Manual de Hidraulica Industrial

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081MICRO CAPACITACIÓN

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5PREFACIO

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Como forma de transmisión de energía, moderna y ratificada en la práctica, laHidráulica ha ganado un lugar fundamental.

Propulsiones y controles hidráulicos han logrado con el correr del tiempo una mayorimportancia, en especial en la automatización y la mecanización.

Gran cantidad de las más modernas máquinas e instalaciones son controladas -parcialo totalmente- en forma hidráulica.

En muchos casos han sido posibles nuevos procesos de automatización sólo con elempleo de controles y regulaciones hidráulicas.

El objetivo del curso de “Hidráulica industrial” es conocer los principios físicos, basepara el entendimiento de los procesos en los dispositivos y sistemas hidráulicos, asi-mismo exponer algunas de sus aplicaciones en la industria.

Esperamos que el curso sea una herramienta que les permita apropiarse significati-vamente de las nuevas destrezas y conocimientos.

Para contribuir al logro de los objetivos reseñados, sus comentarios al final del cursoserán de inestimable utilidad.

Departamento de Capacitació[email protected]

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CURSO 081Hidráulica Industrial

Conceptos fundamentales de la HidráulicaConceptos básicos. DefinicionesDefinición de fluidoMecánica de los fluidosFlujos incompresibles y sin rozamiento. Teorema de BernoulliEcuación de ContinuidadEnergía. Energía potencialTipos de flujoVentajas de un sistema hidráulicoFunciones y características de los fluidos hidráulicos Forma básica de un sistema hidráulico

Generadores de presión hidráulicaBombas hidráulicasClasificación y tipos constructivosFórmulas de cálculo

Depósitos, Filtros y AcumuladoresDepósitosFiltrosCódigos de contaminación sólidaEficacia de los sistemasEficiencia de los filtrosAcumuladores

Actuadores HidráulicosActuadores HidráulicosClasificación

Válvulas HidráulicasVálvulasConfiguración simbólica de una válvulaVálvula antirretorno o de retenciónTipos constructivos de válvulas direccionalesVálvulas a presiónVálvulas de caudalVálvulas especialesTipos de mando

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1 . 4

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1 . 8

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1 . 1 0

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3 . 2

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5 . 5

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5 . 7

5 . 8

7INDICE

<AccesoriosComponentes de enlaceConectores y accesorios para tubos y manguerasRecomendaciones de instalaciónCierre y fugasJuntas dinámicasMateriales de las juntas y anillos Prevención de fugasInstrumentos

MICRO Capacitación

66 . 1

6 . 2

6 . 3

6 . 4

6 . 5

6 . 6

6 . 7

6 . 8

7

8

Conceptos fundamentales de la Hidráulica

Introducción

Conceptos básicos. Definiciones

¿Qué es la hidráulica?

La palabra hidráulica procede del vocablo griego “hydor” que en castellano significa“agua”; trataba todas las leyes en relación con el agua.

Actualmente se la entiende como la transmisión y control de fuerzas y movimientospor medio de líquidos. Esto quiere decir que se utiliza líquidos para la transmisión deenergía. En general se trata de aceite mineral, pero también pueden ser líquidos sin-téticos, agua o una emulsión aceite-agua.

En la técnica, instalaciones y mecanismos hidráulicos suelen ser de frecuente empleo. Los encontramos por ejemplo en:

• La construcción de máquinas herramientas.• La construcción de prensas.• La construcción de instalaciones.• La construcción de vehículos.• La construcción de aviones.• La construcción de barcos.

Particularidades especiales que destacan a la hidráulica

• Grandes fuerzas o momento de giro, producidos en reducidos espacios de montaje.• Las fuerzas se gradúan automáticamente a las necesidades.• El movimiento puede realizarse con carga máxima desde el arranque.• Graduación continua simple (ya sea de control o regulación) de la velocidad,

momento o fuerza.

La hidráulica combinada con la electrotecnia, la mecánica y la neumática, pueden otor-gar buenas soluciones para problemas planteados en las técnicas de automatización.

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1 . 1 . 1

9CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA HIDRÁULICA1

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Definición de fluido

Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente, o fluye, cuando se some-te a esfuerzos. El término fluido abarca tanto a gases como a líquidos. Una masa dadade líquido, siempre ocupará un volumen definido (aunque cambie de forma), mientrasque el gas siempre ocupará el volumen del recipiente que lo contenga. Los gases soncompresibles, mientras que la baja compresibilidad (o deformación volumétrica elás-tica) de los líquidos, es generalmente despreciada en cálculos, excepto en aquellosrelacionados con grandes profundidades (océanos) o en los cambios de presión ocu-rridos en las tuberías.

Propiedades de los fluidos

Los fluidos -como todos los materiales- tienen propiedades físicas que permitencaracterizar y cuantificar su comportamiento, así como distinguirlos de otros. Algunasde estas propiedades son exclusivas de los fluidos y otras son típicas de todas lassustancias. Características como la viscosidad, tensión superficial y presión de vaporsólo se pueden definir en los líquidos y gases. Sin embargo, la masa específica, elpeso específico y la densidad son atributos de cualquier materia.

Masa Específica, Peso Específico y Densidad

Se denomina masa específica a la cantidad de materia por unidad de volumen deuna sustancia.

Se designa por y se define: = m/v

El peso específico corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad devolumen. Se designa por _. La masa y el peso específico están relacionados por:

Donde:

Se denomina densidad a la relación que existe entre la masa específica de una sus-tancia cualquiera y una sustancia de referencia. Para los líquidos se utiliza la masaespecifica del agua a 4°C como referencia, que corresponde a 1g/cm3, y para los gasesse utiliza al aire con masa especifica a 20°C,1,013 bar de presión es 1,204 kg./m3.

Viscosidad

Imaginemos un bloque sólido (no-fluido) sometido a una fuerza tangencial, por ejem-plo una goma de borrar sobre la que se sitúa la palma de la mano que empuja endirección paralela a la mesa, en este caso el material sólido opone una resistencia ala fuerza aplicada, pero se deforma, tanto más cuanto menor sea su resistencia. Si imaginamos que la goma de borrar está formada por delgadas capas unas sobreotras, el resultado de la deformación es el desplazamiento relativo de unas capas res-pecto de las adyacentes.

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1 . 2 . 1

1 . 2 . 1 . 1

g intensidad del campo gravitacional

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En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomi-na viscosidad. Es su pequeña magnitud la que le confiere al fluido sus peculiarescaracterísticas; así por ejemplo si arrastramos la superficie de un líquido con la palmade la mano como hacíamos con la goma de borrar, las capas inferiores no se moverán, olo harán mucho más lentamente que la superficie, ya que son arrastradas por efecto dela pequeña resistencia tangencial, mientras que las capas superiores fluyen con facilidad.Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de bajaviscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en movimientoarrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad, que se midecon un recipiente (viscosímetro) que tiene un orifico de tamaño conocido en el fondo.La velocidad con la que el fluido sale por el orifico es una medida de su viscosidad.

Mecánica de los fluidos

La mecánica de los fluidos es el estudio del comportamiento mecánico de los flui-dos, tanto si se encuentran en estado de agregación líquido como gaseoso. A su vezésta se divide en:

• Hidromecánica.• Aeromecánica.

En el presente tratado nos ocuparemos únicamente del primer aspecto.

La hidromecánica analiza los líquidos y gases en reposo a bajas velocidades en lasque pueden ser considerados incompresibles.

A su vez comprende la:

a) Hidrostática.b) Hidrodinámica.

a) Hidrostática.

La hidrostática es la parte de la física que estudia los fluidos (líquidos) en equilibrio.En la mayoría de los casos, las fuerzas que actúan sobre un punto del fluido son lasde presión y de gravedad.

Algunos cuerpos pueden flotar en un líquido y otros se hunden. Cuando el empuje del líquido es mayor que el peso del cuerpo, éste es sacado a flote. Si el empuje es menor que el peso, el cuerpo se hunde. El equilibrio se produce cuando el empuje es igual a su peso.

Ejemplo

Los elevadores hidráulicos (“gato” hidráulico) en los puestos de gasolina; o los sis-temas de frenos.

Dentro del campo de la hidrostática es necesario definir algunos conceptos base, quefacilitarán la comprensión de la misma.

P presión

densidad

g gravedad

h altura


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Presión hidrostática

¿Qué es la presión? ¿Cómo actúa?

Para no hundirse en la nieve es conveniente usar unas raquetas especiales de mayorsuperficie de apoyo que los zapatos. Por el contrario, los zapatos de tacón fino defor-man el suelo y se hunde con mucha facilidad.

Teniendo en cuenta lo anteriormente dicho podemos afirmar lo siguiente:

Si una fuerza actúa sobre una superficie pequeña, su efecto deformador es grande.Si una fuerza actúa sobre una superficie grande, su efecto deformador es pequeño.

Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente quelo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, lla-mada presión hidrostática, provoca en fluidos en reposo una fuerza perpendicular alas paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido, sin importar la orien-tación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas ya no serían perpendi-culares a las superficies.

Expresión matemática

La presión hidrostática en un punto del interior de un fluido en reposo es directamen-te proporcional a la densidad (d) del fluido, y a la profundidad (h).

Donde:

P = FS

El poder deformador de una fuerza se “reparte” en la superficie sobrela que actúa. La magnitud escalar que mide este “reparto” es la pre-sión, que se define como la “fuerza aplicada” perpendicularmentesobre cada unidad de superficie. Se obtiene dividiendo la Fuerza per-pendicular (F) entre la Superficie (S).

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Observando esta expresión podemos decir que, comparando recipientes con elmismo líquido, la presión pasa a ser solamente función de la altura de la columna (h).

Estudiando los recipientes de la figura siguiente que contienen el mismo líquido,deducimos que ejercen la misma presión sobre las bases, ya que todos tienen igua-les superficies de apoyo y alturas de columna.

Ley de Pascal

La ley más elemental de la física -referida a la hidráulica y neumática- fue descubier-ta y formulada por el físico-matemático francés Blas Pascal en 1653, y denominadaLey de Pascal, que dice:

“La presión hidrostática ejercida sobre un líquido en reposo, es la misma en cualquier punto ydirección, y se transmite ejerciendo fuerzas iguales sobre superficies iguales del recipiente.”

El Principio de Pascal se usa frecuentemente en dispositivos que multiplican unafuerza aplicada y la transmiten a un punto de aplicación. Los ejemplos más comunesincluyen el gato hidráulico, el freno de aire, los frenos hidráulicos y la silla de los den-tistas, entre otros tantos.


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Presión por fuerza externa

Observando la fuerza (F) de la figura anterior que actúa sobre el pistón de sección A,ésta produce una presión (P) en toda la masa liquida, que es proporcional al valor dela fuerza e inversamente proporcional al área del pistón.

10 m de columna H2O = 1 bar

Como la unidad de presión Pascal [Pa] es muy pequeña, se utiliza el bar siendo

1 Bar = 100.000 Pa.

Recuerde que...

La fuerza es una influencia capaz de producir un cambio en el cuerpo de una masa,mientras que la presión es la intensidad de una fuerza.

Prensa Hidráulica

Las prensas hidráulicas en general son sistemas multiplicadores de fuerza, cons-truidas sobre la base del Principio de Pascal. Una de sus tantas aplicaciones, comomencionamos anteriormente, la encontramos en los puestos de gasolina. El denomi-nado “gato” hidráulico empleado para elevar coches en los talleres es una prensahidráulica. Consiste en un depósito con dos émbolos de distinta sección conectadosa él, que permite amplificar la fuerza aplicada en el émbolo pequeño; otorgando porconsiguiente una ventaja mecánica.La prensa no solo amplifica la fuerza, sino que cambia la dirección de aplicación.

Realizando una fuerza (F1) sobre el émbolo de sección (A1) producimos una presión(P), que actúa uniformemente en todo el líquido contenido en el dispositivo, por lotanto, sobre la sección (A2) del émbolo mayor.Las fuerzas son proporcionales a las superficies en que actúan. En estos sistemas lapresión depende de la carga actuante y de la superficie del pistón. Lo que equivale adecir que ésta aumentará hasta vencer a la carga (F2).

Se desprecia la presión de la columna, yaque ésta es ínfima.

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Los espacios recorridos por los émbolos S1 y S2 están en relación inver-sa a sus superficies, por lo tanto lo que se gana en fuerza se pierde endesplazamiento.

Principio de transmisión de presión

Dos émbolos de distintos tamaños están unidos por una barra. Si sobre la superficie(A1) actúa la presión (p1), se obtiene en el émbolo grande la fuerza (F1). Esta fuer-za es transmitida por la barra al émbolo pequeño y actúa sobre la superficie (A2) pro-duciendo la presión (p2).

b) Dinámica de los fluidos o Hidrodinámica

La hidrodinámica trata los movimientos de los fluidos que están sometidos a laacción de fuerzas y de los cuerpos en ellos sumergidos.

Para desplazarse a través del líquido, además de la fuerza de empuje, el cuerpo seencuentra con una fuerza de resistencia que se opone a su avance. Es por eso que,para facilitar su desplazamiento, el cuerpo debe tener la forma más adecuada posiblepara reducir al mínimo la resistencia del líquido durante el avance (forma hidrodinámica).

Ejemplo

La transformación de la energía de movimiento (cinética) en las turbinas de las usi-nas eléctricas.

Flujos incompresibles y sin rozamiento. Teorema de Bernoulli

Estos flujos cumplen el llamado Teorema de Bernoulli, que afirma que la energíamecánica total de un flujo es incomprensible y no viscosa (sin rozamiento) es cons-tante a lo largo de una línea de corriente. Las líneas de corriente son líneas de flujoimaginarias que siempre son paralelas a la dirección del flujo en cada punto, y en elcaso de flujo uniforme coincide con la trayectoria de las partículas individuales de fluido.


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1 . 6

El Teorema de Bernoulli implica una relación entre los efectos de la presión, la velo-cidad y la gravedad, e indica que la velocidad aumenta cuando la presión disminuye.Este principio es importante para predecir la fuerza de sustentación de un ala en vuelo.

Ecuación de Continuidad

La Ecuación de Continuidad o Conservación de Masa es una herramienta muyútil para el análisis de fluidos que fluyen a través de tubos o ductos con diámetrovariable. En estos casos, la velocidad del flujo cambia debido a que el área transver-sal varía de una sección del ducto a otra.Si se considera a un fluido con un flujo estable a través de un volumen fijo como un tan-que con una entrada y una salida, el caudal que pasa a través de él deber ser constante.

La ecuación de continuidad es empleada para el análisis de boquillas, toberas y altu-ra de alabes de turbina a reacción, entre otros.

Energía. Energía potencial

Se dice que un objeto tiene energía cuando está en movimiento y realiza una fuerza,pero también puede tener energía potenciada, que es la energía asociada con laposición del objeto.

Ejemplos

Un ladrillo pesado sostenido en alto tiene energía potencial debido a su posicióncon relación al suelo. Posee la capacidad de efectuar trabajo porque si se sueltacaerá al piso debido a la fuerza de gravedad; pudiendo realizar trabajo sobre otroobjeto que se interponga en su caída.

Un resorte comprimido tiene energía potencial.

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Ecuación de la energía (Ecuación de Bernoulli)

Todo flujo de líquido que circula en una cañería se encuentra sometido a un valor deenergía total; que resulta de la suma de la energía potencial y energía cinética o delmovimiento.

A su vez la energía total está compuesta por:

• Energía potencial:

Energía de posición, Ee, en función de la altura de la columna de fluido.Energía de presión, Ep, (presión estática).

La energía potencial resulta de la suma de la de posición (Ee) y de la presión (Ep).

•∑ Energía cinética, energía en movimiento en función de la velocidad del flujo (pre-sión dinámica).

La ecuación de la energía nos dice que en un flujo el valor total de la energía perma-nece constante, siempre que no haya intercambio con el exterior.

Pérdida de energía por fricción o pérdida de carga

La pérdida de carga (o energía) se manifiesta cuando el fluido está en movimien-to, ya que provoca una fricción contra las paredes del conducto, que produce calor, ypor lo tanto una transferencia de energía con el medio a través de las paredes delconducto, transformándose esta pérdida energética en caída de presión de la masa fluida.


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Las pérdidas por fricción en una cañería dependen de los siguientes parámetros:

• Rugosidad del caño.• El material de que está construido el tubo.• El estado de la tubería (nueva, vieja, con incrustaciones, etc.).• Longitud del caño.• Cantidad de accesorios (codos, curvas, tes, reducciones, etc.).• Diámetro del caño.• Caudal circulante.

A la caída de presión que provocan los rozamientos se la denomina _p (delta p).

