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AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS, NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS
APUNTES DE HIDRÁULICA AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS, NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS “INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO ELECTROMECÁNICO DE MAQUINARIA Y CONDUCCIÓN DE LÍNEAS” 1er curso BLOQUE DE CONTENIDOS IV: HIDRÁULICA Profesores: Raquel Escribano Alcaide Pierre Clouet Pérez Pg 1 INDICE: Pg I. HIDRÁULICA 3 II. PRINCIPIOS DE LOS CIRCUITOS HIDRAULICOS 9 2.1 PRINCIPIOS DE LOS CIRCUITOS HIDRAULICOS 2.2 CALCULO DE ENERGIA Y POTENCIA HIDRÁULICA 2.3 CIRCUITOS HIDRÁULICOS BÁSICOS Y SUS COMPONENTES 2.4 GENERALIDADES FLUIDOS HIDRÁULICOS 2.5 ESTRUCTURA DE BLOQUES DE UNA INSTALACIÓN OLEOHIDRÁULICA III. ESTRUCTURA DE BLOQUES DE UNA INSTALACION OLEOHIDRÁULICA 20 3.1 BOMBA 3.2 DEPOSITO O TANQUE 3.3 VALVULAS 3.4 FILTROS 3.5 SIMBOLOGIA IV. MAGNITUDES FÍSICAS 40 V. 43 FALLOS MÁS COMUNES EN HIDRÁULICA VI. EJERCICOS 48 VII. BIBLIOGRAFIA 56 Pg 2 I. HIDRÁULICA La hidráulica es un sistema de transmisión de energía a través de un fluido. La palabra “Hidráulica” proviene del griego “hydor” que significa “agua”. Hoy el término hidráulica se emplea para referirse a la transmisión y control de fuerzas y movimientos por medio de líquidos, es decir, se utilizan los líquidos para la transmisión de energía. 1.1 APLICACIONES Las fuentes de energía mecánica suelen ser motores eléctricos o de explosión con movimiento rotativo; con esta energía, en la mayoría de máquinas, se desea obtener una diversidad de movimientos lineales y rotativos y de fuerzas de valores distintos; cuando la transmisión de esta energía se realiza mecánicamente se requieren gran cantidad de mecanismos para la transformación y regulación (embragues, reductores, bielas, frenos, etc., o incluso fuentes adicionales de energía), que implican un elevado coste y una considerable reducción en el rendimiento total del sistema. Cuando la transmisión de esta energía se realiza hidráulicamente, la transformación se consigue simplemente con tuberías y válvulas, consiguiendo, además, un elevado rendimiento. Gracias a la óleo-hidráulica se consigue que una sola fuente de energía produzca diversos movimientos simultáneos en una misma máquina. En la vida diaria encontramos muchas máquinas que disponen de accionamientos hidráulicos, sin necesidad de introducirse en ambientes industriales. En muchos casos, por su familiaridad, no relacionamos el aparato con su componente hidráulico, por ejemplo cualquier automóvil tiene sistemas hidráulicos para el circuito de frenado y la servodirección. Pg 3 Las principales ventajas de una transmisión hidráulica, en comparación con otra mecánica, son: Variación de la velocidad: La posibilidad de modificar la velocidad final del accionador Reversibilidad: La posibilidad de invertir el sentido de giro o de desplazamiento sin parada intermedia Protección: La posibilidad de incluir elementos de seguridad para la protección de los componentes Arranque y paro en carga: Simultaneidad: Ahorro de energía: Seguridad (1): Seguridad: La posibilidad de arrancar y/o parar el equipo con una carga acoplada La posibilidad de accionar diversos accionadores simultáneamente La posibilidad de consumir exclusivamente la energía requerida La posibilidad de separar las fuentes de energía de los accionadores La posibilidad de parar la máquina instantáneamente (1) Factor muy importante en determinados ambientes explosivos Pg 4 Transmisión mecánica Transmisión Motor eléctrico Motor de explosión hidráulica - Variación de la velocidad difícil difícil a partir de "0" - Reversibilidad (*) no si - Protección si si si - Arranque y paro en carga no no si - Simultaneidad difícil muy difícil si - Ahorro de energía no no si - Seguridad (1) muy difícil muy difícil si - Seguridad peligroso peligroso si (*) los que lo permiten precisan de una deceleración, hasta la parada completa antes de invertir el sentido giro Pg 5 1.2 PRINCIPIOS FÍSICOS 1.2.1 Presión: La presión (p) en cualquier punto es la razón de la fuerza normal, ejercida sobre una pequeña superficie, que incluya dicho punto. P = F/A [N/m2; kg/cm2] F = Fuerza en N A = Superficie en m2 En la mecánica de los fluidos, fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. En el Sistema Internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newton por metro cuadrado (N/m2): 1 N/m2 = 1 Pa (pascal) 105 Pa = 1 bar 1.2.2 Caudal: El caudal, es el volumen de fluido (litros, m3, cm3 , etc.) por unidad de tiempo (min, horas, etc.) que circula por una determinada conducción. Q=A.v [m3/s] A = Superficie en m2 V = velocidad del fluido (m/s) Para que exista un caudal debe existir una diferencia de presión entre dos puntos. Así, por ejemplo, el fluido presurizado contenido en un recipiente hermético NO circula hasta que no encuentra un punto por donde salir del recipiente (presión inferior a la del fluido); el fluido SIEMPRE circulará desde el punto de mayor presión hacia el de menor presión A pesar de su interrelación, debemos considerar que en un sistema oleohidráulico: Pg 6 El caudal y la presión son factores TOTALMENTE independientes En condiciones normales de trabajo existe una presión y un caudal, sin embargo puede haber caudal sin presión (la mínima para que se genere un movimiento del fluido) y puede haber presión sin caudal; en un sistema oleohidráulico: 1.2.3 Caudal Velocidad Presión Fuerza Viscosidad: Es la resistencia que opone un fluido al movimiento o a escurrir. Esta propiedad física está relacionada en forma directa con la temperatura. Si la temperatura aumenta, la viscosidad de un fluido líquido disminuye y al revés, si la temperatura disminuye la viscosidad aumenta. Según el Sistema Internacional de Unidades se entiende bajo Intensidad la “viscosidad cinemática” (Unidad: mm2/s) Los límites de viscosidad son importantes en la práctica: Una viscosidad demasiada baja (mucha fluidez) provoca fugas. La película lubricante es delgada, por lo que puede romperse más fácilmente. En ese caso disminuye la protección contra el desgaste. A pesar de ello, es preferible utilizar aceite de baja viscosidad, ya que por su menor fricción se pierde menos presión y potencia. Una viscosidad elevada (más consistencia) causa más fricción, lo que provoca pérdidas