todos los problemas inherentesa la puesta en marcha del circuito hidráulico. A pesar de todo, el capítulo siguiente ofrece la solución auna serie de posibles averías y anomalías que pueden ocurrir durante la puesta en marcha y durante elfuncionamiento normal de la máquina.

24 Averías y sus causas 159

24 Averías y sus causas

Las tablas de este capítulo pueden resultar muy útiles para subsanar las averías y encontrar sus causas

Dada la imposibilidad de enumerarlas todas se han indicado solamente aquellas que, con mayorfrecuencia, se dan en los circuitos hidráulicos. Sin embargo, es evidente que pueden producirse otras.En cualquier caso la experiencia y las lógicas deducciones del técnico serán las que solucionen elproblema.

Tampoco los remedios expuestos indican categóricamente que se excluyan otros.

Es importantísimo que las reparaciones sean efectuadas por un personal técnico conocedor de lamateria y de los elementos, y es de advertir la escrupulosa limpieza que debe observarse en lamanipulación de las piezas componentes de éstos.

Finalmente cabe mencionar que el mejor remedio para las averías es el evitarlas, de ahí la importanciade contar con el mantenimiento adecuado en el supuesto de que tanto el proyecto como el montajehayan sido realizados correctamente.

Otro factor importante para la prevención de futuras averías, y considerando que muchas suelen serrepetitivas, es el análisis de los componentes averiados ya que de un profundo estudio del componentepuede determinarse la causa concreta de la avería, y en su caso buscar las soluciones oportunas paraevitar que ésta se repita.

24.1 Bombas y motores

24.1.1 Avería: la bomba no da caudal o sólo da parte de élCausas Soluciones

Sentido de giro invertido o acoplamiento malanclado

Invertir el sentido de giro del motor o acondicionar la bombapara el verdadero sentido de giro; revisar si la chaveta está biencolocada

Nivel de aceite demasiado bajo Rellenar el depósitoFiltro obturado Limpiarlo o cambiarloMal funcionamiento de la válvula situada enel tubo de aspiración

Reparar la válvula o suprimirla

Burbujas de aire en el circuito Purgar el circuitoEntrada de aire por el tubo de aspiración Cambiar el racor o la junta y comprobar la estanqueidad del

circuito. Untar con grasa consistente los posibles puntos deaspiración de aire

Manual de oleohidráulica y diseño de circuitos160

Eje de la bomba roto Cambiar el eje y comprobar la causa (sobrecargas o malaalineación)

Mala calidad del aceite Consultar las recomendacionesAceite demasiado frío (viscosidad muyelevada)

Hacer girar la bomba a baja presión para calentar el aceite através de la válvua de seguridad o instalar un sistema deprecalentamiento

Bomba descebada No existe purga en el tubo de presión (purgar la bombaaflojando el racor de la salida de presión)

Demasiada altura de aspiración Reducir esta alturaAlta velocidad de giro Reducir esta velocidadNo actúa la presión atmosférica en el interiordel depósito (depósito estanco)

Adoptar un respiradero o un filtro de aire de capacidadsuficiente

24.1.2 Avería: la bomba o el motor hacen ruidoCausas Soluciones

Cavitación Purgar la bomba. Regular o comprobar las válvulas dedeceleración del motor

Entrada de aire por el tubo de aspiración Cambiar el racor o la junta y comprobar la estanqueidad deltubo

Entrada de aire por el retén del eje Cambiar este reténEmulsión Purgar el circuitoSistema de entrada de aire en el depósitoobturado o no existe

Limpiar o instalar este sistema

Filtro de aspiración pequeño u obturado Instalar un filtro mayor o limpiarloDiámetro de la aspiración demasiado pequeño Colocar un tubo de diámetro mayorFugas en la carcasa Apretar los tornillos, comprobar si las fugas provienen de las

juntasPiezas defectuosas de la bomba o del motor Cambiar estas piezasBomba o motor sometidos a esfuerzos Verificar la alineación de la bancada y apretar los tornillos

uniformementeCuerpos extraños en el circuito de aspiración Eliminar estas partículas y si es necesario limpiar el circuitoMuelle de paleta roto Cambiar el muelleCircuito obturado Limpiarlo, y si es necesario, decaparlo y volverlo a limpiarTubo de aspiración aplastado Cambiar este tubo o tratar de repararloTemperatura del aceite demasiado elevada Verificar el circuito para encontrar el motivo (¿hay

refrigerador?)Bomba de alimentación averiada Buscar la causa y remediarla (¿suciedad?)Ruidos en el depósito (caja de resonancia) Cambiar la posición o fijación del depósito, instalar dispositivo

contra ruidosPoros en el flexible de aspiración CambiarloVibraciones en el circuito Buscar la causa y remediarlaOtros defectos en la bomba o en el motor Desmontar la bomba o el motor, verificar las piezas o probar los

elementos en un banco de pruebasNivel de aceite demasiado bajo Rellenar el depósito (fugas o circuito no lleno)Mal funcionamiento de la válvula deaspiración

Repararla o eliminarla

Mala calidad del aceite Consultar la sección de fluidosAlta velocidad de giro del motor Reducir la velocidad, colocar válvulas de frenado en el circuito

para evitar la aceleración del motor


24.1.3 Avería: la bomba o el motor se calientan excesivamenteCausas Soluciones

Mala calidad del aceite Consultar la sección de fluidosVelocidad del fluido demasiado alta Instalar tuberías de mayor diámetroNivel de aceite demasiado bajo Rellenar el depósito (fugas o circuito no lleno)Cartucho volumétrico de la bomba o delmotor gastados

Cambiar estas piezas.

Grandes esfuerzos radiales o axiales Limitarlos a los máximos permisibles y verificar alineacionesAumento de la velocidad inicial Verificar la presión máxima; si es necesario cambiar el tipo de

bomba (mayor caudal) e instalar la tubería correspondienteRefrigerador insuficiente Aumentar su capacidadRefrigerador obstruido Buscar la causa y remediarla (posos, sedimentos, etc.)Poca diferencia entre la presión de tarado y lade trabajo

Aumentar la presión de tarado o disminuir la de trabajo

Presión demasiado elevada Reducir la presiónMala elección del regulador de presión Sustituirlo por el adecuadoMal funcionamiento del circuito Verificar el circuito y si es necesario modificarloJuntas inadecuadas SustituirlasFiltro obturado o pequeño Limpiarlo o sustituirloVelocidad de giro demasiado alta Reducir esta velocidadCavitación Verificar el cebado de la bomba y purgar el circuitoSistema de aireación obstruido LimpiarloCircuito obstruido Limpiarlo y si es necesario decaparlo y volverlo a limpiarTubo de aspiración aplastado Cambiarlo o arreglarloAvería en la bomba de alimentación Buscar la causa y remediarlaOtros defectos de la bomba o del motor Desmontar estos elementos, verificar las piezas o probarlos en

un banco de pruebasEmulsión Purgar el circuito

24.1.4 Avería: la bomba no alcanza presión

Causas Soluciones

Presión mal regulada Verificar la presión y aumentarla si es necesarioLimitador de presión atascado RepararloDefecto del circuito eléctrico (solenoides deldistribuidor o contactos)

Verificar el circuito eléctrico y repararlo (excitación deldistribuidor de by-pass)

Fugas en el circuito (cilindros, válvulas, etc.) Comprobar las juntas y sustituir las defectuosasError de interpretación del circuito Verificar el circuito y modificarlo si es necesarioEje de la bomba roto o chaveta mal colocada Buscar la causa (¿bomba sometida a esfuerzos?), cambiar el eje,

colocar bien la chavetaMala regulación de los contactos de puesta envacío

Modificar la regulación de los contactos

La bomba no da caudal Ver 24.1.1Mala calidad del aceite Ver la sección de fluidosDispositivo de arrastre defectuoso Reparar este dispositivo (buscar las causas).La correa de arrastre patina Regular la correa o sustituirlaCircuito obstruido Limpiarlo, y si es necesario decaparlo y volverlo a limpiarJuntas imperfectas Sustituirlas


24.1.5 Avería: pérdida de velocidad del motor

Causas Soluciones

Presión de entrada muy baja Aumentar esta presiónPresión de salida muy elevada Verificar el circuitoPlato distribuidor no hace contacto Desmontar el motor y repararloPiezas del motor defectuosas Sustituir las piezasTemperatura del aceite demasiado elevada Comprobar el circuito para encontrar la causa (¿hay

refrigerador?)

24.1.6 Avería: control defectuoso de la velocidad

Causas Soluciones

Fugas importantes de la bomba Comprobar el caudal y las causas, y si es necesario sustituir labomba

24.1.7 Avería: el motor no funciona

Causas Soluciones

Par demasiado bajo Aumentar la presiónFugas internas o en el drenaje muy grandes Verificar el funcionamiento de la corredera del plato

distribuidorDefecto de las tóricas del plato distribuidor Colocarlas bien y verificar que el plato distribuidor se desplazaCaudal de la bomba insuficiente Comprobar las causas. Reparar la bomba o sustituirla por otra de

mayor caudalMotor demasiado pequeño Cambiarlo por un modelo mayor

24.1.8 Avería: mucho juego en el ejeCausas Soluciones

Rodamiento defectuoso Cambiar el rodamientoExcesivo esfuerzo radial o axial Limitar estos esfuerzos a los mínimos permisiblesAcoplamiento no equilibrado Equilibrarlo o cambiarlo

24.1.9 Avería: fugas en la bomba o en el motorCausas Soluciones

Mala estanqueidad de los racores Comprobar y remediarloMala estanqueidad del retén CambiarloFugas en la carcasa Comprobar si proceden de las juntas y reparar, y si es necesario

cambiar la carcasaSuperficies planas dañadas Rectificar y lapear pero se aconseja enviarla al constructor

Comprobar la contaminación del fluidoNo hay válvula de deceleración en el circuitodel motor (presión de frenado muy elevada)

Instalar una válvula de deceleración


24.2 Distribuidores

24.2.1 Avería: correderas agarrotadasCausas Soluciones

Por deformación Aflojar los tornillos y volverlos a apretar uniformemente.Verificar la planitud de las superficies de apoyo

Suciedad en el circuito Limpiar el circuito y si es necesario decaparlo y limpiarlo denuevo

Mala calidad del aceite Consultar la sección de fluidos

Agua en el circuito Si la hay, comprobar el refrigerador y el circuito de circulacióndel agua. Si no hay refrigerador buscar las posibles fuentes deingreso del agua (¿tapa del depósito?)

Aceite espeso (quizás por un largo período dealmacenaje)

Limpiar la corredera y si es necesario cambiar el aceite

Error en el montaje de las piezas Comprobarlo con los planos de despieces

Juntas imperfectas Sustituirlas

Gran velocidad de circulación del aceite(pérdida de carga)

Sustituir el distribuidor por otro de mayor diámetro

Tuberías sometidas a tensiones oalargamientos

Dotarlas de las curvas de compensación (solamente cuando haydiferencias importantes de temperaturas)

Aceite demasiado frío Hacer girar la bomba a baja presión para calentar el aceite oinstalar un sistema de precalentado

Corredera defectuosa Repararla

No hay drenaje o existe una contrapresión enesta línea

Conectar el drenaje o enviarlo directa e independientemente aldepósito

24.2.2 Avería: El solenoide no funciona

Causas Soluciones

Bobina quemada Buscar la causa y cambiar la bobina

Corredera agarrotada Ver 24.2.1

No llega corriente Comprobar cables y fusibles

Error en el circuito eléctrico Verificar el circuito

24.2.3 Avería: la presión piloto de la corredera no actúa

Causas Soluciones

Corredera agarrotada Ver 24.2.1

No hay presión Verificar el circuito

No hay línea de pilotaje Instalar esta conducción

Línea de pilotaje obturada Limpiar esta línea (acumulación de suciedad)

La corredera no retorna Bloque amortiguador mal regulado. Ver si el tapón taladrado delpiloto está obstruido


24.2.4 Avería: el distribuidor se calienta excesivamente

Causas Soluciones

Temperatura del circuito demasiado elevada Reducir la presión inicial o instalar un refrigerador

Mala calidad del aceite Consultar la sección de fluidos

Circuito sucio Limpiarlo y si es necesario decaparlo y volverlo a limpiar

Error en el circuito eléctrico Verificar este circuito

Corredera agarrotada Ver 24. 2.1

Corredera defectuosa Repararla

24.2.5 Avería: el distribuidor hace ruidoCausas Soluciones

Distribuidor demasiado pequeño Instalar distribuidor y tuberías de mayores dimensionesVibraciones en el circuito Fijar las tuberíasNo hay dispositivo antichoque Montar este dispositivoCorredera defectuosa RepararlaCorredera agarrotada Comprobar si el circuito tiene suciedad (ver 24.2.1)

24.2.6 Avería: fugas en el distribuidorCausas Soluciones

Mala estanqueidad de los racores Verificar las juntas (para fluidos especiales: juntas especiales)Juntas defectuosas CambiarlasRacores flojos ApretarlosDefecto del distribuidor Repararlo (¿grietas en el cuerpo?)Contrapresión en el drenaje Conectar esta línea directa e independientemente al depósitoNo está conectado el drenaje Conectarlo

24.3 Servoválvulas

24.3.1 Avería: servoválvulas agarrotadasCausas Soluciones

Tubería de alimentación obturada Verificar si el circuito está limpio y limpiarlo en caso contrarioFiltro obstruido Comprobar la limpieza del circuito y limpiar el filtro o cambiar

su cartuchoRetorno mecánico de la corredera (feed-back)agarrotado

Encontrar las causa y remediarla (válvula sometida a esfuerzos)

Válvula sometida a esfuerzos Aflojar los racores y volverlos a apretar uniformemente

24.3.2 Avería: la servoválvula no funcionaCausas Soluciones

Defecto del circuito eléctrico Verificar este circuito y el amplificadorCircuito magnético averiado Repararlo o cambiarloNo hay corriente diferencial Verificar la instalación eléctrica


No hay presión Verificar el circuitoTubería de alimentación obstruida Ver 24.3.1Filtro obturado Ver 24.3.1Retorno mecánico (feed-back) agarrotado Ver 24.3.1Válvula sometida a esfuerzos Ver 24.3.1Mala calidad del aceite Consultar apartado de fluidosAceite demasiado espeso Limpiar la válvula y si es necesario cambiar el aceiteTemperatura del aceite muy alta Reducir la presión inicial o montar o aumentar el refrigeradorVálvula pequeña capacidad Instalar una válvula mayorVálvula defectuosa Repararla

24.3.3 Avería: la servoválvula se calienta excesivamente

Causas Soluciones

Error en la corriente Verificar la corriente y los transformadores o instalar éstos

Retorno mecánico de la corredera (feed-back)agarrotado

Ver 24.3.2

24.4 Antirretornos

24.4.1 Avería: válvula agarrotadaCausas Soluciones

Válvula sometida a esfuerzos Aflojar los tornillos y apretarlos uniformementeMontaje incorrecto Respetar las instrucciones de montajeAsiento de la válvula desplazado Montar un nuevo asiento comprobando que queda bien

colocadoEl control del piloto agarrotado Buscar la causa y reparar o cambiar el controlNo hay drenaje ConectarloContrapresión en el drenaje Conectar el drenaje directa e independientemente al depósito

(sin unirlo a otros retornos o drenajes)

24.4.2 Avería: fugas

Causas Soluciones

Asiento de la válvula defectuoso Sustituir el asiento y la corredera comprobando la limpieza delcircuito

Mala estanqueidad Verificar las juntas (recordar que para fluidos especiales: juntasespeciales)

Juntas defectuosas Cambiarlas

Racores flojos Apretarlos

24.4.3 Avería: resonanciasCausas Soluciones

Falta de circuito antichoque Instalarlo


24.5 Reguladores de presión

24.5.1 Avería: cavitación en el regulador de presiónCausas Soluciones

Asiento defectuoso SustituirloControl del piloto defectuoso Reparar el controlVelocidad del aceite muy elevada Montar un regulador mayorMala calidad del aceite Consultar el apartado de fluidosCircuito obstruido Limpiar el circuito y si es necesario decaparloDefecto en el circuito antichoque Reparar el regulador o cambiar el muelle

24.5.2 Avería: regulador de presión agarrotadoCausas Soluciones

Regulador sometido a esfuerzos Aflojar los tornillos y apretarlos uniformementeTemperatura del aceite muy baja Hacer girar la bomba a baja presión o instalar un sistema de

precalentamientoTubería sometida a esfuerzos Instalar codos o tramos de tubería flexible para compensarNo existe drenaje o hay sobrepresiones Instalar esta línea o conectarla convenientemente

24.5.3 Avería: el regulador no funcionaCausas Soluciones

Muelle roto SustituirloRegulador agarrotado Buscar la causa y repararlo

24.5.4 Avería: el regulador se calienta excesivamenteCausas Soluciones

Temperatura del circuito demasiado elevada Respetar la presión máxima (¿refrigerador?)Velocidad del aceite demasiado alta Instalar un regulador mayor

24.6 Reguladores de caudal

24.6.1 Avería: el regulador no funcionaCausas Soluciones

Regulador sometido a esfuerzos Aflojar los tornillos y apretarlos uniformementeAsiento defectuoso SustituirloCorredera de estrangulación defectuosa SustituirloVálvula antirretorno agarrotada Verificar válvula y asiento (¿muelle roto?)Corredera de estrangulación SustituirloElemento compensador defectuoso Desmontar este elemento y sustituir las piezas defectuosasRegulador agarrotado Comprobar la limpieza del circuito y sustituir esta piezaMuelle roto CambiarloCorrosión en el dispositivo de regulación Limpiarlo o cambiarlo si es necesarioRegulador mal calculado Instalar el adecuado


24.7 Válvulas de frenado

24.7.1 Avería: el circuito antichoque no funciona

Causas Soluciones

Muelle roto o pistón agarrotado Sustituirlo

Circuito obturado Limpiarlo

24.8 Cilindros

24.8.1 Avería: el cilindro funciona demasiado libreCausas Soluciones

Juntas del pistón o de las guías defectuosas SustituirlasFugas en la guía Verificar la guía y sustituir las piezas defectuosasPresión demasiado baja Verificar la presión de funcionamiento. Instalar un regulador de

presión o de caudal

24.8.2 Avería: funcionamiento desigualCausas Soluciones

El cuerpo no es cilíndrico Sustituir el cilindro, o donde sea posible, retocar el cuerpo paraconseguir su forma.

Variaciones de esfuerzos Instalar una válvula de secuencia y una de retenciónVariaciones de presión Verificar el circuito

24.9 Filtros

24.9.1 Avería: filtración inadecuada

Causas Soluciones

Demasiada luz de malla Instalar un filtro de menos luz. Atención con la capacidad defiltrado

Filtro obturado, el aceite pasa en derivación através de la válvula incorporada

Limpiar el filtro y si es necesario todo el circuito

Error en la instalación Atención al sentido de circulación

Campo magnético averiado Instalar nuevos elementos magnéticos

Elementos obturados Limpiar los elementos, o cambiarlos

Error en el circuito Modificar el circuito

24.10 Depósitos

24.10.1 Avería: aceite contaminado

Causas Soluciones

Defectuosa estanqueidad de las juntas Sustituir las juntas, comprobando su compatibilidad con el tipode fluido y si es necesario modificarlas


Circuito contaminado Vaciar y limpiar el circuito

Filtro de aire inadecuado Instalar el requerido

Filtro de aire defectuoso Limpiarlo y cambiarlo

Tuberías y circuitos obstruidos Limpiar, decapar y limpiar nuevamente

24.10.2 Avería: emulsiónCausas Soluciones

Nivel de aceite muy bajo Llenar hasta el nivel máximoCircuito no lleno Rellenar el circuito (¿fugas?)Tubería de aspiración y retorno no separadaspor un tabique de decantación

Instalar este tabique en el depósito

Retorno por encima del nivel del aceite Instalar el retorno por debajo del nivel del aceite del depósitoCavitación Depresión demasiado fuerte en la aspiración. Verificar sección

del tubo, longitud y capacidad del filtroMala calidad del aceite Consultar apartado de fluidosDepresión en el interior del depósito Modificar el sistema de entrada de aire al depósitoMal montaje en la tubería de retorno En la tubería de retorno hay una T que hace de venturi, no

siendo el ramal central estanco a la depresión

24.10.3 Avería: temperatura demasiado elevadaCausas Soluciones

Ningún sistema de refrigeración Montar un refrigerador o modificar la superficie del depósitopara mejor disipación de calor

Refrigerador no adecuado Aumentar su capacidad o la superficie del depósitoSuperficie de disipación de calor muypequeña

Aumentar esta superficie

Alta temperatura ambiente Cambiar de sitio el depósito o instalar un refrigeradorDepósito cercano a una fuente de calor Verificar la distancia del depósito a la fuente de calor y si es

necesario montar una pantalla aislantePresión en el circuito demasiado elevada Modificar la presión inicialError en la instalación Modificar la instalaciónElementos defectuosos en el circuito (bomba,etc.)

Sustituir estos elementos

No hay indicadores de nivel de aceite y no esposible controlar dicho nivel

Instalar un indicador de nivel

24.11 Acoplamientos

24.11.1 Avería: el acoplamiento se calienta

Causas Soluciones

Mala alineación axial Alinear con toda precisión el acoplamiento, la bomba y eldispositivo de arrastre

Defecto eléctrico (acoplamiento eléctrico) Repararlo

Acoplamiento inadecuado Montar el acoplamiento adecuado


Poca elasticidad Montar un acoplamiento de mayor elasticidad

Amortiguadores defectuosos SustituirlosAcoplamiento mal equilibrado EquilibrarloSometido a esfuerzos o poco apretado Aflojar los tornillos y apretarlos uniformemente

24.12 Tuberías

24.12.1 Avería: vibracionesCausas Soluciones

Tuberías mal fijadas Colocar amarres suplementarios a intervalos regularesVariaciones de presión en el circuito Verificar las uniones entre las bombas y las válvulas (demasiada

tensión en los flexibles)Mala alineación axial Alinear axialmenteResonancias en cuerpos huecos Utilizar un sistema contra vibraciones en las planchas y fijar los

bastidores con hormigónNo hay circuito antichoque Instalar este circuitoCavitación en el circuito Buscar la causaInestabilidad en los reguladores de presión Comprobar estos reguladoresCaudal de la bomba a impulsos Comprobar con un oscilógrafo si el caudal de la bomba va a

impulsos y si es así cambiar la bombaAire en el circuito Circuito mal purgado

24.12.2 Avería: estanqueidad imperfectaCausas Soluciones

Juntas mal colocadas Colocar de nuevo las juntas según las instrucciones de montajeJuntas no colocadas MontarlasJuntas defectuosas SustituirlasRacores flojos Apretar los racoresInstalación defectuosa de la tubería Consultar las instrucciones de montaje

24.12.3 Avería: contaminaciónCausas Soluciones

Circuito no limpio Proceder en consecuenciaCircuito no decapado Decaparlo y volverlo a limpiarTuberías con calamina Eliminarla, limpiar el circuito y volver a montar las tuberíasMala soldadura Verificar las soldaduras y atenerse a las instrucciones de

montaje

24.13 Acumuladores

24.13.1 Avería: el acumulador no funciona

Causas Soluciones

Válvula de retención agarrotada Repararla o sustituirla

Presión demasiado baja del circuito Aumentar la presión inicial


Diferencia de presión demasiado pequeña Aumentar esta diferencia

Guarniciones y juntas rotas Sustituir las defectuosas

Mal montaje del acumulador Volver a montar respetando las instrucciones de montaje

24.13.2 Avería: el acumulador se calienta excesivamenteCausas Soluciones

Velocidad demasiado rápida Instalar una válvula de estrangulación y reducir la velocidadPresión demasiado elevada Reducir la presión inicial

24.14 Refrigeradores

24.14.1 Avería: refrigeración insuficienteCausas Soluciones

Temperatura de arranque del refrigeradordemasiado elevada

Instalar un refrigerador mejor adaptado o modificar el existente

Circuito obstruido Limpiar el circuitoPotencia escasa del ventilador Aumentar la potenciaCapacidad insuficiente del refrigerador CambiarloLlegada defectuosa del agua al refrigerador Comprobar la llegada de aguaVentilador defectuoso Reparar el ventiladorDefecto de fabricación Cambiar el refrigeradorAumento de la potencia de arrastre de lainstalación

Verificar que el tipo de refrigerador sea apropiado a la potenciade la instalación

Escasa capacidad de intercambio de calor ycirculación muy continua del mismo aceite

Montar un refrigerador de mayor capacidad o aumentar lacapacidad del depósito

24.14.2 Avería: emulsión de agua en el aceite

Causas Soluciones

Circuito de refrigerador defectuoso Reparar este circuito y vaciar completamente el aceite variasveces si es necesario hasta asegurarse que se ha eliminadocompletamente el agua

Fenómeno de condensación, temperatura deentrada del agua demasiado baja

Para evitar este fenómeno se deberá verificar el circuito. Lacondensación aparece cuando la temperatura del agua esdemasiado baja y cuando recircula poco aceite en el circuito

Entrada de agua por el depósito o loscilindros

Sustituir las juntas o los retenes para evitar la entrada de aguapor los cilindros o por el depósito. Hacerlo hermético y colocaruna vejiga de presurización

24.15 Varios

24.15.1 Avería: contaminación

Causas Soluciones

Filtración defectuosa Mejorar el filtrado


Los vástagos de los cilindros introducensuciedad

Montar collarines, juntas, retenes, etc.

No se ha protegido la instalación durante elmontaje y se ha producido contaminación enla puesta en marcha

Proteger los taladros con tapones durante el montaje y limpiarantes de la puesta en marcha

24.15.2 Avería: emulsiónCausas Soluciones

Aire en el circuito Purgar el circuitoCavitación Ver 24.1.2Línea de retorno por encima del nivel delaceite

Los retornos deben descargar por debajo del nivel del aceite

24.15.3 Avería: variación de temperaturaCausas Soluciones

No hay termostato en el refrigerador Montar un termostatoParadas intermitentes del refrigerador Comprobar el circuito

24.15.4 Avería: presostato inestableCausas Soluciones

Dispositivo defectuoso CambiarloMicrocontacto defectuoso CambiarloFuga de corriente Verificar eléctricamente el contacto de presión. Si es necesario

utilizar el contacto con protectorCircuito eléctrico defectuoso Verificar el circuito

Anexos

Anexo 2 Fórmulas más usuales 175

1 Simbología

Para conseguir una visión general de un sistema o circuito se precisa un método para representarlo, esdecir, un dibujo o diagrama en el que aparezcan todos y cada uno de sus componentes, así como lasconexiones y líneas que los enlazan entre sí.

Cuando este diagrama o esquema está bien realizado se puede fácilmente comprender elfuncionamiento del conjunto sin necesidad de una memoria explicativa del mismo.

Para facilitar la comprensión de un esquema se representan los elementos que lo componen por mediode unos símbolos estandarizados que se reflejan a lo largo del presente capítulo.

Los símbolos de los componentes representan esquemáticamente su funcionamiento interno y susistema de control o regulación, ya que si se representaran en función de su apariencia externasurgirían muchos problemas de interpretación al haber muchos componentes externamente iguales.

