Equilibrado de carga completo

4. Equilibrado de Carga Completo con Amortiguación de Masas
CorrectaA lo largo de algunas presentaciones iremos analizando una progresión de casos del
equilibrado de cargas con amortiguación de masas.
1. Equilibrado de carga simple
2. Equilibrado de carga incorrecto
3. Equilibrado de carga incompleto
4. Equilibrado de carga completo

Correcta
1. Equilibrado de carga simple
https://Equilibrado de carga simple

Correcta
https://Equilibrado de carga incorrecto
2. Equilibrado de carga incorrecto

Correcta
https://Equilibrado de carga incompleto
3. Equilibrado de carga incompleto

Correcta
4. Equilibrado de Carga Completo con Amortiguación Correcta
Caso que nos ocupa en esta presentación.

Correcta
En todos los casos aplicaremos una misma necesidad:
Subir o bajar una masa de 10.000 Kgr., colocados sobre una
plataforma de 1.500 Kgr.
Analizando también el caso de bajar solo la plataforma.
APLICACIÓN PRÁCTICA:

Correcta
EQUILIBRADO DE CARGA COMPLETO
CON AMORTIGUACIÓN DE MASAS CORRECTA
EN ESTA PRESENTACIÓN TRATAREMOS EL:

Correcta
Válvula de presión en función de
Equilibrado de la Carga
Una de las aplicaciones de uso que puede tener una válvula de acción
directa por relevo [Tipo “R”] es la de equilibrado de una carga así como
de una correcta amortiguación al detenerla bajando al transformar su
energía cinética en energía de presión.
Válvula de presión de acción
directa tipo “R” de doble
pilotaje interno y externo con
drenaje interno
Equilibrado de la Carga en Posición Inferior o Reposo

Correcta
N.112800m/s9,81Kgr11500gmL 2
sub. ≈⋅=⋅=
P1=3
P0=?
PM=3
Una de las aplicaciones de uso que puede tener una válvula de acción
directa por relevo [Tipo “R”] es la de equilibrado de una carga y su
posterior amortiguación al detenerla bajando.
Supongamos los datos para un supuesto con el que vamos a analizar
este equilibrado de la carga incorrecto con amortiguación. Datos que
fijaremos convenientemente para facilitar cálculos y tener una visión de
lo que ocurre.
Cilindro: S0 = 50 cm2
; S1 = 25 cm2
; Rmsub= Rmbaj= 0,96
Masa máxima a subir y bajar = 11.500 Kgr.
Masa plataforma= 1.500 Kgr. ; peso 14.700 N.
Masa Carga = 10.000 Kgr. ; peso 98.100 N.
Peso o Carga total L = 112.800 N.
Contrapresión estimada subiendo (S1/T) P0= 3 bar.
Perdida de carga impulsión subiendo (P/S0) PM-P0= 3+3=6 bar.(P/S0)
Perdida de carga impulsión bajando (P/S1) PM-P1= 3+1=4 bar.
Cilindrada de la bomba = 21,6 cm3/rev.
RVB = 0,94; RMB =0,96
Motor eléctrico = 1480 rpm

Correcta
P0=?
PM=3
bar.14)1
0,94
1
(262P
)1
Rm
1
(PP
)1
Rm
1
(
S10
L
S10
F
P
)1
Rm
1
(L
Rm
LRmL
F
LRmLFRm
LFRmLRm
FL
L
Rm
bar.226
500
112800
S10
L
P
Frj
sub
Lsub.Frj
sub0
sub.
0
rj
Frj
sub
sub.
sub
sub.subsub.
rj
sub.subsub.rjsub
sub.rjsubsub.sub
rjsub.
sub.
sub
0
sub.
Lsub.
=−⋅=
−⋅=
−⋅
⋅
=
⋅
=
−⋅=
⋅−
=
⋅−=⋅
=⋅+⋅
+
=
==
⋅
=
Calcularemos la presión de las fuerzas de rozamiento de las juntas una
vez que obtengamos la presión de la carga y, con ella, el rendimiento
mecánico del cilindro que en este caso de reposo (al ser estático el
rozamiento) es menor y lo consideraremos de Rm=0,94.
P1=3

Correcta
P0=213,5
PM=3
bar5,2135,114226P
5,1
2
3P
14)1
0,94
1
(262P
bar226
500
112800
S10
L
Pquepuesto
P
PPP
P
PPP
S10
SP10
S10
L
S10
F
P
SP10LFSP10
0
1
Frj
0
sub.
Lsub.
1
FrjLsub.0
1
Lsub.Frj0
0
11
0
sub.
0
rj
0
11sub.rj00
=+−=
===−⋅=
==
⋅
=
+−=
+=+
⋅
⋅⋅
+
⋅
=
⋅
+
⋅⋅+=+⋅ ⋅
ϕ
ϕ
ϕ
y
Calculadas la presión de la carga y la de las fuerzas de rozamiento de
las juntas, pasamos a establecer la ecuación de esfuerzos para
determinar la presión de P0 a máxima carga, equilibrando y en reposo.
Para ello igualamos las fuerzas resistentes o que se oponen al
movimiento, con las activas o que empujan; en lo que solemos
denominar ecuación de esfuerzos.
P1=3

