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Gracias al movimiento cíclico constante de su parte móvil, una bomba de desplazamiento positivo es capaz de entregar un caudal constante de líquido y soportar (dentro de sus límites) cualquier presión que se requiera.
En otras palabras, una bomba de desplazamiento positivo genera caudal, pero a alta presión.
Una bomba de desplazamiento positivo consiste básicamente de una parte móvil alojada dentro de una carcasa. La bomba mostrada en la figura tiene un émbolo como parte móvil. El eje del émbolo está conectado a una máquina de potencia motriz capaz de producir un movimiento alternativo constante del émbolo. El puerto de entrada está conectado al depósito, en los puertos de entrada y salida, una bola permite que el líquido fluya en un solo sentido a través de la carcasa. Estas bombas las constituyen las del tipo oleohidráulico, es decir, bombas que además de generar el caudal, lo desplazan al sistema obligándolo a trabajar, este fenómeno se mantiene aún a elevadas presiones de funcionamiento.
Las bombas pueden clasificarse además dependiendo de la forma en que se desplaza la parte móvil de éstas; si el desplazamiento es rectilíneo y alternado, entonces se llamarán oscilantes, y si el elemento móvil gira se llamarán rotativas.
Se dice que una bomba es de desplazamiento no positivo cuando su órgano propulsor no contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola.
A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-cinética imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades. Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado que la misma regula la descarga, en el caso límite que la descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento NO generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el máximo consumo de fuerza motriz.
Por las características señaladas, en los sistemas hidráulicos de transmisión hidrostática de potencia hidráulica, NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo.
Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo, cuando su órgano propulsor contiene elementos móviles de modo tal que por cada revolución se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, independientemente de la contrapresión a la salida. En este tipo de bombas la energía mecánica recibida se transforma directamente en energía de presión que se transmite hidrostáticamente en el sistema hidráulico.
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a medida que la misma se obstruya, aumenta la presión en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la rotura de la bomba; por tal causal siempre se debe colocar inmediatamente a la salida de la bomba una válvula de alivio o de seguridad con una descarga a tanque y con registro de presión.
La bomba hidráulica (de engranajes u otro tipo),el motor eléctrico , el depósito, La válvula limitadora de presión (válvula de seguridad) y las tuberías rígidas y los racores.
La bomba de engranajes (1) está unida al motor eléctrico (3) por medio de un embrague (2). La bomba de engranajes, el deposito y a válvula de seguridad están unidos entre sí mediante tuberías rígidas. El extremo de las tuberías que penetra en el depósito se encuen¬tra por debajo del nivel del líquido, para que en ellas no pueda entrar aire.
Actividad : en esta página podrá encontrar todo tipo de componente hidráulico y de diferentes fabricantes http://www.olagorta.com
Para simplificar la representación gráfica de los elementos y tuberías en los sistemas hidráulicos se emplean símbolos. Cada símbolo muestra un elemento y su función, pero no el tipo de construcción. Para estandarizar su empleo, estos símbolos están normalizados
La norma ISO 1219 estandariza los elementos y símbolos para los sistemas fluido – técnico (como son los hidráulicos y neumáticos).
Bomba hidráulica (bomba de engranajes)
Elemento para transformar la energía mecánica en energía hidráulica
Bomba hidráulica con un sentido de flujo de impulsión.
Motor eléctrico (Con velocidad casi constante)
Depósito Ventilado; aquí, con dos tuberías debajo del nivel del líquido
Tuberías
Los elementos hidráulicos se unen mediante tuberías: Tubería de trabajo (1) (para transmitir energía) o tubería de retorno, Tubería de pilotaje (2) (para accionar elementos hidráulicos) y tubería de fuga (3) (para la salida de las fugas de líquido que se producen)
Uniones de tuberías desmontables (p. ej, por rosca), fijas (p. ej, soldadas)
Cruce de tuberías
Tuberías cruzadas que no están unidas
Válvula limitadora de presión
Válvula para limitar fa presión de trabajo (será tratada en el siguiente ejercicio)
Válvula de cierre
Bloquea el paso del líquido en el sistema hidráulico
Grupo de accionamiento
Bomba hidráulica (1) y motor eléctrico (2) sobre un eje (3); Válvula limitadora de presión (4) (válvula de seguridad);
Depósito (5); tuberías; (6) debajo del nivel del líquido. Se distingue como unidad por el marco de puntos y trazos (7), el manómetro y la tubería de succión.
