Explicación de la Salida Rápida de un cilindro. Y el enlace a un Libro de Excel para hacer cálculos.

1. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Aplicación práctica a un cilindro de movimientos simples
Con:
- SALIDA RÁPIDA [ SR ]
- ENTRADA [ E ]

2. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Enunciado del caso:
Un cilindro diferencial debe realizar movimientos
alternativos constantemente desde sus dos
captadores de posición. Realiza su trabajo con
igual carga tanto durante la salida del vástago
como durante la entrada, y con aproximada
velocidad.
Carga máxima = 20000 N.
Velocidad aproximada = 0,3 m/s
Carrera máxima = 600 mm.
La carga va guiada con conexión vástago carga
articulada, estando el cilindro totalmente anclado
tanto anterior como posteriormente por pies
tangenciales.
Kw6
1000
0,3m/sN20000
1000
vF
WnW
s.2
seg0.3
0,6mm
velocidad
carrera
tiempo
snecesidade =
⋅
=
⋅
==
===

3. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Dimensionado del cilindro
INTEGRACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS DE UN CILINDRO
Usando «el libro de excel» que podrán
descargar en este enlace:
Y luego yendo a su Hoja de Cálculo:
DIMENSIONES
Se introducen en ella las condiciones de
funcionamiento del cilindro: carga = 20000 N. ;
carrera = 600 mm. ; fijaciones tangenciales tanto
en la parte anterior del cilindro como en la
posterior; con la conexión vástago carga
articulada y la carga guiada; trabajo horizontal;
presión aproximada de 220 bars; con
coeficientes de seguridad de partida de 2,5. Si
es necesario, subiremos el coeficiente de
seguridad del vástago y variaremos la presión
estimada para seleccionar la ϕ del cilindro que
deseemos instalar.
Esto nos dará como resultado lo siguiente:

4. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Dimensionado del cilindro
Introducidos los datos en las celdas amarillas
Vemos que al introducir en el tramo de salida rápida la misma longitud que la carrera del cilindro nos lanza un aviso de
que debemos ir a la hoja: RENDIMIENTOS MEC.
Por lo que vamos a ella

5. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Dimensionado del cilindro
En la hoja de RENDIMIENTOS MEC. Vemos que tenemos un rendimiento para el movimiento de Salida Normal cuando no
existe dicho movimiento.
Luego lo anulamos
Y que tenemos un valor nulo en el rendimiento de Salida Rápida cuando en este caso existe salida rápida. Por lo que
se nos pide que introduzcamos algún valor no nulo.
Y lo hacemos

6. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Dimensionado del cilindro
En la hoja de RENDIMIENTOS MEC. Hemos anulado el rendimiento de la salida normal inexistente
Y puesto que teníamos un valor nulo en el rendimiento de Salida Rápida cuando en este caso sí existe salida rápida,
introducimos un valor de rendimiento y luego reintroducimos el valor aconsejado hasta estabilizarlo.
El resultado es el siguiente y se nos quitan las advertencias por lo que podemos volver a la hoja DIMENSIONES
Y lo hacemos.

7. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Dimensionado del cilindro
El valor que introduzcamos en PRESIÓN MÁXIMA ESTIMADA sólo es un valor para ajustar el DIAMETRO DEL TUBO y se nos
indicará un valor ORIENTATIVO que será función de la PRESIÓN MANOMÉTRICA MÁXIMA que sí será real.
Ha desaparecido la advertencia que nos solicitaba ir a la hoja RENDIMIENTOS MEC.
Aunque se nos mantiene el recordatorio de que para ajustar la “fi” ( ϕ ) del cilindro deberemos:
-Modificar el valor de la presión máxima estimada para modificar el DIAMETRO DEL TUBO
-Modificar el valor del coeficiente de seguridad del vástago para modificar el DIAMETRO DEL VÁSTAGO
Por lo que de esa manera estaremos modificando la relación “fi” ( ϕ ) del cilindro hasta obtener la deseada.
La PRESIÓN
MANOMÉTRICA MÁXIMA
es la presión real aceptada

8. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Dimensionado del cilindro
Conseguida la “fi” ( ϕ ) más próxima al valor 2 ; deseada para tener las velocidades de
salida rápida SR y entrada E con prácticamente la misma velocidad, ya podemos
continuar.

9. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Dimensionado del cilindro
El resultado de las dimensiones del cilindro es:

10. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Con las dimensiones del cilindro pasamos a la
siguiente Hoja de Cálculo de:
RENDIMIENTOS MEC.
Donde ya completamos los cálculos de las
secciones del cilindro y nos proponen los
rendimientos mecánicos a introducir.
2
2
1
2
0
vt
cm9,62Sv
1.96
cm10,01Scm19,63S
mm.35dmm.50D
=
=
==
==
ϕ
Dimensionado del cilindro

11. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Rendimientos mecánicos
Introducidos los rendimientos
que nos aconsejan
Rendimientos aconsejados
Obtenemos las presiones aproximadas

12. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Con los rendimientos mecánicos
introducidos,así como con las secciones
calculadas, determinamos la presión de la
carga y la presión del rozamiento de las juntas
del cilindro, para obtener, sumándolas, la
presión aproximada, de la que a su vez
depende el rendimiento mecánico que se
aconseja.
De esta forma ya hemos avanzado un nuevo
paso.
Rendimientos mecánicos
22821208P
22425200P
PPP
ENTRADAAPROXIMADA
NORMALSALIDAAPROXIMADA
ROZAMIENTOCARGALADEAPROXIMADA
=+=
=+=
+=

13. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Bomba impulsora
minutoporesRevolucionn
revoluciónporVolumenV
1000
nV
Q
0
0
BOMBA
=
=
⋅
=
El caudal de una bomba depende de su
cilindrada o tamaño nominal y del numero de
revoluciones por minuto del motor
Pierde, por tanto, un caudal de fuga qf que
emplea en lubricar sus mecanismos reduciendo
sus rozamientos mecánicos.
Toda bomba tiene un Rendimiento volumétrico y
un Rendimiento mecánico.
bvut
ovolumétric
QRQ
R
⋅=
m
b
m
mecánico
R
W
W
R
=

14. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Bomba impulsora
/rev.cm12,44V
rpm1450n
R
1000
nV
l/m7,321
l/m32,173,062,96Q
vS6Q
3
0
V
0
BOMBAUT.
RÁPIDASALIDAvBOMBAUT.
=
=
⋅
⋅
=
=⋅⋅=
⋅⋅=
Por tanto, teniendo en cuenta que necesitamos
una velocidad en la salida rápida de 0,3 m/s
(como dato de partida) y puesto que
disponemos de un cilindro de Sv= 9,62 cm2
Resulta que:

15. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Bomba impulsora
Consultado un catálogo de bombas
encontramos una de engranajes con dentado
externo de una cilindrada de 14,1 con un
rendimiento volumétrico de 0.96 y un
rendimiento mecánico de 0,94
Introducimos los datos en la hoja de cálculo:
BOMBA IMPULSORA
Y obtenemos los resultados de:

16. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Bomba impulsora
Se introducen las velocidades deseadas
Se indica la cilindrada necesaria Se introducen los datos de la bomba escogida por catálogo
Se indican las velocidades de salida establecidas por la bomba

17. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Velocidades y tiempos
Pasamos entonces a una una nueva hoja de
cálculo denominada:
VELOCIDADES & TIEMPOS.
E introducimos los tiempos de espera:
Que en este caso son todos nulos = 0 s.
Ya que los otros tiempos del ciclo, así como sus
velocidades y los caudales que generan de
retorno, nos son ya calculados:
v
tramo
t
S6
Q
v
=
⋅
=

18. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Velocidades & Tiempos
Obtenemos las velocidades y los tiempos de cada movimiento del ciclo
Introducimos los tiempos de espera tras los movimientos del cilindro

19. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Deducimos entonces los caudales que
circularán por cada tramo de tubería, generados
por la bomba directamente o por el cilindro
como retorno a tanque una vez conocido que el
caudal de utilización Qut del sistema es:
Qut =19,63 l/m
l/m48,381.9619,63QQ
vástagodeentradalaensalequecaudalQ
l/m19,63Q
vástagodeentradalaenentraquecaudalQ
l/m43,20
96,1
40,06Q
Q
vástagodesalidalaensalequecaudalQ
l/m40,06Q)
1
(Q
vástagodesalidalaenentraquecaudalQ
eese
se
ee
ee
esr
ssr
ssr
utesr
esr
=⋅=⋅=
=
=
=
===
=
=⋅
−
=
=
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
TuberíasDiámetros de tuberías

20. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Vamos entonces a la Hoja de Cálculo:
DIÁMETROS TUBERÍAS
Donde introducimos los valores de la densidad y la
viscosidad del aceite que vamos a utilizar.
En nuestro caso un Ester-fosfato que, a 50ºC tiene:
δ = 1,17 Kgr/dm3
y ν = 0,41 st.
Introducimos a continuación las velocidades de
circulación por tubería, siendo las aconsejadas:
-Aspiración = 0,5 m/s
-Drenajes = 1 m/s
-Retorno = 2 m/s
-Utilización 0 = 4 m/s
-Utilización 1 = 6 m/s
-Impulsión = 8 m/s
En este orden siempre creciente hacia tanque.
TuberíasDiámetros de tuberías

21. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Velocidades deseadas, que deberán ser crecientes de retorno a impulsión
Se introducen los datos del aceite Coeficiente de seguridad para el espesor
Diámetros de tuberías

22. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Diametros tuberías y
dimensiones según tubos de
acero sin soldadura
Las tuberías de ASPIRACIÓN
y
RETORNO A TANQUE
pueden ser, dada su baja
presión, de tubo de nylon
(poliamida)
Diámetros de tuberías

23. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Tramos de tubería
UTILIZACIÓN ( 0 )
IMPULSIÓN
UTILIZACIÓN ( 1 )
RETORNO A TANQUE

24. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Tramos de tubería
A
P
B
T
DISTRIBUCIÓN

25. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Tramos de tubería
Se introducen los datos de las longitudes de
los tramos
Los codos, las curvas y el racordaje en general se incluyen como
longitud equivalente.
El hecho de la ∆P TOTAL sea cero nos indica que estamos en un movimiento regenerativo y que
debemos seguir las flechas blancas para introducir los tramos del regenerativo correspondientes.

26. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Tramos de tubería
Se introducen los datos de las longitudes de
los tramos del regenerativo

27. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Perdidas de carga
Se selecciona un electro distribuidor según sus
límites de potencia teniendo en cuenta el
máximo caudal que va a pasar por él.
En nuestro caso: 40,06 l/m
Por eso escogemos un TN 10, pues de otro
modo tendríamos problemas con los límites de
potencia de conmutación de este émbolo que
comienzan a unos 30 l/m en la marca que
solemos utilizar para un TN6.
Este sobredimensionado necesario, nos dará
como resultado unas mínimas perdidas de
carga.

28. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Perdidas de carga
Se introducen los datos de las perdidas de carga de los
distribuidores según las curvas de los fabricantes
Se calcula el
% de las perdidas de
TUBERIAS y
% de las perdidas de
DISTRIBUIDOR.
La suma de ambos
porcentajes que es el
PORCENTAJE
TOTAL
debe estar entre el
5% y el 10% para ser
aceptable.
Por debajo del 5% es
excelente

29. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
TuberíasPresiones de los movimientos
Ahora ya estamos en disposición de poder
calcular las presiones de los movimientos del
ciclo de este cilindro.
Para ello vamos a la hoja de
PRESIONES & MOVIMIENTOS
Y en ella ya se calculan todas las presiones.
En este caso
La presión del movimiento de Salida Rápida:
239 bars
La presión del movimiento de Entrada
230 bars
La presión en los tiempos de espera
2 bars.

30. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
TuberíasPresiones de los movimientos
Presiones determinadas como la suma de:
Presión de la carga + Presión del rozamiento + Perdidas de carga

31. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Potencias y rendimiento total
PRESIÓN MANOMÉTRICA
MEDIA
RENDIMIENTO DEL
SISTEMA
POTENCIA DE NECESIDADES
MEDIA
POTENCIA PERDIDA
VOLUMÉTRICAMENTEPOTENCIA PERDIDA
MECÁNICAMENTE
POTENCIA MOTRIZ
MEDIA
Nos queda, por último, hacer un análisis del comportamiento
del sistema y determinar su rendimiento global

32. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
Potencias y rendimiento total
Determinando el rendimiento total, tras desglosarlo en la forma de rendimiento volumétrico y
rendimiento mecánico, este último consecuencia del cilindro y de la bomba.

33. Integración de Movimientos de un Cilindro diferencial [ SR y E ]
OLEOHIDRÁULICA INDUSTRIAL en facebook
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