Correcta
Calcularemos también, aplicando la ecuación de esfuerzos al mando
de la válvula, las posibilidades de que esta se abra y determinaremos
así el taraje de la misma.
Una vez equilibrada la carga, permanecerá retenida por la válvula de
equilibrado que, tarada a 235 bar., por encima de la presión de 210,5
que serían capaces de abrir Po y P1 en su acción combinada.
P0=213,5
PM=3
P1=3
La válvula de de equilibrado
de la carga, tarada a 235
bar.
Aguanta perfectamente.
Pues la presión combinada
de P1 y de P0 requiere de
210,5
5,210
S10
F
3)-5,132(83)-3(
P
S10
F
)P-P(
S
S
)P-P(
8
S
S
K;3P
FS)P-P(10S)P-P(10
:válvulaladeEcuación
P
M
Tv
P
M
10
P
A
D1
P
A
D
MP10AD1
=
⋅
=+⋅
=
⋅
=+⋅
===
=⋅⋅+⋅⋅
SP
SA
PD=3

Correcta
bar.242,561.59226P
P
P
P.PP
bar.9226235)1
Rm
1
(PP
bar.242,56236.5P
5,2365,1235
500
750
500
117500
P
50711750005P10
25310
0.96
112800
05P10
SP10
Rm
.L
SP10
SP10.Frj.LSP10
M
0
1
FrjLsubM
sub
Lsub.Frj
M
0
0
0
11
sub.
sub
00
11subsub00
=+++=
∆+++=
=−=−⋅=
=+=
=+=+=
+=⋅⋅
⋅⋅+=⋅⋅
⋅⋅+=⋅⋅
⋅⋅++=⋅⋅
ϕ
P0=236,5
PM=242,5
Presión de Taraje
Válvula de Seguridad
270 bar.
Al excitarse la bobina Y1 (Y1=1) el caudal de la bomba se dirige a la
superficie S0 para levantar la carga atravesando el antirretorno
incorporado a la válvula. El Rm mejora a 0,96 al ser dinámico.
Y1=1
Subida de la Máxima Carga y Presión Máxima
P1=3

Correcta
El caudal de la bomba al introducirse en la cámara llena de superficie
S0 generará una velocidad de ascensión de la carga de:
l/min.3094,097,31RQQ
l/min.97,31
1000
14806,21
1000
nV
Q
VBBUT
0
B
=⋅==
=
⋅
=
⋅
=
⋅
m/s1,0
506
30
S6
Q
v
0
UT
sub. =
⋅
=
⋅
=
Presión de Taraje
270 bar.
Subida de la Máxima Carga y Velocidad de la misma.
P0=236,5
PM=242,5
P1=3

Correcta
Al activarse el final de carrera FC1 se desexcitará Y1
Y desaparecerá la fuerza de empuje, quedando la carga y la fuerza de
rozamiento de las juntas para frenarla.
Durante el movimiento de ascensión de la carga, la masa de la carga
lleva una energía cinética (ligada al movimiento) de:
FC0
FC1
Hcinética
HHcinética
2
cinética
2
sub.cinética
FRJ)gm(E
FRJgmE
J.5,571,011500
2
1
E
)0v(m
2
1
E
∆⋅+⋅=∆
∆⋅+∆⋅⋅=∆
=⋅⋅=∆
−⋅⋅=∆
La Masa, con su Velocidad, lleva una Energía Cinética a Amortiguar
Presión de Taraje
270 bar.
P0=236,5
PM=242,5
P1=3

Correcta
En este caso: hasta detenerse con velocidad 0; la variación de la
energía cinética es absorbida por la variación de la energía potencial y
por el trabajo de las fuerzas de rozamiento de las juntas, o, dicho de
otra manera, por el trabajo de la carga y las fuerza de rozamiento
juntas.
FC1
P0=236,5
PM=242,5
P1=3
Hcinética
HHcinética
2
cinética
2
sub.cinética
FRJ)gm(E
FRJgmE
J.5,571,011500
2
1
E
)0v(m
2
1
E
∆⋅+⋅=∆
∆⋅+∆⋅⋅=∆
=⋅⋅=∆
−⋅⋅=∆
La Masa, con su Velocidad, lleva una Energía Cinética a Amortiguar