Actividad: Observar detenidamente de FESTO Hydraulics “BOMBA, VLP, DEPOSITO Y FILTRO” https://youtu.be/LQiA5Wpyhb4
Los filtros hidráulicos son el componente principal del sistema de filtración y de refrigeración de una máquina hidráulica, de lubricación o de engrase.
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.
El sistema hidráulico del equipo pesado o maquinaria industrial es lo que termina haciendo el trabajo pesado. Cada partícula de desgaste del sistema reduce la eficiencia del equipo y aumenta el costo de operación. La sustitución de filtros solamente por la equivalencia de rosca o la empaquetadura puede producir serios daños, ya que los filtros hidráulicos tienen que resistir altas presiones y filtrar partículas muy pequeñas.
El filtraje del líquido a presión en las instalaciones tiene gran importancia para conservar las funciones y la duración de los equipos hidráulicos. La abrasión metálica, la abrasión de los elementos de estanqueidad, el polvo y la suciedad del aire se entremezclan con el líquido a presión, especialmente durante el rodaje. Estas partículas, más o menos grandes, deben ser filtradas continuamente, pues de lo contrario obstruirán poco a poco los conductos y las aberturas importantes de la instalación. Las perturbaciones producidas pueden ser grandes. Las impurezas producen un desgaste muy grande en las piezas móviles de la instalación hidráulica. Los filtros de tamiz imantado garantizan un filtraje suficiente con el montaje de un elemento filtrante consistente en un tejido de alambre de malla estrecha preimantado y un fuerte imán.
El propósito de la filtración no es solo prolongar la vida útil de los componentes hidráulicos, si no también evitar paradas producidas por la acumulación de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las modernas válvulas y servoválvulas. 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
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:
•1. En reparaciones, limpiar profusamente
•2. Limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
•3. Cambiar el aceite contaminado periódicamente
•4. Contar con un programa de mantenimiento del sistema hidráulico
•5. Cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
El filtro mostrado al lado está previsto para ser montado en la tubería de retorno,
Se diferencia entre:
Filtraje por aspiración
El filtro se monta en la tubería de aspiración, se emplea para proteger la bomba de daños producidos por cuerpos ajenos se pueden producir daños por cavitación, (véase el ejercicio: Motor hidráulico) cuando los filtros están sucios. En muchos casos se opta por usar una coladera que es una malla metálica que evita solo que partículas metálicas ó sólidas ingresen a la bomba sin causar mucha restricción.
Filtraje de presión
El filtro se monta en la tubería de presión para proteger los elementos hidráulicos (p. ej., válvulas servopilotadas) contra cuerpos ajenos, (se utiliza poco).
En la figura vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante de la válvula reguladora de presión y alivio. Estos filtros deben poseer una estructura que permite resistir la máxima presión del sistema. Por seguridad deben poseer una válvula de retención interna. La máxima perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI.
Filtro en línea
Filtraje de retorno
El filtro se monta en la tubería de retorno (es el más empleado)
Filtro de retorno
Símbolo según ISO 1219
Filtro con indicador de acumulación de impurezas
La válvula abre el paso por el cheque cuando el filtro está sucio
COMPONENTES DE UN DE FILTRO
En general, los filtros están constituidos por un conjunto formado por:
•El elemento filtrante o cartucho.
•La carcasa o contenedor.
•Dispositivo de control de colmatación.