Existen diversas normas para simbolizarlos distintos elementos. Entre ellas, las más utilizadas enEuropa son las CETOP (Comité Europeene des Transmissions Oleohydrauliques et Pneumatiques), olas ISO (International Standard Organisation).

Las tablas siguientes explican cómo representar un elemento, en un circuito, de la forma más sencilla yclara posible, si bien cuando se diseña y se hace el diagrama suelen incluirse detalles no consideradosen la simbología estándar. Por ejemplo, un motor bidireccional debe tener un drenaje externo. Estedrenaje no viene representado en la simbología estándar, pero al dibujar el circuito sí se representa yaque se debe informar al montador sobre la existencia del mismo y el lugar determinado donde seconectará este drenaje.

Al final de los capítulos dedicados al diseño hay una serie de ejemplos de esquematización de circuitosclaramente explicados.

Los componentes de un circuito oleohidráulico se esquematizan en un croquis del circuito mediante unsímbolo; al ser diversas las opciones de montaje (válvulas) o de construcción (bombas y motores) quepueden aparecer en un sistema, y para una mejor clarificación de las mismas, acompañará al croquisdel sistema una memoria explicativa de los componentes. Así por ejemplo, se especificará si la bombao el motor es de paletas, engranajes o pistones, si las válvulas son insertadas o para montaje en línea opanel, etc.


Descripción Símbolo Aplicaciones

1 Básicos

1.1 Líneas

Continuas

Trazo largo

Trazo corto

Doble

Cadena larga

Línea principal

Línea secundaria

Linea de drenaje o pilotaje

Conexión mecánica (eje, palanca,....)

Envoltura (Límite de un conjunto)

1.2 Círculos, semicírculos

Grande

Mediano

Pequeño

Muy pequeño

Semicírculo

Unidades de conversión de energía

(bombas, motores, compresores...)

Instrumentos de medida

Conexiones rotativas, válvulas con bola

Accionadores mecánicos

Actuadors rotativos

1.3 Cuadros y rectángulos Generalmente válvulas de control(excepto antirretornos)

1.4 Rombos Aparatos acondicionadores (filtros,separadores, lubricadores, intercamb.)

1.5 Varios Conexión entre líneas

Muelle

Restricción (afectada por la viscosidad)

Restricción (no afectada por la viscos.)

2 Funcionales

2.1 TriángulosSólido

Hueco

Dirección del fluido hidráulico

Dirección del fluido neumático

2.2 Flechas Dirección y sentido de giro

Vias y dirección (internas en válvulas)

2.3 Flecha inclinada Posibilidad de regulación o variación



3 Bombas y compresores

3.1 Cilindrada fijaUna dirección del fluido

Dos direcciones del fluido

3.2 Cilindrada variableUna dirección del fluido


3.3 Compresor (capacidad fija) Siempre una dirección del fluido

4 Motores y bomba-motor

4.1 Cilindrada fija Una dirección del fluido


4.2 Cilindrada variable Una dirección del fluido


4.3 Oscilante

4.4 Cilindrada fijaFunciona como bomba o como motorsegún la dirección del flujo

Funciona como bomba o como motor sincambiar la dirección del flujo

Funciona como bomba o como motorindependientemente de la dirección delflujo



4 Motores y bomba-motor (cont.)

4.5 Cilindrada variable Funciona como bomba o comomotor sin cambiar la dirección delflujo

4.6 GruposConvertidores de par

5 Cilindros

5.1 De simple efectoRetorno por fuera sin especificar

Retorno por muelle

5.2 de doble efectoCon un vástago

Con doble vástago

5.3 Diferencial Depende de la diferencia de áreasefectivas a ambos lados del pistón

5.4 Con amortiguadorAmortiguador simple y fija

Amortiguador doble y fija

Amortiguador simple y ajustable

Amortiguador doble y ajustable

5.5 TelescópioDe simple acción

De doble acción



5 Cilindros (cont.)

5.6 Multiplicador

de presión

La relación de presiones entre laentrada y la salida será proporcionala la relación de áreas de los émbolos

5.7 Actuador aire-aceite Convierte una presión neumática enhidráulica.

6 Válvulas de control: generalidades

6.1 Un cuadro Se trata de una válvula de control depresión o de caudal

6.2 Dos o más cuadros Se trata de una válvula direccionalcon tantas posiciones como cuadros

6.3 Simplificado Usado para válvulas repetitivas, elnúm. remite a la válvula original

7 Válvulas direccionales: generalidades

7.1 Pasos

Cuadros que

contienen lineas

interiores

Un paso

Dos vías cerradas

Dos pasos

Dos pasos y una vía cerrada

Dos pasos interconectados

Un paso en by-pass y dos víascerradas

8 Válvulas direccionales

8.1 Dos vías y

dos posiciones

Control manual

Accionada por presión

8.2 Tre vías y

dos posiciones

Accionada por presión en amboslados

Accionada por solenoide y retornopor muelle

8.3 Cuatro vías y

dos posiciones

Pilotada por válvula de solenoide yretorno por muelle


Descripción Símbolo Aplicaciones8 Válvulas direccionales (cont.)

8.4 Cinco vías y dos posiciones

Accionada por presión enambos sentidos

8.5 Cuatro vías y tres posiciones

Pilotada con válvula desolenoide y centrada pormuelles

9 Válvulas progresivasDos posiciones extremas y un número infinito de posiciones intermedias, en función del desplazamiento

9.1 General Muestra las dos posicionesextremas

Muestra las dos posicionesextremas y la central (o neutral)

9.2 Dos vías Accionada por rodillo y retornopor muellle

9.3 Tres vías Accionada por presión y retornpor muelles

9.4 Cuatro vías Accionada por palanca

10 Servoválvulas10.1 De una etapa Funcionamiento directo

Con realimentación mecánica ypilotaje indirecto

10.2 De dos etapasCon realimentación hidráulicay pilotaje indirecto

11 Antirretornos11.1 Libre Abre si la presión de entrada es

superior a la de la salida11.2 Con muelle Idem, más la fuerza del muelle

11.3 Paracaídas Cierra al romperse la tubería ydespresurizar

11.4 Pilotado abierto Al pilotar se cierra el paso

11.5 Pilotado centrado Al pilotar se abre el paso

11.6 Selector de pilotaje Mantiene la presión en la líneade pilotaje tomándola de lalínea activa



12 Válvulas reguladoras de presión

12.1 SeguridadDirecta

Con pilotaje interno

Con pilotaje interno y drenaje externo

12.2 Seguridad proporcional

La presión de salida queda limitada a unvalor proporcional al del pilotaje

12.3 SecuenciaAbre cuando la presión de entrada vence lafuerza del muelle

12.4 ReductoraSin descarga

Sin descarga y con control remoto

Con descarga

Con descarga a tanque y con controlremoto

12.5 Reductora diferencial La presión de salida se reduce en una

cantidad fija de la presión de entrada

12.6 Reductora proporcional

La presión de salida se reduce en relaciónfija a la presión de entrada

12.7 Control remotoControla la presión de pilotaje de laválvula principal

12.8 Puesta en vacío, descarga Al llegar a una presión determinada

conecta al tanque la línea principal



13 Válvulas reguladoras de caudal

13.1 Genérica Símbolo simplificado no indica elmétodo de control ni el estado de laválvula

13.2 ProporcionalControl manual

Control mecánico y retorno por muelle

13.3 Reguladora Caudal de salida constanteIndependiente de la presión de entrada

Caudal de salida constante.Igual que la anterior, pero descargandoal tanque el exceso de caudalCaudal de salida regulable

Caudal de salida regulable y descargaa tanque

Nota: las válvulas compensadasoperan en un sólo sentido decirculación. Para caudales invrsosincluiran un antirretorno

13.4 Divisora de caudal El caudal se divide en otros dos conrelaciones constantes, independientesde las variaciones de presión

13.5 Llave de bola Funciona totalmente abierta o cerrada

13.6 Llave de paso Funciona totalmente abierta o cerrada

13.7 Válvula de aguja Permite restringir el caudal

14 Válvulas de cartucho

14.1 Corredera normalizada Relación de áreas = 1:1

Relación de áreas = 1:1,1 y 1:2


Descripción Símbolo Aplicaciones 14 Válvulas de cartucho (cont.)14.2 Corredera reguladora de caudal Relación de áreas = 1:2

14.3 Corredera extrangulada Relación de áreas = 1:1,1

15 Fuentes de energía15.1 Fuentes de presión

HidráulicaNeumática

Fuente de energía inespecífica

Fuente de energía hidráulica

Fuente de energía nemótica

15.2 Motor eléctrico

15.3 Motor térmico

16 Acumuladores16.1 Neumático

El fluido se mantiene presurizado ensu interior por medio de un gascomprimido

16.2 MecánicoEl fluido se mantiene presurizado ensu interior por medio de un muellle

16.3 Vejiga Se utiliza para mantener presuri-zados los depósitos hidráulicos



17 Líneas y conexiones

17.1 Principal

Rígida

Flexible

Línea principal de presión, retorno oaspiraciónRígida

Flexible

17.2 PilotajeLínea de pilotaje

17.3 DrenajeDrenaje o purga

17.4 Unión de líneasCon unión

17.5 Cruce de líneasSin unión

17.6 Purga de airePara eliminar el aire del circuito

17.7 Toma de energía

con tapón

conectada

Utilizadas para tomas de fuerzahidráulica o para la conexión deinstrumentos de medida

17.8 Enchufe rápido

desconectado

conectado

Sin válvula de retención

desconectado

conectado

Con válvula de retención y aperturamecánica

17.9 Conexión rotativaDe un paso

De tres pasos


Descripción Símbolo Aplicaciones 18 Acondicionadores

18.1 Filtro o colador

18.2 Filtro con by-pass Y con indicación de colmación

18.3 Filtro de aires Para aireación de depósitos yfiltración en cilindros de simple efecto

18.4 Tapón de llenado Para llenados de depósitos, puedeincluir un filtro de aire

18.5 Controlador de

temperatura

Inespecífico

18.6 Refrigerador Por agua

Eléctrico

18.7 Calentador Por agua

Eléctrico

19 Mecanismos de control

19.1 Manuales Pulsador

Palanca

Pedal

19.2 Mecánicos Seguidor

Muelle

Leva

Leva unidireccional

19.3 Eléctricos Solenoide

Proporcional

Motor


Descripción Símbolo Aplicaciones 19 Mecánicos de control (cont.)19.4 Hidráulicos Por presión

Por presión diferencial

19.5 Combinados Hidráulico y eléctrico

20 Instrumentos de medición20.1 Manómetro

20.2 Termómetro

20.3 Caudalímetro

21 Accesorios21.1 Aislador de manómetro

21.2 Selector de manómetro

21.3 Válvula de purga de aire

21.4 Nivel de fluido Simple

Con termómetro

21.5 Presostato

21.6 Acoplamiento elático

Notas: Para aplicaciones móviles los distribuidoresmanuales estan diseñados de forma que se puedenconectar en serie las unidades que seannecesarias; así mismo, el primer cuerpo llevaincorporada la válvula de seguridad


2 Fórmulas mas usuales

Son muchas las fórmulas empleadas en el estudio de los sistemas hidráulicos, algunas relacionadas conla hidráulica propiamente dicha, y otras de carácter mecánico y de resistencia de materiales.

El presente capítulo resume las más usuales.

2.1 Fórmulas básicas hidráulica

Presión P = F / A

Caudal Q = V / t

Potencia absorbida por una bomba N =(P · Q) / ηtotal

Potencia desarrollada por un cilindro N = F · c

Potencia desarrollada por un motor N = P · Q · η

Potencia desarrollada por un motor N = M · n · η

Par desarrollado por un motor hidráulico M = N / (η · n)

Par desarrollado por un motor hidráulico M = (P · Q) / (n · η total)

Potencia disipada en un extrangulamiento N = K · Q · ∆P

Caudal absorbido por un cilindro Q = A · c

Caudal de una bomba o motor Q = V · n

Fuerza desarrollada por un cilindro

Avance (sección pistón) F = P · π · R²

Retroceso (sección anular) F = P · π · (R² - r²)

Velocidad lineal de un cilindro c =Q / (π · R²)

Compresibilidad del aceite * ∆V = - (∆V / ∆P) / V

Descompresión del aceite ** ∆V = + (∆V / ∆P) / V

Rendimiento volumétrico ηv = Qreal / Qteórico

* Valores aproximados: a una presión de 70 kg/cm² corresponde una compresión del 0,5% ;a 100 kg/cm² del 0,75%, y a 140 kg/cm² del 1%

** Se debe descomprimir cuando ∆V supere los 160 cm3


2.2 Construcción de un cilindro

Pandeo del vástago (Euler)

φ α πmin F L E= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅( ) / ( )2 364

φmin = Diámetro mínimo del vástago (mm)F = Fuerza (kg)L = Longitud de pandeo (cm)α = Coeficiente de seguridad < 3E = 20000 kg / cm²

Espesor de las paredes del cilindro

e R P R Pi p i p i= ⋅ + − −( / ) (( ) / ( ))φ 2 1

e = Espesor de la pared (mm)φi = Diámetro interno (mm)Rp = Resistencia práctica (8:10) (kg/cm2)Pi = Presión interior (kg/mm2)

2.3 Número de Reynols

Para determinar si la circulación de un fluido en el interior de una tubería es laminar o turbulenta

Circulación laminar : Re < 2.500Circulación turbulenta: Re > 3000

Re = (c · φ ) / ν

donde ν es la viscosidad cinemática = η / ρ

2.4 Caudal que pasa por una conducción

Q = c · A

Factor importante para determinar la sección en tuberías de aspiración y retorno, así como el tipo decirculación. En el retorno se recomienda una velocidad de circulación inferior a 5 m/s y en laaspiración entre 0,50 y 1 m/s.


2.5 Pérdida de carga por rozamiento en el interior de una tubería

∆P = (8 · Q2 · λ · Le ) / (π2 · φ 5)

Q = Caudalλ = Coeficiente de rozamientoLe = Longitud equivalenteγ = Peso específico del líquidoφ = Diámetro interior del tubo

Con circulación laminar (Poisenille) λ = 64 / Re

2.6 Aumento de la temperatura por laminación (para aceites minerales)

∆t = ∆P / 16,8

2.7 Caudal a través de un extrangulamiento

Q K Pc= ⋅ ( / )∆ ρ

Kc = Coeficiente de contracciónρ = Densidad

2.8 Vida de una bomba

T = K / (n · P3 )

T = Tiempo de vidaK = Constante según el tipo de bombaP = Presión de trabajo

2.9 Viscosidad cinemática

ν = µ / ρ

ν = Viscosidad cinemáticaµ = Viscosidad dinámicaρ = Densidad

2.10 Par de un motor de una transmisión

Disponemos de una transmisión hidráulica y deseamos saber qué par desarrollará el motor hidráulicode la misma


M = Mbomba / (Vm / Vb )

Vm = Cilindrada motorVb = Cilindrada bomba

2.11 Cálculo de la transmisión para un vehículo

2.11.1 Esfuerzo de tracción (Rule Thumb Value)

ET = (m · βd · cos ϕ) + (p [kg] · λr · sen ϕ)

ET = Esfuerzo de tracción (kg)m = Peso del vehículo (kg)βd = Coeficiente de deslizamiento = 0,8ϕ = Ángulo de la pendienteλr = Coeficiente de rodadura = 4%

2.11.2 Par en las ruedas

Mr = ((φ / 2) · ET) / nh

φ = Diámetro de las ruedas motricesnh = Número de motores hidráulicos

2.11.3 Reducción

R = Mr / Mm = ((φ / 2) · ET) / (1,6 · P · V · η · nh )

Mm = Par motorV = Cilindrada motorη = Rendimiento

2.11.4 Velocidades en llano

Desarrollo de la rueda

L = 2 · π · r

Caudal de la bomba

Q = nb · Vb

Velocidad

C= (nm · L) / R = (Vb · L) / (Vm · R)

nb = Velocidad de la bombaVb = Cilindrada de la bombanm = Velocidad motorVm = Cilindrada del motorR = Reducción


2.12 Cálculo de una maquinilla de pesca

φm

Fig. A.2.1 Maquinilla de pesca

Para el cálculo de una maquinilla de pesca se parte, generalmente, de los datos facilitados por elpropio interesado, que indicará el tiro en kilos que desea conseguir y la velocidad de avance.

Los otros datos, como son la reducción existente y el diámetro del tambor, los facilitará cuando setrate de una adaptación de un sistema antiguo a otro, pero podrán ser definidos por el diseñador delsistema hidráulico cuando se trate de la construcción de una maquinilla nueva.

2.12.1 Velocidad de avance

C = π · φ · nt

C = Velocidad de avance del cableφ = Diámetro medio del tambornt = Velocidad de giro del tambor

2.12.2 Par en el tambor

Mt = T · (φ / 2)

T = Tiro

2.12.3 Par en el motor hidráulico

Mm = Mt / R = Mt (φ / 2)

R = Reducción

2.12.4 Potencia del motor

Nm = Mm · nm = P · Q · η

nm = Velocidad del motor

2.12.5 Velocidad del motor

nm = nt · R


2.12.6 Tiro

T = P · Vm · R · η) / (φ / 2)

Vm = Cilindrada motor

2.13 Selección del diámetro de las tuberías

Cuando se habla de diámetro de una tubería se entiende siempre el diámetro interno,independientemente del espesor de la pared. En la práctica existen diversos espesores de pared paracada medida normalizada de diámetro interno de tubería. La selección del espesor de la pared de lastuberías vendrá determinada por la presión máxima de la línea.

D

Ss

d

S = ·(D /2 )π

S i D = 2d ; S = 4 s

s = ·(d /2 )π 22

E n e s ta sec c ió n e l f lu ido c i rcu la rá

4 v e ce s m á s ráp id o

D d

Fig. A.2.2 Relación sección / caudal

El diámetro interno de una tubería es la base de cálculo de la velocidad de circulación del fluido por suinterior, y la sección o área de una tubería es proporcional al cuadrado de su radio.

La fig. A.2.2 ilustra esta relación en la que al doblar el diámetro, para obtener igual área de paso (igualvelocidad de circulación), se ha de cuadriplicar el número de tuberías.

El nomograma de la página siguiente sirve para el cálculo rápido de la sección o diámetro de la tuberíanecesaria en función del caudal y la velocidad de circulación. El ejemplo ilustra el cálculo de unatubería para 50 l/min de caudal a una velocidad de 1 m/s (aspiración); al trazar la recta que une estosdos parámetros se cruza la línea central en un valor de 3,3 cm de diámetro de tubo, por lo que se usaráel tubo estandarizado del diámetro inmediatamente superior al obtenido.


1 2 3 4 5 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 1 00 2 00 3 00 4 00

,2

,2

,4 ,6 ,8 1 2 3 6 8 9 1 0

1 308 04 02 01 0

4 5

86421,6,4,1,0 6,0 3

1 5 1 0 8 6 5 4 3 2 1 ,4 1 ,8 ,6

C a u da l de ac e iteQ [ 1 /m in ]

φφ

In te r io r de l tu bo [c m ] S ec c ió n d el tu b o

A [ cm ]2

Ve lo c id a d de c i rc u la c ió nv [m /s ]

∆P = K g ./c m2

Q = 1 /m in P é rd ida d e c a rg a p or cada 1 0 m e tro s de tu bería (D IN 23 91 )c on a ce ite d e 5 E ng ler de v isco sida d y a 5 0 C

L a m ina r

Turb u len ta

,0 2 ,0 5 ,1 1 2 5 10 50 10 0 50 01

23

5

10

2030

50

10 0

20 0

50 0

10 00

� �

La gráfica anterior representa la relación entre el caudal y la pérdida de carga en cada 10 m de tuberíade distintos diámetros.

Anexo 3 Unidades 195

3 Unidades

Una vez conocidas y estudiadas las fórmulas empleadas en el diseño de los sistemas hidráulicos, surgela necesidad de convertir las unidades de medición al sistema más usual.

Las distintas magnitudes empleadas en los cálculos de los circuitos pueden expresarse según distintossistemas: el métrico-decimal (el más empleado) y el anglosajon (usado en el Reino Unido y en USA).

La relación siguiente muestra algunas de estas unidades, su símbolo convencional y la abreviaturausada para cada magnitud:

Simbolo Magnitud UnidadA área metro cuadrado m2

a aceleración metro por segundo al cuadrado m / s2

c velocidad absoluta metro por segundo m / sCf coeficiente de fricción adimensional

D, φ diámetro metro me espesor de una tuberia metro mF fuerza newton Nf coeficiente de fricción en tuberías adimensionalG fuerza de gravedad newton Ng aceleración de la gravedad metro por segundo al cuadrado m / s2

K constante en general adimensionalK modulo de elasticidad volumétrico adimensional

L, l longitud metro mM momento de inercia newton metro N· mM par newton metro N· mm masa kilogramo kgn número de revoluciones s-1

N potencia en general vatio WP presión bar, pascal bar, PaPa presión atmosférica bar bar∆P golpe de ariete, pérdida de carga bar bar

Q, q caudal metro cúbico por segundo m3 / sr radio metro m

Re número de Reynolds adimensional


t temperatura Celsius grado ºCt tiempo segundo su velocidad tangencial metro por segundo m / sV volumen metro cúbico m3

W trabajo en general julio Jα ángulo plano radián radβ ángulo plano radián radβ coeficiente de fricción en tuberías segundo cuadrado por metro s2 / mγ peso específico kilogramo por metro cúbico kg / m³ηt rendimiento adimensionalηb rendimiento de la bomba adimensionalηm rendimiento motor adimensionalηh rendimiento hidráulico adimensionalηc rendimiento mecánico adimensionalκ coeficiente de compresibilidad pascal Pa-1

µ coeficiente de rozamiento adimensionalλ viscosidad dinámica newton segundo por metro cuadrado N· s /

m²ν viscosidad cinemática metro cuadrado por segundo m² / sρ densidad kilogramo por metro cúbico kg / m³σ tensión superficial newton por metro N / mω velocidad angular radian por sigundo rad / sε modulo de elasticidad kilopondio por centímetro cuadrado Kp /

cm²

Anexo 4 Índices de contaminación de los fluidos 197

4 Índices de contaminacion de los fluidos

Con la utilización masiva de válvulas proporcionales, servoválvulas y componentes con ajustadastolerancias, surge la necesidad de utilizar fluidos con un nivel de contaminación máximo aceptablepara estos componentes.

Ahora son ya muchos los fabricantes que en lugar de recomendar un grado de filtración mínimo parael correcto funcionamiento de sus componentes, prefieren recomendar un grado máximo decontaminación. Con ello se evitan los problemas surgidos por la definición de micras absolutas onominales o por el hecho de que aún y con el filtro adecuado, el nivel de contaminación del fluido seasuperior al máximo recomendado (por mal funcionamiento del filtro, rotura del elemento filtrante,válvula by-pass abierta, etc.).

Cada día más usuarios de instalaciones hidráulicas, como primera medida de mantenimientopreventivo, exigen un grado de filtración en sus circuitos capaz de mantener el fluido dentro de unnivel de contaminación establecido.

La distribución por tamaños de las partículas contaminantes en un fluido hidráulico usado (o en uso),es casi constante. Las cantidades entre partículas de un rango de tamaños y la del rango siguientemantienen unas relaciones casi constantes que han dado origen a todas las tablas empleadas paraindicar los índices de contaminación de los fluidos.

Nota: Los fluidos nuevos (sin usar) contienen también contaminantes, aunque generalmente (salvo los que sesuministran ultrafiltrados) tienen gran cantidad de partículas de gran tamaño (silicatos, fibras, pintura delbidón, etc.) y muy pocas de tamaño inferior a los 10 µm , ya que éstas se originan por el desgaste de loscomponentes del sistema hidráulico.

Existen diversas normas internacionales para definir un fluido en función de la cantidad decontaminantes que lleva en suspensión. Los métodos más empleados son las normas CETOP RP 70H, ISO:DIS 4406 y SAE : J1165, aunque en algunas aplicaciones todavía se emplean las normas NASy MIL.

La tabla siguiente es la clave para la determinación del código ISO o CETOP. Para la determinacióndel nivel de contaminación de un fluido según las normas ISO sólo se cuentan las partículas superioresa 5 y 15 micras, y se identifica el fluido con las dos cifras correspondientes de la columna de laderecha de la tabla siguiente. Así pues, según el código ISO, un fluido 16/12 tendrá entre 32.000 y64.000 partículas superiores a 5 µm y entre 2.000 y 4.000 partículas superiores a 15 µm en una muestrade 100 ml.


Cantidad de partículas en 100 ml.Mínimo

Cantidad de partículas en 100 ml.Máximo

Número deCÓDIGO

8.000.000 16.000.000 244.000.000 8.000.000 232.000.000 4.000.000 221.000.000 2.000.000 21500.000 1.000.000 20250.000 500.000 19130.000 250.000 1864.000 130.000 1732.000 64.000 1616.000 32.000 158.000 16.000 144.000 8.000 132.000 4.000 121.000 2.000 11500 1.000 10250 500 9130 250 864 130 732 64 616 32 58 16 44 8 32 4 21 2 1

La tabla siguiente es la representación gráfica del código ISO, y es utilizada normalmente paraexpresar los resultados de los análisis de contaminante sólido de los fluidos hidráulicos.

El recuento de partículas en laboratorio se realiza por dos medios distintos: recuento visual pormicroscopio, con el que además se pueden medir las partículas mayores y determinar su origen ocomposición, y el recuento electrónico, mucho más rápido, aunque sólo nos indica cantidades departículas superiores a un tamaño determinado, pero no nos ofrece las dimensiones de las partículasmayores ni la composición del contaminante. Además, los contadores electrónicos cuentan comopartículas las burbujas de aire, que, a pesar de ser contaminantes, no tiene la consideración departículas.

Las dos líneas inclinadas de la tabla siguiente representan los índices de contaminación de fluidoshidráulicos en uso. Como ya se ha dicho, cuando un fluido es nuevo la inclinación de estas líneas seinvierte ya que tiene gran cantidad de partículas de gran tamaño procedentes de los procesos deelaboración, almacenamiento y embalaje, pero tiene pocas partículas menores de 10 µm ya que no hasufrido el proceso de desgaste debido al funcionamiento.

Una vez determinado el índice de contaminación aceptable o máximo para un determinado circuitohidráulico, es muy fácil de determinar la relación β del filtro necesario para mantener el fluido dentrode estos límites.

Anexo 4 Índices de contaminación de los fluidos 199

C Ó D IG OIS O

IS O -D IS 4 .4 06S A E J-11 65

1 0

1 0

1 0

1 0

1 0

1 0

1 0

1 0

2

3

4

5

6

7

8

1 5 1 5 3 0 4 0 5 0 6 0 8 0 1 00

Código ISO - CETOP

Anexo 5 Filtración: varios 201

5 Filtración: varios

5.1 Localización del filtro

La localización del filtro en el sistema es casi tan importante como el funcionamiento y la calidad delmismo. Aunque no existan normas concretas sobre la localización de los filtros en los sistemas, debidoa la variedad de los mismos, sí se pueden establecer unos criterios básicos para las aplicaciones másusuales. Así por ejemplo, en todos los depósitos que no estén presurizados se colocará un filtro deaire, y para evitar posibles fallos catastróficos en las bombas se incluirá un filtro en la línea deaspiración.