de presión y calentamiento especialmente en las zonas de estrangulamiento. De este modo se dificulta el arranque en frío y la segregación de agua, por lo que existe una mayor tendencia a desgaste por cavitación. Viscosidad cinemática Limite inferior 10 mm2/s Margen de viscosidad ideal 15 a 100 mm2/s Límite superior 750 mm2/s Pg 7 En las aplicaciones deberán tenerse en cuenta las características de la viscosidad de los fluidos en función de la temperatura, puesto que la viscosidad del fluido sometido a presión cambia según la temperatura Las características de la relación entre la viscosidad y la temperatura suelen ser expresadas mediante el índice de viscosidad (VI). Cuanto mayor es el índice de viscosidad de un aceite hidráulico, tanto menos varía su viscosidad o, en otras palabras, tanto mayor es el margen de temperaturas dentro del cual puede utilizarse el aceite. Pg 8 II. CIRCUITOS HIDRÁULICOS Figura 1 Un circuito hidráulico, sea simple o complejo, utiliza los siguientes principios hidráulicos básicos: 2.1 PRINCIPIOS DE LOS CIRCUITOS HIDRAULICOS La hidráulica consta de 5 principios: Un liquido puede asumir cualquier forma Un liquido es prácticamente incompresible Ley de Pascal Ley de Continuidad Teorema de Bernouilli Que desarrollaremos en los siguientes parágrafos. Pg 9 1. Un líquido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo (Fig. 2). Figura 2 2. Los líquidos son incompresibles. 3. La LEY DE PASCAL sostiene que cuando un fluido dentro de un contenedor es sometido a presión, la presión se transmite igualmente en todas direcciones y a todas las caras del contenedor. Éste es el principio que se usa para extender el apriete en un cilindro hidráulico (Fig. 3). F2 (N) F1 (N) S2 (m2) S1 (m2) Figura 3 Pg 10 LEY DE PASCAL 1 2 P1 F1 S1 P2 F2 S2 Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamaños, aumenta la ventana mecánica en la fuerza de trabajo (Fig. 4). Figura 4 LEY DE PASCAL 1 2 P1 F1 S1 P2 F2 S2 Como: S2 >> S1 F2 >> F1 Pg 11 4. LEY DE CONTINUIDAD Considerando a los líquidos como incompresibles y con densidad constantes, por cada sección de un tubo pasara el mismo caudal por unidad de tiempo Q1 Q 2 A1 v1 A2 v 2 Cuando las secciones de las conducciones son circulares D12 v1 D22 v2 5. TEOREMA DE BERNOUILLI El fluido hidráulico, en un sistema que trabaja contiene energía bajo tres formas: Energía potencial: que depende de la altura de la columna sobre el nivel de referencia y por ende de la masa del líquido. Energía hidrostática: debida a la presión. Energía cinética: o hidrodinámica debida a la velocidad Energía térmica: Disipación de calor por rozamiento del liquido con los elementos del sistema. El principio de Bernouilli establece que la suma de estas energías debe ser constante en los distintos puntos del sistema, esto implica por ejemplo, que si el diámetro de la tubería varía, entonces la velocidad del líquido cambia. Así pues, la energía cinética aumenta o disminuye; como ya es sabido, la energía no puede crearse ni destruirse, en consecuencia esta variación de energía cinética será compensada por un aumento o disminución de la energía de presión. Pg 12 2.2 CALCULO DE ENERGIA Y POTENCIA EN HIDRÁULICA 2.2.1 Energía potencial La Energia potencial (J) se calcula: W = m.g.h Con m = masa (Kg) g = gravedad (9,81 m2/s) h = altura del liquido (m) 2.2.2 Energía de presión La Energía de presión (J) se calcula W = p . V Con P = presión (Pa) V = variación del volumen (m3) La energía de presión corresponde a la energía absorbida para la compresión del líquido. La compresión asciende a 1 - 3% del volumen en consecuencia se trata de una compresión relativamente pequeña. La energía de presión es el resultado de la presión que el fluido opone a la compresión 2.2.3 Energía cinética La energía cinética viene determinada por la velocidad del flujo y por la masa W = ½ m .v2 Con m = masa en Kg v = velocidad en m/s Pg 13 2.2.4 Energía térmica La energía térmica en un sistema hidráulico es generada debido a la fricción W = V . p Con p = perdidas de presión por fricción (Pa) V = volumen desplazado 2.2.5 Potencia La potencia hidráulica viene determinada por la presión y el caudal volumétrico P = p. Q P = potencia (W = N/s) p = presión (Pa) Q = caudal (m3/s) Resumen de transformación de la potencia: Pg 14 Cavitación: La cavitación es la eliminación de pequeñísimas partículas en las superficies de los materiales. En los elementos hidráulicos (bombas y válvulas), la cavitación se produce en los perfiles agudos de los elementos de mando. Esta destrucción del material se debe a picos locales de presión y a rápidos y fuertes aumentos de temperatura. ¿Cuáles son las causas para los picos de presión y de temperatura? Si en un segmento de estrangulamiento aumenta la velocidad del caudal de aceite, se necesita energía cinética. Esa energía cinética implica una reducción de la energía de presión. De este modo pude provocarse una reducción de la presión en una zona de estrangulamiento, llegándose a producir una depresión. A partir de una depresión de -0,3 bar se forman burbujas del aire que escapa del aceite. Si a continuación vuelve a subir la presión a raíz de una reducción de la velocidad, el aceite invade repentinamente la zona ocupada por las burbujas de aire. Después del segmento de estrangulamiento, vuelve a subir la presión, las burbujas se rompen y entonces se produce la cavitación por las siguientes razones: Picos de presión: En el lugar en el que aumenta el diámetro se desprenden pequeñas partículas de la pared, provocando una fatiga del material y, posiblemente, su destrucción. Este proceso de cavitación es acompañado por ruidos considerables Pg 15 Combustión espontánea de la mezcla de aceite y aire: Al romperse las burbujas, el aceite las invade instantáneamente. Debido a la elevada presión implicada en este proceso y por la consecuente compresión del aire, surgen temperaturas muy altas. De esta manera puede producirse una combustión espontánea de la mezcla de aceite y aire en las burbujas, similar a la que puede observarse en los motores de gasóleo (Efecto diesel). 