La caída se genera solamente en fluidos en movimiento, por lo tanto si se cierrala circulación (v=0), no se produce ningún rozamiento, entonces la presión es lamisma antes y después del punto de circulación.

Tipos de flujos

Cuando entre dos partículas en movimiento existe gradiente de velocidad, o sea quese mueve más rápido que la otra, se desarrollan fuerzas de fricción que actúan tan-gencialmente a las mismas.

Las fuerzas de fricción tratan de introducir rotación entre las partículas en movimien-to, pero simultáneamente la viscosidad trata de impedir la rotación. Dependiendo delvalor relativo de estas fuerzas se pueden producir diferentes estados de flujo.

a) Flujo Laminar

Cuando el gradiente de velocidad es bajo, la fuerza de inercia es mayor que la fric-ción, las partículas se desplazan pero no rotan, o lo hacen pero con muy poca ener-gía. El resultado final es un movimiento en el cual las partículas siguen trayectoriasdefinidas y todas las partículas que pasan por un punto en el campo del flujo siguenla misma trayectoria. Este tipo de flujo fue identificado por Reynolds y se denomina“Laminar”, queriendo significar con ello que las partículas se desplazan en forma decapas o láminas.

b) Flujo Turbulento

Al aumentar el gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre partículas veci-nas al fluido, y éstas adquieren una energía de rotación apreciable, la viscosidad pier-de su efecto, y debido a la rotación las partículas cambian de trayectoria. Al pasar deunas trayectorias a otras, las partículas chocan entre sí y cambian de rumbo en formaerrática. Este tipo de flujo se denomina “Turbulento”.

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El flujo “Turbulento” se caracteriza porque:

• Las partículas del fluido no se mueven siguiendo trayectorias definidas.• La acción de la viscosidad es despreciable.• Las partículas del fluido poseen energía de rotación apreciable, y se mueven en

forma errática chocando una con otras.• Al entrar las partículas de fluido a capas de diferentes velocidades, su momento line-

al aumenta o disminuye, y el de las partículas vecina lo hacen en forma contraria.

Cuando las fuerzas de inercia del fluido en movimiento son muy bajas, la viscosidades la fuerza dominante y el flujo es laminar. Cuando predominan las fuerzas de iner-cia el flujo es turbulento.

Para números de Reynolds bajos el flujo es laminar, y para valores altos el flujo esturbulento. Reynolds, mediante un aparato sencillo, fue el primero en demostrar expe-rimentalmente la existencia de estos dos tipos de flujo.

Mediante colorantes agregados al agua en movimiento, Reynolds demostró que en elflujo laminar las partículas de agua y colorante se mueven siguiendo trayectoriasdefinidas sin mezclarse, en cambio en el flujo turbulento las partículas de tinta semezclan rápidamente con el agua.Experimentalmente se ha encontrado que en tubos de sección circular, cuando elnúmero de Reynolds pasa de 2.400, se inicia la turbulencia en la zona central deltubo, sin embargo este límite es muy variable y depende de las condiciones de quie-tud del conjunto. Para números de Reynolds mayores de 4.000 el flujo es turbulento.

Recuerde que...

La inercia es la tendencia de los cuerpos a mantener su estado de movimiento, el cualno se modifica a menos que actúen fuerzas externas.

Número de Reynold

Para determinar cuándo por una tubería circula un flujo laminar o un flujo turbulen-to se recurre a un factor adimensional llamado Número de Reynold; cuya expresiónpara una sección circular es la siguiente.

V = Velocidad del flujo [m/s]

Diámetro hidráulico [m]. En sección circular coincide con el diámetro del conducto.

Donde:

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El Número de Reynold conocido como crítico, característico de la sección circular,es aquel en el cual el flujo pasa de laminar a turbulento.

Cálculo de pérdida de carga:

Donde:

Establecido el tipo de flujo (laminar o turbulento) se calcula el coeficiente de resistencia.

Para flujo laminar:

Para flujo turbulento:

La longitud equivalente (Le) se determina como la suma de los metros de cañeríarecta (L) más los metros equivalentes definidos por los accesorios y elementos queinfluyen en la circulación del fluido (Lac).

De la siguiente expresión se obtiene la longitud equivalente de accesorios:

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Re < Rc Régimen laminar

Re > Rc Régimen turbulento

Donde (K) es un coeficiente adimensional que se calcula experimentalmente, varía enforma sensible del tipo de anomalía localizada en el tubo o de cualquier manera a lolargo del tubo; como ser reducciones, ramificaciones, asientos, cursores, válvulas, etc.Las siguientes figuras muestran algunos valores de este factor, considerados acep-tables para usar con aceite mineral.


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Figura k Desc

0,5 Entrada

1 Salida

0,15 Desvío

0,05

1

0,5

1,3

0,1

Obtenido el valor de K determinamos Lac, que sumado los metros de cañería recta L,nos permite obtener Le.Se determina así que la longitud equivalente depende de las características geomé-tricas de la cañería (factor K), como del coeficiente de resistencia (µ).Para simplificación del cálculo se admite un valor de µ = 0.045, que generalmente escorrecto para valores de (Re) entre 1500 y 4000.

Ventajas de un sistema hidráulico

• Velocidad variable

A diferencia de los sistemas neumáticos, los hidráulicos pueden operar a velocidadconstante o variable según sea requerido. Esto se puede conseguir con bombas decaudal variable o con válvulas reguladoras de caudal.

• Reversibilidad

Los actuadores hidráulicos (cilindros, motores, etc.) pueden invertir el sentido de funciona-miento sin parada previa, ya sea a través de una válvula direccional o una bomba reversible.

• Protección contra sobrecargas

Mediante un simple elemento, como la válvula de seguridad, el sistema hidráulico sehaya protegido contra sobrecargas de presión, por bloqueos u otros defectos.

• Reducidas dimensiones

Dadas las altas velocidades y altas presiones, los componentes hidráulicos permitentransmitir elevados esfuerzos con mínimo peso y espacios reducidos.

• Parada instantánea

Por sus características, los equipos hidráulicos pueden pararse instantáneamente, yaque las sobrecargas son absorbidas por la válvula de seguridad o el acumulador.

Funciones y características de los fluidos hidráulicos

El tipo y las características del fluido hidráulico son de primordial importancia para laefectividad y vida útil del sistema y sus componentes.El primer fluido utilizado para transmisiones hidrostáticas fue el agua, pero con eltranscurso del tiempo las máquinas se perfeccionaron y aumentaron de potencia, porlo cual se evidenció la necesidad de recurrir a líquidos que poseyeran propiedades delas que el agua carecía en particular. Por consiguiente, rápidamente el agua fue reem-plazada por el aceite mineral, ya que las características de viscosidad, anticorrosión ylubricación superan las prestaciones de su antecesor, haciendo a todo el sistemamucho más confiable.

¿Por qué justamente el aceite -y no otro medio menos caro, de más fácil obtención-es utilizado como fluido en los sistemas hidráulicos?

Por su...• elevado poder lubricante de partes móviles;• ausencia de acciones corrosivas y de depósitos;

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1 . 9

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• ausencia de evaporación y de ebullición incluso a elevadas temperaturas;• presenta una resistencia ilimitada a la presión y al desgaste;• capacidad de disipación del calor generado por rozamientos;• transmisión de energía.

Requerimientos de calidad

Junto con las características anteriores, los requerimientos de calidad son parte fun-damental para determinar las características de los fluidos hidráulicos.Entre estos requerimientos hallamos:

• Antioxidante.• Escasa formación de espuma.• Buen índice de viscosidad.• No soluble en agua.• Compatible con los materiales de las juntas.

Clasificación:

Existen fundamentalmente tres tipos de fluidos para sistemas hidráulicos:

• Derivados del petróleo.• Líquido de base acuosa.• Líquido sintético.

Sus características más importantes son:

a) Derivados del petróleo

Estos son los derivados de la destilación del petróleo con el agregado de aditivos.

Ventajas:

• Forman una buena película lubricante.• Buen control y resistencia ante la corrosión.• Buena estabilidad ante la temperatura.

Desventajas:

• Tendencia a la precipitación por rotura interna, con formación de barros.• Frente a la presencia de partículas metálicas que actúan como catalizadores, se pro-

duce la rotura de las moléculas; con deterioro de sus propiedades, inclusive en losaditivos. Estos precipitados tienden a tapar los filtros, con el consecuente perjuicio.

b) Con base de agua

Los más difundidos son:

• Agua más glicol (más aditivos).• Con alta concentración de agua (95%) y aceite soluble.

Ventajas:

• Seguras para trabajar en zonas con alta temperatura o cercanas al fuego.• Costos reducidos frente a los anteriores.

Desventajas:

• Evaporación del agua.• Bajas presiones.• Requieren agua de mucha pureza.• Inestabilidad de los emulsionantes.

c) Fabricados en base a síntesis químicas

Ventajas:

• Resistentes al fuego.• Estables a altas temperaturas.

Desventajas:

• Alto costo.• Generalmente peligrosos en su manejo.

Recuerde que...

Para cada equipo hidráulico, el fabricante especifica el fluido más adecuado, quedebe responder a los requerimientos de calidad, a las condiciones de trabajo y sercompatibles con los materiales del equipo.

Viscosidad de un fluido hidráulico

La viscosidad es la medida de la resistencia o roce interno que presentan los líqui-dos en circulación.

Los fluidos con alta viscosidad, llamados duros, circulan con mayor dificultad que losblandos o de baja viscosidad.

Un elevado valor de viscosidad es deseable para obtener una buena estanqueidad delas piezas en movimiento. Pero es necesario tener en cuenta que un valor elevadoaumenta la fricción al punto de provocar consecuencias negativas como ser:

• Alta pérdida de carga.• Alto consumo de potencia.• Disminución de velocidad.• Aumento de la temperatura.• Dificultad para eliminar el aire contenido.

En el caso de un valor muy bajo de viscosidad, las posibles consecuencias serían:

• Excesivo desgaste mecánico.• Aumento de fugas por filtración.• Aumento de la temperatura como consecuencia del punto anterior.• Disminución del rendimiento de la bomba (baja estanqueidad).• Riesgo de agarrotamiento mecánico.

1 . 9 . 1

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Por lo tanto, la viscosidad adecuada de un fluido hidráulico debe ser un valor interme-dio entre los extremos mencionados.

Viscosidad dinámica

Se define como la resistencia de un líquido al fluir.

Matemáticamente se expresa como: la relación entre el esfuerzo aplicado para moveruna capa de aceite (tensión de corte) y el grado de desplazamiento conseguido.

Para deslizar dos láminas paralelas de líquido de área (ds) a la velocidad relativa (dv)separados por una distancia (dy), es necesario una fuerza tangencial (df) tal que:

Donde representa al factor de proporcionalidad entre ambos miembros, denomina-do viscosidad dinámica. En otras palabras, cuanto mayor es , mayor es la fuerza aaplicar a igualdad de las otras condiciones.Tomando la fuerza en [N], la superficie en [m2], la velocidad en [m/s], la distancia en [m],derivamos en la unidad llamada centipoise, adoptada por el sistema internacional (SI).

1 cp = 0.001 N . s/m2

Para ubicarnos cuantitativamente, podemos decir que la viscosidad cinemática(relación entre la viscosidad dinámica y la densidad) del agua es de 1 cp, mientrasque la de un aceite para sistemas hidráulicos puede variar entre 20 a 40 cp.

Tabla de conversión de viscosidad

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¿Cómo se altera un aceite?

Por:

Envejecimiento del aceite:

El envejecimiento del aceite se produce por causas naturales de reacción entre el oxí-geno de la atmósfera y hidrocarburos que forman los aceites; provocando la forma-ción de lodos y depósitos. Esto se acelera en presencia de altas temperaturas.

O por:

Contaminación del aceite:

La contaminación puede producirse por contacto directo entre el aceite y otros elemen-tos como agua, restos de otros aceites diferentes o igual ya contaminados, o tambiénpor partículas sólidas como silicio, polvo metal desgastado de las piezas en movimiento.

Aditivos en aceites industriales:

Son productos químicos que se incorporan al aceite para modificar alguna condiciónno deseada que caracteriza al aceite. Entre las cuales podemos mencionar lassiguientes:

• Aumenta el IV. (índice de viscocidad)• Mejora la acción anticorrosiva.• Reduce el desgaste mecánico.• Evita la formación de espumas.• Demora el envejecimiento.


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Simbología normalizada para representación de circuitos

Los símbolos representados corresponden a la Organización Internacional deNormalización (International Standard Organization) conocida como ISO Nº 1219/1. Los símbolos básicos se pueden combinar entre sí, con una gran cantidad de variaciones.

A continuación se muestran un detalle de las simbologías más importantes:

Tabla comparativa de aceites comerciales para uso hidráulico

SHELL ESSO YPF TEXACOTELLUS 22 (EX23) HIDRÁULICO BP22 (EX 13) RANDO N22

NUTO H32 HIDRÁULICO BP32 (EX 31) RANDO N32

TELLUS 37 (EX27) NUTO H37 PEX LI 37) RANDO N37

TELLUS 46 (EX29) HIDRÁULICO BP46 (EX 35) RANDO N46

TELLUS 68 (EX33) NUTO H68 HIDRÁULICOBP68 (EX 39) RANDO N68

TELLUS100 (EX41) NUTO H100 HIDRÁULICO BP 100 (EX 43) RANDO N100

TELLUSC150 (EX69) NUTO H150 HIDRÁULICO BP 150 (EX 45) RANDO N150

TELLUS C220 HIDRÁULICO BP 220 (EX 47) RANDO N220

HIDRÁULICO BP 320 (EX 49) RANDO N320

ESSTIC 32 HIDRÁULICO BP32 (EX 30) REGAL 32

ESSTIC 68 HIDRÁULICO BP37 (EX 32) REGAL 37

HIDRÁULICO BP46 (EX 34) REGAL 46

HIDRÁULICO BP68 (EX 68) REGAL 68

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Forma básica de un sistema hidráulico

Observando la primera figura correspondiente a la sección primera, se puede analizarun sistema hidráulico dividiéndolo en tres subconjuntos de estudio:

a) Generador de presión.b) Dispositivos de mando y regulación.c) Elementos de accionamiento.

Estos subconjuntos de estudio están compuestos por una cantidad de elementos quedescribiremos técnicamente en las sucesivas secciones del tratado, como ser: bom-bas, válvulas, cilindros, accesorios, etc.

La figura a continuación, representa la forma básica de un circuito hidráulico:


< <

1 . 1 0

La bomba (1) aspira fluido del depósito(2), para impulsarlo hasta la válvula (3),que de acuerdo a su posición produce elavance o el retroceso del cilindro (4),pudiendo actuar el sistema hasta una pre-sión máxima controlada por una válvulareguladora (5).

Mientras no se opone ninguna resistencia al flujo, el líquido es solamente desplazadoy la presión es mínima, para vencer las resistencias internas.

En este caso el cilindro (4) tiene una carga y la presión aumenta hasta vencerla, esdecir hasta que el cilindro toma movimiento. Siendo el valor de presión dependientedel calor de la carga.En la sección subsiguiente se desarrollará el estudio de los generadores de presiónhidráulica o hidrobombas.

MICRO30

<

31GENERADORES DE PRESIÓN HIDRÁULICA2

< <

Generadores de presión hidráulica

Introducción

Las bombas son los elementos encargados de transformar la energía mecánica en ener-gía hidráulica; impulsando el fluido al sistema. Se fabrican en varios tamaños y conmuchos sistemas diferentes de bombeo.Cada tipo de bomba posee un rango de presión de aplicación, siendo las bombas depaleta para presiones bajas (hasta 100 bar), engranajes para presiones medias (hasta180 bar), y de pistón para altas presiones (hasta 300 bar).Por supuesto que estos valores son sólo nominales, existiendo desde ya bombas quesuperan a las mismas, pero se toman estos datos como referencia general.Respecto al tamaño de la bomba, éste dependerá del caudal requerido que depende delos volúmenes a desplazar y las velocidades de los accionamientos.

Bombas hidráulicas

Consideraciones generales

Todas las bombas pueden clasificarse por sus principios funcionales en dos categoríasbásicas: hidrostáticas e hidrodinámicas.

• Las bombas hidrodinámicas, también conocidas como turbobombas, se caracterizanporque el líquido que es tomado de un depósito, es puesto primero en movimientodentro de la bomba, a una velocidad considerable, experimentando luego una disminución de velocidad que permite adquirir presión, venciendo así las resistencias.

Ejemplo

En las bombas centrífugas, el fluido entra por el centro del cuerpo y es expulsadohacia el exterior por medio de un rotor que gira rápidamente. No existe ningunaseparación entre los orificios de entrada y salida del líquido. La presión alcanzadadepende de la velocidad y del tamaño del rotor.

