El documento trata sobre la hidráulica. Explica que la hidráulica utiliza fluidos sometidos a presión para transmitir fuerzas y movimientos. Describe algunas aplicaciones comunes de la hidráulica como maquinaria industrial, de construcción y agrícola. También cubre conceptos básicos como la transmisión de fuerzas y desplazamientos a través de la hidráulica.
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¿Qué es la hidráulica?
La palabra hidráulica proviene del griego:
ὑδϱαυλικός << Hydraulikós >> → Tubo de agua
Hoy en día, se entiende por hidráulica:
Creación de fuerzas y movimientos mediante
fluidos sometidos a presión; estos fluidos son el
medio para la transmisión de energía.
Las aplicaciones de la hidráulica son clasificadas en:
Estacionarias
Móviles
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Aplicaciones de la Hidráulica:
Estacionaria
• Todo tipo de maquinas de producción
y montaje
• Líneas de transferencia
• Equipos de elevación y transporte
• Prensas
• Máquinas para moldear por inyección
• Laminadoras
• Elevadores
Introducción
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Introducción
Aplicaciones de la Hidráulica:
Móvil
• Maquinas para la construcción.
• Volquetes, palas mecánicas,
plataformas de carga.
• Sistemas de elevación y
transporte
• Maquinas para la agricultura.
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Ventajas de la hidráulica
Comparado con otras tecnologías, la hidráulica tiene las siguientes ventajas:
Es capaz de transmitir grandes fuerzas con elementos de pequeñas
dimensiones.
Exactitud en cuanto al posicionamiento.
Arranque desde cero con carga máxima.
Homogeneidad en los movimientos independientemente de la carga.
Permite trabajos y conmutaciones suaves.
Buena disipación de calor.
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Desventajas de la hidráulica
Contaminación por fugas de aceite (peligro de incendio o accidentes).
Sensible a la suciedad.
Peligros ocasionados por altas presiones.
Dependencia de la temperatura respecto a los cambios de viscosidad.
No obstante, la hidráulica ofrece las siguientes desventajas en comparación con otras
tecnologías:
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Conceptos básicos de la hidráulica
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Definición de Hidráulica.
Es la ciencia que estudia las
fuerzas y los movimientos
transmitidos por líquidos.
Básicamente la hidráulica genera
movimientos y controla fuerza.
Clasificación de la Hidráulica.
– Hidrostática.
• Estudia a los líquidos en
reposo
– Hidrodinámica
• Estudia a los líquidos en
movimiento.
Conceptos básicos
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Conceptos Básicos
La fuerza de los actuadores hidráulicos
esta determinada por la presión del
fluido.
La velocidad de los actuadores hidráulicos
está determinada por el caudal del fluido.
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Conceptos básicos: Multiplicador de fuerzas
Si una fuerza F1 se aplica sobre una superficie A1 de un líquido, se produce como
resultado una presión P1. Si, como en este caso, la presión actúa sobre una superficie
mayor A2, debe mantenerse una contrafuerza F2. Si A2 es tres veces mayor que A1,
entonces F2 también será tres veces mayor que F1.
1= 50mm
2= 500mm
F1= ¿?
F2= 1000N
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Conceptos básicos: Transmisión de desplazamiento
Si el émbolo de entrada de una prensa hidráulica recorre una distancia S1, se
desplazará un determinado volumen de fluido. Este mismo volumen, desplaza el
émbolo de salida la distancia S2. Si la superficie de este émbolo es mayor que la de la
entrada, la distancia recorrida S2 será más corta que S1.
D1=50mm
D2=500mm
S1= 300mm
S2= ¿?
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Conceptos básicos: Multiplicador de presiones
P1= 1bar
D1= 500mm
P2 = ¿?
D2 = 50mm F1 = F2
La presión P1 ejerce una fuerza F1 en la superficie A1, la cual es transferida a través del
vástago al émbolo más pequeño. Así, la fuerza F2 actúa sobre la superficie A2 y
produce la presión P2 en el fluido. Ya que la superficie A2 es menor que A1, la presión
P2 debe ser superior a P1.