Correcta
Cuando se desexcita Y1 (Y1=0)
La masas seguirán ascendiendo a expensas de la energía cinética
mientras la energía potencial y el trabajo de las fuerzas de rozamiento
la absorben.
Se producirá una depresión en la cámara llena con absorción de aceite
antes de que el antirretorno se cierre para sujetar las masas.
La carga es de 112800 N.
Ahora calculáremos la fuerza de rozamiento de las juntas y el
sobredesplazamiento sobre el final de carrera FC1 que procurará la
amortiguación de las masas, el cual será minúsculo.
mm.0,49m.00049,0
117300
5,57
)117300(57,5
)4500112800(57,5
)FRJg(mFRJgm57,5
FRJdeTrabajoEpotencialEcinética
N.450050910SP10FRJ
H
H
H
Hsub.Hsub.H
0FRJsub.
===∆
∆⋅=
∆⋅+=
∆⋅+⋅=∆⋅+∆⋅⋅=
+=
=⋅⋅=⋅⋅=
Y1=0
Amortiguación o Absorción de la Energía Cinética de la Masa.
FC1
P0<0
PM=4
P1=3
[En este cálculo se ha considerado despreciable el frenado de la contrapresión en P1
Aunque es inicialmente importante, para ir decreciendo hasta ser nulo al final]

Correcta
Una vez en su posición elevada, la carga permanecerá retenida por la
válvula de equilibrado de la carga que, tarada a 235 bar. Que está por
encima de la presión de taraje mínima requerida por la acción
combinada de Po y P1 que es tan solo de 210,5
Equilibrado de Carga en Posición Superior
P0=213,5
PM=4
P1=3
SP
SA
PD=3

Correcta
Equilibrado de Carga en Posición Superior
P0=213,5
PM=4
P1=3
SP
SA
PD=3
La válvula de de equilibrado
de la carga, tarada a 235
bar.
Aguanta perfectamente.
Pues la presión combinada
de P1 y de P0 requiere de
210,5
5,210
S10
F
3)-5,132(83)-3(
P
S10
F
)P-P(
S
S
)P-P(
8
S
S
K;3P
FS)P-P(10S)P-P(10
P
M
Tv
P
M
10
P
A
D1
P
A
D
MP10AD1
=
⋅
=+⋅
=
⋅
=+⋅
===
=⋅⋅+⋅⋅
Una vez en su posición elevada, la carga permanecerá retenida por la
válvula de equilibrado de la carga que, tarada a 235 bar. Que está por
encima de la presión de taraje mínima requerida por la acción
combinada de Po y P1 que es tan solo de 210,5
Presión de taraje requerida

Correcta
Si excitamos Y2 (Y2=1), entonces el empuje de la bomba forzará a
abrir la válvula de equilibrado de la carga y, por tanto, esta bajará
siempre por efecto de ese empuje desde P1.
Como ya hemos dicho, la válvula de equilibrado de carga está tarada a
235 bar en su pilotaje interno. Se cumplirá, por tanto, la ecuación de
esfuerzos del cilindro, pero también la de la válvula, donde existe una
relación K= SA/SP de un valor que normalmente suele ser 8 aunque, a
veces, llega a 16. [SA= sección de apertura / SP= sección de pilotaje]
Y2=1
10
01
P
M
10
P
A
D1
P
A
D
M.P10AD1
11
0
10
01
baj.00baj.11
P7259P
235P24P7
S10
F
)P-P(
S
S
)P-P(
8
S
S
K;3P
FS)P-P(10S)P-P(10
bar.217
P
9226
P
P
450012800125P10P500
450050P1012800125P10
FRJSP10LSP10
cilindrodelEcuación
⋅−=
=+−⋅
⋅
=+⋅
===
=⋅⋅+⋅⋅
+=−+=
−+⋅⋅=⋅
+⋅⋅=+⋅⋅
+⋅⋅=+⋅⋅
ϕϕ
Bajando a Plena Carga
P0=?
PM=?
P1=?
PD=3

Correcta
abrir la válvula de equilibrado de la carga y, por tanto, esta bajará
siempre por efecto de ese empuje desde P1.
Como ya hemos dicho, la válvula de equilibrado de carga está tarada a
235 bar en su pilotaje interno. Se cumplirá, por tanto, la ecuación de
esfuerzos del cilindro, pero también la de la válvula, donde existe una
relación K= SA/SP de un valor que normalmente suele ser 8 aunque, a
veces, llega a 16. [SA= sección de apertura / SP= sección de pilotaje]
Y2=1
Bajando a Plena Carga
P0=219,8
PM=9,6
P1=5,6
8,2196,57259P
bar.6,5P
24P5,7
217
P
P7259P
ambasdoRelacionan
bar.P7259P7PKPP
2/SScilindrodellaSiendo
bar.217
P
9226
P
PP
P
P
0
1
1
1
10
11DTv0
10
11
FrjLsub.
1
0
=⋅−=
=
=⋅
+=⋅−=
⋅−=⋅−⋅+=
=
+=−+=−+=
ϕ
ϕ
ϕϕϕPD=3