2.3 GENERALIDADES: FLUIDOS HIDRÁULICOS Misión de un fluido en óleo hidráulica 1. Transmitir potencia 2. Lubricar 3. Minimizar fugas 4. Minimizar pérdidas de carga Fluidos empleados Aceites minerales procedentes de la destilación del petróleo Agua – glicol Fluidos sintéticos Emulsiones agua – aceite El aceite en sistemas hidráulicos desempeña la doble función de lubricar y transmitir potencia. Constituye un factor vital en un sistema hidráulico, y por lo tanto, debe hacerse una selección cuidadosa del aceite con la asistencia de un proveedor técnicamente bien capacitado. Una selección adecuada del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los componentes del sistema, principalmente de las bombas y motores hidráulicos y en general de los actuadotes. Algunos de los factores especialmente importantes en la selección del aceite para el uso en un sistema hidráulico industrial, son los siguientes: 1. El aceite debe contener aditivos que permitan asegurar una buena característica anti desgaste. No todos los aceites presentan estas características de manera notoria. Pg 16 2. El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las características de lubricante y limitante de fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema hidráulico. 3. El aceite debe ser inhibidor de oxidación y corrosión. 4. El aceite debe presentar características antiespumantes. Para obtener una óptima vida de funcionamiento, tanto del aceite como del sistema hidráulico; se recomienda una temperatura máxima de trabajo de 65ºC. 2.4 CIRCUITOS HIDRÁULICOS BÁSICOS Y SUS COMPONENTES Si bien la disposición en los circuitos hidráulicos puede variar considerablemente en diferentes aplicaciones, muchos de los componentes son similares en su diseño o función. El principio detrás de la mayoría de los sistemas hidráulicos es similar al de los gatos hidráulicos. El aceite del depósito es empujado a través de una válvula anti-retorno dentro de una bomba de pistones durante el ciclo ascendente del pistón (Fig. 5). Figura 5 Pg 17 Cuando se empuja el pistón de la bomba hacia abajo, el aceite pasa por una segunda válvula anti-retorno hacia el interior del cilindro. Cuando la bomba es accionada hacia arriba y hacia abajo, el aceite entrante extenderá el apriete del cilindro. El cilindro de elevación se mantendrá en posición extendida porque la válvula anti-retorno se asienta por la presión que se ejerce sobre ella desde el lado de carga del cilindro. El cilindro retorna a la posición neutra al sacar de asiento o pasar por alto la válvula anti-retorno, lo cual permite que el aceite del cilindro retorne al depósito (Fig. 6). Figura 6 Como por lo general el desplazamiento de la bomba es menor que el del cilindro, cada tiempo de la bomba moverá el cilindro en una cantidad muy pequeña. Si se requiere que el cilindro se mueva más rápido, se debe aumentar el área de superficie del pistón de la bomba y/o la rapidez con que se acciona la bomba. El flujo de aceite (CAUDAL) da al cilindro su velocidad de movimiento y la presión de aceite genera la fuerza de trabajo. Atención: A pesar de su interrelación, debemos considerar que en un sistema oleohidráulico: El caudal y la presión son factores TOTALMENTE independientes Pg 18 En condiciones normales de trabajo existe una presión y un caudal, sin embargo puede haber caudal sin presión (la mínima para que se genere un movimiento del fluido) y puede haber presión sin caudal; en un sistema oleohidráulico: 2.5 Caudal Velocidad Presión Fuerza ESTRUCTURA DE BLOQUES DE UNA INSTALACION OLEOHIDRÁULICA Esquema: Circuito de presión: El aceite es mandado a presión desde la bomba hacia los elementos de trabajo. Presión de trabajo ≈ 100 bar (hasta 420 bar) Circuito de descarga: El aceite retorna desde los elementos de trabajo al depósito. Presión de trabajo ≈ 7 bar (hasta 30 bar) Circuito de aspiración El aceite es aspirado desde el deposito hacia la bomba. Presión de trabajo ≈ depresión (< 1 bar = aspiración) Pg 19 III. COMPONENTES: 3.1. BOMBA Hemos definido la Oleohidráulica como la ciencia que estudia la transmisión y el control de energía por medio de un fluido (líquido) presurizado, pero esta energía NO es generada por el sistema oleohidráulico, éste sólo la transmite. Por ello, en todos los sistemas oleohidráulicos se necesita una FUENTE de ENERGÍA; ésta puede ser de muchos tipos: tracción animal (bombas manuales), motores eléctricos o de explosión, o cualquier otro tipo de fuente de energía hidráulica, eólica o mecánica. Así una fuente externa de energía acciona una bomba, ésta la transforma en energía hidráulica, la cual, en forma de caudal y presión, es transportada por el fluido hidráulico hasta un elemento accionador, donde se vuelve a transformar en la energía mecánica necesaria para realizar un trabajo Las bombas hidráulicas son los elementos encargados de impulsar el aceite o líquido hidráulico, transformando la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica. El proceso de transformación de energía se efectúa en dos etapas: aspiración y descarga. Aspiración: Al comunicarse energía mecánica a la bomba, ésta comienza a girar y con esto se genera una disminución de la presión en la entrada de la bomba, como el depósito de aceite se encuentra sometido a presión atmosférica, se genera entonces una diferencia de presiones lo que provoca la succión y con ello el impulso del aceite hacia la entrada de la bomba. Descarga Al entrar aceite, la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y se asegura por la forma constructiva que el fluido no retroceda. Dado esto, el fluido no encontrará mas alternativa que ingresar al sistema que es donde se encuentra espacio disponible, consiguiéndose así la descarga. Pg 20 3.1.1. Clasificación de las Bombas: CAUDAL Atendiendo el tipo de caudal Constante (cilindrada constante) Caudal Variable (Cilindrada variable) El desplazamiento de fluido en cada cilindrada de una bomba de caudal fijo se mantiene constante en cada ciclo o revolución, pues el caudal es constante a una velocidad de trabajo determinada; por el contrario, el caudal de salida de una bomba de caudal variable puede cambiarse y alterar la geometría del elemento de bombeo o la cilindrada del mismo Caudal de una bomba: El caudal de una bomba esta determinado por la siguiente relación: CAUDAL = CILINDRADA * VELOCIDAD Q n V El caudal así obtenido es llamado caudal teórico, que es simplemente superior al caudal real en función del rendimiento volumétrico de la bomba, es decir de las fugas internas de la misma. Se define el rendimiento volumétrico como la relación entre el caudal real y el caudal teórico: Este rendimiento volumétrico oscila