En cualquier circuito con servoválvulas se deberá colocar un filtro de presión, sin válvula by-pass,inmediatamente antes de esta servoválvula. A este filtro le llamaremos de protección de servoválvula,y deberá ir acompañado por otros de presión o retorno en el mismo circuito.

En sistemas simples la utilización de un filtro de presión o de retorno depende sólo del criterio deldiseñador, aunque el de presión ofrece mayores ventajas que el de retorno. En circuitos más complejossuelen emplearse ambos, e incluso sistemas de filtración en derivación. A pesar de todo cada circuitodebe estudiarse aisladamente para definir la localización idónea de los filtros en función de lastolerancias, la importancia de sus componentes y las condiciones generales de trabajo.

5.2 Grado de filtración

El grado de filtración requerido por un circuito es difícil de cuantificar debido a los muchos factoresque influyen, tanto por sus componentes como por su ambiente de trabajo.

Según su grado de filtración definiremos dos tipos de filtro:

a) Filtro de seguridad, cuyo grado de filtración será de 25 micras absolutas, empleado para detener laspartículas que pudieran ocasionar fallos catastróficos.

b) Filtros antipolución, capaces de detener aquellas partículas que generarían el desgaste de loscomponentes. Estos filtros detendrán también las partículas de mayor tamaño que podrían ocasionarfallos catastróficos.

La tabla siguiente da unos valores orientativos del grado de filtración absoluta aconsejable en diversasaplicaciones, aunque en todo caso se deben respetar las instrucciones o recomendaciones que, sobre elgrado de filtración, indiquen los fabricantes de los diversos componentes.


Tipo de circuito Ejemplo Grado de filtraciónCircuito convencional Maquinaria móvil de 15 a 25 µCircuito convencional Maquinaria obras públicas de 15 a 25 µCircuito convencional Maquinilla pesca 25 µCircuito convencional Maquinaria de plástico de 15 a 25 µCircuito convencional Siderurgia y laminación de 6 a 25 µCircuito convencional Máquina herramienta de 6 a 25 µCircuito convencional Maquinaria industrial de 6 a 25 µCircuito de dirección Maquinaria móvil y obras públicas de 15 a 25 µTransmisión hidrostática Vehículos móviles de 3 a 6 µServoválvulas Maquinaria de plástico 3 µCircuito con válvulas de cartucho Maquinaria de plástico de 6 a 15 µRobots y máquinas transfert 3 µ

5.3 Análisis de los componentes averiados

Se deberá establecer un programa que garantice que todas las piezas averiadas sean remitidas aldepartamento de control de calidad para que les realice una "autopsia" que permita determinar lascausas de la avería.

El análisis de las averías ha sido normalmente olvidado en el campo de la hidráulica y, sin embargo,hay mucho que determinar tras el estudio sistemático y profundo de las piezas averiadas. Por ejemplo,el hecho de que una bomba se haya averiado por cavitación, desgaste adhesivo, desgaste abrasivo,fatiga, ingresión masiva de partículas, corrosión, etc., es relativamente fácil de determinar en unanálisis, y muy importante para encontrar la solución correcta al problema de la rotura o avería, asícomo para la prevención de averías similares en el futuro.

5.4 Efectos del contaminante en los componentes

Los orígenes del contaminante, su reducción, sus efectos y otros factores sobre la contaminación y lafiltración de fluidos oleohidráulicos, son tratados en otro texto del mismo autor, sin embargo y, debidoa su importancia, en el presente texto se resumen los efectos producidos por los contaminantes.

En un sistema hidráulico los contaminantes, según su naturaleza, pueden ser:

Sólidos: cualquier partícula metálica o no, cuya consistencia y dureza la cataloguen como sólida.

Líquidos: contaminantes como agua, disolventes, combustibles, etc., de consistencia líquida

Gaseosos: aquellos que, compuestos por aire, gases, vapores, etc., adoptan la forma de burbujas dentrodel fluido.

Cada uno de estos contaminantes produce distintos efectos y origina distintos tipos de averías en loscomponentes del sistema hidráulico. La tabla siguiente resume, para cada componente típico delsistema, los efectos que les causan los distintos contaminantes, con independencia de su concentracióno tamaño.

Anexo 5 Filtración: varios 203

Componente Efecto producido sólido líquido gasFluido obstruye pilotajes y drenajes sí

acelera su propia oxidación sí sí síreduce su función de lubricar sí sí sípierde capacidad de prestación térmica sí sí síaltera sus propiedades físicas / químicas (oxidación) sí sí sí

Bombas y motores cavitación sídesgaste de placas de presión sí sí síreducción del rendimiento sí sí sífuncionamiento irregular sí sí síoxidación, sedimentación sí sí

Válvulas en general vibraciones sí sírateo sí síagarrotamiento sífugas internas sídesgaste general sí síoxidación, sedimentación sí

Distribuidores y/oelectroválvulas

rateosí sí sí

agarrotamiento sífugas internas síposicionado incorrecto sífuncionamiento inconstante sí síquemadura del solenoide sí síoxidación, sedimentación sí síimanación sí

Servoválvulas pérdida de eficacia y precisión sí sí sídesgaste síagarrotamiento síposicionado incorrecto sí sí síimanación síoxidación, sedimentación sí sí

Cilindros desgaste pistón y camisa símovimiento inconstante sí síoxidación, sedimentación sí sí

Filtros colmatación sí sí sídescomposición sí síaltera sus propiedades sí

Juntas desgaste sídescomposición sí sí síaltera sus propiedades sí sí sí

Anexo 6 Análisis de los aceites 205

6 Análisis de los aceites

6.1 Viscosidad

Es la característica más importante de un fluido, por medio de la cual se obtiene su capacidad física delubricación.

Se puede definir como la resistencia interna que ofrecen entre sí las moléculas al deslizarse unas sobreotras. Esta definición viene a ser la expresión de la ley de Sir Isaac Newton, formulada en 1668, por laque se determina la necesidad de emplear una fuerza para vencer la resistencia de fluencia de unlíquido, que es similar a la resistencia al deslizamiento de un sólido.

Fig. A.6.1 Viscosidad

La figura A.6.1 da una idea de la viscosidad, al representar dos embudos, uno de ellos lleno de agua yotro con un aceite (por ejemplo un SAE-30). Si ambos líquidos comienzan a fluir a un mismo tiempo,tardará más en vaciarse el que contiene aceite. De una forma general, este tiempo de caída podríacifrar la viscosidad (efectivamente, el embudo fue el precursor de los viscosímetros).

La fluencia de un líquido se denomina laminar cuando el deslizamiento de las láminas líquidas queconforman el fluido en movimiento se comportan como las láminas (cartas) de una baraja, al deslizarseunas sobre otras. Si éstas se deslizaran sin ningún rozamiento (en el caso de láminas líquidas), el fluidosería perfecto, es decir, sin viscosidad.


Cuando existe frotamiento entre láminas vecinas aparece la viscosidad. En estado de reposo no sedistingue un líquido perfecto de uno viscoso. La viscosidad se manifiesta si se le provoca unmovimiento interno mediante algún medio: escurrimiento, caída de un cuerpo pesado o ascensión deuno ligero en el seno del líquido, etc., en donde el fluido opone una resistencia al deslizamientointerno de sus moléculas.

6.2 Viscosidad cinemática

La medida de la viscosidad se realiza mediante unos aparatos denominados viscosímetros.

P rob e ta s co n f lu ido s d e v isco sida d es c on oc ida s

M ue straL a v isc o s id ad d e la m ue strae s ta rá en t re la d e e s to s d os f lu id o s

Fig. A.6.2 Viscosímetro

Los hay de diferentes tipos: caída de bola, Engler, Saybolt, Redwood, etc. (figuras A.6.2 y A.6.3).Todos ellos están basados en la caída del fluido a una temperatura determinada.

En todos el tiempo de caída de una determinada cantidad del fluido a testar, multiplicado por laconstante del aparato, proporcionará directamente la viscosidad en grados Engler, segundos Saybolt,segundos Redwood, etc.

La figura A.6.2 muestra un viscosímetro de caída de bola, en el cual se obtiene la viscosidad relativadel fluido a testar en función de las viscosidades conocidas de otros fluidos.

De mucha mayor precisión son los viscosímetros Cannon-Fenske (fig. A.6.3), Ubbelohde u Oostwald,así como el Houillon, en los que se hace pasar el fluido, a una temperatura determinada, a través de uncapilar. El tiempo de pasada expresado en segundos, multiplicado por la constante del aparato, da laviscosidad directamente en centistokes.

Existen tablas de conversión de unas unidades a otras. Para ello se debe recordar que:

Viscosidad absoluta = Viscosidad cinemática · densidad

Centipoises = Centistokes · densidad


- Un incremento de viscosidad indica una polimerización del fluido, probablemente debido auna alta temperatura o a una acidificación, por oxidación con formación de lacas.

- Una caída de viscosidad, indica una ruptura de polímeros (acompañada de un descenso delíndice de viscosidad), o bien, una posible dilución de otros productos (disolventes, gasolina,etc.) con un apreciable descenso del punto de inflamación.

En ambos casos se debe tener en cuenta en los sucesivos rellenados del circuito, en los que, por error,se ha podido introducir un fluido con mayor o menor viscosidad.

En general un incremento/caída de viscosidad máximo, del orden del 20 al 25%, según casos, debeconsiderarse como límite de utilización.

Fig. A.6.3 Viscosímetro Cannon-Fenske


6.3 Índice de viscosidad

La viscosidad de un fluido es específica a un valor determinado a una temperatura tambiéndeterminada (por ejemplo: 5º Engler a 50º C, o 127 cSt a 40º C). Esta viscosidad disminuyeconsiderablemente con la temperatura, es decir, que viscosidad y temperatura están en relacióninversa. El índice de viscosidad da una idea del cambio de la viscosidad con la temperatura. Cuantomás alto sea éste, menor será la diferencia viscosidad-temperatura.(fig. A.6.4)

Prescindiendo de estudios sobre la fórmula bilogarítmica de McCoull y su representación en el ábacode Groff, que escapan a este estudio, la determinación del índice de viscosidad se realiza por elsistema establecido por Dean y Davis y que fue adoptado por ASTM.

- Se tomó un aceite parafínico de Pensylvania que cambiaba muy poco con la temperatura y se leasignó por definición un índice de 100.

- Se tomó otro aceite procedente de Méjico (Gulf Coast) que cambiaba notablemente con latemperatura y se le asignó un índice de 0.

Ambos aceites tienen una viscosidad de V cSt a 100º C, igual al aceite del que se quiere conocer elíndice.

- El aceite de índice 100 tiene una viscosidad a 40º C de H cSt.

- El aceite de índice 0 tiene una viscosidad a 40º C de L cSt.

- El aceite a testar tiene una viscosidad a 40º C de U cSt.

L

U

H

V

4 0 C� 1 00 C�

Fig. A.6.4 Índice de viscosidad

El índice de viscosidad (IV) viene dado por la fórmula:

IV = 100 · ((L -U) / (L - H))


y puede ser negativo si U es superior a L.

Conociendo las viscosidades del aceite muestra a 40º C y 100º C, mediante la tablas, se pueden saberlos valores de L y H y, por lo tanto, calcular el índice de viscosidad.

Una caída de índice de viscosidad indica, normalmente, una rotura por cizallamiento de los polímerosutilizados como mejoradores de IV, que el aceite lleva en su formulación, y vendrá acompañada porun descenso en viscosidad que es más acusado a 100º C.

Existen trabajos en los que el descenso de índice de viscosidad es muy crítico, puesto que al bajar latemperatura se aumenta la viscosidad (con mayores consumos y posibles fallos en el arranque),mientras que a la temperatura de trabajo no se obtiene la viscosidad adecuada.

NOTA: un incremento de la presión produce un incremento en la viscosidad del fluido; Orientativamente laviscosidad del aceite se duplica con cada aumento de presión de 350 kg/cm². Este dato tiene especial interéscuando se diseñan instalaciones hidráulicas con grandes longitudes de tuberías y elevadas presiones de trabajo.

6.4 Punto de inflamación

Se denomina así a la temperatura en la que los vapores de la superficie del fluido se inflaman alcontacto con una llama, y que desaparece al retirar la llama. Si se sigue subiendo la temperatura , sellegará a un punto en el que el aceite seguirá ardiendo después de retirar la llama: es el punto decombustión.

Si se calienta el fluido hasta la temperatura adecuada, se llega a un punto en el que el aceite comienzaa arder espontáneamente, sin necesidad de acercarle ninguna llama: es el punto de autoignición opunto de autoinflamación, el cual es muy superior a los anteriores.

Este test se realiza en unos aparatos normalizados, llamados Pesnky-Martens (vaso cerrado) segúnASTM D-93/IP-34 , o en el Cleveland (vaso abierto), según ASTM D-92/IP-36, y su resultado vieneexpresado en grados centígrados.

Un descenso acusado del punto de inflamación indica una contaminación con disolventes, gasolinas,gasóleo, etc., y también viene acompañado por un descenso de la viscosidad. Este caso suele ser raroen fluidos hidráulicos, pero frecuente en aceites de motor.

Es importante el dato del punto de inflamación puesto que da una idea sobre la seguridad de lautilización de un fluido, tanto en cuanto a riesgo de fuego, como de volatilidad y evaporación (humos).

6.5 Punto de congelación

Los aceites sometidos a un descenso gradual de temperatura llegan a un punto en el que comienzan aenturbiarse debido a la formación de microcristales de parafina. A esta temperatura se le denominapunto de niebla (cloud point). A pesar de que el fluido aún mantiene su movilidad, este punto debetenerse en cuenta en ciertas aplicaciones tales como compresores frigoríficos, puesto que a partir deeste punto pueden existir dificultades con las válvulas y discontinuidad de película lubricante.


Si se continúa bajando la temperatura, los cristales de parafina aumentarán de tamaño, hasta llegar aun punto en el que el fluido no presenta movilidad alguna: es el punto de congelación.

El punto de congelación da una idea aproximada de la temperatura mínima a la que se puede utilizarun fluido (ya comentado anteriormente) y se mide según las normas ASTM D-97 e IP-15.

6.6 Índice de neutralización

Indica un estado de degradación del fluido. Los aceites hidráulicos poseen, inicialmente, unadeterminada acidez que proviene del propio aceite base (mínima y prácticamente despreciable) y delos aditivos que conlleva.

Con el uso, al estar sometido a presiones y temperaturas elevadas, los aceites pueden sufrir un procesode oxidación, el cual va a degenerar en una acidificación. Esta acidez proveniente de la oxidación que,a su vez, va a producir un ataque corrosivo a las piezas del sistema.

Los aceites minerales, por su propia naturaleza, son resistentes a las oxidación. Los restantes fluidos secomportan de diversas manera. No obstante, todos los buenos fluidos hidráulicos llevan incorporadosaditivos antioxidantes con el fin de retardar al máximo este efecto.

El índice de neutralización o acidez total se determina en los laboratorios según las normas ASTM D-974 o IP-46 y viene expresado por los miligramos de potasa necesarios para neutralizar la acidez de ungramo de muestra.

Un incremento del índice de acidez del orden del 100% sobre la acidez inicial es motivo de un estudiode sus causas puesto que el incremento puede ser progresivo y acelerado (período de inducción).

6.7 Corrosión

Un fluido hidráulico, además de presentar una gran resistencia a oxidarse, debe poseer cualidadesprotectoras para el sistema.

El fluido deberá proteger de la corrosión al acero y a los metales amarillos (latón, bronce) que pudieratener el sistema, así como su inercia frente a los materiales sellantes (juntas), manguitos y latiguillos.

El análisis de la protección al acero (propiedad antiherrumbre) se realiza mediante el ensayo ASTMD-665. Consiste en una probeta normalizada de acero que se introduce en una mezcla del fluido aensayar con un 10% de agua (dulce o salada) y calentada a 60º C. Se mantiene en el baño conagitación durante 24 horas. Al cabo de este tiempo, se saca la probeta y después de limpiarla seobserva su estado. Un buen aceite dará como resultado una probeta perfectamente limpia y sin ningunapicadura de corrosión.

En el análisis de la protección a los metales amarillos, que se realiza mediante el test ASTM D-130, seintroduce una lámina de cobre electrolítico, perfectamente pulida, en el fluido a ensayar. Se introduceen la estufa o baño a 100º C y se deja por espacio de tres horas. Posteriormente, se saca la chapita, selava con disolvente y se califica según la norma. Un resultado máximo de 2 en la escala se consideracomo aceptable. Las calidades 1a y 1b son las mejores.


La inercia de los fluidos frente a los materiales sellantes es de vital importancia por las averías que poresta causa pueden ocasionar por fugas.

Los fluidos hidráulicos pueden reblandecer los materiales o, por el contrario, resecarlos.

6.8 Punto de anilina

Guarda una estrecha relación con el hinchamiento de los cauchos sintéticos por inmersión. El test serealiza según las normas ASTM D-611 ó IP-2/47, y consiste en mezclar en una probeta dos volúmenesiguales de fluido#muestra y anilina. A temperatura baja/ambiente ambos componentes son inmiscibles.Se introduce la probeta en un baño y se va calentando paulatinamente con agitación, hasta llegar a unatemperatura en la que las dos fases se solubilizan.

La temperatura de solubilidad expresada en grados centígrados es el punto de anilina.

6.9 Desemulsión

La presencia de agua en aceites minerales es siempre perniciosa, y es muy crítica en los fluidos detransformadores, máquinas frigoríficas, instrumentos de precisión, etc. En general es rechazable entodos los casos por los problemas de corrosión que produce, rotura de película lubricante y variacionesde viscosidad.

El análisis del contenido en agua que posee un aceite (ASTM D-95) se realiza mediante un aparatodenominado Dean-stark, o con un Karl Fischer titrator, de mayor rapidez y precisión. Un contenido enagua, en emulsión estable, del 0,3 al 0,5%, puede ser crítico para el sistema y se deberá proceder a sueliminación.

En los aceites nuevos, es muy importante su potencial de separación de agua, de forma que, caso deentrada al sistema, la separe rápidamente por diferencia de densidades. Esta propiedad de desemulsiónse mide en los laboratorios siguiendo la norma ASTM-D1401.

6.10 Tendencia a la formación de espuma

Las espumas se forman en los circuitos por un batido del fluido: consisten en unas esferas o glóbulosde aire, de muy diversos tamaños, que pueden provocar una discontinuidad de película lubricante, unincremento de la oxidación del aceite, una corrosión de las superficies metálicas y unas considerablesdiferencias de compresibilidad en el fluido hidráulico, además de formar una capa superficial queimpide el normal enfriamiento del lubricante.

Por estos motivos se aditivan los fluidos con agentes antiespumantes.

6.11 Cizalladura Bosch

ASTM D-3945, DIN 51382. Da un índice de resistencia a la cizalladura. Este factor es muy importantepara fluidos con alto índice de viscosidad.


6.12 Filtrabilidad

Existen diversas pruebas sobre las características que debe presentar un fluido frente a un filtro. Lafiltrabilidad es la capacidad o facilidad que presenta un fluido a ser filtrado. Según el tipo de mediofiltrante y la temperatura de trabajo, la presencia de agua u otros aditivos puede reducir notablementela filtrabilidad del aceite.

6.13 Desaireación, ASTM D-3427, DIN 51381

Método de ensayo sobre separación del aire ocluido (Air release).

6.14 Resistencia a la oxidación, ASTM D-943

Método de ensayo sobre la resistencia de un fluido a la oxidación

6.15 Desgaste de la bomba Vickers, ASTM D-2882

Ensayo en el que se pesan con precisión el conjunto formado por el rotor y las paletas de una bombanueva y se hace funcionar ésta, con el fluido a analizar, bajo condiciones especificas de tiempo,presión y velocidad.

Posteriormente se desmonta la bomba y se vuelven a pesar los componentes. La disminución en pesode los componentes indica la capacidad de lubricación del fluido analizado.

6.16 Máquina de cuatro bolas

Existen otros métodos para determinar la capacidad de lubricación de un fluido:

- Ensayo de desgaste, s/ASTM D-2266.

- Ensayo de extrema presión, s/ASTM D-2783.

6.17 Test de apagado y resistencia a la llama

Tales como el Spray Ignition, Hot manifold, Molten Metal, Wick Ignition, etc., específicos parafluidos hidráulicos difícilmente inflamables.

6.18 Cambio volumétrico

El coeficiente de dilatación del aceite es relativamente grande; este factor se ha de tener muy en cuentacuando se trate de instalaciones con un gran volumen de aceite y en los componentes o sistemasestancos (el aceite se mantiene presurizado en un elemento o línea durante un largo periodo detiempo). El incremento del volumen por cada 10º de incremento en la temperatura, es de un 0,7%aproximadamente.


6.19 Compresibilidad

En la mayoría de aplicaciones no es necesario considerar la compresibilidad de fluido; sin embargo, enalgunas circunstancias este factor debe ser considerado para evitar posibles problemas defuncionamiento del sistema:

- Gran distancia entre el elemento de control y el receptor.

- Cilindros de largos recorridos con bajas velocidades.

- Accionamiento de cilindros paralelos o motores en rotación con cargas desiguales.

Anexo 7 Cálculos y ejemplos 215

7 Cálculos y ejemplos

7.1 Cálculo del tiempo de sedimentación de una partícula

La velocidad de sedimentación de una partícula viene determinada por la ley de Stokes:

c = (2 · g · r² · (ρp - ρf)) / ( 9 · µ )

c = Velocidad de sedimentación (cm/s)g = Gravedadr = Radio de la partícula (cm)ρp = Densidad de la partículaρf = Densidad del fluidoµ = Viscosidad dinámica del fluido

Imaginemos una partícula de 6 micras de diámetro, de un material muy frecuente en los sistemashidráulicos como son los silicatos, cuya densidad (ρp) es de 2,65, y que el fluido es un aceitehidráulico de densidad (ρf ) 0,85 y una viscosidad de 60 cSt a una temperatura de 20° C.

La viscosidad dinámica del fluido será:

µ = 60 · 0,85 = 51 cP = 0,51 poises

La velocidad de sedimentación será:

c = ( 2 · 980 · 0,0003² · (2,65 - 0,85)) / (9 · 0,51) = 0,000069 cm/s

0,000069 cm/sg es la velocidad a que se sedimentará esta partícula. Si se quiere saber cuánto tiempotardará en descender un metro (altura del depósito o de un bidón de almacenamiento), se hará:

T = (100) / (0,000069 · 60 · 60) = 402,57 horas

Según estos cálculos una partícula de 6 µ de diámetro necesita casi 18 días para sedimentarse en elfondo de un depósito de un metro de altura, suponiendo que el fluido esté en reposo absoluto. Estecálculo es interesante ya que algunos usuarios almacenan el fluido usado en depósitos de decantación,con la idea de reutilizar el fluido después de un tiempo de sedimentación. En estos casos deberáncalcular el tiempo necesario de reposo absoluto para garantizar la sedimentación de las partículas quedeseen eliminar.


7.2 Frecuencia del cambio de cartuchos

En la mayoría de los filtros existe un indicador de colmatación que indicará cuándo se debe cambiar elelemento filtrante, pero si se compara el filtro del fluido y el de aire del circuito hidráulico con losfiltros de un automóvil, se obtendrá:

- Filtro de aceite de un coche

Las modernas tecnologías tanto de construcción de motores como de elaboración de lubricantes hanalargado los períodos entre los cambios de aceite de un vehículo; por ello, en la actualidad, la mayoríade fabricantes recomiendan que el aceite del motor se cambie aproximadamente cada 20.000 km.

Si consideramos una velocidad media de circulación de unos 80 km/h, resulta que 20.000. kmcorresponden a:

(20.000 km.) / (80 km./h) = 250 horas reales de trabajo

En una máquina que trabaje 8 horas diarias, y utilizando el mismo baremo para el cálculo de lafrecuencia de cambio, correspondería realizar el cambio de cartucho del filtro del fluido cada:

250 : 8 = 31 días

- Filtro de aire del coche

En este caso las recomendaciones del fabricante aconsejan su sustitución cada 30.000 km. si se circulapor carreteras asfaltadas, y con mayor frecuencia si se circula por caminos polvorientos. Considerandola misma velocidad media de circulación, resulta que el filtro de aire se cambia cada 375 horas realesde trabajo, lo que en la máquina del ejemplo equivaldría a un cambio cada 47 días.

En la mayoría de sistemas donde el filtro del fluido hidráulico no lleva indicador de obturación sesuele recomendar el primer cambio a las 50 horas de trabajo, y los siguientes cada 500 horas.

Orientativamente, e incluso en filtros con indicador, los cartuchos deben cambiarse cada tres o cuatromeses, y los filtros de aire, como mínimo, una vez cada seis meses en equipos que trabajen al airelibre, y una vez al año en los demás.

7.3 Ingresión de contaminante por el aire

La tabla siguiente nos ofrece los valores medios de contenido de contaminantes abrasivos en distintosmedios ambientales.

Medio ambiente Carga en polvo de la atmósferaRural de 0,013 a 0,026 mg en 30 l de aireIndustria ligera y ciudad de 0,026 a 0,052 mg en 30 l de aireMedio industrial de 0,052 a 0,098 mg en 30 l de aireIndustria pesada de 0,26 a 1,3 mg en 30 l de aireConstrucciones y obras públicas de 1,3 a 5,2 mg en 30 l de aire

Anexo 7 Cálculos y ejemplos 217

Tomando como ejemplo un equipo hidráulico de una industria pesada, en cuyo sistema hay varioscilindros que producen una variación de volumen en el depósito de 30 litros por minuto, de nodisponer de un filtro de aire adecuado, entraría en el depósito alrededor de 1 mg de contaminante porminuto, lo que equivale a medio kilo al año.

7.4 Coste de la potencia

Cuando los componentes de un circuito hidráulico sufren, por efecto del contaminante, desgastes, y seincrementan las fugas internas, reduciéndose el rendimiento de los mismos, se continúa trabajando,pero para conseguir las mismas prestaciones del sistema se ha de aumentar la presión de taraje de lasválvulas, lo que representa un incremento en la potencia absorbida por el sistema.

Supongamos una máquina de obras públicas accionada por un motor diesel de 200 CV de potencia,que se transmite a través de una bomba hidráulica.

Si por causa del desgaste de los componentes del circuito hemos tenido que aumentar en un 15% lapresión de trabajo, y un 10% la velocidad del motor (caudal de la bomba), el incremento aproximadode la potencia absorbida será de un 20 a un 25%.

El consumo medio de un motor diesel es: 0,23 · CV · t

En este caso CV será 200 + (200 · 0,2) = 240 CV, en un periodo de 100 horas de trabajo.