Correcta
Y2=1
P0=36
PM=36
P1=32
BAJAR SIN
CARGA
Bajando Sin Carga
abrir la válvula de rodeo y retención de la carga y, por tanto, esta
bajará siempre por efecto de ese empuje y nunca por su propio peso.
Puesto que, como ya hemos dicho, la válvula de rodeo y retención está
tarada a 15 bar. Se cumplirá la ecuación de esfuerzos siguiente, en
donde consideraremos la fuerza de rozamiento de las juntas del mismo
valor que subiendo:
Como consecuencia
de la bajada de
presión en P0 , la
válvula de equilibrado
de la carga, debe abrir
más que a plena
carga.
PD=3
3620
P
P
bar.32P
239P5,7
20
P
P7259P
ambasdoRelacionan
bar.P7259P7PKPP
2/SScilindrodellaSiendo
bar.20
P
929
P
PP
P
P
29
0510
9.811500
P
1
0
1
1
1
10
11DTv0
10
11
FrjLsub.
1
0
Lsub
=+=
=
=⋅
+=⋅−=
⋅−=⋅−⋅+=
=
+=−+=−+=
=
⋅
⋅
=
ϕ
ϕ
ϕ
ϕϕϕ

Correcta
El caudal de la bomba al introducirse en la cámara anular de la
superficie S1 generará una velocidad de bajada de la carga de:
m/s2,0
526
30
S6
Q
v
1
UT
baj. =
⋅
=
⋅
=
Bajando a Plena Carga, Velocidad de Bajada
l/min.3094,097,31RQQ
l/min.97,31
1000
14806,21
1000
nV
Q
VBBUT
0
B
=⋅==
=
⋅
=
⋅
=
⋅
VOLVAMOS
A LA CARGA
PM=9,6
P0=219,8
P1=5,6

Correcta
Al activarse el final de carrera FC0 se desexcitará Y2
Y desaparecerá la fuerza de empuje, quedando solo la presión P0
frenando las masas, con la válvula de rodeo y retención cerrando
lentamente mientras intenta hacer una amortiguación incorrecta
mediante este subterfugio para ir reduciendo paulatinamente la
velocidad de bajada.
Durante este movimiento de bajada de la carga, las masas llevaban
una energía cinética:
FC0
]cmVv;bar.[PVOLcinética
36
3
3
2
24
2
VOLH1cinética
2
cinética
2
baj.cinética
3
OLTVVP
10
1
E
10
1
cm10
m1
]cm[
m1
cm10
]
cm
DN
[
VPSPE
J.2302,011500
2
1
E
)0v(m
2
1
E
=∆=∆⋅⋅=∆
==
∆⋅=∆⋅⋅=∆
=⋅⋅=∆
−⋅⋅=∆
factor
Y2=1
La Masa, con su Velocidad, lleva una Energía Cinética

Correcta
FC0
Y2=1
En este caso la variación de la Energía cinética es absorbida por la
variación de la Energía de presión
]cmVv;bar.[PVOLTVcinética
36
3
3
2
24
2
VOLTVH1TVcinética
2
cinética
2
baj.cinética
3
OLTVVP
10
1
E
10
1
cm10
m1
]cm[
m1
cm10
]
cm
DN
[
VPSPE
J.2302,011500
2
1
E
)0v(m
2
1
E
=∆=∆⋅⋅=∆
==
∆⋅=∆⋅⋅=∆
=⋅⋅=∆
−⋅⋅=∆
factor
La Masa lleva una Energía Cinética a amortiguar con Energía de Presión

Correcta
P0=235
PM=3
P1<3=0
Cuando se desexcita Y2 (Y2=0)
La masas seguirán descendiendo a expensas de la energía cinética
mientras la válvula de equilibrado de carga las va deteniendo
absorbiendo la energía cinética y convirtiéndola en energía de presión
a través de la válvula convertida en válvula de amortiguación.
A continuación calculáremos el volumen de aceite que pasa por la
válvula, y el sobredesplazamiento sobre el final de carrera FC1 que se
origina.
mm.1,96cm.0,196
50
9,8
S8,9
8,9
235
0032
Vv
Vv532
10
1
230
VvP
10
1
Epresión
EpresiónEcinética
H
H0
OL
OL
]cmVv;bar.[POLTV
3
OLTV
===∆
∆⋅=
==∆
∆⋅⋅=
∆⋅⋅=
=
=∆=
Amortiguación o Absorción de la Energía Cinética de la Masa.

Correcta
Por último, se cerrará la válvula y las masas se detendrán.
Equilibrado de Carga en Posición Inferior
P0=213,5
PM=3
P1=3

Correcta
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