entre el 80 y el 99% según el tipo de bomba, su v Qreal Qteorico construcción y sus tolerancias internas, y según las condiciones especificas de velocidad, presión, viscosidad del fluido, temperatura, etc. Cuando se calcula el rendimiento total total de bombas, es necesario tener en cuenta el rendimiento volumétrico vol (Visto anteriormente) y el rendimiento hidromecánico vol (Perdidas de calor por fricción del liquido y de los elementos mecánicos) total vol hm Pg 21 Pues la potencia resultante se quedan en: Presión de Trabajo de una bomba Todos los fabricantes otorgan a sus bombas un valor denominado presión máxima de trabajo, algunos incluyen las presiones de rotura o la presión máxima intermitente, y otros adjuntan la gráfica de presión/vida de sus bombas. Estos valores los determina el fabricante en función de una duración razonable de la bomba trabajando en condiciones determinadas. Se debe saber que mientras no se conecte el orificio de salida de una bomba a un accionador que genere contrapresión, el accionamiento consumirá muy poca energía, y se limitará a suministrar el caudal determinado. Cuando exista la contrapresión, la energía para mover el émbolo incrementará en función de la presión que alcance el fluido. 3.1.2. Clasificación de las Bombas: CONSTRUCCION Atendiendo el tipo de construcción (Ver tablas adjuntas) Pg 22 Pg 23 Presión(bar) Trabajo / Momentánea Velocidad de giro (r.p.m.) Rendimiento % Axiales 250 / 400 750-3000 Norma: 1450 88-92 0.5 hasta 250 Bomba empleada a menudo en combinación con transmisiones hidrostáticas, sobre todo con potencias superiores a 30 C.V. Se instalará preferentemente (sumergida en recipiente de aceite) bajo el nivel de aceite. Radiales 350 / 700 750-3000 Normal: 1450 88-92 0.5 hasta 100 Utilización en instalaciones con alta presión de trabajo. Nivel de ruido medio. 80 / 200 900-5000 Normal: 1450-2900 75 15 hasta 3500 Muy silenciosa, suministra un flujo de aceite sin pulsaciones. Sensible a las alturas de aspiración-cavitación. Dentro de cada bomba se introducen dos ó tres husillos helicoidales. Tipo de bomba Pistones Bomba de husillo Cilindrada (cm³) Pg 24 Características 3.2. DEPÓSITO O TANQUE 1. Filtro de aeración 2. Tubería de retorno con filtro incluido. 3. Tapón de llenado de aceite 4. Tubería de aspiración de la bomba 5. Placa de separación zona retorno y aspiración. 6. Orificio de vaciado 7. Mirilla de nivel 8. Tapa superior del depósito La función natural de un tanque hidráulico es: Contener o almacenar el fluido de un sistema hidráulico Evacuar el calor Sedimentación Separación del aire Separación del agua Cuando el fluido regresa al tanque, una placa deflectora (5) bloquea el fluido de retorno para impedir su llegada directamente a la línea de succión. Así se produce una zona tranquila, la cual permite sedimentarse a las partículas grandes de suciedad, que el aire alcance la superficie del fluido y da oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque. La desviación del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada operación del tanque. Por esta razón, todas las líneas que regresan fluido al tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la línea de succión. Pg 25 3.3. VÁLVULAS Los sistemas hidráulicos lo constituyen: Elementos de información Órganos de mando Elementos de trabajo Para el tratamiento de la información y órganos de mando es preciso emplear aparatos que controlen y dirijan el flujo de forma preestablecida, lo que obliga a disponer de una serie de elementos que efectúen las funciones deseadas relativas al control y dirección del flujo del aceite. Las válvulas en términos generales, tienen las siguientes misiones: Distribuir el fluido Regular caudal Regular presión 3.3.1. VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS Son válvulas de varios orificios (vías) los cuales determinan el camino el camino que debe seguir el fluido bajo presión para efectuar operaciones tales como puesta en marcha, paro, dirección, etc. Representación esquemática Hay que distinguir, principalmente: 1. Las vías, número de orificios correspondientes a la parte de trabajo. 2. Las posiciones, las que puede adoptar el distribuidor para dirigir el flujo por una u otra vía, según necesidades de trabajo Funcionamiento de la válvula La válvula en estudio, corresponde a una válvula distribuidora de corredera 4/2, lo que significa que posee 4 vías (A, B, P y T) y 2 posiciones (con el conmutador hacia la derecha y con el conmutador hacia la izquierda). En la primera posición (figura 1) el conmutador comunica la línea de presión P con la línea de trabajo A y la línea de trabajo B queda comunicada con tanque T, por lo tanto el fluido que proviene de la bomba se dirige hacia A y el fluido de B retorna al tanque o depósito del sistema. En la segunda posición (figura 2) ocurre exactamente lo contrario, la línea de presión P queda comunicada con la línea de trabajo B y la línea de trabajo A se comunica con tanque T. Pg 26 A B P A P T Figura 1 B T Figura 2 Clasificación de las válvulas direccionales Esférico VALV. DE ASIENTO Disco Plano Longitudinal VALV. DE CORREDERA Corredera y Cursor Giratoria SISTEMA DE ASIENTO SISTEMA DE CORREDERA Pg 27 Centros de las válvulas direccionales A B P R Centro cerrado En este tipo de centro, todas las vías permanecen cerradas, lo que impide, por ejemplo, mover el vástago del cilindro manualmente. Además ya que la línea de presión está cerrada el fluido no encuentra más alternativa que seguir al estanque a través de la válvula de seguridad. Esta situación origina lo siguiente: el aceite debe vencer la resistencia que opone el resorte de dicha válvula por lo cual se eleva la presión hasta el nivel máximo, punto en el cual la válvula se abre y permite la descarga de la bomba a alta presión. Centro Tandem A B P R Aquí, en la posición central de la válvula direccional, se bloquean las conexiones de trabajo, por lo tanto el sistema no puede ser movido manualmente. Por otro lado, las conexiones de presión y tanque, están comunicadas, lo que permite que la bomba en esta posición descargue directamente al depósito y a baja presión. La reacción del sistema, cuando se ubica en una posición de trabajo es por lo tanto mas lenta que en el caso anterior. A B P R Centro flotante La posición central de la válvula direccional, mantiene comunicadas las líneas de trabajo con la línea de