• Las bombas hidrostáticas, también llamadas volumétricas, se caracterizan porque el líquido adquiere la presión sin experimentar en el interior de la bombaningún aumento considerable de velocidad, ya que únicamente es aspirado ytransportado. El caudal suministrado no depende simplemente de la presión, loque las hace muy adecuadas para la transmisión de potencia.

Ejemplo

Las bombas de engranajes son las más difundidas.

Características

Una de las especificaciones más importantes de una bomba es la presión nominalo presión continua admitida, o sea aquel valor de presión que la bomba soporta enfuncionamiento continuo. La presión nominal de una bomba está dada por el fabri-cante y basada en una durabilidad razonable en condiciones determinadas de funcio-namiento; es decir que el límite de presión está dado por la solución constructiva.

2

2.1

2.1.1

2.1.2

El segundo parámetro característico de una bomba es su caudal nominal que se refie-re al valor de caudal que desplaza la bomba sin tener en cuenta rendimiento alguno.Estos rendimientos son: el volumétrico, el mecánico y el total (que resulta de la sumade ambos).El rendimiento volumétrico se refiere a la relación entre el caudal real que desplaza labomba y el caudal nominal (o ideal) que teóricamente debe mover la misma.El caudal se expresa en Lts/min. para un número determinado de rpm para las bombasde caudal fijo. Para las de caudal variable se suele publicar en el mismo catálogo el caudal máximo aque ésta llega o bien el valor de cilindrada por vuelta, cm3/rpm, que desplaza, más la indi-cación de rpm máxima a que se puede operar.La forma en que varía el caudal en función de la variación de presión la tabulan o grafi-can los fabricantes de bombas en sus catálogos de productos. A los gráficos se los deno-mina curva característica de la bomba.

MICRO32

<

Bomba a paletas serie 25.

Características a 1450 r.p.m.

Referencia 7 KG/cm2 70 KG/cm2 140 KG/cm2

L/M H.P L/M H.P L/M H.P

12G. 57 1 55 9,5 51 16

14G. 65 1,25 62 10,5 59 19

17G. 80 1,5 77 12 73 23

21G. 100 2 97 15,5 92 29

Presión máxima 140 kg./cm2


< <

Como ya mencionamos, el caudal varía con la presión, esto es debido a que las bom-bas no son máquinas ideales, sino por el contrario son reales y poseen rendimiento.El rendimiento total de una bomba es la suma del rendimiento volumétrico y el rendi-miento mecánico.La solución constructiva tiene gran influencia sobre el rendimiento volumétrico, resul-tando por regla general más bajo para las bombas a engranajes y de paleta; tenien-do valores más altos en las bombas de pistones.Además, a medida que aumenta la presión, las fugas desde la salida de la bomba haciala entrada o al drenaje también aumentan por lo que disminuye el ritmo volumétrico.El rendimiento mecánico es la relación entre la potencia entregada a la bomba y laobtenida a la salida de ésta.

Clasificación y tipos constructivos2 . 2

Los valores publicados en la tabla precedente son orientativos y corresponden a bom-bas de fácil obtención en el mercado.

• Bombas rotativas

Con engranajes

Bomba de engranajes con dentado exterior

Una bomba de engranajes desplaza el caudal, transportando el fluido entre los dien-tes de los engranajes acoplados, como se puede observar en la figura.Uno de los engranajes tiene el eje prolongado para conectarse a través de un aco-plamiento elástico, al motor de accionamiento, mientras el otro es conducido por éste.Las cámaras de bombeo contenidas entre los dientes, están cerradas por las placaslaterales o placas de presión y el cuerpo de la bomba.

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<


< <

En este tipo de bomba se produce una carga no equilibrada sobre los cojinetes y losengranajes, debido a la diferencia de presión entre la entrada y salida que provocauna fuerza no compensada hidráulicamente.

Bomba de engranajes con dentado interior

Para este tipo de bomba los elementos activos son también dos ruedas dentadas, unacon dientes externos y la otra con dientes internos (corona). A costa de cierta com-plicación constructiva, esta solución permite alcanzar valores de presión superiores almodelo anterior, juntamente a un menor nivel de ruidos y mayor uniformidad de flujo.Son limitados en cambio los caudales y el rendimiento volumétrico.

Bomba de tornillos

Esta bomba puede considerarse una variante de la bomba de engranajes externos.Un tornillo conductor central acoplado a dos tornillos no acoplados. El aceite es toma-do en un extremo de la bomba y es transportado a través de los vacíos de los torni-llos externos hasta la extremidad opuesta; esto ocurre sin interferencias en el flujo ya un nivel muy bajo de ruidos.

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<

A paleta

Bombas de paletas fijas

No se aplica actualmente esta solución constructiva -que podemos observar en lasiguiente figura- ya que no brinda altos valores de presión ni de caudal que justifiquen losaltos costos constructivos.

En la figura siguiente vemos su funcionamiento.

Compuesta por un rotor ranurado que aloja las paletas en forma radial y acoplado al ejede accionamiento, girando todo el conjunto dentro del anillo o estator fijo, con una excen-tricidad entre ambos para producir el desplazamiento del fluido.

La fuerza centrífuga y la presión actuante en la parte inferior de las paletas las man-tienen apoyadas contra el anillo.Las cámaras de bombeo se forman entre éstas y las dos placas laterales.A continuación se observa una bomba a paletas de diseño no equilibrado hidráulica-mente por lo que el eje de ésta soporta cargas laterales, producto de la presión actuan-te sobre el rotor. Este diseño se usa primordialmente para las bombas de cilindradavariable, con regulación de presión.

37

Bomba a paletas compensada

Esta solución constructiva es utilizada por la mayoría de los fabricantes de bombas apaletas de desplazamiento fijo.

En ellas el anillo tiene forma elíptica en lugar de circular, lo cual permite utilizar losconjuntos de orificios internos. Los de salida se disponen opuestos (180º) paraque se anulen las fuerzas hidráulicas sobre el rotor, y no se produzcan cargassobre eje y cojinetes.

• Bombas alternativas

Excéntricas

Bomba a pistón manual

Utiliza el principio de palanca hidráulica.Este tipo de bombas tiene gran difusión, ya que se las utiliza para ser usadas comoprensas y como criques.

GENERADORES DE PRESIÓN HIDRÁULICA2

< <

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<

Bomba de pistones en línea

Es un tipo de bomba que no posee aplicaciones en oleohidráulica, pero sí en la impul-sión del agua, y en inyección de combustible de motores a explosión.

Bomba de pistones radiales

Los elementos de bombeo o pistones alojados en los cilindros correspondientesestán ubicados en posición radial en torno a un eje central provisto de excéntrica(montaje estrella). A través de la excéntrica se infiere a los pistones un movimientoalternativo, comandado por válvulas de retención o por lumbreras para conseguir des-plazar el caudal, que podrá ser constante o variable según el tipo constructivo.El grado de irregularidad disminuye aumentando el número de émbolos y mejorausando un número impar (3, 5, ó 7), para el mayor de los casos.Las bombas podrán ser de pista interna (los pistones bombean hacia fuera), o depista externa (los pistones bombean hacia adentro).La mayor difusión son las primeras con cilindrada constante.


< <

Bomba de pistones axiales

En este tipo de bombas un cierto número de pistones (en general siete) se disponenen forma simétrica y paralela al eje de rotación.El caudal es proporcional al número de revoluciones y a la cilindrada.

Detalle de la bomba de pistones axiales.

El movimiento alternativo de los pistones que provoca el bombeo se consigue con dossoluciones cinemáticas distintas.

• Eje inclinado.• Plato inclinado.

Eje inclinado.

Plato inclinado.

Función del plato distribuidor y el grupo de pistones.

Para variar el caudal se dispone de un mecanismo que modifica el ángulo de inclina-ción del eje o el plato, según corresponda, para obtener una variación de la cilindrada.

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<


< <

En la siguiente figura se detalla una bomba de eje inclinado del tipo de caudal fijo.

Fórmulas de cálculo2 . 3

3

3 . 1

3 . 1 . 1

MICRO42

<

Depósitos, Filtros y Acumuladores

Introducción

El acondicionamiento del fluido implica proporcionar el espacio necesario para alma-cenar todo el fluido incluida una reserva; mantener a éste limpio y a una temperaturaadecuada de trabajo.Al espacio físico para almacenar al fluido se lo denomina depósito. La limpieza delmismo se realiza mediante el uso de filtros de membrana o magnéticos, según lorequieran las condiciones de funcionamiento.El dimensionamiento, el diseño del circuito, el depósito, así como un buen manteni-miento de los filtros del sistema tiene gran influencia sobre la temperatura del fluido.

Depósitos

Existe gran flexibilidad en el diseño del depósito, ya que en general no se presentan pro-blemas de ubicación o de dimensionamiento. Su función principal es el almacenamien-to del fluido (emulsionado), se refrigera el aceite y se sedimentan los contaminantes.

Está constituido por las siguientes partes:

Recipiente - placa desviadora - tapa de limpieza - control de nivel y termómetro - líneade aspiración - línea de retorno - montaje de bomba y motor - boca de carga con fil-tro de aire - filtro de aspiración y retorno - conexión de drenaje.

Construcción del depósito

En la siguiente figura se muestra un depósito estándar.

El proyecto de un sistema hidráulico tiene la gran ventaja de poseer una gran flexibi-lidad en el diseño del depósito, contenedor del fluido de transmisión.

43DEPÓSITOS, FILTROS Y ACUMULADORES3

< <

Funciones de un depósito estándar

Prácticamente sin problemas de situación, el depósito debe diseñarse de forma quecumpla las siguientes funciones:

• Servir de almacenamiento para el fluido que va a circular por el sistema.• Dejar en su parte superior un espacio libre suficiente para que el aire pueda

separarse del fluido.• Permitir que los contaminantes se sedimenten.• Disipar el calor generado en el sistema.

Tamaño del depósito

Es deseable un depósito grande para facilitar el enfriamiento y la separación de loscontaminantes. Como mínimo, el depósito debe contener todo el fluido que requierael sistema, manteniendo un nivel lo suficientemente alto para que no se produzca unefecto torbellino en la línea de aspiración de la bomba. Si esto ocurriese, entraría aireen el sistema deteriorándolo rápidamente.Es importante que el nivel no sea inferior al de la succión de la bomba, y la cantidadde fluido sea tal que no produzca remolinos cerca del filtro de aspiración, ya que éstosintroducen aire en el sistema. En aplicaciones industriales convencionales se suele determinar el volumen deldepósito según una expresión de origen empírico, con la cual se llega a valores con-siderados adecuados.

Vol. Del tanque [lts] = (2 a 4) x Q de la bomba [lts/min.]

Se toma entre dos o cuatro, según el fabricante y las condiciones particulares de fun-cionamiento. En general si se toma dos es conveniente la utilización de enfriador deaceite y cuatro para los casos en que no existen problemas de espacio, para evitar eluso del enfriador. Cada caso se debe analizar por separado para un diseño adecuado.La dilatación del fluido por el calor, las variaciones de nivel debidas al funcionamien-to del sistema, la superficie interna del tanque expuesta a la condensación del vaporde agua, y la cantidad de calor generado en el sistema, son factores que hay quetener en consideración. Como norma general se acostumbra a emplear un depósitocuya capacidad en litros sea por lo menos dos o tres veces la capacidad de la bombaexpresada en litros por minuto.En la mayoría de los depósitos se utiliza un respiradero al que se le incorpora también unfiltro, normalmente de malla metálica (adecuado para el caudal requerido por la bomba).Asimismo, debe disponer de una placa desviadora que se extienda a lo largo del cen-tro del tanque. Esta placa tiene generalmente 2/3 de la altura del nivel del aceite yse usa para separar la línea de entrada de la bomba de la línea de retorno, de formaque el mismo fluido no pueda recircular continuamente, sino que antes debe realizaruna decantación en el interior del tanque.

De esta forma, la placa desviadora:

• Impide que se origine turbulencias.• Permite que las materias extrañas se sedimenten en el fondo.• Ayuda a disipar el calor a través de las paredes del tanque.• Mejora la separación del aire disuelto en el aceite.

3 . 2

MICRO44

<

La mayoría de las conexiones que van al depósito deben terminar bajo el nivel de aceite.Tanto las líneas de aspiración como las de retorno deben estar más bajas que el niveldel fluido.Las conexiones situadas encima del nivel del fluido deben estar bien cerradas paraimpedir que entre aire en el sistema. Las conexiones situadas bajo el nivel de fluido deben estar apretadas lo suficientepara que no haya pérdidas de fluido.

Filtros

Son elementos imprescindibles para obtener un buen funcionamiento de una instala-ción hidráulica, pues controlan la contaminación del fluido. Todos los componentes delcircuito requieren de una eficiente lubricación para lograr un buen funcionamiento yuna vida útil razonable; esto se consigue con el mismo fluido transmisor de energía,ya que salvo aplicaciones especiales (como ser el agua o aceites solubles) siemprese usa aceite mineral que cumplen ambas funciones. Los sistemas de purificación sonen general filtros, que tienen la función de remover del fluido los materiales extraños(contaminantes) que dañan los componentes o interfieren en su normal funcionamiento.Es muy difícil eliminarlos totalmente, por lo que el objetivo principal es el control de lacontaminación.

La siguiente tabla nos muestra una clasificación de contaminantes típicos:


< <

3 . 2 . 1

3 . 3

Resumiendo, el control de la contaminación se obtiene a partir de un sistema que con-trola la concentración de sustancias contaminantes a un nivel en el cual el daño a los mecanismos en operación es mínimo o aceptable con relación a una vida útil razonable.Como podemos apreciar en la tabla anterior se mencionan los tipos más importantesde partículas contaminantes, las condiciones bajo las cuales estas partículas se pro-ducen o se introducen en los sistemas y los problemas que provocan.

Niveles de contaminación

Estos se determinan en función de dos parámetros fundamentales:

a) Distribución por tamaño.b) Concentración de partículas.

El sistema de clasificación más conocido y aceptado es el ISO Code, también exis-te otro llamado NAS 1638 pero de menor difusión.La International Standard Organization estableció un acuerdo en la forma de repre-sentar los códigos de limpieza en las llamadas ISO Solid Contaminant Code, conoci-do comúnmente como Código de Limpieza ISO.

Código de contaminación sólida

A través de un eje vertical se indica la cantidad de partículas por mililitro, del tamañoindicado o mayor. Y en un eje horizontal se indican los tamaños de partículas, enmicrones.Los tamaños más importantes son 5 y 15 micrones, ya que conociendo la cantidadde partículas de estos tamaños se determinan los dos números de códigos ISO. Los distintos fabricantes de aceites y componentes hidráulicos tabulan los códigosISO aceptables para ellos; éstos varían desde 20/15 a 13/9 para la mayoría de lasaplicaciones.La norma es muy precisa al respecto, recomendando para el control de partículasfinas lo siguiente:

• Partículas de 5µ o másMáximo código ISO 14.Mínimo código ISO 10.

• Partículas de 15µ o másMáximo código ISO 12.Mínimo código ISO 7.

3 . 4

MICRO46

<

La siguiente tabla nos indica los números ISO en función de la cantidad de partícu-las por mililitro:

Eficiencia de los sistemas

Partiendo de sistemas correctamente dimensionados y construidos, la eficiencia orendimiento de los mismos está ligada a los efectos de la contaminación del fluido.Como pudimos apreciar, la contaminación produce fallas que se pueden agrupar endos formas básicas, a saber:

a) Fallas por degradación:

Ocurren como consecuencia de un deterioro gradual de los componentes del siste-ma, frecuentemente acelerado hacia el final; que ocasiona la disminución del rendi-miento global con el transcurso del tiempo.

Código de Limpieza ISO

Cantidad de partículas por mililitro. Número de códigos.

40.000 22

20.000 21

10.000 20

5.000 19

2.500 18

1.300 17

640 16

320 15

160 14

80 13

40 12

20 11

10 10

5 9

2 8

1 7

b) Fallas catastróficas o terminales:

Ocurren en forma abrupta, violenta, el componente se destruye o cesa en su funcio-namiento en un tiempo muy corto.

Modos de desgaste

Los modos de desgaste se pueden dividir en dos grandes grupos:

a) Desgaste por causas mecánicas.b) Desgaste por causas químicas.

a) Causas mecánicas

1) Abrasión

Es provocada por una partícula dura que puede estar en el aceite o incrustada en lasuperficie, que actúa sobre una superficie más blanda provocando el arrastre delmismo, incrementando el número de partículas en acción y la consiguiente acelera-ción de los efectos.