Considerando que el litro de combustible cueste unas 100 ptas, la diferencia económica será:

0,23 · 200 = 46,0 l/hora · 100 ptas./l = 4.600 ptas./hora (en condiciones normales)

0,23 · 220 = 55,2 l/hora · 100 ptas./l = 5.520 ptas./hora (tras el desgaste de los componentes)

lo que representa un incremento de 920 ptas./hora. Si esta máquina esta trabajando en una cantera ouna mina durante 8 horas diarias y 25 días al mes, el incremento de consumo representa un gasto de:

920 ptas/h · 8 h/día · 25 días/mes = 184.000 ptas./mes

Comparativamente es mayor el incremento del consumo de combustible durante un sólo mes que elprecio de la bomba que ha sufrido desgaste.

Este es un ejemplo claro de la rentabilidad de una buena filtración del fluido.

7.5 Retención de partículas por el filtro

La gráfica de la figura A.7.1 muestra la distribución típica de partículas contaminantes en función desus tamaños.

La zona negra correspondería a las partículas que eliminaría un filtro de 20 micras absolutas. La sumade la zona sombreada y la negra correspondería a las partículas que eliminaría un filtro de 3 micrasabsolutas.


1 .0 00 .0 0 0

8 00 .0 0 0

6 00 .0 0 0

4 00 .0 0 0

2 00 .0 0 0

0 5 1 0 1 5 2 0 3 0 5 0 1 00

Fig. A.7.1

7.6 Micras absolutas micras nominales

Ya se ha visto que el grado de filtración se expresa en micras. Ocurre, sin embargo, que mientrasalgunos fabricantes expresan el grado de filtración en micras absolutas o por sus valores βx = 75, otrosles atribuyen un valor nominal. Este valor nominal es muy aleatorio y varía de un fabricante a otrosegún sus medios de estimación y el material usado para la fabricación del medio filtrante.

La diferencia entre las micras absolutas y las nominales es mayor para filtros finos y menor para filtrosbastos, El siguiente cuadro comparativo da una idea de estas diferencias.

Micras nominales Micras absolutas1 entre 3 y 1010 entre 25 y 50100 entre 110 y 130

Anexo 8 Estudio de una cizalla 219

8 Estudio de una cizalla

En este anexo y los dos siguientes se analizan casos reales, utilizando para ello los croquis de loscircuitos hidráulicos facilitados por los propios fabricantes de las máquinas.

Los croquis de estos tres ejemplos corresponden, como se ha dicho, a los facilitados por losfabricantes de unos modelos concretos; sin embargo, estos diseños pueden variar mucho de unfabricante a otro, por lo que simplemente deben ser considerados como ejemplos para el estudio, y nocomo modelos de funcionamiento de cada una las máquinas.

En este primer ejemplo se analiza el esquema del sistema hidráulico de una cizalla.

El ciclo de trabajo de la cizalla es el siguiente:

- se alimenta manualmente la cizalla con la chapa a cortar- se presiona esta plancha con los “pisones” para evitar que se mueva mientras es cortada- se corta la chapa- se retira el elemento de corte- se libera la chapa para su extracción manual- reposo mientras la cizalla es nuevamente cargada para el próximo corte o ciclo.

- cuando sea necesario se regulará el ángulo de corte (en función del espesor de la chapa)

Como es de suponer, la máquina viene equipada con todos los sistemas eléctricos y mecánicos deprotección para evitar posibles accidentes. Así por ejemplo, en algunos modelos sólo se arranca elsistema cuando el operario que la acciona presiona simultáneamente con ambas manos sendospulsadores suficientemente separados entre sí.

Esta simple medida garantiza que el operario tenga las dos manos fuera de la zona de corte mientraséste se realiza. En otras cizallas el dispositivo de arranque se encuentra suficientemente alejado comopara asegurar que el operario no tiene sus extremidades en la zona de corte.

La fig. 8.1 representa el croquis completo del sistema facilitado por el fabricante de la máquina

Los componentes vienen reflejados en la tabla siguiente (al tratarse de un ejemplo ilustrativo sobre elfuncionamiento del sistema, se han omitido los datos correspondientes a las dimensiones y referenciasconcretas de los componentes):


ref denominación cod. catálogo cantidad observaciones

1 Depósito 12 Filtro de aire y tapón de llenado 13 Nivel 14 Motor eléctrico 15 Campana de unión 16 Acoplamiento elástico 17 Bomba 18 Antirretorno 19 Manguito flexible 210 Bloque para válvulas 111 Antirretorno pilotado doble 112 Electroválvula 113 Válvula de secuencia con antirretorno 114 Antirretorno pilotado 115 Electroválvula 116 Válvula de secuencia 117 Válvula de cartucho 118 Válvula de seguridad insertada 119 Electroválvula 120 Cilindros de fijación 521 Cilindro cizalla (1) 122 Cilindro cizalla (2) 123 Cizalla 124 Filtro de retorno 125 Filtro de aspiración 1

En las restantes figuras de este ejemplo se han eliminado la delimitación del bloque, el grupo deaccionamiento y el depósito con sus accesorios.

Los cilindros de las posiciones 21 y 22 están fabricados de forma tal que el área anular del cilindro 22es igual al área principal del cilindro 21. Por ello se hallan conectados inversamente a lo que pareceríanormal.

Los cilindros pisones, destinados a inmovilizar la pieza mientras es cizallada, están representadosinversamente a su posición real. Esto es así para facilitar la comprensión del dibujo, ya que en realidadquedan superpuestos con los cilindros de la cizalla.

En la posición reflejada en la fig. 8.1 se puede observar que la electroválvula de la posición 19mantiene, en su estado de reposo, la línea de presión conectada a la del depósito, por lo que el circuitoestá despresurizado.

Cuando se acciona la válvula 19 el circuito entra en carga, ya que la presión deja de estar conectada altanque. A partir de este momento la válvula de seguridad de la posición 18 limitará la presión máximade trabajo del sistema.


2 0 2 0

2 12 2

2 3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

9

11

1 0

1 2

1 3

1 4

1 5

1 6

1 7

2 5

2 4

1 8

1 9

Fig. 8.1 Circuito hidráulico de una cizalla

En ambos casos los cilindros de las posiciones 21 y 22 no descienden (están ligeramente presurizadospor el peso de la cizalla) ya que la válvula de la posición 13 y su antirretorno lo impiden.

Una vez presurizado el circuito se acciona la electroválvula de la posición 15 activando el solenoidede la derecha. En esta situación el caudal se dirige hacia los pisones, haciendo que estos se desplacen ypresionen la chapa a cortar (fig. 8.2). Así se completa la primera fase del ciclo de trabajo (fijación dela chapa a cortar).


1 4

1 5

2 0

P T

Fig. 8.2 Detalle

Cuando los cilindros de fijación han bloqueado la pieza la presión de la línea se incrementa hasta elvalor del taraje de la válvula de secuencia 16 (es como una válvula de seguridad que admite presión enla línea de tanque).

11

1 3

1 4

1 51 6

1 7

2 0

2 0

2 12 2

B

A

E

P T

C

D

Fig. 8.3 Detalle


Al abrir esta válvula (fig. 8.3), y habiendo presión en el pilotaje de la válvula de cartucho 17, el fluidose dirige a la sección del pistón del cilindro 22, y éste, en su descenso, presuriza el fluido de la línea Cque no tiene salida por está cerrado el antirretorno de la posición 11.

En estas condiciones el fluido que sale de la sección anular del cilindro 22 llega a la sección del pistóndel cilindro 21, y hace que éste descienda.

Como ya se ha dicho, la sección anular del cilindro 22 tiene la misma área que la sección del pistóndel cilindro 21; por ello ambos cilindros se moverán a la misma velocidad, descendiendo y realizandoel corte de la chapa, completando así la segunda fase del ciclo de trabajo.

La válvula de la posición 13 mantiene una determinada presión en la línea de retorno “D” paraconseguir que el movimiento de los cilindros sea uniforme.

Cuando ya se ha completado esta segunda fase (corte), posiblemente un detector eléctrico hace elcambio de la electroválvula 15 para iniciar la fase siguiente (retroceso de la cizalla).

La figura 8.4 esquematiza la realización de esta nueva fase. Al activar el solenoide izquierdo de laelectroválvula 15 el flujo pasa por la línea E a través del antirretorno de la válvula 13, y, como su pasoqueda cerrado por el antirretorno pilotado de la posición 11, asciende por la línea D y llena la secciónanular del cilindro 21.

11

1 3

1 5

1 4

2 0

2 12 2

1 6

1 7 A

B

C

D

E

P T

Fig. 8.4 Detalle


El fluido de la sección del pistón del cilindro 21 no puede circular por la línea C ya que ésta estácerrada por el antirretorno pilotado de la posición 11. Por ello pasa a la sección anular del cilindro 22que sube (por la relación de áreas) a la misma velocidad que el cilindro 21.

En esta situación la línea A está despresurizada no hay presión de pilotaje en la válvula de cartucho.Por ello el fluido que retorna por la línea B y el procedente de los pisones pasan libremente a través dela válvula 17 hacia el depósito.

El retorno de los pisones se realiza gracias al sistema mecánico de muelles de retorno de que disponen,que entra en funcionamiento en el momento en que la fuerza de los muelles es superior a la ejercidapor la presión hidráulica.

Debido al elevado caudal que representan la suma de la línea B y el retorno de los pisones, se hadiseñado el sistema con una válvula de cartucho en lugar de hacerlo con un simple antirretornopilotado.

La figura 8.5 muestra el funcionamiento de la electroválvula 12 en su función de variadora del ángulode corte. Los estrangulamientos colocados a la salida de los antirretornos tienen como función lareducción del caudal para mejorar la regulación del ángulo de corte.

11

1 2

2 12 2

2 0P T

Fig. 8.5 Detalle

Anexo 9 Estudio de una prensa 225

9 Estudio de una prensa

Como en el ejemplo del capítulo anterior, en este caso se analiza el esquema del sistema hidráulico deuna prensa.

El ciclo de trabajo de la prensa es el siguiente:

- se alimenta manualmente la prensa- se hace bajar la prensa por gravedad (alta velocidad)- se hace la prensada (alta presión)- se levanta la prensa- reposo mientras se extrae la pieza e inicia el nuevo ciclo

Como es de suponer, la máquina viene equipada con todos los sistemas eléctricos y mecánicos deprotección para evitar posibles accidentes.

Aunque se indica que la carga y descarga se hace manualmente, al no estar especificado podría hacersepor medios automáticos ajenos al sistema de la prensa.

La fig. 9.1 representa el croquis completo del sistema facilitado por el fabricante de la máquina

Los componentes vienen reflejados en la tabla siguiente (al tratarse de un ejemplo ilustrativo sobre elfuncionamiento del sistema, se han omitido los datos correspondientes a las dimensiones y referenciasconcretas de los componentes).

ref denominación cod. catálogo cantidad observaciones1 Depósito 12 Filtro de aire y tapón de llenado 13 Nivel 14 Motor eléctrico 15 Campana de unión 16 Acoplamiento elástico 17 Bomba 18 Antirretorno 19 Manguito flexible 210 Bloque para válvulas 111 Filtro de retorno con by-pass 1


12 Electroválvula 3/2 113 Válvula de seguridad 114 Electroválvula 3/2 115 Válvula de prellenado 116 Reguladora de caudal con antirretorno 417 Antirretorno pilotado 118 Antirretorno 119 Electroválvula 4/3 120 Cilindro prensa 121 Cilindros elevación 222 Válvula de seguridad 123 Electroválvula 3/2 124 Manómetro 225 Electroválvula 126 Filtro de aspiración 1

En realidad todos y cada uno de los componentes, aunque genéricamente puedan estar repetidos,deberán ser definidos individualmente, e indicar sus características especificas. Así por ejemplo, losreguladores de caudal de la posición 16 no serán los cuatro de las mismas dimensiones, o algo tansimple como los manómetros, seguramente son los dos de escalas distintas según la presión de cadalínea (de no ser así se hubiese colocado un solo manómetro).

En las restantes figuras de este ejemplo se han eliminado la delimitación del bloque, el grupo deaccionamiento y el depósito con sus accesorios.

En la posición reflejada en la fig. 9.1 se puede observar que la electroválvula de la posición 12mantiene, en su estado de reposo, la línea de presión conectada a la del depósito, por lo que el circuitoestá despresurizado.

Cuando se acciona la válvula 12 el circuito entra en carga ya que la presión deja de estar conectada altanque. A partir de este momento la válvula de seguridad de la posición 13 limitará la presión máximade trabajo del sistema.

Una vez presurizado el circuito se accionan simultáneamente las electroválvulas de las posiciones 14,23, y las 19 y 25, y se activa en estas últimas el solenoide de la derecha.

Al activar estas electroválvulas se consigue (fig. 9.2):

a) Pilotar la válvula de prellenado (un antirretorno pilotado de gran caudal y situado debajo deun depósito de almacenamiento de fluido) y, por efecto de la fuerza de la gravedad, el pistón dela prensa desciende, completando así la primera fase del ciclo de trabajo (descenso de la prensapor gravedad).

b) El flujo pasa a través de la electroválvula 19, abre el antirretorno 18, pasa libremente por elby-pass de la primera válvula 16, y posteriormente es regulado por la segunda, y llegan alpistón la presión y el caudal necesarios para realizar la prensada.


1

2

34

5

6

7

8

99

2 4

2 4

2 6

1 21 3

1 4

1 6 1 6

1 6

1 6

1 7

1 8

2 2

2 3

1 92 5

2 0

2 1

Fig. 9.1 Circuito hidráulico de una prensa (en reposo)

c) La electroválvula de la posición 25, en la que también se ha accionado el solenoide de laderecha, pilota el antirretorno de la posición 17, permitiendo el descenso, por gravedad, de loscilindros de elevación (21).

d) La electroválvula de la posición 16 hace pasar el fluido procedente de los cilindros deelevación a través de un regulador de caudal; gracias a ello se regula la velocidad de descensodel conjunto.


Al tratarse simplemente de un ejemplo a nivel de comprensión y diseño del sistema, se omiten losdatos concretos sobre la secuencia del ciclo.

1 9

2 0

2 1

2 2

2 3

2 4

2 5

1 6

1 21 3

1 4

P T

1 6

1 6

1 6

1 7

1 8

Fig. 9.2 Fase de prensada

Una vez finalizado este ciclo, se procede a activar los solenoides de la izquierda de las electroválvulasde las posiciones 19 y 25, al tiempo que se desactivan las de las posiciones 14 y 23 que retornan, porefecto del muelle, a su posición de reposo.

Al efectuar estos accionamientos se consigue la realización del ciclo de retroceso según quedareflejado en la fig. 9.3, que se consigue pilotando el antirretorno de la posición 18 (con laelectroválvula 19), lo que permite que el fluido contenido en el cilindro de la prensa, al subir, seaevacuado hacia el depósito con una velocidad que estará regulada por el regulador de la posición 16.

Simultáneamente el caudal procedente de la bomba es dirigido por la electroválvula de la posición 25hacia los cilindros de elevación, que realizan el ascenso del conjunto.


1 21 3

1 4

1 6

1 6

1 6

1 6

1 7

1 8

1 9

2 0

2 1

2 2

2 3

2 4

2 5

P T

Fig. 9.3 Detalle

En la fase de reposo el antirretorno de la posición 17 evita que el conjunto pueda descender.

Anexo 10 Estudio de una carretilla elevadora 231

10 Estudio de una carretilla elevadora

En este caso se analiza el esquema del sistema hidráulico de una carretilla elevadora. Al no existir unciclo de trabajo predeterminado, su funcionamiento se basa en la necesidad específica de cadaoperación de carga, descarga o almacenaje que se realice con la carretilla.

Avan ce y re tro ceso

In clin aci ón A lin ea ción

S ub id ay

b aja da

Fig. 10.Movimientos de una carretilla elevadora

La fig. 10.1 esquematiza los distintos movimientos que puede realizar (incluso en forma simultánea)una carretilla elevadora:

a) desplazamiento de la carretilla por el accionamiento de las ruedas motricesb) elevación y descenso de la horquilla, para subir y bajar las cargasc) inclinación (limitada) de la verticalidad de la horquilla, para evitar la caída de la cargad) desplazamiento de la horquilla en sentido horizontal, para una aproximación más precisa a

la carga o al lugar de almacenaje, evitando la realización de una nueva maniobra deaproximación.


Además de los anteriores, el sistema hidráulico suele utilizarse para la alimentación del sistema deservodirección (opcional según el tamaño y peso de la carretilla)

La fig. 10.2 representa el croquis completo del sistema, en el que se observa que hay tres bombas: unade caudal variable para el movimiento de traslación, otra para el accionamiento de los cilindros y unatercera para la servodirección.

La variación de la velocidad de avance y retroceso se realiza por el pedal de control de la bomba decaudal variable; el cambio en el sentido de la marcha se realiza por el distribuidor manual queincorpora válvulas de frenado. Además, hay un conjunto con tres distribuidores manuales para larealización de cada movimiento.

Tra c c ió n

P o s ic ion a m ie n to

E lev a c ió n

In c lin a ciónA c e le ra c ió n

A la d ire c ción

Fig. 10.2 Croquis del circuito

Glosario de términos 233

GLOSARIO DE TÉRMINOS

A

A Inicial empleada para expresar área o superficie.

Absoluta Medida que tiene su base o punto cero en la ausencia completa de lamagnitud que está siendo medida.

Absorción Atracción y retención de partículas por un medio filtrante.

A.C.F.M. Unidad de medición del caudal de aire (Actual Cubic Feed per Minute)

A.C.F.T.D. Polvo natural usado para realizar pruebas de filtros (Air Cleaner Fine TestDust)

Acoplamiento (filtros) Elastómero o junta plástica usada para unir varios cartuchos entre sí.

Acoplamiento elástico Elemento mecánico para la unión entre ejes, capaz de absorber ciertasfuerzas radiales.

Actuador Dispositivo que convierte la energía hidráulica en energía mecánica.

Actuador lineal El que transforma la energía hidráulica en una fuerza con movimientolineal (cilindro).

Actuador rotativo Igual al anterior, pero con movimiento rotativo (motor hidráulico).

Acumulador Recipiente en el que se almacena fluido a presión para ser utilizado comofuente de energía hidráulica.

Aditivo Componente o componentes químicos que se añaden al fluido paracambiar sus propiedades.

Aire comprimido Aire a cualquier presión superior a la presión atmosférica.

Aire libre Aire bajo la presión a que le someten las condiciones atmosféricas, en unlugar específico.

Aire, receptor de Contenedor en el que se almacena gas presurizado como fuente de energíaneumática.

Aire, respiradero de Un aparato que permite el movimiento y la circulación del aire entre laatmósfera y el componente en que está instalado.


Aire estándar Aire a 68º F de temperatura, 14,7 psi de presión absoluta y humedadrelativa del 36%.

Aireación Presencia de aire en el fluido hidráulico. Una aireación excesiva producela formación de espuma en el fluido, y puede causar el funcionamientoirregular de los componentes debido a la compresibilidad de éste.

Amortiguador Aparato destinado a eliminar o reducir las puntas de presión en un circuitohidráulico.

Amplificador Dispositivo que amplifica la señal de error, en la salida, lo suficientecomo para originar variaciones en el sistema de control de movimiento deun actuador.

Amplitud de sonido Es la intensidad acústica de un ruido.

Anilina, punto de Ver punto de anilina

Anillo antiextrusión Anillo que reduce la tolerancia para minimizar la extrusión de la junta.

Área anular O sección anular. Área con forma de anillo. Normalmente se refiere alárea efectiva en el lado del vástago de un cilindro.

Atmósfera técnica Unidad de medida de presión; equivale a 1,013 · 105 Pa.

Atmósfera técnica Unidad de medida de presión; equivale a 1 kg/cm².

B

Bar Unidad de presión = 1 kg/cm² = 14,5 psi.

Barrilete Bloque de pistones de una bomba o motor de pistones axiales.

Bernouilli, ley de La energía debida a la presión y la velocidad de un líquido en circulaciónpermanece constante en todos los puntos de la corriente (si no seconsideran las fricciones internas, y éste no realiza ningún trabajo).

Bloque Sistema de montaje de elementos sobre una placa (bloque) en cuyointerior se han perforado los conductos necesarios para la circulación delfluido para la función a realizar.

Bomba Elemento que convierte la fuerza y el movimiento mecánico en potenciahidráulica del fluido.

Boyle, ley de La presión absoluta de una masa constante de gas es inversamenteproporcional a su volumen, si la temperatura permanece constante.

Brazo de palanca Principio de física por el cual se consigue un aumento de la fuerza desalida al disminuir la distancia a que se aplica.

Brida Sistema de conexión plana entre elementos

By-pass (derivación) Pasaje secundario para el caudal de un fluido.

Bubble point Prueba no destructiva para el control de calidad de los filtros.

Bulk, módulo de Resistencia a la compresibilidad del fluido. Recíproco de lacompresibilidad.


C

Cc Iniciales empleadas para expresar cubicaje o volumen (centímetroscúbicos).

Caballo de vapor Unidad de potencia. Es la potencia necesaria para elevar 75 kp a unaaltura de un metro en un segundo. 1 CV = 75 kp m/sg. = 0,746 kw.

Caída de presión (Pérdida de carga). Diferencia de presiones entre dos puntos de un sistemao componente.

Calderín Ver receptor de aire.

Calor Es una forma de energía capaz de variar la temperatura de una sustancia.

Caloría Unidad de calor. Es la cantidad de calor necesaria para elevar latemperatura de un gramo de agua en un grado centígrado (de 14.5º a15.5º).

Cámara Compartimiento interno de un componente hidráulico. Puede contenerelementos de funcionamiento o de control del componente. (ej.: cámara dedrenaje, de descompresión,...)

Canal Pasaje para el fluido cuya longitud es muy grande con relación a susección transversal.

Canalización Efecto físico por el cual un fluido tiende a pasar a través de aquel canal demayor sección o que le ofrezca menor resistencia al paso.

Capilar Tubo largo con diámetro interior inferior a 100 micras (L>>D).

Carga estática Altura de una columna de líquido, respecto a un punto determinado,expresada en unidades de longitud. Suele indicar una presiónmanométrica.

Carrera Longitud de trabajo de un cilindro.

Cartucho 1.- Parte del filtro en que está contenido el elemento filtrante

2.- Tipo de válvulas diseñadas para ser instaladas en el interior de unbloque

3.- Conjunto que comprende los elementos de la unidad impulsora de unabomba o motor de paletas o pistones.

Caudal Volumen o masa de fluido que pasa por una conducción por unidad detiempo. La unidad más empleada en la prácticaes el litro por minuto.

Caudalímetro Aparato para medir el caudal total, instantáneo o una combinación deambos.

Cavitación Condición gaseosa localizada en una corriente líquida que ocurre cuandola presión de éste es inferior a su tensión de vapor.

Central hidráulica Grupo transmisor de potencia hidráulica, compuesta normalmente por unaccionador primario (motor eléctrico), una bomba, el depósito del fluido yla válvula de seguridad.


Charles, ley de El volumen de una masa fija de gas varía en forma directamenteproporcional con la temperatura absoluta, si la presión permanececonstante.

Chicle Pieza con un orificio interno calibrado que produce un estrangulamiento.Se usa para reducir el caudal en las líneas de pilotaje de las válvulas decartucho o simplemente como regulador de caudal fijo en aplicacionesconcretas.

Ciclo Operación completa y simple compuesta por varias fases sucesivas queempiezan y terminan en una posición neutral.

Cilindrada Véase desplazamiento.

Cilindro Elemento que transforma la energía hidráulica o neumática en fuerza ymovimiento lineal, o viceversa.

Cilindro buzo Cilindro de simple efecto en el que el pistón es el mismo vástago.

Cilindro amortiguador Cilindro en cuyo interior se han construido amortiguadores que restringenel caudal de salida a partir de una cierta posición del embolo, lo queresulta en una reducción de la velocidad de movimiento del vástago en lazona final del desplazamiento.

Cilindro de doble efecto Cilindro en el que la fuerza del fluido puede aplicarse en ambos sentidosdel elemento móvil.

Cilindro de simpleefecto

Cilindro en el que la fuerza del fluido se aplica solamente en unadirección del elemento móvil.

Cilindro telescópico Cilindro con múltiples secciones tubulares que proporcionan una carreramuy larga en un cuerpo que al retraerse es muy corto.

Cilindros en tándem Dos o más cilindros con los pistones interconectados mecánicamente.

Circuito Trayectoria completa de un sistema hidráulico, incluido el dispositivogenerador de caudal.

Circuito abierto Circuito en el que el caudal de la bomba, después de haber circulado porlos elementos, retorna al depósito.

Circuito cerrado Circuito en el que el caudal de la bomba, después de haber circulado porlos elementos, retorna directamente a la entrada de la bomba.

Circuito diferencial oregenerativo

Circuito en el que el fluido con presión descargado por un componente, sedevuelve al sistema. Normalmente se aplica en cilindros donde el caudalde descarga procedente de la sección anular se dirige hacia la secciónprincipal, se comvina con el caudal procedente de la bomba y aumenta lavelocidad de extensión.

Circuito piloto Circuito empleado para controlar un circuito principal o algúncomponente.

Circuito de puesta envacío

Circuito en el que el caudal de la bomba se dirige hacia el depósito, sinpresión, cuando este caudal no es necesario para el sistema.


Circuito servo Circuito controlado por realimentación (feedback) automática. La salidadel sistema es controlada o medida y es comparada con la señal deentrada. Este control tiende a minimizar el error entre ambas señales.

Circulación laminar Forma de circulación de un líquido en la cual éste se mueve en capasparalelas o láminas.

Circulación turbulenta Forma de circulación de un fluido en la que éste se mueve de forma nolaminar.

Codo Conector que forma ángulo entre dos conducciones que se unen. Salvoespecificación en sentido contrario, el ángulo es de 90º.

Colador Aparato destinado a retener partículas contaminantes de gran tamaño;normalmente está construido con una tela metálica. También puededefinirse como un filtro basto.

Colector de retorno Línea de retorno de fluido en la que convergen los distintos retornos delos componentes.

Colmatación Obstrucción de los poros de un filtro causada por la retención departículas.

Componente Elemento simple de un circuito o sistema hidráulico.

Compresibilidad Variación de la densidad de un fluido cuando es sometido a presión.

Compresor Aparato que convierte la fuerza y el movimiento mecánico en potencianeumática.

Compresor de variasetapas

Compresor con dos o más fases de compresión en el que la descarga decada una alimenta a la siguiente, en serie.

Contaminante Cualquier sustancia no deseable que contenga el fluido.

Contrapresión Presión existente en la línea de retorno a tanque, creada por los elementosintermedios y la propia tubería.

Control Dispositivo utilizado para regular el funcionamiento de una unidad.

Convertidor de par Acoplamiento hidráulico rotativo capaz de multiplicar el par del motor.

Corredera Término aplicado indiscriminadamente a cualquier pieza móvil, de formacilíndrica, que se mueva dentro de un alojamiento; normalmente utilizadapara dirigir el caudal a través del elemento.

Cruz Conector con cuatro orificios en forma de cruz.

D

D Inicial empleada para expresar diámetros.

Delimitación de unmontaje

Rectángulo dibujado alrededor del símbolo gráfico de uno o varioscomponentes para indicar los límites de un montaje.


Densidad Relación entre la masa y el volumen de un elemento.