tanque, por lo que se encuentran a baja presión, el vástago puede ser desplazado manualmente. La conexión de presión se encuentra bloqueado por lo que el aceite no tiene mas alternativa que seguir hacia el depósito a través de la válvula de seguridad, elevándose por lo tanto la presión y se dice entonces que la bomba descarga a alta presión. Centro Abierto A B P R En este caso todas las vías están comunicadas, lo que significa en otras palabras, comunicadas con la línea de tanque, es decir, a baja presión. Dada esta situación, la bomba descarga también a baja presión. La reacción del sistema es más lenta que en todos los casos anteriores. Pg 28 3.3.2. ACCIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS Estos están referidos a la forma o el medio que se utiliza para desplazar el conmutador dentro de la válvula o el elemento de cierre. Pueden ser mecánicos (como muelles, rodillos, rodillos abatibles), manuales (pulsadores, palancas, pedales) y además accionados hidráulicamente. En los accionamientos del tipo mecánico y manual, es necesario aplicar una fuerza directamente sobre el conmutador ya sea con palancas resortes o pedales, entre otros, en cambio en los accionamientos hidráulicos es la presión de un fluido que actúa sobre el conmutador la que genera la fuerza necesaria para provocar el desplazamiento, por otro lado puede generar también fuerza, la depresión del fluido para desplazar el conmutador. 3.3.3. VALVULAS REGULADORAS DE CAUDAL Las aplicaciones de los reguladores de caudal (también reguladores de flujo) no están limitadas a la reducción de la velocidad de los cilindros o actuadores en general, pues además tienen gran aplicación en accionamientos retardados, temporizaciones, impulsos, etc. Los reguladores de caudal pueden se unidireccionales y bidireccionales. En los reguladores bidireccionales el flujo es regulado en cualquiera de las dos direcciones. Tienen su principal aplicación cuando se precisa idéntica velocidad en uno y otro sentido del fluido. Hay otros casos en los que se precisa que la vena fluida sea susceptible de regularse en una dirección, pero que quede libre de regulación en la dirección contraria. En estos casos se recurre al empleo de reguladores de caudal unidireccionales. Las válvulas reguladoras bidireccionales, representan en palabras simples, una estrangulación en el conducto por el cual fluye el fluido, con lo cual se le restringe el paso, sin embargo la válvula de regulación unidireccional, está constituida a su vez, por otras dos válvulas; una de retención y otra que permite regular el caudal. 3.3.4. VALVULAS DE PRESION Las válvulas de presión ejercen influencia sobre la presión del fluido o bien reacciona frente a valores de presión determinados. Las principales válvulas de presión son: 1. Válvula reguladora de presión (reductora de presión) Las válvulas reguladoras de presión reducen la presión de entrada hasta alcanzar el valor de una presión de salida previamente ajustada. Pg 29 2. Válvulas limitadoras de presión (o Válvulas de seguridad) Estas válvulas permiten ajustar y limitar la presión en un sistema hidráulico. La presión de mando es consultada en la entrada (P) de la válvula. Pg 30 Las válvulas limitadoras de presión funcional según el siguiente principio: La presión de entrada (p) actúa sobre la superficie del elemento de cierre de la válvula y genera la fuerza F = p1.A1 Si la fuerza de la presión de entrada es superior a la fuerza del muelle la válvula empieza abrir. Entonces, una parte del caudal fluye hacia el depósito. Si la presión de entrada continúa subiendo, la válvula sigue abriendo hasta que la totalidad del caudal de transporte fluye hacia el depósito. 3. Válvula de secuencia (control de presión) Estas válvulas permiten ajustar un valor de presión a partir del cual se quiere trabajar en una parte del circuito. 3.4. FILTROS Para prolongar la vida útil de los aparatos hidráulicos es de vital importancia emplear aceites limpios, de buena calidad y no contaminado. La limpieza de los aceites se puede lograr reteniendo las partículas nocivas o dañinas y efectuando los cambios de aceite en las fechas y periodos que establecen los fabricantes o que determinan las especificaciones técnicas del aceite y/o elementos del circuito. Los elementos que constituyen contaminantes para el aceite pueden ser entre otros: Agua Ácidos Hilos y fibras Polvo, partículas de junta y pintura Partículas desprendidas de los elementos mecánicos y el elemento que debe retener estos contaminantes es el filtro. Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos contaminantes; puede procurarse lo siguiente: Pg 31 1. 2. 3. 4. 5. En reparaciones, limpiar profusamente limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema cambiar el aceite contaminado periódicamente contar con un programa de mantenimiento del sistema hidráulico cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario Elementos filtrantes La función de un filtro mecánico es remover la suciedad de un fluido hidráulico. Esto se hace al forzar la corriente fluida a pasar a través de un elemento filtrante poroso que captura la suciedad. Los elementos filtrantes se dividen en dos tipos: de profundidad y de superficie. Elementos tipo profundidad Los elementos tipo profundidad obligan al fluido a pasar a través de muchas capas de un material de espesor considerable. La suciedad es atrapada a causa de la trayectoria sinuosa que adopta el fluido. El papel tratado y los materiales sintéticos son medios porosos comúnmente usados en elementos de profundidad. 1. Papel micronic. Son de hoja de celulosa tratada y grado de filtración de 5 a 160. Los que son de hoja plisada aumenta la superficie filtrante. 2. Filtros de malla de alambre. El elemento filtrante es de malla de un tamiz más o menos grande, normalmente de bronce fosforoso. 3. Filtros de absorción. Así como el agua es retenida por una esponja, el aceite atraviesa el filtro. Son de algodón, papel y lana de vidrio. 