2) Fatiga

La fatiga superficial se produce por interacción de las partículas con las superficiesde trabajo, produciendo deformación plástica, sin remover las partículas de material.La superficie se torna rugosa, aumentando la concentración de tensiones, y la posi-bilidad de cortes en los puntos más débiles.

3) Adherencia

Es la consecuencia de la incrustación de partículas sobre las superficies de trabajo,provocando ondulaciones, cavidades y aumento de rugosidad, que derivan en elaumento del desgaste y la merma de rendimiento.


< <3 . 4 . 1

Modos de desgaste

Causas mecánicas

1) Abrasión

2) Fatiga

3) Adherencia

Causas químicas

4) Corrosión

5) Rotura de la película

3 . 4 . 2

3 . 5

MICRO48

<

b) Causas químicas

4) Corrosión

Es la consecuencia del ataque químico de agentes extraños sobre la superficie de loscomponentes metálicos, que provoca la erosión de los mismos. Los componentes quí-micos que producen corrosión se pueden presentar de dos formas: disueltos en elfluido o libres, como por ejemplo el agua y el aire, que se presentan de ambas formas.

5) Rotura de película

Al producirse la alteración de las condiciones químicas del fluido, se puede producirla rotura de la película, ya sea por corte o calentamiento. Algunos mecanismos derotura llevan a la producción de una cantidad considerable de partículas carbonosasque pueden obturar los orificios o luces de los componentes.

Control de la contaminación

Como ya hemos podido ver, la performance de los sistemas hidráulicos está íntima-mente ligada con el nivel de contaminación y la sensibilidad de los componentes ala concentración y tipo de contaminante.El control de los contaminantes, se efectúa con filtros, que se seleccionan teniendoen cuenta confiabilidad y economía.Si la selección es adecuada se obtendrá una sensible reducción de paradas de emer-gencia, aumento de vida útil y mejora de la productividad. Para esto es imprescindiblecontar con ensayos y controles adecuados de los filtros que nos determinen la efi-ciencia de los mismos.

Eficiencia de los filtros

Mencionaremos las formas de eficiencia más difundidas:

• Eficiencia nominal

Así se denomina al valor arbitrario del grado de filtración, que adopta cada fabrican-te y corresponde en general al tamaño de partícula separada por el medio filtrantecon 98% de eficiencia de peso. Ocurre que, concentraciones de partículas contami-nantes variables nos darán resultados de ensayos distintos. Por lo antedicho el valorde retención nominal no es más que orientativo para la selección del filtro. Para com-pletar el análisis es necesario conocer la eficiencia absoluta que pasamos a definir.

• Eficiencia absoluta

Se define como el diámetro mayor de partícula sólida que atravesará el medio filtran-te bajo ciertas condiciones de ensayo.Este valor es de suma importancia para determinados procesos en donde las partícu-las no deben superar un determinado diámetro.

• Factor ß

Se denomina así a la relación entre la cantidad de partículas mayores a un tamañodeterminado (en micrones), en el fluido antes del elemento filtrante y la cantidad departículas mayores del mismo tamaño luego del filtro.


< <

Existen equipos especiales desarrollados para efectuar el conteo de partículas, comoasí también el ensayo del elemento, según se observa a continuación.

1. Válvula de regulación.2. Caudalímetro.3. Filtro de limpieza.4. Contadores automáticos de partículas.5. Tanque.6. Bomba.7. Sistema inyección de contaminante.8. Bomba de velocidad variable.9. Filtro de limpieza.

10. Sistema de ensayo.11. Difusor.12. Intercambiador de calor.13. Manómetro.14. Filtro de ensayo.15. Válvulas esféricas.

Con los datos obtenidos en los ensayos se grafican curvas que representan los dis-tintos valores de ßx, para los distintos micronajes, dichas curvas se pueden transfor-mar a rectas con gráfico logarítmico.Si superponemos representaciones de distintos aceites podremos obtener aceites enlos cuales coincide algún punto de las rectas, por lo cual se deduce que es necesa-rio otra relación para determinar la calidad de un aceite hidráulico, este valor se defi-ne como eficiencia porcentual (%).

Cociente beta:ßx = (nin = X µm) : (nout = X µm)

Donde "n" es el número de partículas= x µm antes y después del filtro.

50

3 . 5 . 1

Por ejemplo, si tenemos 100.000 partículas = 10 µm antes del filtro y 1.000 partícu-las después del filtro:ß10 = 100.000 : 1.000 = 100

Eficiencia de filtración (%):= 100 - (100 : ß)

Es decir:ßx = 2 ue significa = 50,00 %ßx = 20 ue significa = 95,00 %ßx = 75 ue significa = 98,67 %ßx = 100 ue significa = 99,00 %ßx = 200 ue significa = 99,50 %ßx = 1.000 ue significa = 99,90 %

Principios de la filtración

La filtración es el proceso de hacer pasar un fluido determinado por un medio perme-able, a efectos de remover las partículas contaminantes.El tamaño de las partículas se mide en micrones [µ] (milésima parte del milímetro),tienen tamaños dispares según el tipo de contaminante. A efecto de ubicarnos en eltamaño relativo de las partículas podemos dar algunos ejemplos:

MICRO50

<

• 100 µ diámetro de un grano de arena.• 70 µ diámetros de un cabello humano.• 40 µ límite de visibilidad del ojo humano.• 25 µ diámetro de un glóbulo blanco.• 0,1 µ máximo tamaño para un virus.

A continuación descubriremos los procesos de remoción de las partículas contaminantes:

Intercepción directa

Un medio filtrante característico está compuesto por una matriz de fibras u otros ele-mentos estructurales, a través de los cuales están conformados las aberturas o poros.Cuando el fluido atraviesa la malla, las partículas cuyo tamaño es mayor que el delporo, quedarán bloqueadas y retenidas.En un filtro de tamiz simple, los poros están todos ubicados en un plano sobre lasuperficie del material. En los medios de profundidad los poros efectivos están distri-buidos a través del espesor del material; en éstos la restricción más pequeña se defi-ne como el poro efectivo.

Intercepción directa en medios de superficie.

Intercepción directa en medios de profundidad.


< <

MICRO52

<

Impacto y adhesión

Como se ve, dos son los fenómenos que se combinan:El impacto de las partículas contra la superficie del medio (dentro de los pasajes),seguido de la adhesión de las mismas a la superficie interna del medio.Por estos fenómenos una partícula menor que el tamaño de poro efectivo tambiénpuede ser retenida.La adhesión se produce en distintas medidas en todos los medios filtrantes, principalmen-te en los medios de profundidad en los cuales éste es el principal mecanismo de filtración.

En resumen, apoyados en los fenómenos de intercepción, impacto y adhesión, los fil-tros de profundidad retendrán partículas menores que el diámetro de poro efectivo.

Medios filtrantes

Diversos son los materiales empleados para la fabricación de filtros:

• Fieltros.• Fibras prensadas. • Rollos de papel.• Mallas de alambre tejido.• Paños.• Metales porosos.• Filamentos enrollados.• Rejillas fibrosas, etc.

Un filtro hidráulico típico está formado por una lámina filtrante, soportada por unamalla, en general plisada para aumentar la superficie filtrante, enrollada sobre unachapa cilíndrica perforada, conformando un cilindro.

Medios lavables y no lavables

Los medios filtrantes lavables son aquellos que por algún procedimiento de limpieza seles extrae la suciedad retenida, de tal forma que puede ser vuelto a utilizar en otro ciclo.Los no lavables o descartables se deben eliminar después de cumplido su ciclo.Como vimos anteriormente los medios de superficie retienen las partículas contami-nantes en la superficie de entrada; y en los medios de profundidad las partículas sonatrapadas en los medios sinuosos a lo largo de la profundidad del medio.En general son lavables los medios de superficie, no así los de profundidad que sedescartan.

Clasificación

Son tres posibilidades de montaje de un filtro en un sistema hidráulico:

• En la línea de aspiración de la bomba. • En la línea de presión.• En la de retorno.

Filtro de aspiración

Tiene la ventaja, que por su ubicación asegura el filtrado del fluido antes de su ingre-so al circuito.El filtro colocado en el conducto de aspiración de la bomba determina una resisten-cia con la consecuente pérdida de carga, justamente donde la diferencia de presióndisponible es solamente 1 bar. En tales condiciones cualquier pérdida de carga tieneuna influencia decisiva, a tal punto que para cierto tipo de bombas esto es inadmisi-ble, como ser las de pistones radiales con resortes antagónicos.Por lo mencionado, la redención de estos filtros comúnmente no es menor que los 100 µ. Las instalaciones más sofisticadas cuentan con una válvula de retención calibrada,montada en by - pass para el caso de obturación del filtro.

Filtro de presión

El filtro instalado en el conducto de presión es mucho menos peligroso que los deaspiración en cuanto a la pérdida de carga, por lo que sus mallas pueden ser máscerradas (< 10 µ), confieriéndole una elevada eficacia.La colocación de estos filtros inmediatamente después de la bomba asegura la ali-mentación de todos los demás órganos mediante aceite altamente depurado.Presentan la desventaja de estar sometidos a una presión de servicio, por lo que exi-gen una construcción especialmente robusta y perfectamente hermética.


< <

3 . 5 . 2

3 . 6

MICRO54

<

Filtro en la línea de presión.

Filtro de retorno

La colocación de un filtro en el conducto de retorno puede decirse que es empleadaactualmente con mayor frecuencia, en los circuitos industriales. Tiene la ventaja depoder soportar cierta contrapresión sin crear dificultades en el funcionamiento de losórganos ni en la instalación. Su construcción es simple dado que no está sometido ala presión de trabajo.

Filtro en la línea de retorno.

Para circuitos con bombas de alto rendimiento que tienen huelgos muy finos, y queno pueden ser fatigadas por filtros de aspiración, se recomienda la aplicación del fil-tro de retorno.Resultan muy útiles para los sistemas con depósitos pequeños que no permiten elsedimento de los contaminantes.Sin embargo, también existen aspectos negativos, en primer lugar el filtrado se pro-duce luego que el fluido atravesó todos los órganos del circuito; en segundo el tama-ño del filtro debe elegirse teniendo en cuenta, no sólo el caudal de la bomba, sino elcaudal multiplicado que puede ser por ejemplo 50% mayor. Dicho caudal se puedeentender si analizamos las diferencias de volumen desplazado por un cilindro hidráu-lico, en sus carreras de avance y retroceso, provocados por la presencia del vástago.

Acumuladores

A diferencia de los gases, los fluidos hidráulicos no son compresibles, por lo cual esdificultoso su almacenamiento. Los acumuladores son medios para almacenar fluidosbajo presión.

Funcionan como:

• Reserva de fluido a presión: Para el caso de circuitos en donde la bomba selec-cionada no cubra los caudales máximos esporádicos, por lo que existe un ahorrode energía.

• Compensador de fugas: Para mantener la presión del sistema pese a la eventualpresencia de fugas.

• Compensador de volumen: Para el caso de variaciones de volumen por cambiosbruscos de temperatura.

• Generador auxiliar: Para completar ciclos o secuencias en caso de avería de labomba o el motor eléctrico.

• Amortiguador de presión: Para absorber pulsaciones e irregularidades de presión.

Los acumuladores son construídos en distintas versiones constructivas, como mues-tra la siguiente tabla:

Desarrollaremos los tipos de membrana y vejiga, que son los de aplicación más frecuente.


< <

Tipos de acumuladores

Mecánico De peso No se emplea en la actualidad, sólo lomencionamos a título informativo.

De resorte Ídem al anterior, pero puede ser que loencontremos en algún equipo en funcio-namiento.

Gaseoso De pistón Es el más utilizado para grandes volúme-nes. La interfase fluido - gas la forma unpistón que se desplaza libremente dentrodel cilindro, con sello por guarniciones.

De vejiga Es el más difundido en las aplicacionesindustriales.

De membrana Se lo utiliza para volúmenes pequeños,para la eliminación de picos y pulsacionesde presión.

Acumulador de pistón.

3 . 6 . 1

MICRO56

<

Funcionamiento

Mientras que en la neumática puede comprimirse directamente el aire para acumularenergía, los fluidos hidráulicos apenas pueden ser comprimidos. Para poder alma-cenarlos no obstante, en este caso de nitrógeno.El gas se comprime en un depósito a presión bajo el efecto del líquido hidráulico y sedescomprime en caso de necesidad bajo entrega de líquido. Para que el gas no semezcle con el fluido (formando espumas y emulsiones), el depósito a presión se divi-de en dos cámaras mediante una pared de separación, elástica.

Fórmulas de cálculos

Para realizar el cálculo de acumuladores, las presiones cumplen un papel fundamental.

P0 = Presión previa del gas a temperatura ambiente y cámara de líquido vacía.P0t = Presión de precarga del gas a temperatura de servicio.P1 = Sobrepresión mínima de servicio.P2 = Sobrepresión máxima de servicio.

Validez de las siguientes relaciones

La presión previa del gas debe ser un poco menor a la presión hidráulica mínima, demodo que cuando está vacío el acumulador, la vejiga no dé golpes continuamentecontra la válvula de aceite, ya que se dañaría en forma prematura.

La presión hidráulica mayor no debe superar a cuatro u ocho veces la presión de lle-nado, ya que de lo contrario se somete a excesiva solicitud a la elasticidad de la veji-ga o de la membrana, y la modificación demasiado grande de la compresión lleva con-sigo un calentamiento intenso del gas. La duración de la vejiga del acumulador estanto mayor, cuanto menor sea la diferencia entre P1 y P2. Sin embargo disminuyetambién correspondientemente el grado de aprovechamiento de la capacidad máxi-ma del acumulador.

Acumulador de membrana. Acumulador de vejiga.

Acumulador de vejiga o membrana:

Sobre demanda:

Volumen del aceite

En función de las presiones P0...P2 resultan los volúmenes de gas V0...V2.V0 es aquí al mismo tiempo el volumen nominal del actuador.El volumen del aceite disponible corresponde a la diferencia entre los volúmenesde gas V1 y V2 .

El volumen de gas variable dentro de una diferencia de presión queda determinadopor las siguientes ecuaciones:

En caso de transformaciones isotérmicas del estado de los gases, es decir, cuan-do la modificación del relleno de gas se produce tan lentamente, que se dispone deltiempo suficiente para el intercambio completo de calor entre el nitrógeno y su entor-no, permaneciendo así constante la temperatura, tiene validez la ecuación:

En caso de transformación adiabática del estado, es decir, cuando el relleno de gasse modifica rápidamente, modificándose también la temperatura del nitrógeno, tienevalidez la siguiente ecuación:

Donde:

En la práctica, las transformaciones de estado se producen más bien según leyesadiabáticas. Frecuentemente, la carga se produce isotérmicamente y la descargaadiabáticamente.Considerando las ecuaciones arriba señaladas, DV está entre el 50% y el 70% delvolumen nominal del acumulador. Como línea de referencia tiene validez la siguientefórmula:


< <

X = Relación de los calores específicos del gas (exponenteadiabático), para nitrógeno = 1,4.

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Diagrama de cálculo

En la figura subsiguiente podemos observar las aplicaciones del diagrama de cálculo.

Factores de corrección Ki y Ka

En el comportamiento de los gases reales resultan sin embargo a presiones de serviciosuperiores a 200 bar, notables divergencias que deben considerarse mediante factoresde corrección. Estos factores pueden consultarse en los siguientes diagramas. Los fac-tores de corrección con los cuales debe multiplicarse el volumen de extracción ideal DVse encuentran dentro de un margen de 0,6....1.


< <

Modificaciones adiabáticas del estado.

4

4 . 1

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Actuadores Hidráulicos

Introducción

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos,de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o contro-lador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control, como loson las válvulas.

Existen tres tipos de actuadores:

• Hidráulicos.• Neumáticos.• Eléctricos.

Los actuadores hidráulicos, neumáticos, eléctricos son usados para manejar aparatosmecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que senecesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo,los hidráulicos requieren demasiado equipo para suminitros de energía, así como demantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadasdesde el punto de vista de precisión y mantenimiento.Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los aparatos mecatrónicos,como por ejemplo los robots.Por todo esto es necesario conocer muy bien las características de cada actuador,para utilizarlos correctamente de acuerdo a su aplicación específica.

Actuadores Hidráulicos

Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasifica-dos de acuerdo con la forma de operación, función sobre la base de fluidos a presión. Existen tres grandes grupos:

• Cilindros hidráulicos.• Motor hidráulico.• Motor hidráulico de oscilación.