Depósito Recipiente destinado al almacenamiento de un líquido.

Derivación Véase by-pass.

Descarga Véase circuito de puesta en vacío.

Descompresión Acto por el que se reduce gradualmente la presión de una línea oelemento.

Desplazamiento Volumen de líquido que pasa a través de una bomba, motor, o cilindro enuna sola revolución o carrera.

Desplazamientopositivo

Característica de una bomba o de un motor cuyos orificios de entrada ysalida están incomunicados entre sí, evitando que el líquido puedarecircular dentro del elemento.

Drenaje Pasaje de un componente hidráulico, o procedente de éste, por el que elcaudal de fugas y descompresiones retorna directa e independientementeal depósito.

E

Elemento filtrante Elemento poroso que realiza el proceso de filtración.

Empaquetadura Elemento de estanqueidad compuesto por uno o varios elementosdeformables comprimidos. Normalmente se les aplica una compresiónaxial para obtener una estanqueidad radial.

Enchufe rápido Acoplamiento que permite la rápida unión o separación de líneas.

Energía Capacidad para realizar un trabajo.

Energía cinética Energía que tiene un sólido o un fluido en función de su masa y velocidad.

Equilibrio hidráulico Caso en que fuerzas hidráulicas iguales y opuestas actúan sobre una partede un componente hidráulico.

Estrangulamiento En una conducción es una restricción de poca longitud comparada con susección transversal. Permite el paso de un caudal restringido; se utilizapara controlar el caudal o para crear una determinada pérdida de carga enla línea.

F

F Inicial empleada para expresar fuerzas.

Filtro Aparato cuya función principal es la retención en un medio poroso de loscontaminantes insolubles de un fluido.

Filtrabilidad Propiedad del fluido que define el comportamiento de éste ante el filtro.


Filtración absoluta Denominación del grado de filtración de un elemento filtrante.Corresponde al diámetro de la mayor partícula esférica, dura eindeformable, que pasará a través de éste bajo condiciones especificas.

Flash point Véase punto de ignición.

Fluido Un líquido o gas.

Fluido ininflamable Fluido difícilmente combustible y con poca capacidad de transmisión dela llama.

Fluídica Rama de la ingeniería que abarca el uso de los fenómenos dinámicos deun fluido para medir, controlar, procesar la información, y/o actuar.

Frecuencia Número de veces por unidad de tiempo que se repite una acción.

Fuerza Cualquier causa que tienda a producir o modificar el estado de reposo omovimiento.

G

Gravedad específica (deun líquido)

Es la relación entre el peso de un volumen determinado de líquido y elpeso del mismo volumen de agua.

H

Hidráulica Ciencia que trata de las presiones y los caudales de los líquidos.

Hidrostática Ciencia que trata de la energía de los líquidos en reposo.

Hidrodinámica Ciencia que trata de la energía del caudal (movimiento) y la presión de unlíquido.

Hidrocinética Ciencia que trata de la energía de los líquidos en movimiento.

Hidroneumática Ciencia que trata de la combinación de las potencias hidráulica yneumática.

I

Índice de viscosidad Medida de las características viscosidad-temperatura de un fluido referidaa la viscosidad de dos fluidos de referencia arbitrarios (ASTM D567-53).

Inhibidor Cualquier substancia que evita o reduce reacciones químicas como laoxidación o la corrosión.

Intensificador Aparato que convierte la baja presión en alta presión (multiplicador).

Intercambiador decalor

Aparato que transfiere el calor, de un fluido a otro, a través de un mediodivisor.


J

Junta Elemento destinado a prevenir o controlar el escape de un fluido o laentrada de materiales ajenos en circuitos hidráulicos.

Junta tórica Elemento de estanqueidad de sección cilíndrica.

L

L Inicial empleada para expresar longitudes.

Línea Tubo, tubería o manguera flexible que actúa como conductor de un fluido.

Línea de aspiración Línea hidráulica que conecta el depósito con la entrada de aspiración de labomba.

Línea de presión Línea hidráulica que conecta la salida de presión de la bomba con elorificio presurizado del actuador.

Línea de retorno Línea hidráulica que conecta la salida del actuador con el depósito.

Lubricador Aparato que añade cantidades controladas de lubricante en un sistema.

Lubricante Fluido, generalmente aceite de base mineral, que forma una película entrelas superficies para evitar el contacto directo entre las mismas.

M

M Inicial empleada para expresar par motor.

Manifold Conductor que ofrece muchos orificios internos de conexión.

Manómetro Dispositivo destinado a la medida de presiones.

Margen de supresión Diferencia entre la presión de apertura de una válvula y la presiónalcanzada cuando pasa a través de ella todo el caudal.

Medio filtrante Elemento poroso contenido en el cartucho filtrante, que realiza laoperación de filtración. Puede ser de profundidad o superficial.

Micra Millonésima parte del metro o milésima parte del milímetro.

Motor hidráulico Aparato que transforma la energía hidráulica en energía mecánica conmovimiento rotativo.

Motor de cilindradafija

Motor en el que el desplazamiento por revolución no puede ser variado.

Motor cilindr. variable Motor en el que el desplazamiento por revolución puede variarse.

Motor par Dispositivo electromagnético formado por bobinas y circuito magnéticoempleado en las servoválvulas.


Movimiento alternativo Movimiento de vaivén en línea recta.

Movimiento browniano Movimiento en zigzag a que están sometidas las partículas en mediosfluidos.

Multipass Test destructivo que simula las condiciones reales de trabajo y mide laeficiencia del filtro.

N

N Inicial empleada para expresar potencia.

Neumática Ciencia que trata de las presiones y caudales de los gases.

Newt Unidad de viscosidad cinemática en el sistema inglés.

Núcleo Parte central, generalmente maciza, de un elemento.

Numero deneutralización

Una medida de la acidez o basicidad total de un aceite, incluidos las basesy los ácidos orgánicos e inorgánicos (designación ASTM D974-58T).

O

Obturador Elemento de ciertas válvulas que impiden el paso del caudal cuando quedaajustado en su asiento.

Orificio Final interno o externo de un pasaje en un componente hidráulico.

P

P Inicial empleada para expresar presión.

Pasaje Conducto mecanizado que pasa a través de un elemento hidráulico parapermitir el paso del fluido.

Pascal, principio de La presión aplicada a un líquido confinado se transmite en todasdirecciones, y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales.

Par Fuerza giratoria.

Pistón Pieza de forma cilíndrica que se ajusta dentro de un cilindro y transmite orecibe un movimiento mediante el vástago conectado a la misma.

Placa base Montura auxiliar para un componente hidráulico que ofrece un medio deconectar las tuberías al componente.

Poise Unidad estándar de la viscosidad absoluta en el sistema c.g.s.

Poro Agujero del medio filtrante a través del cual circula el fluido.

Potencia Trabajo por unidad de tiempo.


Potenciómetro Elemento que mide y controla un potencial eléctrico.

Presión Fuerza por unidad de área. En la práctica se mide en kg/cm² o bar.

Presión absoluta La suma de la presión atmosférica y la manométrica, es decir, la escala depresión donde el punto cero es el vacío absoluto.

Presión atmosférica Presión ejercida por la atmósfera en un lugar determinado. Al nivel delmar es aproximadamente de 1 kg/cm².

Presión de abertura Presión a la que una válvula, accionada por presión, empieza a permitir elpaso del fluido.

Presión diferencial La diferencia de presiones entre dos puntos cualesquiera de un sistema ode un componente.

Presión manométrica Presión diferencial respecto de la atmosférica.

Presión de carga Presión del gas comprimido en un acumulador antes de llenarlo de fluido.

Presión piloto Presión auxiliar utilizada para accionar o controlar los componenteshidráulicos.

Presión de trabajo delsistema

Presión tarada a la que trabaja el sistema.

Presión de prueba Presión alcanzada por encima de la recomendada en un ensayo nodestructivo.

Presión recomendada La presión de trabajo recomendada para un elemento o un sistema por sufabricante.

Presión del sistema Presión que vence todas las resistencias del sistema. Incluye las necesariaspara realizar el trabajo útil así como las pérdidas por rozamientos.

Presión de trabajo La presión que vence la resistencia del elemento de trabajo.

Presostato Interruptor eléctrico accionado por la presión del fluido.

Presurizar Aplicar una presión superior a la atmosférica.

Puerto o orificio Terminal interior o exterior de un pasaje de un componente.

Punta de presión Aumento instantáneo de la presión de un circuito, que se presenta en unaonda que se mueve a velocidad supersónica.

Punto de anilina La más baja temperatura a la que un volumen determinado de líquido estotalmente miscible con un volumen igual de anilina recién destilada(ASTM D611-55T).

Punto de ignición Temperatura a la que debe calentarse un fluido, bajo condicionesespecíficas, para que produzca suficiente vapor y, una vez mezclado conel aire, formen una mezcla que pueda arder espontáneamente al aplicarleuna llama específica.


Purga Aparato par eliminar el fluido presurizado.

Q

Q Inicial empleada para expresar caudales.

R

R Inicial empleada para expresar radios.

Reductor Un conector que tiene la salida de menor tamaño que la entrada.

Refrigerador Intercambiador de calor utilizado para extraer el calor de un fluidohidráulico.

Régimen laminar Ver circulación laminar.

Régimen turbulento Ver circulación turbulenta.

Regulación a la entrada Acción de regular la cantidad de fluido que entra en un accionador osistema.

Regulación a la salida Acción de regular la cantidad de fluido que sale de un accionador osistema.

Regular Acción de controlar la cantidad de fluido.

Regulador de caudal Aparato que se utiliza para regular la cantidad de fluido que circula por él.

Rellenar Acción de volver a llenar para mantener un determinado nivel (ej.:rellenar el depósito).

Rendimiento Relación entre la salida y la entrada, o entre los valores teóricos y losreales. El rendimiento se expresa normalmente en porcentajes.

Restrictor Reducción de la sección transversal de una línea o pasaje que produce unacaída de presión o una reducción del caudal.

S

S.C.F.M. Unidad de medición del caudal de aire (Standard Cubic Feed per Minute)

Secuencia Orden de una serie de operaciones o movimientos.

Señal Mando o indicación de una posición o velocidad deseadas.

Servocircuito Circuito controlado con realimentación automática (ej.: la salida).

Servoválvula Válvula que controla la dirección y cantidad de fluido proporcionalmentea una señal de entrada.


Silenciador Aparato destinado a reducir el ruido del caudal de gas.

Stoke Unidad de viscosidad cinemática en el sistema c.g.s.

T

t Inicial empleada para expresar tiempo.

T Inicial empleada para expresar trabajo.

Tacómetro Dispositivo que genera una señal, en corriente alterna o continua,proporcional a la velocidad a la que se le hace girar.

Tanque Véase depósito.

Te Conector con tres orificios, dos sobre un eje y el tercero en perpendiculara este eje.

Trabajo Aplicación de una fuerza en una distancia determinada. Se mide enunidades de energía.

Tubo o tubería Conductor rígido en el que su medida viene determinada por su diámetroexterno.

Turbina Dispositivo giratorio que actua por el impacto de un fluido, enmovimiento, contra sus álabes o paletas.

U

Unión Conector que permite que dos líneas se junten o se separen sin necesidadde hacerlas girar.

V

v Inicial empleada para expresar velocidades.

V Inicial empleada para expresar volúmenes.

Vacío Presión inferior a la atmosférica. Se expresa normalmente en milímetrosde columna de mercurio (mm Hg).

Válvula Aparato que sirve para controlar la dirección, la presión o el caudal de unfluido.

Válvula antirretorno Válvula de control direccional que permite el paso del fluido en una soladirección.

Válvula de cierre Válvula que funciona totalmente abierta o totalmente cerrada.

Válvula de controldireccional

Válvula cuya función primordial es la de dirigir o impedir el paso delcaudal a través de los orificios seleccionados.


Válvula de cuatro vías Válvula de control direccional cuya función primordial es la de conectaralternativamente con la entrada de presión y con la salida hacia eldepósito, los dos orificios de trabajo de un sistema o componente.

Válvula de deceleración Válvula de control de caudal que reduce éste de forma proporcional paraproducir una deceleración.

Válvula de descarga Válvula cuya misión primordial es la de enviar el fluido hacia el depósitocuando se alcanza y mantiene una presión determinada en su línea depilotaje.

Válvula dedescompresión

Válvula de control de presión que controla la velocidad a la que, laenergía contenida en un fluido comprimido se reduce.

Válvula de dos vías Válvula de control direccional con dos pasos distintos para el fluido.

Válvula de equilibraje Válvula de control de presión que mantiene una contrapresión paraimpedir el descenso, por gravedad, de una carga vertical.

Válvula de prellenado Válvula que permite el paso directo (por gravedad) del fluido del depósitohacia un cilindro durante parte de su ciclo de avance. Permite que sepueda aplicar la presión de trabajo durante el ciclo de trabajo, y permite elretorno libre del fluido al depósito, desde el cilindro, durante el ciclo deretorno.

Válvula de secuencia Válvula cuya función primordial es la de dirigir el caudal en unasecuencia predeterminada. Desvía el caudal hacia un sistema secundariomientras mantiene una presión mínima predeterminada en el sistemaprimario. Esta válvula es accionada por la presión del fluido.

Válvula de seguridad Válvula accionada por presión cuya función primordial es la de limitar lapresión del sistema.

Válvula de selección depilotaje

Válvula de conexión que selecciona uno de entre dos o más circuitosdebido a los cambios de presión o de caudal entre los circuitos.

Válvula de tres vías Válvula de control direccional cuya misión primordial es la de,alternativamente, presurizar y descargar un orificio de trabajo.

Válvula divisora decaudal (divisor)

Válvula que divide el caudal de una sola fuente en dos o más ramales.

Válvula divisorade caudal compensadapor presión

Válvula divisora que divide el caudal en relaciones fijasindependientemente de las distintas resistencias que le ofrezcan losramales.

Válvula piloto Válvula auxiliar utilizada para controlar la operación de otra válvula.Válvula de mando de una válvula de dos pasos.

Válvula reductora depresión

Válvula de control de presión cuya misión primordial es la de limitar lapresión a su salida, con independencia de la presión de entrada.

Válvula reguladora decaudal

Válvula que controla el caudal.


Válvula reguladora decaudal compensada porpresión

Válvula de control de caudal que realiza su función con independencia dela presión del fluido.

Válvula reguladora decaudal compensada portemperatura

Válvula de control de caudal que realiza su función con independencia dela temperatura del fluido.

Válvula seguidora Válvula de control de caudal que dirige el fluido hacia un actuador deforma tal que el movimiento resultante sea proporcional al movimiento deentrada de la válvula.

Vástago Pieza de forma cilíndrica, de diámetro constante, que se utiliza paratransmitir un empuje.

Venting, venteo Poner en descarga un caudal despresurizando.

Viscosidad La medida de la fricción interna o la resistencia que ofrece un fluido afluir.

Volumen Capacidad de un espacio o cámara expresado en unidades cúbicas.

Referencias 247

Referencias

BENLLOCH, J. Lubricantes y lubricación aplicada.(1983)

BILEK, M. Manual de hidráulica.

EGEA GIL, P. Mecanismos hidráulicos.

FITCH, E.C. An encyclopedia of fluid contamination control for hydraulic systems. Oklahoma StateUniversity. (1982)

GARCÍA PASCUAL, F. Tecnología de equipos industriales

HULMER, D. Manual de oleodinámica.(1975)

PALL IND. HYDRAULICS LTD. Hydraulics training manual.(1972)

ROCA RAVELL, F. Filtración en sistemas oleohidráulicos. (1978)

ROCA RAVELL, F. Manual de hidráulica, filtración y fluidos.(1996)

ROQUET, S.A. Cursillo oleohidráulica.

SPERRY VICKERS. Curso de introducción a la oleohidráulica.

SPERRY VICKERS. Curso de diseño circuitos oleohidráulicos.

UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA. Circuitos oleohidráulicos con válvulasproporcionales.

VALÈNCIA, E. - BERGADÀ, J.M. - SEGALÀS, J. - RIPOLL, M. Oleohidràulica. Problemesresolts. (1998)

VERKOL, S.A. Manual de fluidos hidráulicos.(1.982)

Pròleg I

Pròleg

Els alumnes de qualsevol disciplina tècnica, que volen arribar a un domini acceptable de la matèria,comproven aviat dues realitats: que els ensenyaments teòrics són necessaris però insuficients, i que ésimprescindible l’entrenament personal aprenent a resoldre un nombre determinat de problemes, laquantitat dels quals depèn de cadascú.

Per al cas concret de l’oleohidràulica, aquí es presenten reunits un conjunt de problemes d’examen,constituint per tant cada un d’ells una unitat independent on es du a terme de forma exhaustival’anàlisi d’un circuit determinat.

La preocupació dels autors ha estat constantment exposar la temàtica determinada amb claredat iconcisió.

Si el lector atent descobreix que aquestes qualitats no s’assoleixen, agrairem les observacions adients,per millorar edicions posteriors.

Índex III

Índex

Problema 1 ....................................................................................................................................... 1

Problema 2 ......................................................................................................................................11

Problema 3 ......................................................................................................................................14

Problema 4 ......................................................................................................................................19

Problema 5 ......................................................................................................................................24

Problema 6 ......................................................................................................................................32

Problema 7 ......................................................................................................................................41

Problema 8 ......................................................................................................................................52

Problema 9 ......................................................................................................................................57

Problema 10 ....................................................................................................................................63

Problema 11 ....................................................................................................................................70

Problema 12 ....................................................................................................................................74

Problema 13 ....................................................................................................................................81

Problema 14 ....................................................................................................................................90

Problema 15 ....................................................................................................................................98

Problema 16 ..................................................................................................................................107

Problema 17 ..................................................................................................................................108

Problema 18 ..................................................................................................................................117

Problema 19 ..................................................................................................................................123

Problema 20 ..................................................................................................................................131

Problema 21 ..................................................................................................................................140

Problema 22 ..................................................................................................................................149

Problema 23 ..................................................................................................................................154

Oleohidràulica. Problemes resoltsIV

Problema 24 ..................................................................................................................................160

Problema 25 ..................................................................................................................................166

Problema 26 ..................................................................................................................................171

Nomenclatura................................................................................................................................177

Bibliografia ...................................................................................................................................179

Problema 1 1

Problema 1

1.1 Enunciat

El manipulador d’un robot industrial és constituït pels elements següents: una bomba de paletesde volum de desplaçament (cilindrada) constant, de rendiment global: η = 0,8 i rendimentvolumètric: ηv = 0,95, accionada per un motor elèctric de 730 rpm; dos distribuïdors D1 i D2

que permeten accionar els dos pistons Z1 i Z2. Z1 es fa servir per desplaçar la pinça i té undiàmetre exterior de 80 mm i un diàmetre de tija de 25 mm. Z2 es far servir per tal d’accionar-la essent el seu diàmetre exterior 125mm i el seu diàmetre de tija 32 mm. La figura 1.1 mostral'esquema del circuit.

El cicle de treball consta de quatre fases:

1a) La pinça es tanca sobre la peça cilíndrica a causa de l’oli a pressió que arriba estant dins eldistribuïdor D 2 en posició a. Velocitat del pistó Z2: 0,7 cm/s., constant al llarg de tota lafase, la qual dura 3 segons. Esforç a vèncer: 5000 N, constant durant tota la fase.

2a) El pistó Z1 es desplaça amb la pinça carregada des d’A fins a B. Durada de la fase: 3segons. Velocitat del pistó Z1: 1 cm/s, constant al llarg de tota la fase. Esforç a vèncer:6000 N, constant durant tota la fase.

3a) La pinça s’obre i deixa anar la peça transportada. Durada de la fase: 2,8 segons. Velocitatdel pistó: 0,749 cm/s, constant durant la fase. Esforç a vèncer: 5000 N, constant durant lafase.

4a) El pistó Z1 es desplaça amb la pinça buida des de B fins a A. Velocitat: 1,108 cm/s, constantdurant la fase. Esforç a vèncer: 5500 N, constant durant la fase.

Els distribuïdors D1 i D2 es consideren sense pèrdua de càrrega. Les dimensions de la pinça sónassenyalades a la figura 1.2.

a) Incorporeu les vàlvules necessàries que faltin, per tal que el circuit pugui funcionar ambseguretat.


b) Decidiu si cal incorporar un acumulador en el circuit i, en cas afirmatiu, determineu-ne elvolum.

c) Calculeu el cabal i el volum de desplaçament (cilindrada) de la bomba de paletes.

d) Determineu la variació de pressió en el circuit durant el cicle.

e) Calculeu la potència del motor elèctric que acciona la bomba.

f) Si el distribuïdor D2 és substituït pel distribuïdor D3, obteniu el cabal en el punt 1 (abans deD3) i la pressió en el circuit quan la posició de D3 sigui la b. Les velocitats de Z2 són lesmateixes d’abans.

g) Quina és la variació de la velocitat del punt A de la pinça durant la fase 1?

Fig. 1.1 Circuit oleohidràulic per controlar una pinça de robot

Problema 1 3

Fig. 1.2 Esquema de la pinça de robot

1.2 Solució

a) Falta afegir dues vàlvules limitadores de pressió, la primera just després de la bomba i la segonaper l’acumulador. També s’afegeix un acumulador i una vàlvula antiretorn entre l’acumulador i labomba. Per tal de regular la velocitat del pistó i, per tant, regular la velocitat en què es tanca i s’obrela pinça, s’afegeix un parell de vàlvules reguladores de cabal. Finalment, per evitar que la pinça estanqui massa de pressa, s’afegeix una vàlvula antiretorn a la sortida del pistó Z2 pilotada per l’altrabranca.

Dades de la pinça:xA = 46,5 mmyA = 0xB = 0yB = 59 mm

xEo = 39,33 mmyEo = 29,5 mmEoE = 12,52 mmEA = 42,27 mmEB = 36,71 mmε = 143,89°

Moviment delspunts AA’: horitzontal

Z2

A

B


Fig. 1.3 Esquema oleohidràulic complet

b) Agafant les dades de l’enunciat fem un estudi gràfic de velocitats, forces i superfícies dels pistonsen el temps (fig. 1.4). Primer és necessari calcular les superfícies dels pistons:

↑ = =

→ = =

↓ = − =

← = − =

Z A cm

Z A cm

Z A cm

Z A cm

2

22

1

22

2

2 22

1

2 22

12 5

4122 71

8

450 265

12 5 3 2

4114 675

8 2 5

445 356

π

π

π

π

,,

,

( , , ),

( , ),

Problema 1 5

Fig. 1.4 Diagrames de velocitat, força i superfície del pistó en el temps

Per calcular el temps que tarda a tornar el pistó Z1 només cal calcular els recorreguts i veure quantemps es tarda (vegeu el primer gràfic de la figura 1.4).

{ cm 331 ;1 =⋅=⋅= ABxtcxZ�

{�

Z1 x c t

t t s

= ⋅= ⋅ ⇒ =3 1108 2 7, ,

Per calcular els cabals de cada pistó és necessari multiplicar l’àrea del cilindre per la velocitat del’oli. La diferència de cabals entre el subministrat per la bomba i els necessaris per moure els pistonsens dóna el cabal que haurà de subministrar l’acumulador; si el multipliquem pel temps tindrem elvolum que ha de tenir.

Q cm sB = ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅+ + +

=3 85 89 3 50 265 2 8 85 89 2 7 50 25

3 3 2 8 2 768 228 3, , , , , ,

, ,, /


↑Z2→ Z1 ↓Z2

← Z1

t 3 s 3 s 2,8 s 2,7 s� �

�⋅ = 204,68 201,68 191,03 184,21

t Qr⋅ = 257,67 150,795 240,49 135,67

t Q QB r( )−∑ -52,99 0,895 -48,565 -0,02550

Fig. 1.5 Diagrames de desplaçament i cabals dels pistons en el temps

Problema 1 7

Així finalment el volum que ha de tenir l’acumulador serà:

V cmacumulador= + =52 99 0 895 53 88 3, , ,

c) A l’apartat anterior s’havia calculat el cabal subministrat per la bomba.

QB = 68,228 cm3/s

El volum de desplaçament dependrà del cabal subministrat i tenint en compte el rendimentvolumètric de la bomba:

QQ

cm sthBB

VB

= = =η

68 228

0 957181 3,

,, /

Q V nthB B B=

7181 33

7301

605 902

3, /

.

.

.,cm s VB

cm

v

rev

min

min

sVB

cm

volta= ⋅ ⋅ ⇒ =

d) Tenint en compte l’equació P = F/A i agafant com a referència el gràfic de forces dels pistons quehi ha a la figura 1.4, es pot calcular fàcilment quines són les pressions.

P bar

P bar

P bar

P bar

Z

Z

Z

Z

↑

→

↓

←

= =

= =

= =

= =

2

1

2

1

5000

122 714 074

6000

50 26511 93

5000

114 6754 36

5500

45 35612 126

,,

,,

,,

,,

Fig. 1.6 Diagrama de pressions en el temps


e) Potència del motor elèctric

N W CVE = ⋅⋅

=12 126 68 228

0 8 10103 41 0 14

, ,

,, ( , )

f) Si el distribuïdor D2 és substituït pel distribuïdor D3, primer cal obtenir el cabal Q.

Q Q Q

Q cA cAZ c cm s

+ =+ =

↑ ⇒ =2 1

2 12 0 7, /

Finalment es troba Q.

Q c A A cm s= − = − =( ) , ( , , ) , /1 230 7 122 71 114 675 5 624

Fig. 1.7 Circuit oleohidràulic amb la vàlvula D3 en comptes de la D2

La pressió en el circuit quan la posició de D3 sigui la b serà:

pF

A A

N

cmm

cm

barN

m

bar=−

=− ⋅

⋅ =1 2 2

2

4 2

52

5000

122 71 114 6751

10

1

1062 227

( , , )

,

Problema 1 9

g)

s

cmav 88,0, =

Fig. 1.8 Pinça amb diagrama de velocitats

• s

cmaV 68,0' =

Fig. 1.9 Diagrama de velocitats

B


s

cm 52,0, =av

Fig. 1.10 Diagrama de velocitats

Problema 2 11

Problema 2

2.1 Enunciat

Una cisalla portàtil per tallar rodó d’acer de construcció de 20 mm de diàmetre i límit elàsticde 90 kg/mm2 té un recorregut de la ganiveta solidària amb el pistó P de 25 mm i els frecs i lespèrdues de càrrega del circuit equivalen a 15 kp/cm2.

Altres dades són:

ηB = 0,87ηME = 0,85cos ϕ = 0,88

Es demana:

a) A quina pressió s’ha de calibrar la vàlvula de seguretat S si es vol treballar amb un marge deseguretat de 10 kp/cm2.

b) Si la bomba B té un cabal d’1 l/min, quants talls per minut es poden realitzar teòricament?

c) Quina força ha d’exercir la molla M per fer retrocedir la ganiveta quan no es dóna senyalelèctric a la vàlvula distribuïdora D?

d) La potència del motor que acciona la bomba, tenint en compte que, amb les condicions defuncionament, s’admet que el motor tingui una sobrecàrrega d’un 30 %.