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Forma básica de un sistema hidráulico
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Estructura de un sistema hidráulico
Potencia
Control
Alimentación
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Fuente de energía hidráulica
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Forma básica de un sistema hidráulico
P T
Válvula limitadora de presión
(Válvula de seguridad)
Línea de presión
Motor eléctrico
Línea de
retorno
Manómetro
Indicador de
nivel
Bomba hidráulica
Tubo de aspiración
Filtro de
retorno
Tanque
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Grupo hidráulico
Válvula limitadora de presión (Válvula de
seguridad)
Tapón de purga
Manómetro
Conexión eléctrica
Motor eléctrico
Tanque
Indicador de nivel
Descarga a tanque 2
Tapón de presurización / ventilación
Línea de presión (P)
Línea de retorno (T)
Capacitor de arranque
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Grupo hidráulico
Tubo de aspiración
Bomba hidráulica
Filtro de retorno
Línea de retorno
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Fuente de energía: Bombas y aceites
Cavitació
n Si el aceite es mineral éste contiene carbono, si es sintético no y en
consecuencia el fenómeno de cavitación disminuye considerablemente.
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Fuente de energía: Tipos de flujo
Laminar
– Es un liquido que fluye en el tubo en capas cilíndricas y ordenadas.
Turbulento
– Es un liquido que fluye con perturbaciones que provocan remolinos los cuales
producen perdida de energía.
Laminar
Turbulento
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Son elementos que transforman la energía hidráulica en energía mecánica.
FUNCIONAMIENTO
Actuadores de simple efecto
Actuadores de doble efecto
1.- ACTUADORES LINEALES
2.- ACTUADORES
GIRATORIOS
Elementos de trabajo hidráulicos
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Elementos de mando
Las válvulas son dispositivos que influyen en el paso, el bloqueo y dirección del
flujo de aceite.
Las válvulas controlan o regulan la presión y caudal, además toda válvula se
comporta como una resistencia.
Válvulas de vías.
Válvulas reguladoras de
presión.
Válvulas de antirretorno.
Válvulas reguladoras de caudal.
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Válvulas de 3 posiciones
Denominació
n
Centro Símbolo
4/3 Cerrado (P, A, B, T)
4/3 Derivación, Tándem, Abierto,
Recirculante (P – T A, B,)
4/3 Todo a tanque , en H (P – A –B –
T)
4/3 Flotante, Salidas a descarga
(P, A – B – T)
4/3 Regenerativo, By-Pass, Salidas a
presión (P – A – B T,)
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Elementos de mando: Principio constructivo
La simbología de los elementos hidráulicos nos muestra el comportamiento
de los componentes de manera funcional.
Sin embargo dicha simbología no nos indica la construcción interna que
tienen dichos elementos.
Ejemplo:
Válvula 2/2 con sistema de asiento.
Válvula 2/2 con sistema de corredera.
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Cierre hermético
poco sensible a la suciedad.
Configuración complicada en el caso
de válvulas de muchas vías.
Necesidad de compensar la presión.
Carrera de accionamiento corta.
Elementos de mando: Principio constructivo
Sistemas de asiento
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Elementos de mando: Principio constructivo
Sistemas de asiento
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Aceite de fuga
Sensible a la suciedad.
Configuración sencilla.
Compensación de presión.
Carrera de accionamiento larga.
Elementos de mando: Principio constructivo
Sistemas de corredera
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Elementos de mando: Principio constructivo
Sistemas de corredera
X Y
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¿Qué tipo de válvula es?
A B
P T
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Válvulas limitadoras de presión
Determina la presión máxima del
sistema hidráulico, es decir,
permiten ajustar y limitar la presión
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Ejercicio 002: Cucharón de vaciado
Un cilindro de doble efecto se encarga de
vaciar líquido de un depósito a otro.