4. Filtros magnéticos. Son filtros caros y no muy empleados; deben ser estos dimensionados convenientemente para que el aceite circule por ellos lo mas lentamente posible y cuanto mas cerca de los elementos magnéticos mejor, para que atraigan las partículas ferrosas Elementos de tipo superficie En un elemento filtrante tipo superficie la corriente de fluido tiene una trayectoria de flujo recta, a través de una capa de material. La suciedad es atrapada en la superficie del elemento que está orientada hacia el flujo del fluido. La tela de alambre y el metal perforado son tipos comunes de materiales usados en los elementos de superficie. Grados de filtración Las partículas de suciedad se miden en m y en concordancia con ello también se indica el grado de filtración. Dicha graduación se clasifica de la siguiente manera Pg 32 Grado absoluto de filtración: Indica el tamaño de la partícula más grande que puede atravesar el filtro Grado nominal de filtración: Las partículas del tamaño nominal de los poros son retenidas por el filtro después de varios pasos Dimensión media de poros: Unidad para el tamaño promedio de los poros de un filtro según la fórmula de distribución de gauss Valor Indica la diferencia de la cantidad de partículas de un determinado tamaño que se encuentra en el lado de entrada y en el lado de salida del filtro. Grado de filtración Tipo de sistema hidráulico recomendado x en μm, siendo β x = 100 1–2 Para impurezas finas en sistemas altamente sensibles con gran fiabilidad; preferentemente en aviación y laboratorios 2–5 Para sistemas de mando y control sensibles y de alta presión; con frecuencia en la aviación, robots industriales y máquinas herramientas 5 – 10 Para sistemas hidráulicos de alta calidad y fiabilidad con previsible larga vida útil de sus componentes 10 – 20 Para hidráulica general y sistemas hidráulicos móviles; presiones medianas y tamaños intermedios. 15 – 25 Para sistemas de baja presión en la industria pesada o para sistemas de vida útil limitada 20 - 40 Para sistemas de baja presión con holguras grandes Tipo de Filtración Filtración del aceite de descarga: Los filtros para el aceite de descarga son montados directamente sobre el depósito de aceite. El cuerpo y el cartucho del filtro tienen que poder resistir picos de presión que se producen cuando se abren repentinamente válvulas grandes, o tienen que estar provistos de una válvula de desviación de respuestas rápida que dirija el aceite directamente hacia el depósito. Pg 33 Parámetros importantes: Presión de funcionamiento Caudal Grado de filtración Diferencia max. De depresión Δp Según el tipo, hasta máx. 30 bar Hasta 1300 l/min (en filtros incorporables al depósito) Hasta 3900 l/min (en filtros grandes para tuberías) 10 – 25 μm Hasta 70 bar, según el tipo de cartucho Filtración del aceite de aspiración: Estos filtros se hallan en la línea de aspiración de la bomba; con ello, el fluido hidráulico es aspirado del depósito a través del filtro. Grado de filtración: 60 – 100m. Este tipo de filtro se utiliza preferentemente en sistemas hidráulicos que no ofrecen garantías en relación con la pureza del aceite en el depósito. Su función principal consiste en proteger la bomba y tienen un bajo rendimiento de filtración ya que permite el paso de partículas de 0,06 a 0,1 mm. Además dificultan la aspiración del aceite por la bomba debido a una considérale disminución de la presión. Esta es la razón por la que estos filtros no pueden tener una mayor grado de filtración, ya que en ese caso generaría una depresión en la bomba con el consecuente efecto de cavitación. Filtro de presión: Estos filtros están ubicados en la tubería de impulsión del sistema hidráulico delante de elementos son sensibles a la suciedad, como por ejemplo válvulas o reguladores de caudal. Este filtro tiene que ser muy resistente, ya que está expuesto a la presión de trabajo máxima. Parámetros importantes Presión de funcionamiento Caudal Grado de filtración Diferencia máx. De depresión Δp Hasta 420 bar Hasta 330 l/min 3 – 5 μm Hasta 200 bar, según el tipo de cartucho Pg 34 Perdida de presión: Cualquier filtro provoca una perdida de presión. En este sentido, pueden aplicarse los siguientes criterios orientativos: - Filtro de presión: Filtro de descarga Filtro de aspiración p ≈ 1 hasta 1,5 bar p ≈ 0,5 bar p ≈ 0,05 a 0,1 bar Pg 35 3.5. SIMBOLOGIA 3.5.1. LINEAS Línea sólida - Principal ____________ Línea interrumpida - Piloto ---------------------- Línea punteada - Escape o línea de drenaje Línea de centros – Bloques o conjuntos -------------------- Líneas cruzadas (no es necesario intersección en un ángulo de 90°) hacer la Unión de líneas ó Línea flexible Flechas (cualquier flecha que cruza un símbolo a 45° indica ajuste o regulación) Pg 36 3.5.2. BOMBAS Dispositivo rotatorio básico Dispositivo rotatorio con puertos Bomba unidireccional de caudal constante Bomba bidireccional de caudal constante Bomba unidireccional de caudal variable Bomba bidireccional de caudal variable 3.5.3. MOTORES HIDRAULICOS Motor unidireccional de desplazamiento constante Motor bidireccional de desplazamiento constante Motor unidireccional de desplazamiento variable Motor bidireccional de desplazamiento variable 3.5.4. VALVULAS DIRECIONALES Una posición Dos posiciones Tres posiciones Posición de paso abierto Posición de Bloqueo de flujo Conexiones rectángulos) (pequeños segmentos en los Válvula 2 vías 2 posiciones (2/2) normalmente Válvula 2 vías 2 posiciones (2/2) normalmente cerrada abierta A A P P Pg 37 Válvula 3 vías 2 posiciones (3/2) normalmente Válvula 3 vías 2 posiciones (3/2) normalmente cerrada cerrada A A P P R Válvula 4 vías 2 posiciones (4/2) A P Válvula 5 vías 2 posiciones (5/2) B A R R P Válvula 4 vías 3 posiciones (4/3) Centro cerrado Válvula 4 semiabierto vías 3.5.5. A B P R 3 posiciones A B P R R (4/3) B R Válvula 4 vías 3 posiciones (4/3) Centro tandem A B P R Centro Válvula 4 vías 3 posiciones (4/3) Centro abierto A B P R ACCIONAMIENTO DE VÁLVULAS DIRECCIONALES 3.5.5.1. Manuales Pulsador Manual Pedal Palanca 3.5.5.2. Mecánicos Resorte Rodillo Rodillo abatible Enclavamiento Pg 38 3.5.5.3. Eléctrico Simple solenoide (1 sentido) Doble solenoide (1 sentidos) Doble solenoide (2 sentidos) 3.5.5.4. Neumático Directo por presión Indirecto por presión Directo por depresión Indirecto por depresión 3.5.5.5. Hidráulico Directo por presión Indirecto por presión Directo por depresión Indirecto por depresión 3.5.5.6. Otras válvulas Válvula reguladora de caudal bidireccional Válvula reguladora regulable Válvula reguladora de caudal unidireccional Válvula antirretorno de caudal bidireccional Pg 39 Válvula reductora de presión Válvula limitadora de presión acción directa Válvula limitadora de presión, acción indirecta Pg 40 IV.MAGNITUDES