Fig. 2.1 Esquema bàsic del circuit. El diàmetre més gran (D) és de 60 mm iel de l’eix del cilindre(d), sobre el qual hi ha la molla, és de 25 mm.

2.2 Resolució

Per resoldre aquest problema cal entendre el dibuix de la figura 2.1. Sobre el diàmetre de 60 mm l’olique prové de la vàlvula de dues posicions empeny el pistó (de simple efecte). La ganiveta (diàmetrede 20 mm) a l’altre extrem de pistó fa una força que permet tallar. Una molla retorna el pistó a laseva posició. La relació de diàmetres és inferior a 1, ja que així la pressió és major en la ganiveta.

a) La pressió a calcular és la que hi ha a l’extrem de diàmetre de 60 mm del pistó. A aquesta pressióhem de sumar la deguda als fregaments (ja que són pèrdues) i les del marge de seguretat.

L’esforç de tall màxim és:

gmmmm

kgdPSPFTall k 25120)(

4

2080

42

2

2

2

=⋅⋅

=⋅⋅=⋅= ππ

La pressió necessària d’oli la calcularem a partir de la força anterior. Serà:

222288989,8

4

60

25120

4

cmkg

mmkg

d

F

S

FPOli ==

⋅=

⋅==

ππ

La pressió de calibratge de la vàlvula serà:

Problema 2 13

29141015889cm

kgPPPP SMOliCal =++=++=

treballa a 914 kg/cm2

Nota:

La pressió de la molla M se suposa que fa l’esforç equivalent a 15 kg/cm2 (ja que la seva funció és ferretornar el pistó P a l’origen).

b) Primer hem de calcular el volum del pistó:

V S h mm mmP P= ⋅ =⋅

⋅ = =π 60

425 70650 0 0706

22 3( ) ( ) ' mm l

Per cada tall necessitem un volum total de 2 volums de pistó.

0'1412lV*2V PT ==

Això suposa un cabal de: Q V / tT=

Si considerem que a causa de l’acceleració i la frenada es tarda un 10 % més de temps, llavors elcabal serà:

n)0'155(l/mi0'1412*1.1Q*1'1QT ===

Com que la bomba subministra un cabal d’1 l/min, el nombre de talls serà:

n talls/mi6,4(l/min) 0,155

(l/min) 1

Q

Q tallsnre.

T

B ===

c) La força que ha d’exercir la molla M per fer retrocedir la ganiveta és la dels frecs i les pèrdues decàrrega del circuit:

gcmcm

kgFM k 424

4

615 2

2

2 =⋅⋅= π

d) Volem calcular la potència del motor que acciona la bomba:

CVPQ

NM 31,287,0

1

450

)(kg/cm 904(l/min) 1 2

=⋅⋅=⋅=η

Si admetem una sobrecàrrega d’un 30 % la potència total serà:

CVN 78,13,131,2 ==

Per tant, escollirem un motor de 2 CV.


Problema 3

3.1 Enunciat

Una unitat de sinterització (premsat de pols) disposa de dues premses equipades amb elscircuits de les figures 1a i 1b.

S’han de premsar dues substàncies de les característiques següents:- substància 1: premsat a velocitat constant, c=6 m/s i amb la variació de la pressió de la figura2.- substància 2: premsat a pressió constant, p=120 bar i amb la variació de la velocitat de lafigura 3.

Pèrdues de fricció en el pistó de la premsa: ∆ p = 2 bar.

a) Seleccioneu la premsa adequada per a cada una de les substàncies 1 i 2.b) Determineu en cada cas el valor màxim de la pressió pB en el procés de premsat (el pistóbaixa) i en el de recuperació (el pistó puja).c) Calculeu el cabal d’oli subministrat a la premsa en el procés de premsat.d) Calculeu la velocitat de pujada del pistó si el cabal d’oli és 1 l/s.e) Afegiu-hi si ho creieu convenient, els elements que hi manquen.

D1 = 0,2 m

D2 = 0,18 m

D3 = 0,3 m

Problema 3 15

Fig 3.1

1. dipòsit.2. bomba i motor (la bomba de la figura és de cilindrada variable regulada per cabal)3. regulador.4. vàlvula limitadora de pressió.5. vàlvula de retenció.6. acumulador.7. distribuïdor 4/3.8. vàlvula limitadora de cabal.9. pistó de premsa.Fluid: oli de densitat r = 800 kg/m3

0

20

40

60

80

100

120

0

0.01

0.02

0.04

0.06

0.08 0.

1

m

Pm

(ba

r)

0

1

2

3

4

5

6

0

0.01

0.02

0.04

0.06

0.08 0.1

m

m/s

c = 6 m/s pM

= 120 bar

Fig. 3.2 Fig. 3.3


3.2 Resolució

a) p p

120 120 bar

100 80 c=6 m/s 50

0 1 2 3 4 5 6 C Z Q Z C 0 QM 0,1 0,05 0,02 0

0.05

0.1 Z c = 6 m/s Z

Fig. 3.5

Fig. 3.4

Problema 3 17

a) per a la substància 1 b) per a la substància 2

b) pes negligible de la premsa cx≈ 0.

A12

221

1 m 0,031414

0,2•p

4

)(d•pA ===

A2 A2 = π/4 (d12-d2

2) = π/4 (0,22 - 0,182) = 0,00597 m2

A3 A3 = π/4 (d32-d2

2) = π/4 (0,32 - 0,182) = 0,04524 m2

A4 A4 = π/4 · d32 = π/4 · 0,32 = 0,07068 m2

pB

a) b) ∆p=2 bar PM=PM (z) PM = 120 bar = cte

Po≈0 PMmàx = 120 bar ∆pVRC ≈ 0

PBmàx·A1 = ∆p·A1 + PMmàx · A4 PB·A1 = ∆p·A1 + PM·A4

PBmàx = ∆p + PMmàx ( A4/A1 ) = PB = ∆p + PM (A4/A1) =

PMmàx=120 bar = 2+120 (0,3/0,2)2 = 272 bar = 2+120 (0,3/0,2) = 272 bar

Po ≈ 0 ∆p = 2 bar PB·A2 = ∆p·A1

b)

PB PB= ∆p (A1/A2) = 10,523 bar

= 2 (0,03141/0,00595)= 10,523 bar

c) c = cte QB = cte a) c = c(z) ⇒ QB = A1 · c(z) b)

QB = c·A1 = 6 m/s · 0,03141 m2 = 0,1884 m3/s QM C

d) 0.2 6m/s

QB = c·A2 ⇒ 0,001 m3/s = c · 0,00595 m2 ⇒

0.1 2

c = 0,001/0,00597 = 0,167 m/s

0 0.05 0.1 m


e) D1 = 0,2 m

D2 = 0,18 m QB = nB·vB·η v = cte

D3 = 0,3 m

Una vàlvula de retenció si pz ≅ 0 i G≅ 0, no calen més

elements de seguretat.Fig. 3.6

Problema 4 19

Problema 4

4.1 Enunciat

En un terminal de descàrrega, per a la distribució de mercaderies es dissenya un sistemaempenyedor-elevador per passar caixes de la cinta transportadora (A) a la cintatransportadora (B), situada 2 m per sobre de la cinta (A). Un escàner llegeix l’etiqueta de lacaixa i en decideix la impulsió tot donant l’ordre elèctrica que desencadena l’operació d’elevarla caixa segons el cicle següent (la bomba B funciona permanentment):

• Fase 1: l’empenyedor 1: 3” situa el paquet a l’ascensor 2.• Fase 2: l’empenyedor 1: 2” retrocedeix el braç empenyedor.• Fase 3: l’elevador 2: 10” puja la càrrega.• Fase 4: l’empenyedor 3: 3” situa el paquet a la cinta B.• Fase 5: simultàniament: l’empenyedor 3 retrocedeix i l’elevador baixa.• Fase 6: situació de repòs fins al proper cicle.

Dades:

El recorregut dels empenyedors és de 0,6 m.

Aquest cicle de treball es pot produir com a màxim 1 cop per minut.

El pes màxim de les caixes és de 2 t. Coeficient d’arrossegament: K=0,2.

Pèrdues de càrrega en el circuit (10 kp/cm2) aproximadament.

Dimensions del cilindre 2 (elevador): ∅60/30.

Marge de calibratge de la vàlvula de seguretat: (12 kp./cm2).

Pes específic relatiu de l’oli: 0,8.


Rendiments de la bomba B: volumètric: 0,94hidràulic: 0,93mecànic: 0,915

Rendiment global del motor elèctric M: 0,85 i cos ϕ = 0,8.

Es demana:

a) Dimensió dels cilindres 1 i 3 (idèntics) amb un eix de 20 mm per tal que treballin a la fased’empenta a la mateixa pressió que el 2 a la fase 3.

b) Característiques de la bomba B i el motor elèctric necessari, tenint en compte que, donadesles característiques de funcionament, s’admet que el motor es pugui sobrecarregar un 20 %.Taula de motors elèctrics normalitzats a 1500 rpm, en CV., 1/12, 1/8, 1/6, 1/4, 1/3, 1/2, 3/4, 1,

1 1

2, 2, 3, 4, 51

2, 71

2, 10, 121

2, 15, 20, 25.

c) Com es modificarien els resultats de l’apartat anterior si s’hi instal·la un acumulador? Quinacapacitat ha de tenir?

d) Quin és el temps mínim de la fase 5?

e) A quina pressió treballa el circuit en la fase 2?

f) Hi sobra o hi manca algun element en el circuit? Tot modificant el circuit o la seva formad’actuar, (a més de l’acumulador), es pot economitzar el funcionament d’alguna altra forma?

Problema 4 21

M

B

1

2

3

ESCÀNER

A

B0.6 m

2 m

K=0.2

n = n · n · n = 0,7998 = 0,8

n = 0,94n = 0,93n = 0,915m

n

v

v n m



4.2 Resolució

a)

Cabal màxim:

minl37,3s

l0,622dm 0,28261,110"

dm 20ccKVelocitatQ 2

3 ==⋅⋅=⋅=

2cmkp70,8

0,2826

20003P ==

p

5,654f5,65cm

70,8

kp 400S

S

0,22000PP 2

11

31⋅===⇒⋅== =2,68 cm

Dimensió dels cilindres 1 i 3 = 26,8/20

b)( )

9,6150,8450

37,3121070,8N =

⋅⋅++=

CV 10 demotor CV 81,2

19,6159,615

0,8450

12)10(70,8N ⇒=⋅=

⋅++=

Bomba de 37,3 l/min

Cilindrada: 3cm 26,450,02645l0,94

1

rpm1500min

l37,3c ==⋅=

Pmàx=92.8 kp/cm2

En el temps que no actua envia l’oli per la vàlvula de descàrrega, Pmàx = 92,8 kp/cm2

En el treball: P=70,8+10=80,8 kp/cm2

Problema 4 23

c i d)

Fase Segons(s)

Qnecessari

(l/min)Qnecessari

(l/s) 1,1

Q Vnecessari2

1,1t

Q ⋅

Vdonat per la

bomba

0,18·t2Saldo

SaldoAcumulat

t1 3 7,46 0,127 0,115 0,345 0,54 +0,195 +0,195t2 2 5 0,083 0,075 0,15 0,36 +0,21 +0,405t3 10 37,3 0,622 0,565 5,65 1,8 -3,85 -3,445t4 3 7,46 0,124 0,113 0,339 0,54 +0,201 -3,244t5 7,76 37,3 0,622 0,565 4,384 1,397 -2,987 -6,231t6 34,24 0 0 0 0 6,163 +6,163 -0,068 ≈0

Volum : +0,405 +6,231 = 6,636 ≈ 6,7 l

∑ == sl0,18min

l10,868necessarisV

Càlcul de t5 a la pregunta 4

Volum necessari : 3dm 4.390,0314)(0,0565 dm 60,07065)(0,2826 dm 20V =−+−=

7,76"

segdm

1,1

0,6224,39dm

5t 3

3

==

Bomba amb recipient de 6,7 l fins a una bomba de:

10.9 l/min cilindrada: 37,73cm0,94

1

rpm 1500min

l10,9c =⋅=

CV 2,810,8450

92,810,9N =

⋅⋅= Motor 3 CV a 1500 rpm

e)

2

2

2 cmkp22,5

0,251

0,565

0,03140,0565

0,0565cm

kp10

S

FP ==

−

⋅==

f)

• Antiretorn pilotat perquè no baixi l’ascensor si hi ha un tall en el subministrament elèctric, (Non’hi ha prou amb un antiretorn simple a la sortida de la bomba.) També es pot substituir per undistribuïdor amb molla, que en fallar el corrent, canviï la posició del distribuïdor.

• Funcionament a base de parar el motor en t6.• L’escàner ordena a una vàlvula de descàrrega que en els temps morts descarregui l’oli a baixa

pressió.

10,9


Problema 5

5.1 Enunciat

El dispositiu d’ajust de peces d’una màquina-eina està format pel circuit de la figura, elfuncionament del qual és cíclic i consta de les fases següents:

Cas a:

- temps t1 = 3 s, la bomba acciona el pistó i posiciona la peça tot desplaçant-la a una velocitatconstant de 20 cm/s.

- temps t2 = 1 s, quan el pistó arriba al final de la seva cursa després del temps t1, acciona eldispositiu C, que connecta l’acumulador d’alta pressió 1, per tal d’ajustar la peça.

- temps t3 = 6 s, desconnexió de l’acumulador d’alta pressió i retorn del pistó amb velocitatconstant a la posició inicial.

- temps t4 = 5 s, es fa servir per carregar l´acumulador de baixa pressió 2, no s’acciona elpistó.

La pèrdua de pressió en el circuit i els frecs en el pistó és de 10 bar.

Determineu:

a) Si el circuit indicat és complet per dur a terme la funció indicada o si hi falta algun element.

b) El cabal QB de la bomba i el volum mínim Vac de l’acumulador de baixa pressió 2.

c) La variació de pressions durant el procés.

Cas b:

Se suposa que el distribuïdor D és proporcional, amb la qual cosa es poden obtenir velocitatsvariables en el pistó. D’aquesta forma s´estableix el cicle de treball següent:

- temps t1 = 3 s, la bomba acciona el pistó que desplaça la peça a una velocitat uniformementvariada (c = K· t ) que val: c = 0 en el temps t = 0 s, i ca = 12 cm/s en el temps t = 3 s.

Problema 5 25

- temps t2 = 2 s, la bomba acciona el pistó que desplaça la peça a una velocitat constant de 12cm/s.

- temps t3 = 3 s, la bomba acciona el pistó que desplaça la peça a una velocitat uniformementvariada, però amb accelerarió negativa. Velocitat c = 12 cm/s per a t = t1+t2 = 5 s i c = 0cm/s per a t = t1+t2+t3 = 8 s.

- interval de d’1 s per tal que actuï l’acumulador d’alta pressió i compacti la peça.- temps t4 = 4 s, desconnexió de l’acumulador d’alta pressió i retorn del pistó amb velocitat

uniformement variada de manera que, per a t = t1+t2+t3+tp = 9 s, c = 0, i per a t =t1+t2+t3+tp+t4 = 13 s, c = cr (màxima).

- temps t5 = 4 s, continua el retorn del pistó amb velocitat uniformement decreixent: t = 13 s,c = cr (màxima), i per a t= 13+t5 = 17 s, c= 0.

Determineu:

a) Si el circuit indicat és complet per dur a terme la funció indicada o si hi falta algun element.

b) El cabal QB de la bomba i el volum mínim Vac de l’acumulador de baixa pressió 2.

5.2 Resolució

a)

Dues possibles configuracions de circuits complets poden ser les següents, encara que n’hi had’altres.

1

P=200 b

2

D

A1=19,6 cm2 C

A2=11,6 cm2

Fig. 5.1 Circuit enunciat


2 1

P=200 b

D

A1=19,6 cm2

C

A2=11,6 cm2

Fig. 5.2 Possible solució al cas a

2 1

P=200 b

D

A1=19,6 cm2

C

A2=11,6 cm2

Fig. 5.3 Possible solució al cas b

Problema 5 27

b)

Solució al cas a:

Durant el primer instant t1, s’ha de fer avançar el cilindre amb una velocitat de 20 cm/s. Si la secciódel cilindre A1 és igual a 19,6 cm2, podem deduir les necessitats de cabal per assolir aquesta velocitatd’avanç:

321aa cm392cm19,6cm/s20AvQ =⋅=⋅=

De la mateixa manera, podem deduir el cabal necessari per fer retornar el cilindre. En principi, lavelocitat de retorn no la coneixem, però es pot deduir fàcilment sabent la distància que s’ha avançat iel temps que es trigarà en retornar:

Distància recorreguda pel pistó en avançar:

cm60s3cm/s20ha =⋅=

Velocitat de retorn:

v60 cm

6 s10 cm / sr = =

Llavors, el cabal necessari de retorn, tenint una secció de la tija de A2=11,6 cm2, serà:

322rr cm116cm11,6cm/s10AvQ =⋅=⋅=

Si fem una representació de les especificacions del problema i de les dades de cabal conegudes en unseixos de coordenades, on l’eix de les abcisses sigui l’escala de temps, tindrem:

t2=1st1=3s t3=6s t4=5s

ha = cota 20 cm/s ·3 s = 60 cm

va = 20 m/s vr = 10 m/s

va·A1 = 392 cm3/s = Qa

vr·A2 = 116 cm3/s = QB

QB = 124,8 cm3/s

t1·(Qa-QB)

Vac

QB·t2

QB·t4

t3×(Qa-QB)

Q

V

x

v

t

t

t

t

Fig. 5.4 Desplaçament, velocitat i cabal instantanis delcilindre i volum subministrat per l´acumulador


Un cop coneixem els cabals instantanis d’avanç i retorn del cilindre podem definir el cabal que ensha de proporcionar la bomba, calculant el valor mitjà:

/scm124,85613

61163392

tttt

tQtQQ 3

4321

3r1aB =

+++⋅+⋅=

+++⋅+⋅

=

Com que en fer avançar el cilindre necessitem un cabal superior al que ens proporcionarà la bomba,hem de fer ús del cabal de lácumulador. Llavors el cabal que aquest ens donarà és la diferència finsarribar als 392 cm3/s.

/scm 267,2124,8392QQQ 3Baac =−=−=

L’acumulador haurà subministrat el màxim cabal al final del període d’avanç del cilindre. Aquestvolum serà el Vac:

/scm 8016267,23QtacV 3ac1 =⋅=⋅=

Tots aquests paràmetres queden ben reflectits a la figura 5.4.

c) Treballarem sempre a 10 bar, que són les pèrdues de pressió en el circuit i els frecs del pistó, ambl’excepció del període t2 en el qual connectem l’acumulador d’alta pressió i es treballa a la pressiód’aquest: 200 bar.

Solució al cas b:

b) Primerament, fam els càlculs de les acceleracions del pistó (acceleracions dels fluids) per tal deconèixer millor la cinemàtica del sistema.

cm182

34312

2

tatvx

cm24212tvx

cm182

34

2

tax

cm/s43

12

t

va

s3t

cm/s12v

223

13a3

2a2

221

11

2

1

a1

1

a

=⋅−⋅=⋅−⋅=

=⋅=⋅=

=⋅=⋅=

===⇒

==

A continuació es presenten els gràfics d’evolució del cilindre dácord amb les especificacions delénunciat del problema:

Problema 5 29

x1

x2

x4

x5

x3

h

t1=3 s t2=2 s t3=3 s t4=4 s t5=4 s

tp = 1 s

12 cm/s

a1 = 4 cm/s2

-a1 -a2

a2 = 3,75 cm/s2

15 cm/s

x

v

a

t

t

t

Fig. 5.5 Evolució temporal del ciclindre

La distància total d´avanç serà:

h x x x 18 24 18 60 cm1 2 3= + + = + + =

Aquesta distància serà, per tant, la que haurà de recórrer el pistó en retornar. Aquesta dada enspermet conèixer les distàncies, les acceleracions de cada etapa del retorn i la velocitat màxima:

cm/s1543,75tav

cm/s3,75a2

4a30;

2

tax

cm302

60

2

hxx

42r

22

2

2

24

24

54

=⋅=⋅=

=⇒⋅=⋅=

====

Un cop coneixem les dades cinemàtiques del sistema, coneixem les necessitats de cabal instantani.Aquest cabal tindrà un perfil en el temps idèntic al de la velocitat del pistó. Per determinar el cabalque ens ha de proporcionar la bomba només hem de calcular el valor mijà d’aquest cabal instantani,tal com ho vam fer al cas a.


/scm110,1117

11,62

43.7511,6

2

43.7519,6

2

34219,61219,6

2

34

Q

tttttt

A2

taA

2

taA

2

tatAvA

2

ta

Q

3B

54p321

252

242

131

21a111

B

=

⋅+⋅+⋅+⋅⋅+⋅

=

+++++

++++=

Llavors, l’acumulador de baixa pressió ha d’absorbir l’excés de cabal en els instants en què lesnecessitats de cabal del pistó siguin més petites que el cabal subministrat per la bomba, i viceversa,ha de subministrar cabal en els instants en què el pistó necessiti més cabal del que proporciona labomba.

Per tant, el perfil del cabal instantani de l’acumulador ha de ser la diferència entre el cabal de labomba i el cabal del pistó.

Per calcular el volum de fluid que proporciona o absorbeix l’acumulador només hem d’integrar elcabal instantani d’aquest. Això ens dóna el gràfic següent:

Vm4

V2

V1Vac

QB·tpV3

V4

V5=Va

Vm2t5t4tpt3t2t1

-V

+V

Fig. 5.6 Volum a l´acumulador

Integrant cadascuna de les parts ben diferenciades del comportament del cabal a l´acumulador,obtenim els valors dels volums V1,V2,V3,V4,V5,Vm1 i Vm2 que mostra la figura 5.6.

Problema 5 31

V (a A t Q ) dt a At

2Q t

V (v A Q ) dt v A t Q t

V (a A t Q ) dt a At

2Q t

V V (a A t Q ) dt a At

2Q t

1 10t

1 B 1 112

B 1

2 a 1 B a 1 2 B 20t

3 10t

1 B 1 132

B 31

4 5 0t

2 B 2 24

2

B 4

1

2

3

241

= ∫ − = −

= − = −∫

= ∫ − = −

= = ∫ − = −

La funció V1, que ens expressa el volum a l’acumulador al període t1, té un màxim a l’instant tm1. Percalcular-lo fem la derivada de V1 i igualem a zero.

3m1B

2m1

11m1

11

Bm1

Bm1111

cm77,26tQ2

tAaV

s1,419,64

110,11

Aa

Qt

0QtAadt

dV

=−=

=⋅

==

=−=

Igualment per la funció V5:

Finalment, podem calcular el valor Vac,que és la pèrdua màxima de volum a l’acumulador:

Vac = Vm1 + V1 + V2 + V3 = 77,26 + 22,47 + 250,18 + 22,47 = 372,38 cm3

354

33

32

31

cm92,44VV

cm22,47V

cm250,18V

cm22,47V

−==

=

=

=

3m2B

2m2

22m2

22

Bm1

Bm2225

cm46,89tQ2

tAaV

s2,5311,63,75

110,11

Aa

Qt

0QtAadt

dV

=−=

=⋅

==

=−=


Problema 6

6.1 Enunciat

Mitjançant el circuit de la figura 6.1 s'aconsegueix comprimir una massa M tot actuant sobreels cilindres A i B, connectats en sèrie.

Fig. 6.1 Circuit bàsic

Problema 6 33

La variació de la pressió en funció del temps, enregistrada al manòmetre C, es representa a lafigura 6.2.

Fig. 6.2 Variació de la pressió del manòmetre C en funció del temps

Amb les dades indicades:

a) Descriviu el funcionament de cada element i del circuit en conjunt.

b) Calculeu les velocitats d'avanç i retrocés dels cilindres, si en el retorn solament s'ha devèncer la pèrdua per fricció en els pistons, que val: ∆p=5 bar.

c) Calculeu la força útil exercida durant el procés.

P10=50 bar P20=80 bar∆P=5 bar n=1500 rpmV=150 cm3/volta ηv=0,95η=0,9 A1=380 cm2 (àrea del pistó)A2= 226 cm2 (àrea del pistó restant-hi l'eix) l(cursa)= 1 m

6.2 Resolució

a) Podem distingir diversos elements:


- La bomba, el tanc i una vàlvula limitadora de pressió que està tarada a 80 bar i que ens limita lapressió màxima de treball del circuit.

Fig. 6.3 Bomba, tanc i vàlvula limitadora

- Els actuadors A i B connectats en sèrie, que disposen d'un manòmetre C.

Fig. 6.4 Actuadors A i B

- La vàlvula antiretorn, que permet la sortida de l'actuador A quan ha de seguir solidari a la sortidade l'actuador B.

Fig. 6.5 Vàlvula antiretorn

- La vàlvula limitadora de pressió 10 que està limitada a 50 bar. Quan la pressió a l’entrada passi de50 bar, aquesta descarregarà cap a la sortida i enviarà pressió cap a l'actuador A. Hi ha també unavàlvula antiretorn que permet que durant la carrera de retrocés de l'actuador A, aquest puguidescarregar l'oli a través de la vàlvula distribuïdora cap al tanc.

Fig. 6.6 Vàlvula limitadora de pressió 10

Problema 6 35

- La vàlvula distribuïdora de quatre vies i tres posicions, accionada mitjançant una palanca. Aquestaens permet enviar l'oli que prové de la bomba cap al tanc o bé cap a una cambra o cap a l'altra delsactuadors A i B.

Fig. 6.7 Vàlvula distribuïdora de quatre vies i tres posicions

A més, podem distingir tres fases de funcionament del circuit:

Per a 0<t<5 s, connectem la posició de la vàlvula distribuïdora tal com mostra la figura 6.8 i obtenimels fluxos marcats en aquesta figura. Es tracta de la fase de sortida dels actuadors A i B, peròl'aportació d'oli a la cambra de l'actuador A es realitza directament des del tanc mitjançant la vàlvulaantiretorn. En aquesta fase la pressió a la vàlvula limitadora de pressió 10 encara no ha arribat als 50bar.

Fig. 6.8 0<t<5 s fluxos de la fase de sortida dels actuadors A i B

És a la figura 6.9 on podem veure que, per a t=5 s, la pressió a l'entrada de la vàlvula limitadora depressió arriba als 50 bar. En aquest moment, la vàlvula dispararà.


Fig. 6.9 Per a t=5 s la vàlvula dispararà

Per a 5<t<7 s, podem veure els fluxos a la figura 6.10. En aquesta fase la pressió a l'entrada de lavàlvula limitadora 10 és superior a 50 bar i a la sortida està limitada a aquest darrer valor. Ara,l'aportació d'oli a la cambra de l'actuador A ja no es realitza directament des del tanc mitjançant lavàlvula antiretorn sinó que es fa a través de la vàlvula limitadora de pressió 10.