Función y principales características

Los actuadores hidráulicos son los encargados de transformar la energía hidráulicaen trabajo mecánico. Su tipo constructivo, cilindro o motor, simple o doble efecto ytamaño (diámetro y carrera), dependerán del tipo de esfuerzo y la magnitud de éste.Todo esto es necesario para la clasificación del actuador.Se deduce de lo anterior que recién luego de determinado el actuador, se podránseleccionar los restantes elementos del circuito (depósitos, bombas, válvulas, etc.), yaque su tamaño deberá ser compatible con el actuador.El actuador está compuesto esencialmente por: la tapa trasera, la camisa, la tapadelantera, tensores (en algunos tipos constructivos solamente), el pistón, el vástago,el buje guía de vástago y el montaje (en este caso brida).La tapa trasera, la camisa y la tapa delantera están empotrados entre sí y son sujetados porcuatro tensores. La estanqueidad entre las cámaras y es garantizada por la junta.

Actuador con todos sus componentes.

Clasificación

A continuación definiremos a los tipos de actuadores y para qué son utilizados cadauno de ellos.

Tipos de actuadores

Actuadores lineales

Actuador de simple efecto

61ACTUADORES HIDRÁULICOS4

< <

4 . 2

4 . 2 . 1

4 . 2 . 1 . 1

4 . 2 . 1 . 1 . 1

Actuadores hidráulicos

Lineales Simple efecto

Buzo

Resorte

Telescópico

Doble efecto

Vástago simple

Vástago doble

Rotativos Oscilantes

Continuos Engranajes

Paletas

Pistones Axiales

Pistones Radiales

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• Actuador tipo buzo o sumergido

Se podría decir que es el más sencillo de todos los actuadores. Éste consta de unaúnica cámara para el fluido y puede ejercer fuerza en una única dirección. Éstos sonlos montados por lo general verticalmente, de tal modo que no se aprovecha la acciónde la gravedad para su retorno. Ellos son usados en elevadores, gatos para automó-viles, etc., ya que tienen la ventaja de tener carreras largas.

• Actuador a resorte

Este tipo de actuador está conformado por dos cámaras, en una de ellas se encuen-tra un resorte. Si se ejerce una presión por una de las cámaras, ya sea para llevarlo alfinal de la carrera o al principio de la misma, el resorte ayudará al retorno del vástago.

• Actuador telescópico

Estos actuadores pueden ser de simple efecto o de doble efecto, en la mayoría de loscasos se utilizan los primeros mencionados. Éste es utilizado ya que su longitud com-primida es menor a la que se puede obtener en un actuador estándar. Son muy usa-dos en maquinaria vial.


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Actuador estándar de doble efecto

Estos actuadores son definidos así ya que el fluido lo acciona en ambos sentidos.También son llamados diferencial puesto a que la diferencia de áreas. Estas diferen-cias se producen debido a que en una de las cámaras se encuentra el vástago y estoproduce que las áreas de las cámaras difieran. Este es el actuador más difundido porsu amplio espectro de utilizaciones.

• Actuador de doble vástago

Estos actuadores son utilizados en donde es necesario movilizar cargas a ambos ladosdel actuador, y donde se requiera la misma velocidad de desplazamiento en ambos sen-tidos. Éstos también son actuadores de doble efecto, pero no son diferenciales, ya queen cada cámara se encuentra el vástago, obteniendo la misma área en ambos lados.

Características constructivas de los actuadores lineales

Materiales:

• Para el tubo se emplea acero estirado en frío (trafilado), sin costura y bruñidointeriormente. El pistón es, generalmente, de fundición o acero.

• El vástago es de acero al carbono, en general sin tratar, con un baño de cromoduro o bien de acero inoxidable.

• Las empaquetaduras son en general juntas tóricas (O’ Ring), de acrilo nitrilo.

4 . 2 . 1 . 1 . 2

MICRO64

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Montajes:

Los fabricantes de cilindros hidráulicos poseen en su línea distintos tipos de monta-jes, de acuerdo a las opciones de movimientos o posición de trabajo requerido.

Amortiguación:

Como su nombre lo indica, sirven parael frenado de las masas en movimien-tos, de tal forma que se consiga unmovimiento suave del conjunto. Se ins-talan en uno o en ambos extremos delactuador.La amortiguación empieza cuando laparte cónica del vástago se introduceen un orificio de la tapa, restringiendoel paso del caudal de retorno al tan-que. Mientras que se produce la amor-tiguación del caudal se desplaza por un orificio ajustable. El actuador también inclu-ye una válvula antirretorno permitiendo el paso libre para la salida del vástago.

Limitador de carrera:

Se utiliza para disminuir la reacción provocada por esfuerzos laterales, o en bujes guíasde un vástago. Esto quiere decir que si tenemos un actuador con una carrera de vás-tago larga y éste soporta una carga lateral, tendríamos problema si no utilizamos unlimitador de carrera, ya que el vástago tendería a doblarse y desgastaría el casquillo.


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4 . 2 . 1 . 2

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Actuadores rotativos

Motor oscilante

Los motores oscilantes son utilizados para realizar momentos de rotación con unángulo de giro limitado.El motor oscilante tiene un vástago dentado con dos émbolos. Si se ingresa presióna algunas de las cámaras, la barra se desplaza arrastrando a un piñón que se encar-ga de producir el momento de giro. También posee un tornillo que permite modificarel ángulo de giro del piñón.

Motores continuos

• Motor de engranajes

El esfuerzo de par motor que se desarrolla, es debido a la presión que ingresa por laentrada aplicada a la superficie de los dientes de los engranajes. Estos dos engrana-jes están acoplados y giran conjuntamente, pero sólo uno de ellos está conectadodirectamente al eje de accionamiento. Los motores de engranajes tienen un despla-zamiento fijo y es, aproximadamente, igual al volumen comprendido entre dos dientes.El sentido de la rotación depende del lado donde ingrese la presión.Estos motores no están equilibrados. Las altas presiones a su entrada y la baja pre-sión a la salida originan elevadas cargas laterales sobre los ejes y los engranajes.

‘

1. Cámara del cilindro.2. Tope fijo que delimita carrera.3. Vástago.4. Carcasa.5. Topes regulables que delimitanel ángulo.6. Entradas y salidas de fluidos ala cámara.7. Émbolos.8. Eje giratorio donde se hace la aplicación.9. Piñón transmisor del esfuerzo.10. Tuerca tapón de relleno.11. Carcasa.12. Aceite.

• Motor de paleta

El par motor se desarrolla por la presión, que actúa sobre la superficie de las paletasexpuestas, las cuales entran y salen practicadas por el rotor, que está acoplado al ejede accionamiento. Las dos entradas de presión están ubicadas en lugares opuestospara equilibrar las cargas laterales en el rotor.

• Motor de pistones

Los motores de pistones probablemente son los más eficaces, ya que desarrollanaltas velocidades, grandes presiones y están equilibrados. Sus diseños básicos sonen línea, radial y axial. Los diseños radial y axial se pueden encontrar en el mercado con desplazamiento fijoo variable.

• Motores de pistones axiales

Motores de pistones axiales horizontales: El giro se produce con la presión que seejerce en los extremos de los pistones que se mueven alternativamente en el barrile-te. El desplazamiento del motor es fijo o variable. Este desplazamiento está determi-nado por el grado de inclinación de la placa.

Al aumentar el grado de inclinación de laplaca estamos aumentando la velocidad degiro del rotor. Existen topes, para que el pary la velocidad permanezcan dentro de loslímites operativos.


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Motor de engranajes.

Motor de paletas no equilibrados.

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Motores de pistones axiales en ángulo: Elbloque de cilindros y el eje de acciona-miento están montados formando unángulo entre sí y la reacción se ejercecontra la brida de accionamiento.

También en este caso existen modos dedesplazamiento fijo y variable.

• Motores de pistones radiales

Estos motores son de baja velocidad y de par elevado. Su funcionamiento se basa encilindros telescópicos de autoalineación que transmiten la potencia a través de unaexcéntrica formada en el eje. Algunos tipos admiten la regulación del caudal, varian-do la excentricidad.

Recuerde que...

El concepto de par de un motor expresa su capacidad de trabajo.

Fórmulas de cálculo

Válvulas Hidráulicas

Introducción

Las necesidades crecientes que se presentan en el campo de la automatizaciónindustrial, en cuanto a lo que hace a la fabricación de maquinarias, dispositivos ydiversos elementos accionados hidráulicamente, ha hecho pensar -hace algunasdécadas atrás- lo útil que resultaría comandar circuitos hidráulicos vía automatizacio-nes eléctricas.En su momento, esto determinó la creación de la válvula de control direccional accio-nada por solenoides y/o electroimanes. Actualmente, estas válvulas son indispensa-bles para comandar cualquier máquina hidráulica, automática o no, por medio de cual-quier tipo de accionamiento eléctrico y/o electrónico.Las válvulas que a continuación estudiaremos, son las más populares en el campo dela válvula de control direccional de flujo hidráulico accionada eléctricamente.

Válvulas

La función de las válvulas es permitir, orientar o detener un flujo. Constituyen los órga-nos de mando de un circuito. También son utilizados en sus tamaños más pequeñoscomo emisoras o captoras de señales para el mando de las válvulas principales delsistema, y aún en funciones de tratamiento de señales.

Clasificación

Las válvulas pueden clasificarse en cuatro grandes grupos según su función:

• Válvula de retención o antirretorno.• Válvulas direccionales.• Válvulas de control de la presión.• Válvulas de control del caudal.

Dos de las características principales que posibilitan su clasificación son el númerode vías y de posiciones definidos a continuación:

Vías: Llamaremos así al número de orificios controlados en la válvula, exceptuandolos de pilotaje. Podemos así tener 2, 3, 4, 5 ó más vías (no es posible un número devías inferior a 2).

Posiciones: Es el número de posiciones estables del elemento de distribución.Pueden tenerse válvulas de 2, 3, 4 ó más posiciones (no es posible un numero deposiciones inferior a 2).

Configuración simbólica de una válvula

El símbolo representa la función de la válvula y su forma de accionamiento. Norepresenta de ninguna manera la válvula, desde el punto de vista constructivo, sólorepresenta su función. El símbolo se compone de un bloque central, en el que seidentifican las posiciones estables del elemento de conmutación y las vías de cone-xión para cada posición, y de dos bloques extremos que representan los modos deactuación, es decir el tipo de mando.

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5

5 . 1

5 . 1 . 1

5 . 2

VÁLVULAS HIDRÁULICAS5

< <

5 . 3

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<

Cada posición de la válvula se representa con un cuadrado. Habrá tantos cuadradosadyacentes como posiciones de distribución tenga la válvula.

1) Las bocas de conexión se representan por trazos unidos al cuadrado correspon-diente a la posición normal de reposo de la válvula.

2) Las vinculaciones entre bocas se representan con líneas y flechas, indicando elsentido de circulación. Las bocas cerradas se indican con líneas transversales.Dicha representación se realiza para cada posición.

Las canalizaciones de escape se representan con un triángulo.Atendiendo a las funciones del bloque central tendremos los siguientes esquemas:

El símbolo se completa con los esquemas correspondientes a los mandos de las vál-vulas, siendo éstos el medio por el cual se logra la conmutación de sus posiciones.

Válvula antirretorno o de retención

Las válvulas antirretorno o de retención tienen la misión de permitir la circulaciónen un sentido e impedirla en el sentido contrario, evitando así que el aceite puedarecorrer en ambos sentidos las tuberías. También puede funcionar como una válvuladireccional o como controladora de presión.

Dentro de este tipo de válvulas podemos mencionar:

• Válvula antirretorno simple es aquella en la cual el fluido circula a través de lamisma en línea recta.

71VÁLVULAS HIDRÁULICAS5

< <

El cuerpo de la válvula se rosca directamente a la tubería formando un asiento paraun vástago cónico o una bola; permitiendo, en parte, que el fluido circule en unasola dirección en el muelle. En la dirección donde el pasaje es libre, el muelle cedey la válvula se abre a una presión determinada. El muelle no es ajustable, pero haydisponibles muelles que son específicos para distintos valores de presión, por ejem-plo 0.2 bar; 0.5 bar; 2 bar; etc.Aunque estas válvulas admiten presiones elevadas, no son recomendables paraaplicaciones en donde se someten a caudales de retorno de gran velocidad.

• Válvula antirretorno de ángulo recto, es llamada así porque el aceite fluye através de la misma formando un ángulo recto. Se constituye por un vástago deacero y un asiento endurecido incrustado en un cuerpo de fundición.

• Válvula antirretorno con retorno restringido, en lo único que cambia con res-pecto a las antirretorno comunes, es que esta válvula tiene un pequeño orificio enel vástago para permitir un caudal restringido en la posición normalmente cerrada.

Funcionamiento básico de unaválvula sin retorno.

5 . 4

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<

• Válvula antirretorno piloteda, son diseñadas para permitir el paso libre del flui-do en una dirección, y para bloquear el caudal de retorno en la dirección opuesta,hasta que la válvula se abra debido a la acción de un pilotaje exterior.

Tipos constructivos de válvulas direccionales

Con una válvula direccional se controla el arranque, la detención y la dirección deun fluido, así como también las posiciones de detención de un consumidor (cilindro omotor hidráulico).La denominación de las válvulas direccionales se realiza en base al número de lasconexiones de trabajo y al número de las posiciones factibles.


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5 . 4 . 1 Clasificación de válvulas direccionales

Válvulas de asiento esférico

Son generalmente utilizadas para funciones secundarias dentro de un sistema, cons-truyéndose normalmente como válvula 2/2 ó 3/2.

Válvulas de asiento de disco (Poppet)

Se construyen como válvulas 2/2, 3/2, 4/2, 5/2. La estanqueidad puede lograrsemediante discos de cierre elásticos y asientos de metal, o directamente discos de cie-rre y asientos de metal.

Válvulas de distribuidor axial plano

Poseen un émbolo para la conmutación de la válvula, pero las bocas son controladaspor un distribuidor plano adicional. En la figura se esquematiza una válvula 4/2 de estetipo, aunque también se las encuentra en versiones 2/2, 3/2, 5/2 y 5/3, entre otras.

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Válvulas de distribuidor rotante

Se fabrican como válvulas de mando manual del tipo 3/2, 4/2, y también 4/3. La vin-culación entre las bocas de utilización y descarga se realiza a través de un discorotante con canalizaciones.

Válvulas de distribuidor axial o corredera (Spoll)

La distribución del aire comprimido a las diferentes bocas se logra a través de un dis-tribuidor cilíndrico que se desplaza en sentido axial.

Válvulas metal–metal

Empleada comúnmente en hidráulica, requiere un ajuste preciso entre el distribuidory el cuerpo de la válvula.

Juntas tóricas (O´Rings) en el cuerpo de la válvula

Es una de las disposiciones más comúnmente adoptada, con el fin de evitar el alto costoque implican las anteriores.

Válvula direccional de corredera

Esta válvula direccional posee una corredera cilíndrica que se desliza en ambas direc-ciones dentro de la válvula. La corredera tiene ranuras circulares que habilitan distin-tas secciones dependiendo de su dirección. Los orificios de entrada y salida del cau-dal pueden estar conectados o bloqueados dependiendo de la corredera que poseelos salientes cilíndricos.

Válvulas de cuatro vías tipo corredera deslizante.

Tipos de centros de corredera

La gran mayoría de los fabricantes de válvulas construyen el modelo 4/3, de tal formaque posean pasaje idéntico en las posiciones extremas, pero distintos centros, obte-nidos de un simple cambio de correderas.Los casos extremos son el centro totalmente abierto y el centro totalmente cerrado.Sus combinaciones nos permiten disponer de los centros mostrados a continuación.

Válvula rotativa de 4 vías

El principio de funcionamiento, se basa en un rotor que gira dentro del cuerpo de unaválvula. Cuando el rotor gira, conecta o bloquea los orificios de la válvula para poderobtener las cuatro conexiones del caudal.Éstas poseen mandos mecánicos o manuales, y son usadas como válvulas piloto paracontrolar otras válvulas.


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5 . 4 . 1 . 1

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Válvulas direccionales pilotadas

Para aquellas válvulas que por razones de caudal su tamaño exige fuerzas importan-tes en la corredera para su inversión, se procede a la construcción de la llamada vál-vula de mayor tamaño comandada por otra menor.

La válvula pilotada está compuesta por la válvula principal (2) y la piloto (1), estágeneralmente comandada por mandos eléctricos.La válvula piloto es alimentada a través del canal, dicha alimentación puede ser inter-na o externa.

Principios de funcionamiento de válvulas

Número de vías–número de posiciones (N° de vías / N° de posiciones)

Como vías se consideran las conexiones de entrada o alimentación, conexión/es deutilización para el consumidor y orificios de purga (escape).Se llama posición a las maniobras que toman las partes móviles internas de una válvu-la, tras incluirla en un equipo y establecer la presión de una red.