FÍSICAS PRESION MAGNITUDES FÍSICAS Pg 41 POTENCIA Pg 42 V. FALLOS MÁS COMUNES EN HIDRÁULICA Los sistemas hidráulicos no requieren de un trabajo extremadamente complejo para su mantenimiento y conservación, puesto que en ambos casos, se cuenta con medios lubricantes que protegen los elementos y accesorios de dichos sistemas. Cualquier sistema hidráulico puede dañarse, ya sea por hacerlo trabajar a una velocidad excesiva, por permitir que se caliente demasiado, por dejar subir en exceso la presión, o por dejar que el fluido se contamine. Un correcto mantenimiento de estos sistemas evitará que se produzcan averías o daños. Atendiéndose a un programa de cuidados periódicos se evitan muchos inconvenientes y deterioros. De ésta forma y corrigiendo pequeños problemas se puede evitar la ocurrencia de grandes averías. Lo primero que un mecánico debe hacer, es determinar en forma precisa el modo en que se presenta la avería. Con lo cuál le será fácil determinar si ésta obedece a causas de tipo mecánicas, hidráulicas o eléctricas. Si se realiza una comprobación sistemática y teórica, se puede ir rodeando la avería hasta controlar el punto que se cree es la causa. Se pueden distinguir: 1.- Averías de la secuencia y dirección de los movimientos de trabajo. 2.- Averías en las velocidades y regularidad de los movimientos de trabajo En el caso primero, la causa radica principalmente en averías del mando (sistema electrónico o elementos hidráulicos del pilotaje) En el segundo caso, dependen del caudal (bombas, compresores y reguladores de caudal) y del fluido (aceite, aire e impurezas en éstos) 5.1. FALLOS EN BOMBAS Y MOTORES La bomba o el motor hacen ruido Puede deberse a: Ingreso de aire a la aspiración Obstrucción en el tubo de aspiración Filtro de aspiración tapado Nivel de aceite bajo Bomba o motor con piezas gastadas La bomba o el motor se calientan Puede deberse a: Refrigeración deficiente Cavitación Obstrucción en el circuito Presión muy alta Velocidad de giro elevada Pg 43 La bomba no entrega caudal o lo hace en forma deficiente Puede deberse a: Árbol de la bomba roto Entrada de aire en la aspiración Nivel de aceite bajo Sentido de giro invertido Filtro obstruido Bomba descebada Fugas en la bomba o motor Puede deberse a: Estanqueidad deficiente de los sellos y juntas Fugas en el cuerpo Piezas gastadas La bomba o motor no gira Puede deberse a: Llega poco caudal Fugas internas Carga inadecuada Motor o bomba inadecuada Roturas de piezas internas Puede deberse a: Presión de trabajo excesiva Agarrotamiento por falta de líquido Abrasivos no retenidos por el filtro El motor gira más lento que el caudal que le llega Puede deberse a: Fugas internas Presión baja de entrada Temperatura muy elevada Desgaste excesivo de bombas y motores Puede deberse a: Abrasivos o barros en el líquido Exceso o falta de viscosidad Presión muy elevada de trabajo Desalineamiento del eje de la bomba o motor Pg 44 5.2. FALLOS EN VÁLVULAS Válvula reguladora de presión Regulador no regula o ajusta sólo a presión excesiva Puede deberse a: Muelle roto Muelle agarrotado Muelle desgastado Falta de presión Puede deberse a: Orificio equilibrador obstruido Holgura en el émbolo Émbolo agarrotado Muelle agarrotado Partículas que mantienen parcialmente abierta la válvula Cono o asiento gastado o en mal estado Sobrecalentamiento del sistema Puede deberse a: Trabajo continuo a la presión de descarga Aceite demasiado viscoso Fugas por el asiento de la válvula Válvula reguladora de Caudal Regulador no regula el caudal Puede deberse a: Muelle roto Regulador agarrotado Asiento defectuoso Mal estado de válvula antirretorno El caudal varía Puede deberse a: Émbolo agarrotado en el cuerpo de la válvula Aceite demasiado denso Suciedad del aceite Pg 45 Caudal inadecuado Puede deberse a: Válvula mal ajustada Carrera del pistón de la válvula restringida Canalización u orificios obstruidos Aceite muy caliente Válvula de retención Fugas Puede deberse a: Juntas en mal estado Conexiones flojas Asientos defectuosos Válvula agarrotada Puede deberse a: Contrapresión en drenaje Asiento defectuoso No hay drenaje Válvulas distribuidoras El distribuidor se calienta Puede deberse a: Temperatura elevada del aceite Aceite sucio Carrete agarrotado Avería en el sistema eléctrico Distribución incompleta o defectuosa Puede deberse a: Conmutador con holgura o agarrotado Presión de pilotaje insuficiente Electroimán quemado o defectuoso Muelle de centrado defectuoso Desajuste del émbolo o conmutador El cilindro se extiende o retrae lentamente Puede deberse a: El émbolo de distribución no se centra bien El émbolo de distribución no se corre al tope Cuerpo de válvula gastado Fugas en el asiento de la válvula Pg 46 Fugas en la válvula Puede deberse a: Juntas defectuosas Contrapresión en el drenaje Ralladuras en el conmutador y/o asiento de la válvula Conexiones defectuosas Carrete o conmutador agarrotado Puede deberse a: 5.3. Suciedad o contaminación en el fluido Aceite muy viscoso Juntas en mal estado Ralladuras FALLOS EN FILTROS Filtración inadecuada Puede deberse a: 5.4. Filtro obstruido Filtro inadecuado Mantenimiento inadecuado Exceso de suciedad en el aceite Al estar el conducto tapado se abre la VLP y el aceite pasa sin filtrar FALLOS EN CONECTORES Y TUBERÍAS Vibraciones Puede deberse a: Caudal pulsatorio de la bomba Aire en el circuito Regulación de la presión inestable Cavitación Tuberías mal fijadas Mala estanqueidad Puede deberse a: Juntas desgastadas o mal instaladas Conectores flojos o sueltos Mala instalación Tubería con tensiones. Pg 47 VI.EJERCICIO Aplicaciones hidráulicas Ejercicio1: a) Indica 2 ventajas de la hidráulica sobre la neumática b) Da 1 ejemplo práctico de utilización de la hidráulica Principio físico (Unidades, Fuerza, Presión y caudal) Ejercicio 2.: Realiza los siguientes cambios de unidades: (1 pt) a) b) c) d) e) f) g) h) 500 mm 5000 cm2 5 Kg 5 bares: 5 pascales 50 pascales 5 l/min 0,5 m3 m m2 N Pascales N/m2 Kg/m2 l/s dcm3 Disponemos de un cilindro cuyo émbolo tiene un diámetro 2,5 cm. El aceite hidráulico de la instalación se inyecta a una presión de 85 bares. Se pide): i) Calcular la fuerza que desarrolla el cilindro en el avance (expresar el resultado en Newtons y en Kilos) (0,5 pts) j) ¿Qué volumen de aceite se ha inyectado si el recorrido del vástago es de 120 mm? (expresar el resultado en litros y