Fig. 6.10 Per a 5<t<7 amb els fluxos corresponents

Problema 6 37

Per a 7<t<18,5 s, tenim la fase de retorn dels actuadors. Val a dir que aquest valor de t=18,5 s escalcula a l'apartat b. Els fluxos de l'oli els podem veure a la següent figura:

Fig. 6.11 Per a 7<t<18,5 s, tenim la fase de retorn dels actuadors

b) Calculem primerament el cabal de la bomba:

scm3562,5

volta

cm 150

s 60

min 1

min

voltes15000,95vnhQ

33

vB =⋅⋅⋅=⋅⋅=

I pel que fa a les velocitats en les tres fases:

scm 15,76

cm 226s

cm3562,5

A

Qus 5t0

2

3

2

Ba ===⇒≤≤

scm 5,878

cm 606s

cm 3562,5

AA

Qus 7t5

2

3

21

Bb ==

+=⇒≤≤


scm 7,88

cm 452s

cm 3562,5

A2

Qus 18,5t7

2

3

2

Br ==

⋅=⇒≤≤

La longitud que recorre l'actuador a la sortida:

cm 90,55625,878515,76tutul bbaa =⋅+⋅=⋅⋅+⋅=

I el temps de retorn:

s 11,49

scm 7,88

cm 90,556

u

lt

rr ===

Llavors, el temps total des que surt fins que torna a l'origen:

s 18,49s 11,49s 2s 5tttT rba =++=++=

c) Pel que respecta a les forces útils exercides en les tres fases, aquestes són:

Període: s 5t0 ≤≤Fórmula utilitzada: 12 2ADpAp ⋅−⋅Instant concret:

N 26700cm10

m 1cm 3802

barm

N10bar 5

cm10

1mcm 226

barm

N10bar 5

0t

24

2225

24

2225 −=⋅⋅⋅⋅−⋅⋅⋅

=

N 7200cm10

m 1m 3802

barm

N10bar 5

cm10

m 1cm 226

barm

N10bar 20

3t

24

2225

24

2225 =⋅⋅⋅⋅−⋅⋅⋅

−=

N 52400cm10

1mcm 3802

barm

N10bar 5

cm10

m 1cm 226

barm

N10bar 40

3t

24

2225

24

2225 =⋅⋅⋅⋅−⋅⋅⋅

+=

Període: s 7t5 ≤≤

Fórmula utilitzada: 121 2ADp)A(Ap ⋅−+⋅Instant concret:

Problema 6 39

N 2650002cm10

m 1cm 3802

barm

N10bar 5

cm10

m 1cm 380)(226

barm

N10bar 50

5t

4

2225

24

2225 =⋅⋅⋅⋅−⋅+⋅⋅

+=

N 325600cm10

m 1cm 3802

barm

N10bar 5

cm10

1mcm 380)(226

barm

N10bar 60

7t

24

2225

24

2225 =⋅⋅⋅⋅−⋅+⋅⋅

=

Període: s 18.5t7 ≤≤Fórmula utilitzada: 12ADp⋅Instant concret:

N 38000cm10

m 1cm 3802

barm

N

10bar 524

22

25 =⋅⋅⋅

Problema 7 41

Problema 7

7.1. Enunciat

En una màquina-eina s’ha d’instal·lar un circuit format per dos cilindres connectats en sèrie iaccionats per una bomba de paletes (figura 7.1).Les mides dels dos cilindres idèntics de doble tija són:D1= 220 mmD2= 100 mm (de la tija)h = 500 mm (cursa)Les característiques del moviment són:Fw1 = força resistent que és variable amb el temps. A la figura 7.2 es veu l’evolució de Fw1 pelperíode d’avanç ta durant la fase de retrocés de durada tr. Fw1 i Fw2 varien de forma anàloga al’avanç.Fw2 = de valor la meitat de Fw1.FR1 = FR2 = A· ∆P = A· (0,5 + 0,06·c) força de fricció als cilindres (presents a l’avanç i alretrocés).A = secció útil del pistó.c = velocitat del pistó (cm/s).∆P = en bar.FG1 = P1·A, FG2 = P2·A, forces resistents (presents a l’avanç i al retrocés).FK = P· A, força activa.Pèrdua de càrrega als punts a b : ∆Pab = 0,08·c : c (cm/s) ∆P (bar).Durada del període d’avanç, ta = 5 s; durada del retrocés, tr = 2 s; durada de les aturades,to= 5 s

El procés consta de quatre fases:

1a) Avanç dels dos cilindres connectats en sèrie, exercint un treball útil.2a) Parada per canviar l’eina.3a) Retrocés dels dos cilindres connectats en sèrie, exercint un treball útil.4a) Parada per canviar l’eina.

Es vol obtenir un moviment uniforme garantit, amb aprofitament màxim d’energia.Amb aquestes dades, trobeu respostes a les preguntes següents :


a) Disseny de la part de circuit que manca per aconseguir el moviment indicat. b) Càlcul del cabal i la pressió de la bomba durant el procés. c) Càlcul de la potència de la bomba i del motor d’accionament M; (per a la bomba, η = 0,85;ηV = 0,95). d) Estudi de la possibilitat i característiques de funcionament del sistema amb el cilindre 3solament.

Nota important: Les dades i hipòtesis que es cregui convenient adoptar durant la marxa delcàlcul, cadascú les prendrà segons el seu criteri, basat en la documentació disponible, tenintcura de justificar-les degudament.

A B A B

P0 P1 P2 P3

a

P M b

FR2FR1

A=Secció útil del pistó

Fw1 Fw2

FK FG1 FG2

3

5

Fig. 7.1 Circuit oleohidràulic d’una màquina-eina

Problema 7 43

FF

ww

21

2=

5 105 N-

4-

3-

2-

1-

0-

Fig. 7.2 Evolució de la força resistent Fw1 en el període d’avanç ta

7.2. Resolució

a) Figura 7.3: Avanç dels dos cilindres connectats en sèrie Figura 7.4: Parada Figura 7.5: Retrocés Figura 7.6: Parada per canviar l’eina

Fw1

m=ta/100

ta

ta/2m


a)

Fig. 7.3 Circuit oleohidràulic per al moviment d’avanç

5

4

3

2

4

A

A

A

A

B

B

B

B

A B

P T

1

M

FR1

Fw1

FG1

FR2

Fw2

FG2FK

P T P T

P0 P1P2 P3

Problema 7 45

5

4

3

2

4

A

A

A

A

B

B

B

B

A B

P T

1

M

FR1

Fw1

FG1

FR2

Fw2

FG2FK

P T P T

Fig. 7.4 Circuit oleohidràulic per a la parada

P0 P1P2 P3


5

4

3

2

4

A

A

A

A

B

B

B

B

A B

P T

1

M

FR1

Fw1

FG1

FR2

Fw2

FG2FK

P T P T

Fig. 7.5 Circuit oleohidràulic per al retrocés

P0 P1P2 P3

Problema 7 47

5 3

2

4

A

A

A

A

B

B

B

B

A B

P T

1

M

FR1

Fw1

FG1

FR2

Fw2

FG2FK

P T P T

Fig. 7.6 Circuit oleohidràulic per a la parada amb el cilindre 3 solament

P0 P1P2 P3


b) D1 · D2 · h ≡ 220 · 100 · 500 mm x

h= 50 cm

ta = 5 s to = 5 s tr = 2 s tb = 5 s t

c ca = h/ ta cr= h/ tr

Q Qa = ca·A Qr = cr·A

QQa ta Qr tr

ta + tb + tr + to B =

+

Fig. 7.7 Corbes de posició i cabal

( ) ( ) 22222

21 59,3011022

44A cmDD =−=−=

ππ

scmt

h

a

/ 105

50ca === Qa= ca ·A = 10 · 301,59 = 3015,9 cm3/s

scmt

hc

rr / 25

2

50=== Qr = vr ·A = 25 · 301,59 = 7539,82 cm3/s

scmtttt

tQtQQ

orca

rraaB / 07,1774

5255

2•82,75395•9,3015 3=+++

+=

++++

=

V

- QB·to= - 8870,35

t

(Qr - QB) tr = 11531,55 Vac ≥ 11531,55 cm3

-QB·to= - 8870,35

(Qa-QB) ta= 6209,15 cm3

Fig. 7.8 Corba de velocitat

Problema 7 49

Cilindre 5:

b

m

Nb

cm

mcm

N

A

Fw 89,8210

1

10

1 59,301

10

25

24

22

52

52 =⋅=

ta to trto

2 b

2 b

1,1 b

0,8 b

84,79 b

64,067 b

86,89 b

66,167 b

82,89 b62,16 bFw2/A

∆p

∆pab

P2

∆p = 0,5 +0,06 c 0,5+0,06·10= 1,1 b0,5+0,06·25= 2 b

∆pab = 0,08 c 0,08·10 = 0,8 b0,08·25 = 2 b

FK2 = FG2+ FQ2 + Fw2

P2A = P3A + ∆pA + Fw2

P3= ∆Pab

P2≈ P1

P2 = P3 + ∆p + Fw2/A

Fig. 7.9 Corbes del cilindre 3

P2= P3+ ∆p+ Fw2 /A=

0,8+1,1+82,89 =84,79b2+2+82,89 = 86,89b

0,8+1,1+62,167 = 64,067b2+2+62,167 = 66,167b

Avanç Retrocés


Cilindre 3:

:

c)

N= QB PB (b)

) 49,61( 285,45196 1

10 67,254

10

107,1774

25

36

33

CVWb

mN

bcm

m

s

cmPQN BmàxBmàx ===

) 34,72( 1,5317285,0

285,45196CVWNE ≥

FK1= FG1 + FR1 + FW1

P·A= P1·A+ ∆p·A+FW1

PO = P1+∆p+ FW1/A

2·82,89 b = 165,78 b2·62,16 b = 124,32

2·82,89 b = 165,78 b2·62,16 b = 124,32

1,1 b2 b

84,79

64,06786,89 66,167

254,67 b 192,48 b

t

Fw1/A

∆p

p1≈p2

po ≡ pB

Fig. 7.10 Corbes del cilindre 3

t

t

t

P0= P1+ ∆p+ Fw1 /A=81,79+1,1+165,78=251,67 b

86,89+2+165,78=254,67 b

64,067+1,1+124,32=189,487 b66,167+2+124,32=192,48 b

Avanç Retrocés

Problema 7 51

d)

x, c, Q, a l’apartat b

165,78 b 165,78 b

FW1/A 124,32 b 124,32 b

ta to tr to t 2 b ∆p 1,1 b

t

∆pab 0,8 b 2 b

167,68 b 169,68 b t FK1=FG 1+FR1+FW1

126,22 b 128,22 b PO·A=∆p·A+∆p·A+FW1

PO pO = ∆pab+∆p+ FW1/A

t

Fig. 7.11 Corbes amb el cilindre 3 solament


Problema 8

8.1 Enunciat

Es tracta de desplaçar, en moviment vertical, una comporta de pes k=12 tones mètriques(12000 kg), que separa dos trams de conductes d’aigua.

S’han de garantir les peculiaritats següents en el funcionament:

1a) Desplaçament sincronitzat de tots dos cilindres connectats en paral·lel (garantia que esdesplacin a la mateixa velocitat).

2a) Possibilitat de retenció de la comporta quan estigui a la part superior (a l’alçada: x = b =3 m).

3a) Tenir en compte l’estalvi energètic del moviment.

Es demana:

a) Dissenyeu un circuit oleohidràulic que permeti complir els requisits anteriors.

b) Calculeu la pressió i el cabal (en el moviment de pujada) de la bomba d’accionament si elmoviment és cíclic amb les fases següents:

1. ascens a velocitat uniforme c12. aturada de 30 segons3. descens a velocitat uniforme c24. aturada final

El temps total del cicle complet és de: T = 100 s

c) Estudieu la variació de pressió en el circuit al descens si la pressió de la bomba equilibra lespèrdues de càrrega als pistons pB2=∆p

Problema 8 53

Fig. 8.1

b=3 m (carrera)

c1=0,1 m/s (ascens)

c2=1,5 c1 (descens)

d1=220 mm

d2=100 mm

K=12.000 kg

∆p=4 bar (pèrdua per fricció a cada pistó, pujant o baixant)


8.2 Resolució

a) Circuit oleohidràulic

Fig. 8.2

b)

Cicle de treball: Cabals necessaris:

ta - temps de pujada de la comporta A - àrea efectiva del cilindretb - temps de baixada de la comporta Qa - cabal d’oli per fer pujar la comportat1 - temps de comporta aixecada Qb - cabal d’oli per fer baixar la comportat2 - temps de comporta abaixada QB - cabal mitjà d’oli que ha de donar la bomba

Problema 8 55

sltttt

tQtQQ

cmA

stttTt

slAcQ

slAcQ

sc

bt

sc

bt

ba

bbaaB

ba

b

a

b

a

/ 618,3100

20047,9300318,6

59,301)1022(4

20)203030(100)(

/ 047,92

/ 0318,62

2015,0

3

301,0

3

21

222

12

2

1

2

1

=⋅+⋅=+++

+=

=−=

=++−=++−=

==

==

===

===

π

Càlcul de l’acumulador (Vac) necessari: mancances i excessos de cabal a cada moment. El volum del’acumulador correspon a la màxima diferència entre excessos i mancances (vegeu el gràfic adjunt).

lVtQtQQtQtQQ

ltQQtQtQQltQtQQ

ltQQ

ac

BbbBBaaB

bbBBaaB

BaaB

aaB

578,10840,721782,360)()( 40,72)()(

178,36)( 36,72)(

21

1

1

=+≥=+−++−

−=−++−=+−

−=−

Pressió que cal donar als 2 cilindres en pujar la comporta.

bar

bar

cmNcm

kgNKgp

A

KpAKAp

a

papa

49,234/

10 59,3012

1/ 8,9 000.12

222

22

=+⋅⋅

⋅⋅=

∆+=→∆+=

c) Càlcul de la pressió necessària als dos cilindres en baixar la comporta.

2 2 2

219 496

� � � � � �

�

��

� � �

�

+ ≥ +

≥ =

∆

�

Fig. 8.3


Gràfics:

Fig. 8.4

Problema 9 57

Problema 9

9.1 Enunciat

El moviment de gir del conjunt d’una pala excavadora s’aconsegueix mitjançant el circuit de lafigura 9.1. El procés d’acceleració i el de frenada s’ajusten als diagrames de les figures 9.3 i 9.4,on s’indica que:

1. La potència comunicada per la bomba B és constant durant l’acceleració i igual a Nb =60 kw, i de 0 durant la frenada. La bomba treballa a pressió constant Pb = 250 bar.

2. El motor M s’accelera progressivament tot passant de: n = 0 a n = 150 rpm en ta segons,variant n, de forma lineal. La progressió de funcionament del motor és constant durant elprocés d’acceleració.

3. La diferència de potències: Nb-Nm durant l’acceleració es perd amb el cabal de fuites através de la vàlvula limitadora de pressió V.

Calculeu:

a) El temps ta d’acceleració del motor M.

b) El volum de desplaçament Vm del motor M.

c) El cabal Q enviat per la bomba al motor.

d) El moment Mm exercit pel motor M sobre la massa m.

e) El temps tf de frenada.

f) La velocitat de rotació aconseguida al motor M quan el diagrama de funcionament és el de lafigura 9.3, en que la bomba B té incorporat un dispositiu de regulació de potència.


Fig. 9.1

Fig. 9.2

Problema 9 59

Fig. 9.3

N’b

N’b=30 kWPb=175 bar

5/4 ta t

N’m

J=2000 kgm2

ta/2 5/4 ta t

Fig. 9.4


9.2 Resolució

a) Passarem al sistema internacional per calcular:

w o = = =2

60

2 150

6015 707

π π� ��

��

Nt

tJw

dw

dtt 0 i w 0

Nt

2tJ

w

2 N t Jw ; N NMo

a Mo

2

a 0

t 2

0

w

Mo a o2

Mo b

a 0=

= =

=

→ = =

ss

t a 2,8 t rad

707,15kg.m 20001060 a2

2223 =→⋅=⋅

b) Tenint en compte la relació Pb=Pm , es pot obtenir el càlcul de volum;

v

cm960=V

s

rad15,707

v

rad2p

v

m V

m

N10250W1060 w

2p

VPN

3

3

253

om

mmo →⋅=⋅→=

c) Fent ús del rendiment volumètric 1 i 0,98:

==→=

==→===

s

cm 14,2400

1

/v960cm

s/min

rev/min

60

150Q 1

s

cm 12,2449

98,0

/v960cm

s/min

rev/min

60

150Q 98,0 nV

Q33

bv

33

bv

v

bb

η

η

η

d) El càlcul de parell teòric (suposant rendiment unitari):

mN 3819,7=

v

rad2

v

m 10*9,60

m

N10250

2

VPM

34

25m

mm

ππ

−

⋅==

Problema 9 61

Nb Pm Mm

Nb = wb·Mb

Nm=Pm·Vm/2π ;Vm = Vb

ta tf t ta tf t

Pb nm Qm=nm·Vm Mb Qm ηm=1

Mb=Pb·Vb/2π 60

no2w o

⋅= π

no

ta tf t ta tf t

nb Nm Qb Nm = wm·Mn

NmoQb = nb·Vb, per a η=1

Nm = Nmo·t/ta

ta tf t ta tf t

Fig. 9.5

e) El temps de frenada serà igual al temps d’acceleració, per conservació de l’energia. tf = ta


f) S’ha de fer el càlcul per a cadascun dels segments de la representació:

2

w w JwJw

4

1

Jw4

tN

Jwt

tN

2

wJ

/22t

tN

ww

/2tt

0w

0tdt

dwJw

/2t

tN

2

tt0

01

21

20

21

aMo

21

a

2

Mo'

w

0

2/2t

0a

2

Mo'

1

a

a

Mo'

a

1a

=→=

=

=

=

==

==

=

<<

[ ]

02

202

220

21

22

aMo

21

22aMo

'

21

22

/45t

2

tMo'

2

a

1

a

Mo'

aa

w w )4

wJ(wJw

4

3

)w(w2

J

4

3

2

tN

)w(w2

Jt

2

1

4

5N

)w(w2

JtN

ww

/45tt

ww2

tt

dt

dwJwN

4

5tt

2

ta

a

=→−=

−=

−=

−

−=

==

=

=

=

<<

Problema 10 63

Problema 10

10.1 Enunciat

El capçal d’una màquina-eina és accionat mitjançant un motor oleohidràulic M de volum dedesplaçament variable. M rep oli a pressió d’una bomba B1, també de volum de desplaçamentvariable. Les característiques de M i B1 són representades a la figura 10.1. (B2 és una bombaauxiliar per desplaçar el distribuïdor V2.)

El procés de funcionament és cíclic i consta de dues parts:

1) fase de treball (durada: t0= 10 s). El moment útil Mmth del motor M és constant de valor: 600Nm durant 10 s (gràfic 1) excepte a la fi de la fase, en què augmenta el seu valor fins a :930 Nm; llavors el pressòstat p acciona la vàlvula distribuïdora V1 i es passa a la fasesegüent. La bomba B1 varia durant aquesta part del moviment el seu volum de desplaçamentde forma lineal, tal com s’indica al gràfic 2.

2) fase de frenada (durada: tf s). El motor M és desconnectat de la màquina-eina i es frena finsa la velocitat 0 mitjançant la vàlvula V3 (Recordeu que la bomba B2 és auxiliar i la sevatasca exclusiva és accionar la vàlvula V2.)

Indiqueu:a) si el circuit de la figura 10.1 és complet des del punt de vista de la seguretat de les bombes B1

i B2.

b) la posició dels distribuïdors V1 i V2 durant les fases de treball i frenada.

Calculeu:c) les pressions pB en el circuit d’alimentació per a tres valors del volum de desplaçament del

motor: V M1 = 200, 250 i 300 cm3/v. Durant la fase de treball el volum de desplaçament del

motor es manté constant (200, 250 o 300 cm3/v), de la mateixa manera que durant la fase defrenada.

64 Oleohidràulica. Problemes resolts64

d) les variacions, en funció del temps, dels cabals de la bomba QB i del motor QM.

e) la variació, en funció del temps, del nombre de voltes del motor durant la fase de treball idurant la fase de frenada, amb indicació del temps total del cicle.

Fig. 10.1

GRÀFIC 1

0200400600800

10001200

0 2 4 6 8 9 10

t (s)

Mmth(Nm)

Fig. 10.2

GRÀFIC 2

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10

t (s)

Vb (cm3/v)

Fig. 10.3

Problema 10 65

10.2 Resolució

a) El circuit no seria complet des del punt de vista de la seguretat: faltaria protegir les sortides de les

bombes B1 i B2 amb vàlvules antiretorn i, a més, faltaria a la sortida de la bomba B1 una vàlvula

limitadora de pressió, com es representa en la figura 10.4.

Fig. 10.4

b) La posició dels distribuidors V1 i V2 durant la fase de treball es mostra a la figura 10.2 i durant la

fase de frenada a la figura 10.5.


c) Les pressions PB en el circuit d’alimentació, per als tres valors del volum de desplaçament del

motor, són:

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) bar 135,705210300/0,926

600

2/v

MP

bar 162,84210250/0,926

600

2/v

MP

bar 203,35210200/0,926

600

2/v

MP

6m3h

MthM3

6m2

MthM2

6m1h

MthM1

=⋅⋅

=⋅

=

=⋅⋅

=⋅

=

=⋅⋅

=⋅

=

ππη

ππη

ππη

h

Fig. 10.5

Problema 10 67

d) La variació del cabal de la bomba B1, en funció del temps, és:

Q n Vrev

min

min

s

cm

v

cm

sthB B B= ⋅ = ⋅ =14501

60300 7250

3 3

tal com es representa als gràfics: 3, 4 i 5. La variació del cabal del motor QM és:

s

cmQQ thBvMvBthM

3

12,6543725095,095.0 =⋅⋅=⋅⋅= ηη

que es representa en les gràfiques 6 i 7.

GRÀFIC 3

0100200300400

0 5 10

temps (s)

GRÀFIC 4

0500

100015002000

0 5 10

temps (s)

1450 rpm

GRÀFIC 5

02000400060008000

0 5 10

temps (s)

7250

GRÀFIC 6

0

100

200

300

0 5 10

temps (s)

Fig. 10.6


e) Suposem que el volum de desplaçament del motor és de 200 cm3/v

wQ

V

cm

scm

v

v

rad

rad

s

n w rpm

tw J

VP

rad

s

rad

vkgm

cm

v

m

cm

N

m

s

V PNm

thM

M

f

Mn

M

N

0

3

3

0 0

0

0

2

3 3

6 3

5

2

16

5

654312

2001

2

205 558

60

21962 93

2 205 558 2 9 75

2001

10

210 10

0 926

2 776

2

200

2 10

210

0 92610 721 86

= =⋅

⋅ ⋅

=

=⋅

⋅ =

=⋅ ⋅ ⋅

⋅

=⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅⋅

=

⋅⋅ =

⋅ ⋅⋅ ⋅ =

,,

,

, ,

,

,

,,

π

π

π

η

π

π η π

GRÀFIC 7

02000400060008000

0 5 10

temps (s)

6543,12

Fig. 10.7

Problema 10 69

GRÀFIC 8

0500

1000150020002500

0 5 10 15

temps (s)

1962,93

12,77

GRÀFIC 10

195200205210215

0 5 10 15

temps (s)

203,35

12,7

GRÀFIC 9

050

100150200250

0 5 10 15

temps (s)

12,77

GRÀFIC 11

0

500

1000

0 5 10 15

temps (s)

930 Nm

12,77

721,86 N

Fig. 10.8


Problema 11

11.1 Enunciat

El control de cilindres diferencials es du a terme mitjançant circuits tancats amb aspiracióaddicional, com el de la figura 11.1. Aquests elements constitutius són:

Fig. 11.1

Problema 11 71

1. Actuador lineal o cilindre diferencial.

2. Bomba de volum de desplaçament variable amb dos sentits de circulació del flux (com abomba i com a motor).

3. Vàlvula distribuïdora per derivar una part de cabal al dipòsit durant el retrocés del pistó 1.

4. Vàlvules de retenció que actuen per l’aspiració addicional de la bomba 2.

5. Dipòsit.

6. Vàlvules limitadores de pressió.

Suposant que el pistó es mou en retrocés (cap a l’esquerra) a una velocitat de0,2 m/s i que els coeficients de pèrdua de càrrega ∆Pf = KQ2 a les línies BC (Q1) i CB (Q2)tenen per expressió:

K1 = K2 = 89,1 bar / (l/s)2

Calculeu:

a) El coeficient de pèrdua de càrrega K3 de la vàlvula distribuïdora 3 per tal que en l’aspiracióde la bomba (2) no es produeixi cavitació.

b) Les pressions PK i PR a cada cara del pistó. La fricció del pistó amb la paret del cilindre ésigual a ∆P = 2 bar.

c) La pressió PB de l´oli a la sortida de bomba.

Nota: L´energia cinètica es pot considerar negligible.

AR =12,5 cm2

AK =28 cm2

v = 0,2 m/sPatm =0,98 barPV = 0,408 bar (Tensió de vapor)∆Pf = KQ2

K1 = K2 = 89,2 bar / (l/s)2

Q1 = Q2

Problema 1172

11.2 Resolució

a) Per tal de calcular el coeficient de pèrdua de càrrega K3, hem de determinar primer els diferentscabals:

QR = v AR = 20·12.5=250 cm3/s

QK = v AK = 20·28= 560 cm3/s

Q1 = Q2 = QR = 250 cm3/s

Q3 = QK - Q2 = 310 cm3/s

Fig. 11.2

Per tal que no es produeixi cavitació, hem d’imposar que la pressió absoluta a léntrada de la bombasigui, com a mínim, PV. Dáquesta afirmació néxtraiem les igualtats:

PK abs = Pat + PK = Pat + K3 · Q 3 2 = PV + K2 · Q 2

2


D’on, aïllant K3 obtenim:

KP P K Q

Q

bar

l sv at

32 2

2

32 2

52=+ +

=*

( / )

b) La pressió PK podem determinar-la de forma molt senzilla a partir de les pèrdues degudes a Q3 :

PK = K3 · Q32 = 5 bar

Per determinar PR fem el balanç de forces a totes dues cares del pistó, tenint en compte la fricció ambla paret del cilindre:

PR · AR = (PK + ∆P) · AK

barA

APPP

R

KKR 68,15

5,12

28)25()( =+=∆+=

c) Ja que considerem el rendiment volumètric de la bomba = 100 %, podem dir que:

PB = PR + K1 · Q12 = 15,68 + 89,1 · 0,25 2 = 21,248 bar


Problema 12

12.1 Enunciat

El control de cilindres diferencials es porta a terme mitjançant circuits tancats amb aspiracióaddicional, com el de la figura 12.1. Aquests elements constitutius són:

1r: Actuador lineal o cilindre diferencial, amb una cursa de h= 60 cm. 2n: Bomba de volum de desplaçament variable amb dos sentits de circulació del flux (com abomba i com a motor). 3r: Vàlvula distribuïdora per derivar una part de cabal al dipòsit durant el retrocés del pistó 1. 4t: Vàlvules de retenció que actuen per l’aspiració addicional de la bomba 2. 5è: Dipòsit. 6è: Vàlvules limitadores de pressió, calibrades a Po=100 bar. Suposant que la posició de l'actuador lineal avançat (cap a la dreta) es pot aproximarmitjançant el model de la figura 2, i que la força F a vèncer varia segons les figures 3a i 3b,calculeu:

a) El cabal subministrat per la bomba.b) El volum de desplaçament de la bomba, si ηv= 0,95 i n = 1450 rpm.c) Les variacions de pressió Pk, si la fricció del pistó amb la paret del cilindre és igual a 5 bar.