A continuación se presenta una descripción general de los tipos de válvulas direccio-nales, usualmente empleados en hidráulica:

Válvulas 2/2

Pertenecen a este grupo todas las válvulas de cierre que poseen un orificio de entra-da y otro de salida (2 vías) y dos posiciones de mando. Únicamente se utilizan enaquellas partes de los circuitos hidráulicos donde no es preciso efectuar por la mismaválvula la descarga del sistema alimentado, sólo actúan como válvulas de paso.

Válvulas 2/2 NC

Son aquellas válvulas que en su posición normal de reposo (aquella determinada porsu reacción o resorte) no permiten la circulación de fluido. Conducen cuando sumando (muscular, hidráulico, mecánico, eléctrico, etc.) es accionado.

Válvulas 2/2 NA

En su posición normal de reposo permiten la circulación del fluido, interrumpiéndoloal ser accionado su mando.

.

Válvulas 3/2

Pertenecen a este grupo de válvulas aquellas que poseen un orificio de alimentación,uno de utilización y otro de escape (3 vías) y dos posiciones de mando. Sus funcio-nes dentro de un circuito hidráulico pueden ser muy variadas, y van desde el manejode señales hasta el comando de cilindros de simple efecto. A diferencia de las ante-riores, éstas posibilitan la descarga del sistema que alimentan.

Válvulas 3/2 NC

Son aquellas que en la posición normal de reposo no permiten la circulación desde elorificio de alimentación al de utilización, el cual queda conectado al escape. Esta con-dición es invertida al operar su mando, pasando el fluido a la utilización en tanto elescape es bloqueado.


< <

Válvula 2/2 NC monoestable, mando manual, reacción a resorte.

Válvula 2/2 NA monoestable, mando manual, reacción a resorte.

Válvula 3/2 NC monoestable, mando manual, reacción a resorte.

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Válvulas 3/2 NA

En su posición normal de reposo permiten el pasaje de fluido de la alimentación a lautilización; el escape es bloqueado. Al operar el mando, se interrumpe el pasaje y elsistema alimentado es puesto a descarga.La diferenciación entre las válvulas 3/2 normal cerrada y normal abierta no implica nece-sariamente que se trate de dos válvulas diferentes. Las válvulas 3/2 del tipo de distribui-dor axial generalmente admiten ser conectadas de una u otra manera indistintamente.

Válvulas 4/2

Poseen cuatro orificios de conexión (4 vías) corres-pondiendo: uno a la alimentación, dos a las utilizacio-nes y el restante al escape; este último es comúnpara ambas utilizaciones. Poseen dos posiciones demando, para cada una de las cuales sólo una utiliza-ción es alimentada, en tanto la otra se encuentraconectada a escape. Esta condición se invierte alconmutar la válvula. Dado que para cada posiciónexiste un pasaje abierto y uno cerrado, carece desentido hablar de una válvula 4/2 normal abierta onormal cerrada.

Válvulas 5/2

Éstas poseen cinco orificios de conexión y dos posiciones de mando. A diferencia delas 4/2, poseen dos escapes, correspondiendo uno a cada utilización.

Ejemplo

En los ejemplos anteriores la función de conmutación de posiciones del distribuidorfue obtenida mediante una acción manual sobre el mando, al efecto de simplificar lainterpretación. Como pudo apreciarse, al cesar la acción, el distribuidor era reposicio-nado mediante un resorte antagónico (reacción por resorte).

Válvula 5/2 monoestable, mando manual, reacción a resorte.

Válvula 3/2 NA monoestable, mando hidráulico, reacción a resorte.

La válvula (sin accionar su mando) posee una única posición estable, aquella gober-nada por su reacción. A las válvulas con estas características se las denomina mono-estables (única posición de mando estable).La acción manual sobre el mando puede ser reemplazada por una acción mecánica (levasobre un rodillo o bocas de pilotaje), dando origen así a las válvulas de mando hidráulico.

Ejemplo

Es posible sustituir la acción del resorte por una acción hidráulica permanente (reac-ción hidráulica). Esto se logra alimentando el mando correspondiente a la reacción enforma permanente, pudiéndose hacer a través de una boca externa o simplementeutilizando una conducción interna de autoalimentación, que proveen los fabricantes yque comunica al citado mando con la boca de alimentación de la válvula. De estemodo, al alimentar con presión a la válvula queda automáticamente establecida lareacción hidráulica. Como resulta obvio, para desplazar el elemento conmutador conpresiones iguales es necesario disponer en el mando opuesto de un área mayor,dando origen así a las válvulas con mandos por áreas diferenciales.

Ejemplo

Es posible también comandar ambas posiciones del distribuidor, mediante pulsos deseñal ingresados alternativamente por las bocas 12 y 14. Desaparece así la reacción,obteniéndose ahora una válvula con las dos posiciones estables, es decir, la válvulaconmuta y conserva la posición aún desaparecida la señal que originó el cambio. Laposición opuesta se logrará mediante una señal en el pilotaje contrario. Este tipo decomportamiento recibe el nombre de biestable. También son conocidas como memo-rias o de comando por impulsos.


< <

Válvula 5/2 monoestable, mando hidráulico, reacción a resorte.

Válvula 5/2 monoestable, mando hidráulico, reacción hidráulica.

5 . 5

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<

Ejemplo

Un comportamiento análogo, pero con efecto predominante de una de las posiciones,se obtiene aplicando el concepto anterior a válvulas con mando por áreas diferenciales.En presencia de una señal simultánea en las bocas 12 y 14, el efecto de la señal 14predomina en razón de su mayor área.

Ejemplo

Válvulas a presión

Estos tipos de válvulas influyen sobre la presión en un sistema o parte de él. Su prin-cipio de funcionamiento se basa en el equilibrio de una fuerza hidráulica en contra-posición con la fuerza de un resorte.Son válvulas del tipo proporcional, es decir que poseen infinitas posiciones. Con estopodemos señalar que pueden estar totalmente abiertas o totalmente cerradas, pasandopor todas las posiciones intermedias, según el caudal y las diferencias de presiones.

Se clasifican según su función en:

• Válvula de seguridad o limitadora de presión.• Válvula de descarga.• Válvula de secuencia o desconexión de presión.• Válvula reductora de presión.

Válvula 5/2 monoestable, mando hidráulico, reacción hidráulica.

Válvula 5/2 biestable, con áreas equilibradas.


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Válvula de seguridad, normalmente montadas en todos los sistemas hidráulicos.Generalmente es conectada en la línea de presión, cumpliendo la función de limitarla presión máxima de trabajo o derivando en casos de sobrepresión parte del cau-dal al depósito.

Válvula de seguridad simple, la mayoría de estas válvu-las poseen un tornillo de regulación, para variar la fuerzadel muelle.Cuando la presión vence la fuerza del muelle, se deno-mina presión de abertura. A medida que el caudal vaaumentando a través de la válvula, el obturador se alejacada vez más de su asiento, originando una compresiónmayor que la del muelle. En estos casos cuando la válvu-la empieza a derivar todo el caudal, la presión puede con-siderarse mayor que la presión de la abertura.La presión a la entrada de la válvula, cuando ésta dejapasar todo el caudal, se denomina presión de plenaabertura. La diferencia que se produce entre la presión de plenaabertura y la presión de abertura, se denomina margende sobrepresión.Esta sobrepresión en algunos casos no es un inconve-niente, en otros casos puede dar como resultado una

pérdida de potencia. Esto es debido al flujo que se pierde en la válvula antes de alcan-zar su ajuste máximo o permitir que la presión máxima del sistema sobrepase los valo-res nominales de los demás componentes.

Válvula de seguridad doble o indirecta, esta válvulafunciona en dos etapas: una es la de piloto, y la otra esuna corredera equilibrada hidráulicamente.La parte piloto consiste en una válvula limitadora de pre-sión y un obturador, mantenido en su asiento por unmuelle ajustable. En la corredera se encuentra un muelle que empuja elpistón manteniendo la descarga a tanque tapada por elobturador.Cuando el flujo ingresa a la válvula, lo hace por de bajo delpistón y a través de un orificio que está en el mismo pis-tón. Para cualquier presión por debajo a la del taraje de la

válvula limitadora, la corredera se mantiene apoyada en su asiento por el muelle ligero.Cuando la presión del fluido que pasa por el orificio del pistón alcanza el taraje, elobturador se desplaza de su asiento, limitando la presión en la cámara superior.Si el obturador se abre, produce una diferencia de presión en ambas cámaras, logran-do que el muelle suba el pistón; dejando libre la descarga a tanque.

Válvula de descarga, es una válvula de seguridad compuesta por un mando remoto.A través de un orificio situado en el canal del obturador se conecta a tanque cada vezque se desee la apertura total de la válvula. Es en este caso que se llama válvula dedescarga. Aquí el reposo ligero es la única fuerza de oposición.

Válvula de secuencia se utiliza en un sistema para mover los actuadores en un ordeno presión determinada en la línea. El fluido circula por la línea primaria, efectuando la primera operación, hasta que

MICRO

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alcanza el taraje de la válvula. A medida que se eleva la corredera, el caudal pasa porun orificio secundario para efectuar la segunda operación. Una aplicación típica es lasujeción de una pieza con el primario y el avance de un cabezal a través del secun-dario, luego que la pieza queda sujeta. También se la construye con válvula de retención incorporada.

Válvula reductora de presión, con controles de presión del tipo normal abierto que seutilizan para mantener presiones más bajas en ciertas partes del circuito.


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5 . 6

5 . 6 . 1

Válvula reguladora de caudal de dos vías.

Válvulas de caudal

Las válvulas reguladoras de caudal, también llamadas válvulas de control, en generalson utilizadas para controlar la velocidad de los actuadores hidráulicos.Como sabemos la velocidad de los actuadores dependen de la cantidad de aceite quese envía por unidad de tiempo.Existen varias formas de regular la velocidad en los actuadores: por la entrada, por lasalida y por sustracción.

Reguladores de entrada

Instalando el regulador de caudal en la entrada del actuador, se consigue controlar lavelocidad de desplazamiento del mismo en una sola dirección, siendo el caudal exen-to enviado a tanque a través de la limitadora de presión.


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5 . 6 . 1 . 1

5 . 6 . 1 . 2

Este método es aplicable para los casos en que la carga siempre se opone al movi-miento del actuador, por ejemplo: la elevación de una carga con un actuador sujeta-do verticalmente. En caso de ser necesario controlar ambos sentidos, se debe instalar un regulador ala salida de la bomba.

Reguladores de salida

Controlan el caudal de descarga del actuador, consiguiendo más uniformidad en elcaso en que la carga esté a favor del movimiento. De ser necesario regular ambas direcciones, la válvula se debe colocar en la línea detanque de la válvula direccional.

Reguladores por sustracción

Se instala en la línea de presión, determinando la velocidad y desviando parte del cau-dal de la bomba al tanque.De este modo, la bomba trabaja a la presión que le pide la carga, ya que el exceso decaudal retorna al tanque a través de la reguladora, en lugar de retornar por la válvulade seguridad.

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5 . 6 . 2

La desventaja está en la pérdida de precisión, debido a que el caudal regulado puedair al tanque y no exactamente al actuador. Este último queda sometido a las variacio-nes de desplazamiento de la bomba al variar la carga del actuador. Este sistema es ina-plicable para el caso en que la carga actúa en el mismo sentido que el movimiento.

Tipos de reguladores de caudal

Existen las válvulas reguladoras compensadas y las no compensadas por presión y/opor temperatura. Las no compensadas se utilizan cuando las presiones son casi cons-tantes y las variaciones de velocidad no son muy bruscas.Puede ser del tipo aguja, y en casos más sofisticados poseen válvula antirretorno. Lautilización de válvulas no compensadas por presión es limitada, ya que el caudal quepasa por un orificio es función de la raíz cuadrada de la pérdida de presión a travésdel mismo; por lo que se deduce que las variaciones apreciables de la carga afecta-rán al control de velocidad.La válvula compensada por presión está protegida contra sobrecarga, puesto queposee un hidrostato que opera desviando el caudal al tanque, a través de la válvulade seguridad cuando la presión excede al taraje de la válvula.

La compensación por aumento de temperatura, se consigue por intermedio de unavarilla que, al dilatarse, reduce el tamaño de estrangulamiento, de modo que se con-sigue compensar la variación de viscosidad que produjo el aumento de temperatura.


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Válvulas especiales

Válvulas proporcionales

Válvulas proporcionales direccionales

Con una válvula direccional proporcional se pueden realizar programas y controlescomplejos, por ejemplo aceleración y desaceleración de consumidores. El sentido y la velocidad son controlados por un solo dispositivo.La magnitud de salida, por ejemplo el caudal, es proporcional a una señal eléctricade entrada. Las válvulas proporcionales direccionales de cuatro vías están compuestas por unaválvula piloto y por una principal.

La válvula piloto esta compuesta por la carcasa, dos émbolos pilotos y dos electroi-manes proporcionales.

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La válvula principal es una válvula direccional y está compuesta por la carcasa, lacorredora principal y resortes de centraje que están incorporados en las cámaras.La válvula piloto es una reguladora de presión con electroimanes proporcionales, quetransforman una señal eléctrica en una fuerza proporcional a dicha señal. Un aumen-to en la corriente eléctrica, produce una mayor fuerza del electroimán.Para obtener un campo de variación lineal de la fuerza se utiliza solamente una partede la carrera del núcleo del electroimán.

Mayor fuerza del electroimán

Mayor presión

Mayor desplazamiento de la corredera

De esta manera se consigue un caudal que está en función de la corriente eléctrica.

Limitadora de presión proporcional

Está compuesta por una válvula piloto (1) con electroimán (2) y una válvula principal(4). Como opción, se puede instalar un limitador adicional de presión máxima (3).

A diferencia de la limitadora de presión, en lugar del resorte se instaló un electroimán,a través de éste se obtiene la graduación de la presión.El limitador de presión impide que ante una falla electrónica, la presión exceda a lapresión máxima admisible del sistema.


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Servoválvulas

Con el término “servo” se denomina generalmente a la función que con una pequeñamagnitud de entrada produce una gran magnitud de salida; sin embargo las servovál-vulas no sólo son aptas para el mando análogo.A diferencia de las válvulas proporcionales, se la utiliza por ejemplo en circuitos deposicionamiento.Una servoválvula es una válvula direccional de infinitas posiciones, que cumple la fun-ción de controlar cualitativa y cuantitativamente el caudal, es decir controla la direc-ción y el sentido del caudal.Las servoválvulas electrohidráulicas funcionan esencialmente comandadas por unaseñal eléctrica proporcional, que actúa sobre un motor par o dispositivo análogo quedirecta o indirectamente posicionan la corredera de la válvula.La señal del motor par puede ser originada por un potenciador, por una cinta magné-tica u otro dispositivo. Dicha señal, una vez aplicada a la servoválvula, es amplificadapor la corredera y ésta comanda la carga. El amplificador recibe también una señal derespuesta, realimentación, dada por algún traductor conectado a la carga (tacómetro,potenciómetro, etc.). Esta señal de respuesta se compara con la entrada y en caso dehaber una derivación se efectúa la corrección.Los distintos tipos de electroválvulas servocomandadas pueden suministrar un con-trol exacto de la posición y la velocidad.La mayoría de las veces se las utiliza para controlar actuadores o motores hidráulicos,pero en aquellas aplicaciones donde deben controlarse volúmenes muy grandes, seutiliza la servoválvula para regular el caudal de la bomba de desplazamiento variable.

Tipos de mandos

Mando: mandar es la acción originada en un sistema sobre el cual uno o varios pará-metros (señales) de entrada, modifican según leyes del propio sistema a otros pará-metros (señales) considerados de salida.

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Servoválvula de corredera con mando directo.

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A continuación explicaremos los tipos de mandos más comúnmente utilizados enHidráulica:

Mando manual

Estos mandos están generalmente formados por válvulas constituidas por palancas obotoneras.Mayormente utilizados en válvulas de reducidas dimensiones (no más de “3/4” ó “1”de diámetro de conexión), ya que de lo contrario requeriría de un gran esfuerzo físicopara su accionamiento.La figura posterior muestra una válvula que se encuentra en la posición inicial, por lotanto las conexiones P, T, A y B están interrumpidas.Pero si movemos la palanca la corredera se moverá, entonces se establecerán las cone-xiones entre P y B, y entre A y T. Éste juego entre la corredera y la carcasa, adopta lafunción de junta. En este tipo de válvulas es muy difícil lograr una total hermeticidad.