El cilindro deberá ser accionado con una
válvula de vías de retorno por muelle,
para que el operario tenga que mantener
accionada la válvula durante el proceso
de apertura.
Al soltar la palanca que acciona sobre la
válvula, el cucharón vuelve a bajar.
La presión de funcionamiento es de
40bars
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Ejercicio 002: Cucharón de vaciado
A B
P T
P T
Ts
P
T
M1 M2
Medición en retraído
M1:
M2:
Medición en avance
M1:
M2:
Medición en
extendido
M1:
M2:
Medición en retroceso
M1:
M2:
0 bars
40 bars
0.8 bars
0.3 bars
40 bars
0 bars
2.5 bars
6 bars
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Ejercicio 003: Máquina excavadora
Se desea implementar un
circuito hidráulico para
controlar una pala
excavadora.
La posición se debe
manipular en cualquier
lugar y además evitar el
calentamiento del aceite.
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Ejercicio 003: Máquina excavadora
P T
Ts
P
T
A B
P T
P T
P
T
Centro Cerrado Centro Tandem, Abierto o Recircu
A B
P T
P T
Ts
A B
P T
P T
Ts
P
T
Centro Cerrado Centro Tandem, Abierto o Recirculante
A B
P T
Centro cerrado Centro tándem
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Válvulas antirretorno o de cierre
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Válvula de antirretorno con muelle
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Válvula de antirretorno desbloqueable
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Ejercicio 004: Horno de pintado en seco
Mantener un cilindro
extendido con una carga
para pintar, dentro del
horno.
El sistema no debe perder
el nivel y debe
posicionarse en cualquier
lugar.
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Ejercicio 004: Horno de pintado en seco
P T
Ts
P
T
A B
P T
B
A
X
Centro Flotante
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Válvulas reguladoras de caudal
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Válvulas reguladoras de caudal: De aguja
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Válvulas reguladoras de caudal: Helicoidal
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Válvulas reguladoras de caudal: Unidireccional
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Ejercicio 005: Dispositivo de sujeción
Se desea controlar la velocidad de trabajo en un banco para realizar la
sujeción de material a maquinar.
Avance lento y retorno rápido.
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Ejercicio 005: Dispositivo de sujeción
P T
Ts
P
T
A B
P T
A
B
Regulación a la entrada Regulación a la salida
P T
Ts
P
T
A B
P T
A
B
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Ejercicio 006: Grúa hidráulica
Se desea controlar la velocidad en una
grúa para levantar y bajar equipo
pesado.
El accionamiento debe ser a una
velocidad regulada evitando que la
misma carga hale el vástago del
cilindro.
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Válvula de contrabalance
Ejercicio 006: Grúa hidráulica
F= 1,500Kg A=200cm2
P= F / A
P= 1500Kg / 200 cm2
P=7.5 Kg/cm2
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El arreglo de contrabalance
Como generadora de carga.
Como contrabalance.
NOTA: Debe ajustarse 10% por
encima del valor en presión,
que genera la carga.
P
T
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Ejercicio 007: Taladro de banco
Un cilindro hidráulico controla el
avance vertical del cabezal del
taladro; éste debe acercarse
rápidamente hasta la pieza por ser
maquinada y automáticamente debe
cambiar a una velocidad baja y
regulable para hacer la perforación.
Para minimizar tiempos de maniobra,
el retroceso del cabezal debe
efectuarse a la máxima velocidad
posible.
El operador debe ser capaz de
detener el cabezal en cualquier
posición
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Ejercicio 007: Taladro de banco
P T
Ts
P
T
A B
P T
A
P
S1
S1
A
B
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Válvulas reguladoras de presión
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Válvulas reguladoras de presión de dos vías
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Válvulas reguladoras de presión de tres vías
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Ejercicio 008: Enderezador
Para minimizar tiempos de maniobra,
el retroceso del cabezal debe
efectuarse a la máxima velocidad
posible.