m3) k) Calcular el caudal necesario para que el cilindro salga en 10s (expresar el resultado en litros/min) Calcular el caudal de: l) Una instalación hidráulica donde el volumen entregado por la bomba hidráulica en un minuto es de 40 litros. m) Una instalación hidráulica cuyas tuberías tienen un diámetro de 5 mm y el fluido atraviesa las mismas con una velocidad de 0,75 m/s. n) Calcular el volumen desprendido por un grifo que queda abierto 10s y que tiene un caudal de 4,2 l/min o) Calcular el tiempo necesario para rellenar una piscina que tiene 105 l con un grifo que tiene un caudal de 4,2 l/min Pg 48 p) Determinar la velocidad de desplazamiento del liquido en una tubería si su caudal es de 4,2 l/min y la sección de tubo de 0,28 cm2 q) Calcular el caudal que debe producir la fuente de energia para que un cilindro de sección 8 cm2, 10 cm de desplazamiento salga en 1 minuto? Principio de los circuitos hidráulicos (Ley de Pascal, Ley de continuidad, Teorema de Bernoulli) Ejercicio 3.: Multiplicación de fuerzas Disponemos de un gato hidráulico que queremos utilizar para levantar un coche. El coche que debemos levantar tiene un peso de 1500 Kg. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza F1 que actúa sore el embolo? Magnitudes conocidas: Mc = 1500 Kg A1=40 cm2 A2 = 1200 cm2 Constatamos que F1 es demasiado grande para se accionada por una palanca manual. Si F1 = 100 , ¿Cuál deberá ser la superficie A2 del embolo? Queremos pues calcular la cantidad de palancas que deberemos dar para levantar el coche de 0,5 m altura suficiente para poder cambiar la rueda si utilizamos un gato hidráulico (ver esquema adjunto) y aplicando las fuerzas anteriores. Magnitudes conocidas (Caso 1) Magnitudes conocidas (Caso 2) A1 = 40 cm2 A2 = 1200 cm2 s1 = 15 cm A1 = 40 cm2 A2 = 6000 cm2 s1 = 15 cm Con s1 el desplazamiento de la palanca y del embolo respectivamente del gato hidráulico. Pg 49 En el caso de un cilindro de doble efecto es posible que surjan presiones demasiado elevadas por efecto de multiplicación si se bloquea la evacuación de la salida del líquido. Magnitudes conocidas (Caso 1) p1 = 10 bar A1 = 8 cm2 A2 = 4,2 cm2 Magnitudes conocidas (Caso 2) p1= 20 bar p2 = 100 bar A1 = 8 cm2 Calcular las presión p2 resultante si se bloquea la salida? Ejercicio 4: Ley de continuidad Determinar el caudal que fluye por esta tubería conociendo las siguientes magnitudes: v1 = 4 m/s v2 = 100 m/s A1 = 2 cm2 A2 = 0,08 cm2 Determinar la velocidad del flujo v1 en el conducto de alimentación y la velocidad v2 de avance del cilindro Q = 10 l/min d1 = 6mm d2 = 32 mm Pg 50 Ejercicio 5: Energía y Potencia 1. Energía potencial La Energia potencial (J) se calcula: W = m.g.h Con m = masa (Kg) g = gravedad (9,81 m2/s) h = altura del liquido (m) Calcular para las siguientes magnitudes la energía potencial: m = 100 Kg g = 9,81 m/s2 h = 2m 2. Energía de presión La Energía de presión (J) se calcula W = p . V Con P = presión (Pa) V = variación del volumen (m3) La energía de presión corresponde a la energía absorbida para la compresión del líquido. La compresión asciende a 1 - 3% del volumen en consecuencia se trata de una compresión relativamente pequeña. La energía de presión es el resultado de la presión que el fluido opone a la compresión Calculo del la Energía de presión a partir de los siguientes datos: P = 100 bar V = 0,001 m3 Pg 51 3. Energía cinética La energía cinética viene determinada por la velocidad del flujo y por la masa W = ½ m .v2 A partir de las magnitudes conocidas calcular la energía cinética: m = 100 Kg v1 = 4m/s Hacer el mismo calculo para v2 = 100 m/s 4. Energía térmica La energía térmica en un sistema hidráulico es generada debido a la fricción W = V . p Con p = perdidas de presión por fricción A partir de las magnitudes físicas conocidas calcular la energía térmica: p = 5.105Pa V = 0,1 m3 POTENCIA La potencia hidráulica viene determinada por la presión y el caudal volumétrico P=p.Q P = potencia (W = N/s) p = presión (Pa) Q = caudal (m3/s) Pg 52 Calcular la potencia del siguientes sistema p = 60 bar Q = 4,2 l/min Si tenemos la potencia y el caudal del sistema, cual seria su presión? P = 315 W Q = 4,2 l/min De la misma manera se podría calcular el caudal que da un sistema P = 150 W p = 45 bar REGIMEN DE CIRCULACIÓN DE LOS FLUIDOS El caudal puede ser laminar o turbulento Si el caudal es laminar el líquido fluye en el tubo en capas cilíndricas y ordenadas. A partir de determinada velocidad (Velocidad crítica), las partículas del fluido ya no avanzan en capas ordenadas (Forman remolinos). El caudal se vuelve turbulento y pierde energía térmica (por fricción). Pg 53 El coeficiente de Reynolds (Re) permite calcular el tipo de caudal que fluye por el tubo liso. Dicho coeficiente está en función de los siguientes parámetros: Velocidad del flujo del líquido v (m/s) El diámetro del tubo d (m) La viscosidad cinemática n (m2/s) v.d Re n Tendremos: un flujo laminar si Re < 2300 un flujo turbulento si Re > 2300 El valor 2300 es denominado coeficiente crítico de Reynolds (Recrit). Atención un caudal turbulento no vuelve de manera inmediata a un régimen laminar si el valor Re no baja hasta ½ Recrit. Ejercicio 5: ¿Cuáles son los tipos de caudal en los segmentos A1, A3, y A4 Pg 54 Magnitudes conocidas: v1 = 1 m/s v3 = 4 m/s v4 = 100 m/s n = 40 mm2/s d1 = 10 mm d3 = 5 mm d4 = 1 mm Ejercicio 6: Actuadotes Hidráulicos Un cilindro de diámetro interno de 76,2mm y una carrera de 400mm recibe 68 l/min, ¿Cuál es la velocidad del vástago del pistón? Un cilindro con un diámetro interno de 76,2 mm y una carrera de 900mm se debe extender en un minuto. ¿Qué caudal necesita? Un cilindro con diámetro interno de 254mm y una carrera de 600mm debe de mover una carga de 5610 Kg a través de su carrera, en 3 segundos. ¿Qué presión hidráulica se debe ejercer sobre el cilindro?, ¿Qué caudal se necesita? Pg 55 VII. BILIOGRAFIA HIDRÁULICA NIVEL BÁSICO TP-501/2000 Manual de Estudio FESTO HIDRÁULICA Instituto Universitario De Tecnología Industrial Automotriz Carrillo Guerrero, Jhon Alejandro. C.I.V-16420964 Arias Castellanos, Oscar Alfonso. C.I.V-16778794 TECNOLOGIA OLEOHIDRAULICA INDUSTRIAL Asociación Potencia Fluidica AGREGADO HIDRÁULICO PARA ENSEÑANZA Y PRÁCTICAS NG06 Manual de trabajo (Para la enseñanza y estudio de los conocimientos básicos sobre hidráulica) Segunda edición 1995 Editada por Hydraulik Ring, SL Pg 56