Mando mecánico

Este mando tiene la ventaja que se puede aplicar a cualquier tamaño de válvula. Suconstrucción por lo general es una corredera con un rodillo a su extremo. Al rozar oapoyar una carga en la leva, éste hace que el rodillo mueva la corredera y posicionesde la válvula. También se construyen válvulas con mandos mecánicos especiales, adaptables a apli-caciones específicas, de acuerdo a las necesidades del dispositivo.


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Mando hidráulico

Comúnmente utilizados en circuitos secuenciales, o en aquellos sistemas en dondepor razones de seguridad no se puede aplicar tensión eléctrica, debiendo ademástener en cuenta que dichos mandos son menos costosos que los eléctricos.

Mando eléctrico

En la actualidad es el más difundido por ser el más apto a la complejidad de los auto-matismos. Éstos se clasifican en cuatro modelos básicos de electroimanes:

• De corriente continua en seco.• De corriente continua en aceite.• De corriente alterna en seco.• De corriente alterna en aceite.

Los valores de tensiones que se maneja en corriente continua son de 12v a 110v,pero en corriente alterna se consiguen valores de tensiones un poco más elevadas,que van de los 12v a los 220v.

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Cuando aplicamos presión sobre el émbolo (2), éste produce el desplazamiento dela corredera (1), quedando fijado el sistema a través de la traba (3).

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Los de corriente continua ofrecen seguridad de funcionamiento y suavidad, ademásno se queman en caso de que se trabe la corredera, por lo que es apto para una altafrecuencia de trabajo.Los de corriente alterna son de mayor velocidad de respuesta. Si éstos se llegaran atrabar se quemarán después de un tiempo. Los húmedos se utilizaban para ambien-tes corrosivos, su desgaste es reducido. Éstos poseen una buena disipación del calor-generado por el solenoide y la amortiguación de funcionamiento.Los de corriente alterna en seco poseen las ventajas de los anteriores nombrados,sólo son de construcción más simple.

La siguiente figura muestra un electroimán húmedo de corriente continua (4) y unohúmedo de corriente alterna (5) en una válvula de tres posiciones. Como se aprecia,los núcleos están sumergidos en aceite mediante la intercomunicación con el canalT. En ambas figuras se indica con posición (7) a los actuadores manuales de los sole-noides (éstos accionan la válvula en caso de desperfectos eléctricos).

Electroimán seco de corriente alterna (1) y un electroimán seco de corriente conti-nua (2) de una válvula de impulsos (dos posiciones).

1-Corredera2- Varilla empujadora3- Bobina4- Núcleo

Características constructivas.

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Accesorios

Introducción

Para poder interconectar entre sí a los componentes hidráulicos (bomba, válvulas,actuadores, filtros y depósitos, entre otros), se utiliza los elementos de enlace. Éstosconsisten en tubos, conectores y accesorios, que además de unir garantizan la estan-queidad de todo el sistema hidráulico.

Componentes de enlace

Para sistemas hidráulicos se utilizan en la actualidad dos tipos de líneas de enlace:

a) Tubos metálicos

Pueden ser tres tipos de tubos:

• Acero.• Aluminio.• Cobre.

A su vez, los tubos de acero pueden ser de dos tipos:

• Gas.• Milimétricos.

Con respecto a los tubos para gas se los clasifica en general por su espesor, siendoesto una relación de números (schedule), establecida por la American Nacional.Standars Institute (A.N.S.I.), que van de 10 hasta 160 mm, y cubren 10 conjuntos degrueso de pared.Como regla general podemos decir que el schedule 40 corresponde al espesorestándar, 80 al grueso y 160 al extragrueso.

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Los milimétricos se clasifican por su diámetro exterior, desde 4 hasta 80 mm de diá-metro, existiendo varios espesores para cada tamaño.

b) Manguera flexible

Se utilizan cuando las líneas hidráulicas están sometidas a movimientos.Las mangueras se fabrican con capas de caucho sintético y trenzadas de tejido(nylon y/o alambre).La presencia de alambre permite presiones más elevadas. La capa interior de la man-guera debe ser compatible con el flujo utilizado; la externa es generalmente de cau-cho para proteger el trenzado.La cantidad de capas trenzadas depende de la presión.

Recuerde que...

Con respecto a los tubos metálicos de aluminio y cobre, se desaconseja su uso enhidráulica debido a su acción acelerante sobre el envejecimiento del aceite; ademásse los encuentra en plaza con bajos espesores, lo cual limita aún más su uso ya quese pueden utilizar sólo para presiones bajas.

Conectores y accesorios para tubos y mangueras

Accesorios roscados para caños

Estos caños se roscan según la norma BSPT (gas cónico) por lo que la estanquei-dad se consigue apretando roscas macho sobre roscas hembra, siendo éste el incon-veniente en estos sistemas de cierre, ya que si se afloja algún empalme debe luego

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apretarse más para cerrar, causando una deformación cada vez mayor hasta el puntoen que no se puede lograr estanqueidad. Se consigue disminuir este defecto median-te el uso de sellante de roscas (teflón).Los accesorios utilizados pueden ser fundidos o forjados, dependiendo su uso de lapresión del sistema donde serán montados.En general se prefieren los forjados por ser más aptos, no obstante existen variosmodelos de accesorios para poder adaptar todos los equipos.

Tabla de accesorios

Accesorio Función

Una unión doble tiene dos roscas y una tuerca externa, para per-mitir que se haga o deshaga una unión sin girar el tubo.

Un buje reducción se usa para conectar tuberías de distinto tamaño

Una cupla reducción se utiliza también para cambiar el tamaño dela tubería, pero tiene las dos roscas hembras.

Una cupla une dos tuberías del mismo tamaño.

Un tapón cierra el extremo abierto de una tubería

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Conectores para tubos

Los racores o conectores son los elementos intermedios que deben proporcionaruniones estancas, fácilmente desmontables, y asegurar el paso del fluido entre losdiversos componentes que conforman el circuito hidráulico.

Ejemplo

Conector entre una manquera y una válvula. Conector entre una manguera y un cilindro.

Entre los conectores o racores comúnmente utilizados en los sistemas hidráulicosencontramos los siguientes:

Abocardados: Son aquellos en los cuales se abocarda el tubo metálico (37º ó 45º)para que éste asiente en el conector y mediante una tuerca se logre la estanqueidad.

A virola: El cierre lo produce una virola metálica, que se deforma y afirma al tubo conel apriete de la tubería lográndose un cierre estanco.

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El codo tiene una rosca macho y otra hembra. Hay también hem-bra - hembra.

Una válvula esférica sirve para habilitar o no al sistema.

La TE se utiliza para derivar el caudal.

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Recomendaciones de instalación

Es recomendable en todos los casos de montaje de circuitos hidráulicos una adecua-da instalación, para evitar fugas, contaminaciones y ruidos.

A continuación daremos algunas recomendaciones:

• Reponer totalmente el aceite en forma periódica, de acuerdo a las indicacionesdel fabricante.

• Instalar los filtros necesarios y adecuados del sistema.• Purgar la cañería luego de instalarla, para desalojar impurezas tales como virutas,

restos de teflón pintura, etc.• Eliminar toda fuga percibida durante el funcionamiento (evita accidentes y optimi-

za el rendimiento).• Sujetar en forma adecuada las cañerías mediante soportes, para responder a

vibraciones y golpes de presión sin aflojarse.• Las conexiones de la línea de entrada a la bomba deben ser estancas para

impedir la incorporación de aire al sistema; además se debe reducir el uso deaccesorios y la longitud de los mismos: codos, curvas, etc.

• Las líneas de retorno no estancas también pueden provocar entrada de aire alsistema, por aspiración.

• La descarga dentro del depósito se debe efectuar debajo del nivel para evitarturbulencia y aireación.

• Entre actuadores y reguladores de caudal, instalar, en lo posible, cañerías rígidasy cortas, para evitar variaciones de velocidad no deseadas.

• Cuando se instalan mangueras, colocarlas de manera tal que no se refuercen nise fuercen. Se debe dejar holgura en el largo, para absorber picos de presión.Pueden ser necesarias abrazaderas que eviten friccionamiento o entrelazamientocon piezas móviles.

Cuando las mangueras estén sometidas a tratamiento, se deben proteger con fundaso protecciones similares.

Cierres y fugas

Fugas internas

Gran parte de los componentes hidráulicos fabricados en la actualidad se construyencon huelgos que permiten un grado de fuga.Este efecto se utiliza para producir la lubricación de las piezas en movimiento. Lasfugas internas implican pérdida de aceite, ya que éste retorna al depósito. Pero si la fugasobrepasa los límites de fabricación, se produce una merma del rendimiento hidráulico,llegando en los peores de los casos al límite de la disfuncionalidad del sistema.

Fugas externas

Las fugas externas se deben a defectos de interconexión, como ser conectoresdefectuosos, calidad de material, soportes inadecuados, aprietes deficientes, juntasdefectuosas, presión excesiva, etc.Cualquiera sea su origen, estas fugas producen suciedad y provocan defectos funcionales.

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Estanqueidad

Necesarias para conservar la presión en límites adecuados, para evitar fugas y con-taminaciones. La estanqueidad puede ser positiva o negativa, siendo la primera aque-lla que impide toda fuga y la no - positiva es la que permite una pequeña cantidad defluido de fuga para lubricación.

Estanqueidad estática

La estanqueidad obtenida con un elemento comprendido entre dos piezas rígidamen-te unidas se llama estanqueidad estática.

Se utilizan también para sellado de conectores para tubo de rosca cilíndrica (BSPP).Las aplicaciones de estas juntas estáticas son relativamente simples, sin desgaste,por lo que el cuidado se limita solamente a montarlas correctamente.

Estanqueidad dinámica

Se denomina así a la estanqueidad obtenida entre dos piezas con movimiento relati-vo entre ambas. Por estas características se desgastan más que las estáticas, ya quela junta frota contra una de las piezas.Las aplicaciones son muy diversas, encontrándose en gran medida en los circuitoshidráulicos.

Juntas dinámicas

A continuación mencionaremos y explicaremos las juntas dinámicas utilizadas común-mente en las técnicas de la hidráulica:

Juntas tóricas "O"

Las juntas tóricas o toroidales son unos elementos que aseguran la estanqueidadentre dos cuerpos.Así podemos encontrar tóricas en el manómetro, las linternas, las cámaras de fotos, etc.En general las encontraremos donde no pueda entrar agua y no pueda salir aire.La llamada comúnmente O' Ring, es la junta de aplicación más difundida en las técnicashidráulicas, debido a sus dimensiones mínimas y su extrema simplicidad estructural, quefacilitan su introducción y montaje; incluso en casos donde el espacio es limitadísimo. Se trata de una junta de sección redonda, en caucho sintético. Esta junta se instalaen una ranura anular mecanizada en una de las piezas del componente; ésta es

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Ejemplos de juntas estáticas.

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comprimida en ambos diámetros (externo e interno). En los cierres dinámicos, la pre-sión la empuja contra un lado formando un cierre positivo contra dos superficies anu-lares y una superficie plana.

Anillo de tipo "T"

Éstos son muy utilizados para cerrar los pistones de los cilindros, los vástagos de lospistones y otras piezas de movimiento alternativo. Se construyen de caucho sintéticomoldeado en forma de T y reforzados a ambos lados por anillos de apoyo. Este ele-mento de estanqueidad no tiene tendencia a girar como las juntas tóricas. El anillo Tno está limitado a carreras cortas.

Juntas de labio

Las juntas de labio son elementos de estanqueidad dinámicos de baja presión, utili-zados principalmente para ejes giratorios. Una junta de labio típica consta de un alo-jamiento metálico estampado para soporte y alineamiento, y caucho sintético o cueroen forma de labio que se adapta al eje. Hasta un cierto punto, la presión ayuda a laestanqueidad. La presión que se ejerce sobre el labio produce una mayor adherenciasobre el eje, produciendo una mejor estanqueidad.

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Juntas de vaso

La estanqueidad se produce en ambos sentidos. El cierre se produce forzando lajunta hacia fuera contra la pared del cilindro. Este tipo de junta tiene un apoyo y esresiste a presiones muy elevadas.

Anillo de segmento

Los anillos de segmento se fabrican de hierro colado o de acero, pulimentado y algu-nas veces cromado.Se encuentran frecuentemente en los pistones de los cilindros. Éstos son capaces deresistir grandes presiones. Estos tipos de anillos no constituyen esencialmente un cie-rre estanco, pero puede hacerse más estanco agregando más anillos.

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Anillos de apoyo

Los anillos de apoyo o también denominado anillos de respaldos, son utilizados enconjunto con el O´Ring para resistir presiones elevadas. Se complementa a la juntacon un anillo de apoyo rígido (teflón, delryn, etc.), para evitar la extracción del anilloen la holgura entre las piezas, tal como podemos observar a continuación.

Empaquetadura de compresión

Son diseñadas para resistir altas presiones. La cualse constituye en una tapa, una base y guarnicionesintermedias que determinan su altura.Fueron las más utilizadas en sistemas hidráulicos, tantoen aplicaciones estáticas como dinámicas; están sien-do sustituidas por juntas tóricas y juntas especiales.Estas empaquetaduras están modeladas o perfiladasen forma de "U" o "V" utilizándose varias para obte-ner un cierre efectivo. Las empaquetaduras se com-primen entre dos bridas y la fuerza no debe ser exce-siva, porque aceleraría el desgaste.

Retenes de cierre

Un retén de cierre se utiliza en aplicaciones donde se necesita una estanqueidad aaltas presiones alrededor de un eje giratorio.La estanqueidad se consigue mediante un contacto constante entre dos superficiesplanas, frecuentemente carbono y acero. El elemento estacionario se fija al cuerpodel componente. Una de las dos piezas tiene generalmente un muelle para mejorar elcontacto inicial y absorber el desgaste. La presión aumenta la fuerza de contacto ymejora la estanqueidad.

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Retén radial. Retén axial.

Juntas planas

Las juntas planas son utilizadas para conseguir la estanqueidad en superficies planas.Hoy en día se han dejado de utilizar, fueron sustituidas en los equipos hidráulicos porjuntas tóricas, anillos torneados o empaquetadura de compresión.

Juntas especiales

Existe gran variedad de formas y materiales para juntas, en la siguiente tabla mostra-remos las más comunes.También podemos mencionar otras juntas especiales de última generación que pose-en parámetros de operación muy ventajosos como las mencionadas a continuación:

• Presión de trabajo hasta 80 Mpa (80 bar ó 11.600 psi).• Velocidad 15m/s en movimiento lineal.Temperatura que va de los -54ºC hasta los 205ºC dependiendo del material del O' Ring. Compatibilidad química con fluidos hidráulicos, basándose en aceite mineral, fluidoshidráulicos levemente inflamables, fluidos ecológicamente seguros (bio-aceites) y otros.

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Juntas Descripción

Guarnición de alta presión, su aplicación es ideal para cilindroshidráulicos y bombas en general, ya que el O' Ring que posee en elcentro garantiza un ajuste permanente sobre las paredes del cilindro.

O´Ring, ideales para sellados estáticos o dinámicos. Evita fugas enun amplio rango de presiones.

Bandas antifricción, fabricadas en nylon con fibra de vidrio y bisul-furo de Mb. Estos bujes evitan el rozamiento meta l- metal en cilin-dros hidráulicos.

De labio, son elementos ideales para evitar la contaminación conagentes exteriores y asegurar una larga vida al cilindro.Por las excelentes propiedades del poliuretano. Éste se mantieneajustado al vástago, aún después de largos períodos de inmovilidad.

Es una junta compuesta que actúa como sello de doble efecto, fabri-cada en teflón con carga de fibra de vidrio y bisulfuro de Mb, y unaro expansor de goma.

Son guarniciones fabricadas en caucho sintético o caucho poliuretánico,según sean las exigencias de trabajo. Son utilizadas ampliamente entodos los cilindros, sean neumáticos o hidráulicos. Producen un excelen-te sellado y son de fácil colocación. Su funcionamiento y calidad ha exten-dido enormemente su campo de empleo

Juntas Descripción

Sello de doble efecto, para pistones sometidos acargas radiales. Poseen una muy alta fricción, altaresistencia a la abrasión y evita el "stick-slip".Admite aplicaciones hasta 800 bar de presión y velo-cidades lineales de hasta 15 m/s. Dependiendo delcompuesto del O´Ring puede aplicarse entre - 60ºChasta +200 ºC.

Banda antifricción, se provee en tiras de espesorcalibrado para cortar a medida. Su uso permite la uti-lización de materiales incompatibles entre camisas ypistones, o entre vástagos y bujes.Protege a los sellos de los contaminantes abrasivosque pueda contener en suspensión el fluido hidráuli-co.