El operador debe ser capaz de
detener el cabezal en cualquier
posición.
Un cilindro hidráulico controla el avance vertical del cabezal del taladro; éste
debe acercarse rápidamente hasta la pieza por ser maquinada y
automáticamente debe cambiar a una velocidad baja y regulable para hacer la
perforación.
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Ejercicio 008: Enderezador
P T
Ts
P
T
A B
P T
A
P T
B
A
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Ejercicio 010: Motor hidráulico
Controlar la velocidad de rotación de un motor hidráulico que acciona el
husillo de una máquina de inyección.
M1
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Válvula reguladora de caudal con presión
compensada
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Ejercicio 010: Motor hidráulico
P T
Ts
P
T
A
P
P
A
B
A
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Ejercicio 011: Dispositivo de prensado
Se desea unir dos piezas a través de un
sistema de ensamblado. Primeramente el
cilindro A avanza hasta tocar la pieza
(saliendo completamente) y después el
cilindro B lo hace para presionar por abajo. El
accionamiento es manual y los dos cilindros
regresan una vez soltando al accionamiento.
Condiciones adicionales:
1) Emplear una sola válvula 4/2 para todo el
ciclo.
2) El cilindro B sale cuando A alcanza 40 bars
de presión.
A
B
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Ejercicio 011: Dispositivo de prensado
P T
Ts
P
T
A B
P T
P
T
B
A
Válvula de secuencia
Notas del editor
En las aplicaciones estacionarias son fijas y no se producen desplazamientos.
La hidráulica estacionaria suele utilizar electroválvulas.
En las aplicaciones móviles se producen movimientos, ya sea mediante ruedas o cadenas.
La hidráulica móvil se caracteriza por el hecho de que las válvulas son activadas manualmente (casi siempre son válvulas proporcionales).
Es parte de la hidromecánica y se clasifica en Hidrostática e Hidrodinámica.
Para análisis de fallas.- identificar en que parte del ciclo estoy (hidrostática o hidrodinámica)
Hidrostática Sr. Pascal es el que manda => Fuerza como producto de presión por área.
Hidrodinámica Ecuación de continuidad => Fuerza como producto de masa por aceleración.
La trasmisión de la potencia en hidráulica es equiparable a las leyes de las palancas-
El sistema es cerrado por lo tanto se aplica Pascal
La trasmisión de la potencia en hidráulica es equiparable a las leyes de las palancas-
Este arreglo se conoce como Booster.
La F1 y la F2 es la misma pero en sentido contrario por ser el mismo elemento.
Con esto se logran presiones de entre 10,000 o 15,000 lb/in2 o más para los que es corte por chorro de agua.
El problema aquí es el volumen.
La mayoría de estos Booster están construidos en acero inoxidable: 1) Por la presión que puede soportar comparado con otros materiales y 2) Por sus propiedades inoxidables
Los sistemas hidráulicos pueden estar formados en circuito abierto o en circuito cerrado.
El fluido hidráulico se utiliza como portador de energía.
Esta energía se convierte en energía mecánica a través de cilindros y motores hidráulicos.
El fluido hidráulico sin presión es devuelto al depósito o a la bomba hidráulica
---
Todo lo que se haga en el sistema es para controlar movimiento o fuerza.
Un sistema cerrado es cuando no hay tanque, va directo la línea a alimentar a la bomba.
Tener cuidado con el sentido de giro sobre todo cuando el motor se trifásico, ya que gira en sentido inverso y no habría presión.
Turbulento -> Incremento en la temperatura del aceite.
La diagonal significa que algo se le puede varia (presión, caudal, etc.).
Se puede variar la velocidad a la que gira la flecha (sin variar el caudal) por medio de un mecanismo externo
-
Las “comas” significa CERRADO
Los “guiones” significa CONECTADO
En las ranuras NO hay sellos u o-rings
La viscosidad del mismo aceite es las que hace el sello
Compensación de presión
La presión de aceite entra por abajo y se distribuye por la superficie X y ejerce una fuerza.