Problema 12 75

Indicació:

∂

∂

∂

∂

eu

teu u

t=

.

h = 60 cmAR = 12,5 cm2

AK = 28 cm2

nB = 1450 rpmηVB = 0,95∆p = 5bar

Figura 12.1 Esquema del circuit oleohidràulic


t

0 1 2 3 4 5 6 7

daN (103)

0

1

2

3

4

Fa

b

Fig. 12.2 Diagrama de forces a vèncer

t

0 1 2 3 4 5 6 7

x

0

10

20

30

40

50

60(cm)

A

B

Fig. 12.3 Model de posició de l'actuador lineal aproximat

0 ≤ t < 2x=6,1425t 2 cm t :s

2 ≤ t < 7x=24,5+30{1-e(2-t)/1,221} cm t :s

Problema 12 77

12.2 Resolució

a)

l/min) (0,687 /scm 452,1128408,0kAv)7(tBQ

cm/s08,40)7(t

v

221,1/)2(

221,1

30

t

xv

7t2

l/min) (41,27 /scm 96,6872824,57kv2)(tBQ

cm/s24,572)(t

v

t12,285t

xv

2t0

3

3

=⋅=⋅==

==

−==

≤≤

=⋅=⋅==

==

==

≤≤

te

A

∂

∂

∂

∂

t

0 1 2 3 4 5 6 7

x

0

10

20

30

40

50

60(cm)

A

B

Fig. 12.4


b)

/v3cm49,0rpm1450V0,95

0,6877t

/v3cm29v

l0,029Vrpm1450V

0,95

27,412t

nVv

QBthQ

⇒⋅=⇒=

⇒=⇒⋅=⇒=

⋅==η

t

0 1 2 3 4 5 6 7

nB

0

500

1000

1500 1450 rpm

(rpm)

Fig. 12.5

Fig. 12.6

Problema 12 79

c) a

bar76,426528

20002)(tP

F(t)F(t)PPpA

FP

pAFAP

0P

k

kkk

k

kkk

R

=+=≥

=⇒=⇒∆+=

∆+=

≈

bMoviment com el cas a fins a l'instant t=5 s.Per a t ≥ 5 s, el moviment és impossible perquè les vàlvules 6no ho permeten.

3000

285 112 15 100+ = >, bar

Fig. 12.7


t

0 1 2 3 4 5 6 7

F

0

1

2

3

Pk

0

25

50

75

100

76.426 bar

(bar)daN (103)

t

0 1 2 3 4 5 6 7

F

0

1

2

3

Pk

0

20

40

60

80

100

120 (bar)112.14 bar

daN (103)

a

b

Fig. 12.8

Fig. 12.9

Problema 13 81

Problema 13

13.1 Enunciat

Per a un robot manipulador es dissenya el circuit de la figura 13.1. La seqüència de les fases defuncionament és 1, 2, 3, 3’, 2’ i 1’, amb les característiques següents: a l´avanç i al retrocés:

Avanç

-Fase 1: temps t1=10 s, cabal cap l’actuador lineal (cilindre) Q1=2 l/s, pressió P1=50 bar-Fase 2: t2=20 s, Q2=4 l/s, P2=50 bar-Fase 3: t3=10 s, Q3=2 l/s, P3=150 bar

Retrocés

-Fase 3’: temps t’3, cabal cap l’actuador lineal Q’3=4 l/s, pressió P’3=150 bar-Fase 2’: t’2 ≤ 2s, Q’2=4 l/s, P’2=50 bar-Fase 1’: t’1=10s, Q’1=2 l/s, P’1=50 barPer compensar el cabal constant de la bomba es fan servir dos acumuladors: un de baixapressió Vb, que actua durant les fases 1, 2, 2’, 1’, i un altre d’alta pressió Va, que qual actua ales fases 3 i 3’.

Els volums Va i Vb del acumuladors s’han de calcular tenint en compte que els volums d’oli alprincipi i al final dels seus subcicles respectius [(1,2,2’,1’) i (3,3’)] han de ser els mateixos; és adir, després de transcórrer un cicle complet d’1 fins a 1’ no es pot incrementar el volum d’oliretingut inicialment a cada acumulador.

Es demana:

a) Traceu el diagrama funcional de l’actuació de les vàlvules V1, V2, V3, V4, V5, tot determinantles pressions de taratge Pa i Po.

b) Determineu i dibuixeu els diagrames de velocitats-desplaçaments del pistó en el ciclecomplet.


c) Calculeu el cabal de la bomba.

d) Calculeu els volums dels acumuladors VA i VB i el temps t’3 de la fase 3’.

e) Calculeu la potència subministrada per la bomba al fluid durant un cicle complet.

f) Dibuixeu el diagrama de pressions del nitrogen volum i el cabal dels acumuladors si esconsidera el procés isentròpic.

Fig. 13.1 Esquema unifilar per al avanç Fig. 13.2 Esquema unifilar per al retrocés

Problema 13 83

13.2 Resolució

Fig. 13.3 Esquema unifilar per al punt de repòs


a)

Fig. 13.4 Diagrama funcional de l’actuació de les vàlvules

Problema 13 85

b)

Fig. 13.5 Diagrames de velocitats-desplaçaments del pistó en el cicle complet


c)

( ) ( )

cm 169,779392,7

t't'20002h

A

t't'Q223

R

231=

+⋅⋅⇒=

+⋅⋅

s 11,668t't'23

=+

( )( )

( )( )

( )( )2

2

2

2

1221

1122221B

t'40

t'4120

10t'2010

102t'4204102

t't'tt

t'Qt'QtQtQQ 1

+

⋅+=

+++

⋅+⋅+⋅+⋅=

+++

⋅+⋅+⋅+⋅=

( ) ( ) 3B231B t'QQtQQ ⋅−=⋅−

3

2

2

2

2 t't'40

t'41204102

t'40

t'4120⋅

+

⋅+−=⋅

−

+

⋅+ ⇒ 32 t'4t'240 ⋅=⋅+

s 11,668t't' 23 =+ s 1,11t' 2 = ⇒

32 t'4t'240 ⋅=⋅+ s10,56t' 3 =

sl 3,027Q B =

d)

( ) ( ) l 10,271023,027tQQaV 31B =⋅−=⋅−=

( ) ( ) ( ) ( ) l 20,41023,0271023,027t'QQtQQbV 11B11B =⋅−+⋅−=⋅−+⋅−=

e)

W 15003,2710bar 1500,0013,027aPQ bar2m

N

l3m

sl 5

B =⋅⋅⋅=⋅

W5001,00910bar 500,0013,027bPQ bar2m

N

l3m

sl 5

B =⋅⋅⋅=⋅

Problema 13 87

f)

l 30,541020,54 l 20,54bV'V B =+⇒==

( ) l 20,271010,27l10,27tQQ'V'V 1BSBA =+⇒=⋅−−=

( ) l11,08101,08 l 1,08tQQ'V'V 2BSBC =+⇒=⋅−−=

bar 51150PA =+=

bar 28,7330,54

20,2751

V

VPP

1.4K

B

AAB =

⋅=

⋅=

bar 118,8111,08

30,5428,73

V

VPP

1,4K

C

BBC =

⋅=

⋅=

bar1377,7510,271

20,4128,73

V

VPP

1,4K

A

BBA =

⋅=

⋅=

bar3418,1630,54

20,4128,73

'V

VP'P

1,4K

B

BBB

=

⋅=

⋅=

bar 0082,2920,27

30,543418,16

'V

'V'P'P1,4

K

A

B

BA=

⋅=

⋅=

bar 3588,29211,08

21,0881,118

'V

VP'P

1,4K

C

CCC

=

⋅=

⋅=

Fig. 13.6 Diagrama de variació de volum dintre dels acumuladors


Fig. 13.7 Diagrama de variació de cabal cap als acumuladors

Fig. 13.8 Diagrama de variació de pressió de l’acumulador de baixa pressió per a l’ etapa t1 - t2

Problema 13 89

Fig. 13.9 Diagrama de variació de pressió de l’acumulador de baixa pressió per a l’etapa t’1 - t’ 2

Fig. 13.10 Diagrama de variació de pressió de l’acumulador d’alta pressió per a l’etapa t3 - t’ 3


Problema 14

14.1 Enunciat

En el circuit tancat de la figura 14.1 intervenen dues bombes volumètriques: B1 per compensarles pèrdues per fuites i garantir unes condicions d’aspiració òptimes de B2, que és la bombaprincipal, amb un volum de desplaçament variable.

Les corbes característiques de la bomba B2, el motor M i la vàlvula de derivació V2, s’inclouena les figures addicionals.

Es demana:

a) Calculeu el valor numèric de les magnituds següents:

Cabal: teòric de la bomba: Q2thb real de la bomba: Q2rb teòric del motor: Qthm real del motor: Qm de fuites de la bomba: Qvb de fuites del motor: Qvm d’impulsió de la bomba: Qb1

i les pressions en el circuit, tot suposant que la vàlvula V2 està en la posició 0 i que B2 i Mgiren a 2000 rpm.

b) Si la vàlvula V2 està en la posició 1 (oberta), determineu els cabals que passaran per M i perla vàlvula 2, suposant que el paràmetre de variació del volum de desplaçament de B2 varia desde α=1 fins a α=0.

c) En un instant de temps determinat el motor M es veu frenat i la seva velocitat de rotació esredueix. Calculeu l’acceleració del moviment suposat uniforme, en el moment just en què actua,la vàlvula limitadora de pressió V1, si la pressió es manté constant.

Problema 14 91

d) És un fet comprovat que quan la bomba B1 impulsa un cabal superior al calculat a l’apartata , actua la vàlvula V5 eliminant l’excés de cabal. Justifiqueu gràficament aquest fenomen.

Fig.14.1 Esquema oleohidràulic unifilar

on:

B1 : bomba auxiliar.

B2 : bomba principal.

V1: vàlvules limitadores de pressió ( Po = 180 bar).

V2: vàlvula de derivació.

V3: vàlvula de protecció de B1.

V4: refrigerador.

V5: vàlvula d'alleugeriment.

V6: vàlvula reguladora de la pressió de la vàlvula 5.

També es donen com a dades les característiques dels diferents elements:


Altres característiques de la bomba són:

nb = 2000 rpm.ηhb = 0,85Vb = α·Vbmax

A continuació es presenten les característiques del motor:

Altres característiques del motor són:

nm = 2000 rpm.ηhm = 0,85J (moment d’inèrcia) = 4,3 kgm²

Fig. 14.2 Corbes característiques de la bombaB2

Fig. 14.3 Corba característica del motor M

Problema 14 93

Per acabar, les característiques de la vàlvula 2 són:

on Q=2 l/s i ∆P=55 bar.

2.2 Resolució

a) Quan V2 és a la posició 0 i B2 i M giren a 2000 rpm, el circuit oleohidràulic és:

Fig. 14.5 Circuit oleohidràulic unifilar

Fig. 14.4 Corba característica de la vàlvula 2


A continuació podem veure el gràfic que il.lustra el punt de funcionament del circuit:

D’aquest gràfic s’obtenen les magnituds següents:

Q2thb = 2,2 l/sQ2b = 2 l/sQthm = 1,8 l/sQm = 2 l/sQvb = 0,2 l/sQvm = 0,2 l/sQ1b = Qvb + Qvm = 0,4Pb = Pm = 150 bar

Amb aquests valors podem calcular el rendiment volumètric de la bomba i del motor, com també elslitres per volta del motor:

908,02,2

2 ==vbη ; 9,02

8,1 ==vmη ; vl

mins

rpmsl

n

QthVm /054,0

/60

2000/8,1 ===

b) Calculem ara què passa si la vàlvula V2 està en la posició 1. Això es pot veure a l’esquemasegüent:

Fig. 14.6 Corba del motor sobre la corba de la bombaB2

Problema 14 95


Una vegada vist aquest esquema passem a fer-ne l’estudi gràfic:

Fig. 14.8 Determinació dels cabals que passaran per M i per la vàlvula 2


D’aquest gràfic podem deduir la taula de valors següent:

α Qv2 Qthm nm=60*Qthm/Vm Qm1 0,37 l/s 1,8 2000 rpm 1,82

0,75 0,37 l/s 1,25 1388,8 rpm 1,270.5 0,37 l/s 0,7 777,7 rpm 0,720,25 0,37 l/s 0,14 155.5 rpm 0,16

A continuació, el càlcul de Qthm:

Qthm = Qthb - Qb1 = (α nb)·Vb - 0,4 = nm·Vm => Qthm(α) Qthm(nm)

c) En aquesta pregunta, se’ns demana l’acceleració del moviment:

∆Π

PthmVm

J2

= α => η αn pmVm

J∆Π2

=

∆Pm Po Pm bar= − = − =180 150 30

235

/096,53,42

10054,0103085,0

2srad

J

PmVmn =⋅Π

⋅⋅⋅⋅=Π

∆=−ηα

d) L’apartat d es correspon amb l’esquema que apareix a continuació:


Problema 14 97

Si ara representem els gràfics basats en l’esquema anterior, obtenim:

I a continuació els gràfics del cabal i la pressió en diferents parts del circuit en funció del temps:

Fig. 14.11 Gràfics temporals de les magnituds

PB

Q

∆P

∆Q

Fig. 14.10 Justificació gràfica


Problema 15

15.1 Enunciat

Per als actuadors lineals amb diàmetre de tija elevat es fan servir circuits de correcció com elde la figura 15.1.

a) Afegiu els elements de seguretat que cregueu convenients i indiqueu el conjunt de lesposicions (a o b) de les vàlvules 1,2,3 per aconseguir el moviment d’avanç i el de retrocés.

b) Si el moviment de l’actuador és cíclic amb la variació de cabal funció del tempsrepresentada a la figura 15.2, completeu el circuit de la figura 15.1, si ho veieu necessari, icalculeu el cabal de la bomba d’alimentació.

c) Per frenar l’actuador en un final de cursa, s’instal·la un fre hidràulic consistent en les duesvàlvules 4 i 5 en paral·lel amb el cilindre (figura 15.3). A l’inici de la frenada les vàlvules 1, 2 i 3estan en les posicions representades a la figura 15.1. El fenomen de frenada consta de duesfases: a la primera l’energia cinètica de la massa m de l’actuador en moviment es converteix enenergia de pressió, en què aquesta augmenta des del valor zero fins a un valor Po; a la segonafase, l’energia de pressió acumulada al volum x. ∆k es dissipada en calor com a pèrdua decàrrega a través de la vàlvula en derivació 5, mitjançant una descompressió lenta.

c.1) Calculeu la pressió màxima Po amb les dades de la figura 15.3 (velocitat inicial: c=0,22m/s).

c.2) Determineu el coeficient de pèrdua de càrrega a de 5 per aconseguir una frenada en 2segons.

Problema 15 99

Fig. 15.1 Esquema oleohidràulic del sistema de correcció de la tija

2s

t

tr2s3s

100 l/min

200 l/min

300 l/min

400 l/min

2s

Qavanç retrocés


.


Fig. 15.3 Esquema oleohidrràulic del sistema

15.2 Resolució

a) A la figura 15.4 hi ha representada la posició de les vàlvules per fer avançar l’actuador.


Problema 15 101

A la figura 15.5 hi ha representades les posicions de les vàlvules perquè l’actuador torni a entrar.


Per poder regular diferents cabals, intercalarem un circuit que no imposi cap limitació quan el cabalsigui màxim i que limiti mitjançant vàlvules quan volem cabals inferiors. Un circuit possible és el dela figura 15.6.

Fig. 15.6 Esquema per a la regulació de diferents cabals.


A la taula següent es mostren les posicions en què es troben les vàlvules per a cada cabal.

Taula 15.1cabal (l/min)

300 100 200 400vàlvula 7 b a b avàlvula 8 b b a a

b) Per aconseguir que la bomba treballi amb una càrrega constant posarem un acumulador queemmagatzemarà el cabal sobrant durant els períodes en què el circuit no pugui absorbir tot el cabaldonat per la bomba i el retornarà quan la bomba no pugui generar tot el cabal requerit.

Si suposem que la bomba treballa a cabal constant, llavors aquest serà igual a la mitjana del cabalcirculant. Per conèixer aquest cabal és necessari conèixer quant de temps dura el retrocés (ts). Aixòho realitzarem considerant que la suma dels desplaçaments positius i negatius és nul durant un cicle.

t (s)

tr=?223

Q400 l/min

300 l/min

100 l/min

200 l/min

QB

2


Calculem la velocitat de l'actuador i el desplaçament produït.

- Per a t entre 2 i 5 segons

s

dm

s

min

dm

mindm

Superfície

Volumc 315,1

60

1

280,3

/3300=×==

dmtVelocitatX 945,3343,01 =⋅=∆⋅=∆

Problema 15 103

- Per a 5 < t < 7 :

s

dm

s

min

dm

mindmc 43,0

60

1

80,3

/1002

3

=×=

dmX 86,0243,02 =⋅=∆- Per a 7 < t <9 :

s

dm

s

min

dm

mindmc 877,0

60

1

80,3

/2002

3

=×=

dmX 754,12877,03 =⋅=∆

- Per a 9 < t < 9+tr :

s

dm

s

min

dm

mindmc 2,2

60

1

02,3

/4002

3

=×=

trX ⋅=∆ 2,24

Com que la suma de desplaçaments ha de ser nul.la:

strXXXX 98,22,2

754,186,0945,343210 =++=→∆−∆+∆+∆=

A la figura 15.8 hi ha representat el desplaçament de l’accionament.

tr=2.973

t

223

X

0.86

6.559

1.754

3.915

2

Fig. 15.8 Gràfic del desplaçament-temps del sistema.


Ara ja podem calcular el cabal de la bomba:

slmin

l

ttttt

tQtQtQtQQB /742,355,224

43210

44332211 ==++++

+++=⋅⋅⋅⋅

La suma dels cabals que han entrat i dels que han sortit de l'acumulador també és zero.

tr=2,973

t

223

V

QB·t4-Q4·t4= -8,68l

QB·t3-Q3·t3= 0,818l

QB·t1- Q1·t1=-3,775l

QB·t0=7,48l

2

QB·t2-Q2·t2=4,16l

Fig. 15.9 Gràfic de la velocitat-temps del

A partir de la figura 15.9 podem determinar la capacitat de l’acumulador com el màxim volum queha d’emmagatzemar.

lVmàx 68,8≥

c) Primer l’energia cinètica que té l’actuador es converteix en energia de pressió en el moment quetanquem la vàlvula de sortida de l’oli.

A la figura 15.10 es pot veure com primer es comprimeix l’oli i després es deixa anar.

Problema 15 105


a.1) barmcm

N

DaN

s

mkg

PXAPc

m ko 2001064,713,380

10

122,0120

022 62

2

22

2

=⋅

⋅⋅=→= −

⋅

b.2) Quan obrim la vàlvula 4 i limitem el cabal amb la 5 es produeix un desplaçament del'oli que teníem comprimit que, en passar per la limitadora, transforma l’energia de pressió enenergia de calor.

A partir de l’equació:

aK

PPVatresolentPa

dt

dP

K

V o )(20 111 −

=→→=+

amb les dades de què disposem:

X0=7-6,559=0,441dmV1=4,41·380,13cm3=1676,37cm2

K=1,4·105N/cm2


P0=200 bar = 2000 N/cm2

P1=0. En el moment que s’atura, la diferència de pressions és zero.

2

3

2

23

01 535,014000

200036,167622

cmN

scm

cm

Ncm

Ncm

taK

PVa =

⋅=

⋅=

Problema 16 107

Problema 16

16.1 Enunciat

Amb la instal·lació de la figura 16.1 s’aconsegueixen dues velocitats d’avanç: una ràpida,d’aproximació amb el distribuïdor V2 en la posició b i una altra lenta, de treball, amb eldistribuïdor V2 en la posició c.

a) Calculeu les velocitats de láctuador lineal (cilindre) quan V2 està en les posicions a, b i c.

b) Traceu els diagrames de velocitats i de desplaçament per al cas anterior si V2 està situadaen la posició b 2 segons, en la posició c 3 segons i en la posició a t3 segons. El temps t3 s’ha decalcular prèviament abans de resoldre aquest apartat.

c) Es comprova que el sistema funcionaria igualment, encara que se suprimís la vàlvula V3, ique s’aconsegueix una eficàcia notable en lévolució del procés dávanç de láctuador lineal.Justifiqueu analíticament aquest fet.

d) Tenint en compte que la variació de pressió en el procés és el de la figura 16.2, es volincorporar un dispositiu que permeti controlar el cabal que arriba a l’actuador lineal (tant enlávanç com en el retorn ) vetllant perquè aquestes variacions de pressió quedin compensades ino afectin el cabal. Indiqueu quin ha de ser aquest dispositiu, ponderant avantatges iinconvenients, si existeix més d’una solució.


resolts

108

200Pk 150bar 100

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 s

Fig. 16.2 Diagrama de la variació de pressió

Fig. 16.1 Esquema circuit

Problema 16 109

16.2 Resolució

Q

Fig. 16.3 Avanç ràpid Fig. 16.4 Avanç lent t2=3 s

Fig. 16.5 Retorn : t3

scmAr

QbCra

scmAk

QbCac

scmArAk

QbCa

QQArAkCaQQAkCa

QQArCa

QQQbQQQbb

s

cm

s

min

l

cm

min

lQb

/ 588,32179

33,5833 )""

/ 345,1513,380

33,5833 )""

/ 002,2917913,380

33,5833

)(

)""

33,583360

1

1

10350

2

1

21111

21

2112

333

===

===

=−

=−

=

−=−⋅

+=⋅+=⋅

−=→=+

=⋅⋅=


resolts

110

b) h = Ca1·t1+Ca2·t2= 29,002·2+15,34·3= 58,004+46,02= 104,024 cm

sCr

ht 2,3192,3

588,32

024,1043 ≈===

Fig. 16.6 Diagrama de velocitat

Fig. 16.7 Diagrama de desplaçament

Cr = 32,58 cm/s Ca1 = 29 cm/s

30

20

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8

100

75 46,036 cm

50

25 58,004 cm

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Problema 16 111

c)

∆p12 Pk Cp Cs Pr

l12 Q1 Q2 l12

Q ∆p11 Pap Ap ∆p21 Pas

l

l11 l22

Q1’ b Q2’

Pb Qb Pb ∆p22 Pb

Fig. 16.8

Pk Ak Ar F l

⋅ = ⋅ +Pr ; Q = kp + p22 11∆ ∆

Taula 16.a

Q =

0 Q = Q '

Q = Q '

1 1

2 2Q >

0

Q = Q + Q '

Q = Q + Q '

Q1'= Q ' +Qb

2 2

1 1

2

Q = k

Q = kp

1

221 22+

∆

∆ ∆

p

l l

p

l l

11

11 12

21 22

+

+

Q '= k Q = Q ' +Q

Q '= k

111

1 1

222

∆

∆

p

l

p

l

11

22


resolts

112

Negligint les pèrdues de càrrega singulars en les “t” Ap, As i B, i considerant decisives les pèrduesde càrrega lineals en els trams B-Ap i As-B

d) S’ha d’incorporar una vàlvula reguladora de cabal. Solucions possibles:

Tram B - Ap:

= fl

D

p =Q

Tram As - B:

= fl

D

p =Q

Q

1111

11 1112

22

222

2

ς

ς

ς

ς

⋅

⋅⋅ ⋅

⋅

⋅⋅ ⋅

=

∆

∆

2

2

2

22

22 2

1 1

g A

g A

Q '

= fl

D

p' =Q '

= fl

D

p' =Q '

1111

11

11 111

2

22

222

2

ς ς

ς

ς ς

ς

'

'

'

'

⋅ =

⋅⋅ ⋅

⋅ =

⋅⋅ ⋅

∆

∆

2

2

2

22 22

222

g A

g A

Q1 > Q1’∆p11 > ∆p’11

Q2 > Q2’∆p22 > ∆p’22

Q 5 3

3 3

1

2 1 R 1

5

Fig. 16.9

Problema 16 113

Taula 16.b

Controlprimari

Controlsecundari

Amb tresvies

Enderivació

Avantatges

- Una sola secciódel pistó sotmesa a laP de la càrrega.- Vida útil elevada- Recorregut regular

- Retenció òptima dela càrrega.- No es donenmovimentsincontrolats percàrregues tractores

- La bomba treballaa la P de la càrrega.- El valor generaten 1 es transmès aldipòsit.

ì

ì

Inconvenients

- Si la càrrega canviade signe i es fatractora, no estaràcontrarestada i potprovocar movimentsincontrolats.

- Juntes sotmeses a Pelevada- Les variacions decàrrega podenpertorbar el cabal

- Es pot fer servirsolament en controlprimari (líniaprincipal)- No escaient per acàrregues negatives

- No es potincorporar unacumulador

ì

p=p(t) p p=p(t) p 2 Qb2 2 Qb2=Q2

3 1 3 1 Qb1>Q1

Qb3>Qb1

Q t Q1 QQ1 Qv

Q=Q(t) Q=cte

Q2 Q2

Q3 Q3

Fig. 16.10 Sense vàlvula Fig. 16.11 Amb vàlvula reguladora de cabal reguladora de cabal


Problema 17

17.1 Enunciat

Per a l'accionament i el control d'una premsa hidràulica es proposa el circuit de la figura 17.1.

Suposant les característiques següents:

Força F = 135714 KgCursa l = 0,6 mPressió màxima de treball Pmàx = 350 barPèrdua de pressió per fricció P = 10 barCabal màxim Qmàx = 400 l/min

Calculeu:

a) El diagrama funcional del sistema per a les vàlvules Y4 i Y1.

b) Les dimensions dels actuadors lineals -cilindres-.

c) Les velocitats d'avanç Ca i de retrocés Cr dels pistons i traçar els diagrames de flux. (C=C(t); Q=Q(t); P=P(t) ).

d) La potència absorbida pel sistema dels dos actuadors lineals -cilindres- C1 i C2 idèntics.

109Problema 17

Fig. 17.1

QC1

F

Y4

b a

c

ba

Y3

y

a bY2

Q8

PY1


Dades:

F = 135714 Kgl = 0,6 mPmàx = 350 bar∆p = 10 barQmàx = 400 l/min

Y1 = vàlvula proporcional de pressióY2 = distribuïdor 4/2Y3 = distribuïdor proporcionalY4 = distribuïdor de 2 vies (amb elements inseribles)

en avanç = 58,26 cm/s2

en retrocés = 282,03 cm/s2

tA = 1 stB = 1 stC+tD = 2 stE = 0,3 stG = 0,202 s

17.2 Resolució

a) Diagrama de cabals i diagrama funcional de Y3:

Fig. 17.2

A B C D E F G H

A: avanç ràpidB: frenadaC: premsatD: descompressióE: retorn ràpidF: frenadaG: fase de moviment lentH: parada


t

∆tE tE tF tGtH

Q

Y3

Y