Sello de simple efecto para medias prensiones yvelocidades (50 bar y 17 m/s superficiales máximos).Compuesto por una guarnición U de gran compatibi-lidad química; expandida por un resorte inoxidable yresistente a la corrosión.Bajo fricción y de energía. Sujetado en su diámetroexterior entre bridas para evitar su rotación juntocon el eje.

Elemento de sello de simple efecto, apto para vástagos car-gados dinámicamente. Ausencia de "stick-slip", baja friccióny alta resistencia al desgaste. Cuando se lo coloca en tándemjunto con limpiavástagos de doble labio, se obtiene fuga cero.Puede sellar hasta 800 bar y a velocidades de hasta15m/s. Soporta desde - 60ºC hasta +200ºC, depen-diendo del material del O' Ring.

Sello doble efecto para pistón de fuga cero, aptopara interfaces líquidas/gas. Se lo aplica en cilindroscon cargas suspendidas, compresores de GNC, acu-muladores y actuadores de alta frecuencia con mini -desplazamiento.Su velocidad máxima es de 3 m/s y se lo aplica en sis-temas de hasta 400 bar de presión- 60ºC hasta +200ºC.

Sello axial de simple efecto, de aplicación estática ydinámica que admite superficies de sellado desaline-adas. Se lo provee para presión interna o externa,con un resorte expansor inoxidable y resiste fluidoscorrosivos, a temperaturas entre - 150ºC y +260ºCe inclusive hasta 500 bar de presión.

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Materiales de las juntas y anillos

Los materiales que constituyen una junta o anillo pueden ser, en principio, de lo másdiversos. Sin embargo, se exige de ellos una serie de requisitos que pueden resumir-se así: resistencia al desgaste y posibilidad de ser usados de nuevo en caso de des-montaje, resistencia a las acciones químicas, principalmente con relación a las tem-peraturas de servicio, a menudo muy variables.Antiguamente se usaban cuero, corcho y fibras impregnadas, hasta la aparición de losmateriales sintéticos.El caucho natural ya no es más usado, ya que se deforma en presencia del aceite. Encambio los sintéticos, los elastómeros, son compatibles con el aceite.

A continuación explicaremos los elastómeros más utilizados y difundidos:

• Nitrilo

Es el más utilizado en hidráulica, es resistente con desgaste moderado, y económico.Existen muchas composiciones compatibles con el aceite mineral, la mayoría de lascuales se pueden moldear, por ejemplo el acrilo-nitrilo. Su temperatura de trabajo está estimada entre los -40ºC a 110 ºC.

• Silicona

Tiene un intervalo de temperatura más amplio que va desde -51 ºC a 260ºC. A temperaturas elevadas se hincha y absorbe el aceite, por lo que se suele aplicar acierres estáticos y no a cierres dinámicos para estas temperaturas.

• Neopreno

Es el más viejo de los elastómeros, resistente pero limitado a temperaturas altas ybajas; siendo su rango entre los -10ºC a 60ºC.

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Juntas Descripción

Limpiavástagos de doble labio, fabricado con un O'Ring que sella las caras estáticas del alojamiento.Elemento muy robusto y de extrema performance ensellado y limpieza del vástago. Labio exterior a 90ºCde gran exclusión de contaminantes.Resiste velocidades de hasta 15 m/s y - 60ºC a+200, dependiendo del material del O´Ring.

Sello de alta presión, diseñados para sellar con dobleefecto movimiento pivotantes, helicoidales y rotativosde alta presión y baja velocidad angular. Pueden apli-carse tanto para ejes como para pistones.Sus límites de operación son: 200 bar de presión, 0.5m/s de velocidad periférica y dependiendo del materialdel O' Ring entre -40ºC y +150ºC de temperatura.

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• Plásticos, flúor plásticos y flúor elastómeros

Combinado de flúor con plástico o con elastómero. El nylon se combina con elastómeros para reforzarlos, y el teflón en cinta se utilizapara sellador de roscas.

• El poliuretano

Es un elastómero de gran resistencia y elasticidad.

Prevención de fugas

Enunciaremos algunas recomendaciones para la prevención de fugas:

• Soportar convenientemente toda la instalación para impedir las vibraciones.• Evitar el montaje del equipo en atmósferas corrosivas o pulverulentas por razones

obvias.• Verificar la compatibilidad del material de retenes, juntas y anillos con el fluido a

utilizar, ya que por lo general existen para cada caso alguna contraindicación.• No exceder los valores de temperatura y presión que se tuvieron en cuenta para

el cálculo del equipo.

Recuerde que...

La junta es el elemento que efectúa el sellamiento por tiempo prolongado entre dospiezas, en las que se deba retener algún fluido, bajo determinadas condiciones depresión y temperatura. Su correcto desempeño depende de la selección de materia-les, su diseño y en gran medida del cuidado en la instalación.

Fórmulas de cálculo

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Instrumentos

Manómetros

Es un instrumento de medición que sirve para medir la presión de gases o líquidoscontenidos en recipientes cerrados. Los manómetros son necesarios para el ajuste de las válvulas de control de presióny para determinar los esfuerzos a los que son sometidos los actuadores.Los manómetros más conocidos son: el tubo de Bourdón y el selector.

Manómetro de Bourdón

Este tipo de manómetro tiene en su interior un tubo de sección elística denominadotubo de Bourdon, que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. AI aumen-tar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el movimiento es trans-mitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. El material empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero inoxidable, alea-ción de cobre o aleaciones especiales.

Manómetros selector

Estos tipos de manómetros permiten medir en 2, 4 ó 5 líneas de la instalación hidráulica.Este manómetro selector está construido dentro de la perilla de selección, amortigua-do con glicerina. Las seis conexiones o toma de presión están dispuestas perimetral-mente en la carcasa 3. Al girar el botón selector se arrastra hasta la vaina 4 y se esta-blece alternadamente la conexión al manómetro de una toma de presión.Para descargar el manómetro se previeron posiciones intermedias, en las cuales lasconexiones a tanque a través de las perforaciones 5. La esfera 6 cumple la funciónde fijador para una mejor ubicación de la línea a medir.

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Algunos tipos de manómetros a dial:

Las unidades más utilizadas en presión para graduarlas escalas son: Kg./cm2; Libras/ pulgadas2 [PSI], ycomo unidad normalizada el Bar.Es aconsejable prever en las instalaciones hidráuli-cas varias conexiones para los manómetros, paramejorar la puesta en marcha y el control, en generalen las válvulas limitadoras de presión y otros elemen-tos existen conexiones para manómetros.Para amortiguar las pulsaciones o picos de presión provo-cados por bloqueos, cambios de dirección, etc., se mon-tan junto a manómetros los amortiguadores de presión.

Manómetros electrónicos

Hoy en día la electrónica ha pasado a ser un elemento fundamental en la partede medición. Estos instrumentos de medición, en este caso los medidores de presión electrónicos,han superado ampliamente a los antiguos medidores de presión antes mencionados. Su medición se realiza por medio de un capacitor, que al hacer contacto con el fluidovaría su capacidad y respectivamente hace variar la frecuencia de oscilación. Esa dife-rencia de frecuencia es leída por un microprocesador, que se encarga de procesaresa información.Esos datos son transmitidos analógicamente al módulo de la parte de control del dis-positivo donde está el display, que puede encontrarse en el mismo módulo o en otroa una determinada distancia.El módulo de medición tiene la opción de una salida de 4 a 20 mA. El módulo del dis-play posee una salida de relay N/C o N/A opcional para cualquier operación.

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Presóstatos

Son dispositivos que permiten mantener constante la presión de un fluido en un cir-cuito. Ante una señal neumática -a determinada presión- conmutan un contacto eléctrico,cuando no tiene presión el contacto vuelve a su posición inicial.Mediante un dispositivo externo se marca la presión a la que deberá conmutar el contacto.Se utilizan para detectar caídas de presión por debajo de un umbral crítico que condi-cione o ponga en peligro el correcto funcionamiento de un automatismo neumático.

Este dispositivo contiene dos interruptores eléctricos separados, independientemen-te accionados, cada uno de ellos conmuta por medio de una varilla conectada a lacabeza del pistón, cuya posición se controla mediante la presión hidráulica en un ladoy por el otro lado por un muelle. Los interruptores se conmutan dependiendo de lapresión de entrada (ésta puede ser ajustada por medio de un tornillo), que aumentao disminuye la fuerza del muelle.Cuando se alcanza la presión de ajuste, los pistones comprimen los muelles y permi-ten que las varillas bajen, haciendo que los interruptores vuelvan a su posición normal.La utilidad de los interruptores sirve para mantener una presión máxima y mínimacontrolada.

Caudalímetros

Un caudalímetro es un instrumento colocado en un conducto o corriente que mideel caudal del fluido circulante. Se utilizan en general, en bancos de prueba o unida-des portátiles de chequeo, además suelen incluir manómetros y termómetros. En general se instalan en forma permanente en los equipos hidráulicos. Son muy úti-les para medir el rendimiento volumétrico de las bombas o para medir las fugas inter-nas (trafilación).El caudal que fluye por una tubería puede ser medido por un contador volumétrico, tur-bina, elementos flotantes y actualmente por medidores de caudal electromagnéticos. Entre los caudalímetros conocidos encontramos los siguientes:

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5 . 8 . 3

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109ACCESORIOS6

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• Los contadores volumétricos, son robustos, y tienen muybuena precisión, admiten una variación de viscosidad -por lomenos entre 30 y 100 cSt-. Su linealidad y seguridad de tra-bajo es muy elevada, y permiten seguir la medición aúncuando el sentido de circulación del fluido cambie.

• Los medidores de turbina, tienen la ventaja de poder fun-cionar también a altas presiones en ambos sentidos de flujo;se resisten notablemente con las variaciones de la viscosi-dad, especialmente cuando supera los 40 cSt.

• Los medidores de elemento flotante, son los más económi-cos, permiten medir también caudales bajos, y son práctica-mente insensibles a las partículas de suciedad, se resistensin embargo notablemente con las variaciones de viscosidady no admiten la inversión de flujo.

También podemos mencionar los caudalímetros electrónicos, que como hemos men-cionado anteriormente los instrumentos electrónicos han superado a los antiguoscaudalímetros de dial.Su funcionamiento se basa en la utilización de electrodos o magnetos inductivos. Susalida es transmitida directamente a un microprocesador que se encarga de codificaresa señal y transferirla a un display.

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Recuerde que...

En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomi-na viscosidad.

Termómetro

Para el control de la temperatura de servicio del fluido se utilizan termómetros en lasmás diferentes versiones, que son introducidos en el tanque.Si se desea mantener la temperatura de servicio del fluido constante, se puede utili-zar termómetros de conexión o termostatos, que según el caso ponen en funciona-miento el sistema de refrigeración o el de calentamiento.

Termómetro a distancia

Este aparato ha sido diseñado para medir temperaturas de fluidos en puntos distan-tes; inaccesibles a la vista o en lugares en los cuales motivos diversos imposibilitan elacceso durante la marcha del proceso.El bulbo, unidad sensible, se halla en la fuente de calor; mientras que el instrumento,unidad indicadora, se halla en un lugar más adecuado para permitir su lectura. Entreel bulbo y el instrumento se extiende un tubo capilar flexible por medio del cual unfenómeno físico transmite las variaciones de temperatura. Los rangos de temperatu-ra van desde -50ºC hasta 600ºC.

Termómetros bimetálicos

El termómetro bimetálico está compuesto de dos láminas metálicas, con coeficientesde dilatación diferentes; superpuestas formando una sola pieza. Al variar la tempera-tura del conjunto, se produce una deformación proporcional a la temperatura. En la práctica, la lámina bimetálica está enrollada en forma de espiral o hélice, con loque aumenta bastante la sensibilidad. El termómetro más utilizado es el de lámina helicoidal.Estos termómetros al estar construidos en acero en todas sus partes externas, sonideales para ser utilizados en plantasquímicas, petroquímicas, alimentarias,destilerías, o en todos los lugaresdonde se requiera resistencia a lacorrosión, durabilidad, respuesta rápi-da, precisión, y facilidad de lectura. Su caja puede ser girada a 360º conrelación a la salida, a la vez que puedeorientar el dial con respecto al bulbo,de manera que este quede a 90º oparalelo a la caja; pudiendo posicio-narse en cualquier ángulo intermedio,posibilitando de esta manera su instala-ción en lugares de difícil acceso. Encaso de estar sometido a vibracionespuede proveerse en baño de aceite(sólo rangos entre -20 y 160ºC).

También nombraremos los termómetros electrónicos, que son mucho más exactosque un termómetro a dial. Éstos pueden venir con una salida de tipo relay, o una ten-sión fija para cualquier aplicación. Su lectura se realiza por medio del sensor quemanda la señal recibida a un microprocesador, el cual se encarga de codificar la infor-mación y transferirla al display.

6 . 8 . 4

6 . 8 . 4 . 1

6 . 8 . 4 . 2

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Termómetros a dial.

111ACCESORIOS6

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Intercambiadores

En los circuitos hidráulicos, parte de la potencia ins-talada se transforma en calor al pasar el fluido portuberías y válvulas, es decir, el fluido se calienta. Si eltanque no logra irradiar la cantidad de calor produci-da, se tendrá un aumento de temperatura de serviciodeseada. El fluido debe ser refrigerado por un inter-cambiador de calor.El fluido antes de retornar a tanque pasa por un ser-pentín que está expuesto al flujo de aire refrigeran-te creado por un ventilador. Por el serpentín de estos refrigeradores, que estábañado en agua, circula el aceite de manera que se logra un intercambio de calor delaceite hacia el agua. Los refrigeradores de agua evacuan una mayor cantidad decalor que los refrigeradores de aire.

Calentadores

Para calentar el fluido de trabajo a la temperatura de servicio se deben utilizar cale-factores. Estos calefactores no son de empleo frecuente, con excepción de banco deensayos, laboratorios, utilización en zonas árticas, etc. El calentador puede estar ali-mentado por agua caliente. En este caso esta constituido por un serpentín montadosobre el o los filtros de depuración del fluido.

6 . 8 . 5

6 . 8 . 6

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113MICRO CAPACITACIÓN7

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Se entregan con una base de montaje en estructuras de perfiles de aluminio anodi-zados, y un exclusivo sistema de fijación de elementos de ajuste manual de un cuar-to de vuelta que permita su fácil re-ubicación o cambio, facilitando la tarea didácticadel capacitador y la asimilación de conceptos de los asistentes.

En cuanto a las posibilidades de expansión, se han contemplado diferentes módulosque permiten migrar de un modelo básico y llegar a implementar hasta un poderosoCentro de Estudio y Ensayo que incluya PC, interfaces para accionamiento de actua-dores, mobiliario, etc., cubriendo variadas tecnologías complementarias.

Material didáctico

Micro Capacitación realiza y comercializa una variedad de elementos didácticos degran flexibilidad, fácil montaje y re-ubicación o cambio, con posibilidades de expan-sión con módulos que permiten partir de un modelo básico, y terminar en un podero-so centro de estudio y ensayo.

Paneles serie DIDACTOEstos paneles están enteramente diseñados por MICRO en un desarrollo comparti-do por nuestros especialistas de Capacitación y de Ingeniería. Los componentes quese utilizan para su construcción son los mismos que adopta la industria de todo elmundo para la implementación de sus automatismos en una amplia gama de aplica-ciones y complejidades.

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CursosMicro Capacitación cubre un extenso rango de temarios en los cursos que dicta ensus aulas que, para tal efecto, posee en su edificio central. Pero también atiende losrequerimientos de la Industria y las instituciones educativas trasladándose con sulaboratorio móvil a las ciudades del interior, y otros países.

Software

Los softwares utilizados tienen como misión amalgamar la potencialidad de la infor-mática aplicada a la enseñanza de automatización. Puede clasificarse en:

1. Softwares de simulación, que pueden diseñar, ensayar y simular circuitos que incluyan componen-tes electrónicos, neumáticos e hidráulicos.

2. Softwares de cálculo, información técnica y selección de componentes adecuados para cada requisición técnica.

3. Softwares de presentaciones que, preparados por nuestros ingenieros, optimizan las charlas y las adecuan al medio al que van dirigidas.

Los referencia a los softwares de simulación, y con el fin de hacerlos interactivos, sedispone de interfaces que permiten físicamente hacer actuar a los elementos que sonvisualizados en el monitor de la computadora.

Material de soporteMicro Capacitación dispone de variados elementos didácticos para facilitar la trans-misión efectiva de los conceptos. Entre ellos se cuenta con componentes en corte,simbología para pizarra magnética, manuales, videos, transparencias, etc.

Manual de Hidraulica Industrial

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