Pero también se distribuye por la superficie Y y ejerce la misma fuerza pero en sentidos opuestos
Con ello, la presión queda compensada y es fácil desplazar la corredera de la válvula
USAR EJEMPLO DE LA VALVULA EN LA PAGINA 194
Si quiero mover 100 con un área de 10 P=F/A P=100/10 P=10
Si quiero mover 250 con un área de 10 P=F/A P=250/10 P=25
Si quiero mover 500 con un área de 10 P=F/A P=500/10 P=50
Con esto se comprueba que la presión cae hasta el mínimo necesario para mover las cargas
Dependen de la viscosidad del fluido.
Se hace calentamiento del aceite. El aceite se calienta para ¿Disminuir la viscosidad?
Ya no dependen del caudal.
Son mucho más alto en costo que las de aguja.
En la hidráulica se suele regular el fluido de entrada al cilindro, ya que de lo contrario la válvula reguladora se comporta como carga externa restando una fuerza útil al cilindro.
FUERZA DE EMPUJE [Fe] P*A = 40*20 =800
FUERZA DE RETROCESO [Fr] P*A = 65*5 = 325
FUERZA DE ÚTIL [Fu] Fe-Fr = 800-325 = 475 // De los 800 de empuje que tiene el cilindro por el puro regulador se le están quitando 300, y la fuerza útil cae hasta los 475.
De momento sólo me interesa controlar el descenso.
OPCIONAL Puede mantenerse en cualquier posición
La limitadora del grupo hidráulico debe ajustarse a 60bars
La limitadora de seguridad debe ajustarse a 40bars
La limitadora de la válvula de contrabalance debe ajustarse a 30bars
Balancea la presión interna del cilindro con la carga.
Para el ajuste,éste debe ser 10% por encima del valor (en presión) que genera la carga. (Es muy importante saber cual es el valor de la carga y el área interna del cilindro.)
P = F/A = 15000/200cm2 = 7.5 kg/cm2 el 10% de 7.5 es 0.75
7.5+0.75 = 8.25 es decir +/-
Todavía un 20% es aceptable, más ya no. Por que esto hace que la presión necesaria para vencer a la válvula sea demasiado y con ello la presión en mi sistema hidráulico completo debe también de aumentar. Y todo esto para logra lo mismo.
Es necesario conocer bien los datos de la carga para poder calcular el ajuste de la válvula de contrabalance.
Si la presión que ejerce la carga supera a la que genera la válvula, ésta abriría por efectos de la carga. Perdiéndose el objetivo de la práctica.
Las válvulas limitadoras ABREN 10% antes de su valor ajustado.
Es mas usada la de tres vías que la de dos, ya que con la de dos si aumenta más la presión (mayor a la del resorte) no tiene forma de desfogar a tanque.
La de tres vías cuando la presión aumenta (mas que la del resorte) la fecha que parece que es bidireccional no es que sea bidireccional si no que el excedente se libera es decir que correo aceite de la salida hacia el tanque, pero en el símbolo no va a tanque. Esta normalizado y así se dibuja.
Ejemplo: Elevador hidráulico El elevador debe moverse a la misma velocidad con y sin carga; es decir, debe compensar la presión manteniendo la misma velocidad.
Hay que evitar que la presión excedente sea liberada a través de la válvula limitadora ya que si éste fuera el caso, si habría cambio de velocidad
Siempre que se trabaja con motores, es esencial que se ponga un check en la línea de presión.
Lo anterior ya que la inercia del motor tendería a regresar caudal a la bomba y esto podría introducir cavitación.
El arreglo de la válvula limitadora de presión junto con la check se le conoce como válvula de secuencia
El arreglo de la válvula limitadora de presión junto con la check se le conoce como válvula de secuencia