•Válvulas de derivación, antirretorno, purgado y toma de muestras.
•En el caso de los strainers, el propio elemento filtrante puede ser el único componente si se sitúa en el extremo de una línea de aspiración, normalmente sumergida en el depósito del fluido.
UBICACIÓN DE LOS FILTROS HIDRÁULICOS
•Filtro de impulsión o de presión
situado en la línea de alta presión tras el grupo de impulsión o bombeo, permite la protección de componentes sensibles como válvulas o actuadores.
El filtro se monta en la tubería de presión para proteger los elementos hidráulicos (p. ej., válvulas servopilotadas) contra cuerpos ajenos, (se utiliza poco). En la figura vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante de la válvula reguladora de presión y alivio. Estos filtros deben poseer una estructura que permite resistir la máxima presión del sistema. Por seguridad deben poseer una válvula de retención interna. La máxima perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI.
•Filtro de retorno:
en un circuito hidráulico cerrado, se emplaza sobre la conducción del fluido de retorno al depósito a baja presión o en el caso de filtros semi-sumergidos o sumergidos, en el mismo depósito. Actúan de control de las partículas originadas por la fricción de los componentes móviles de la maquinaria.
•Filtro de succión:
llamados también strainers, se disponen inmediatamente antes del grupo de impulsión a manera de proteger la entrada de partículas al cuerpo de las bombas.
El filtro se monta en la tubería de aspiración, se emplea para proteger la bomba de daños producidos por cuerpos ajenos se pueden producir daños por cavitación, cuando los filtros están sucios. En muchos casos se opta por usar una coladera que es una malla metálica que evita solo que partículas metálicas ó sólidas ingresen a la bomba sin causar mucha restricción.
•Filtro de llenado:
se instalan, de manera similar a los filtros de venteo, en la entrada del depósito habilitada para la reposición del fluido hidráulico de manera que permiten su filtración y la eliminación de posibles contaminantes acumulados en el contenedor o la línea de llenado de un sistema centralizado.
MICRONAJE Y EFICIENCIA DEL FILTRO HIDRÁULICO
La contaminación del aceite es el enemigo número uno del equipo.
Los estudios de los fabricantes indican que el nivel de contaminación es directamente relacionado a la vida útil del equipo.
Los análisis normales de aceites usados nos indica el estado básico de contaminación en partes por millón, nivel de aditivos, desgaste, etc.
Éste análisis normalmente mide las partículas menores a 5 micrones .
Una vez que tenemos un control básico, se recomienda hacer el conteo de partículas junto con el análisis básico del aceite.
Para evaluar el grado de contaminación de partículas, se desarrolló la Tabla ISO 4406.
Para evitar que los aceites entren en contacto con elementos contaminantes; puede procurarse lo siguiente:
1. En reparaciones, limpiar profusamente
2. Limpiar el aceite antes de hacerlo ingresar al sistema
3. Cambiar el aceite contaminado periódicamente
4. Contar con un programa de mantenimiento del sistema hidráulico
5. Cambiar o limpiar los filtros cuando sea necesario
Toda instalación hidráulica tiene un depósito que ha de satisfacer diversas tareas:
La principal función del depósito o tanque hidráulico es almacenar aceite, aunque no es la única. El tanque también debe eliminar el calor y separar el aire del aceite. Los tanques deben tener resistencia y capacidad adecuadas, y no deben dejar entrar la suciedad externa.
1)Filtro de aire, 2) Empalme de retorno , 3)Tapa desmontable , 4)Tornillo de la abertura de llenado, con varilla indicadora de nivel y cesta de tamiz, 5) Tubo de aspiración , 6) Tornillo de purga de líquido , 7) Mirilla de control (nivel máximo) , 8) Mirilla de control (nivel mínimo) , 9) Tubo de retorno, 10) Chapa tranquilizadora, 11)Bomba .
Racor de llenado (4)
Debería tener siempre un tamiz de malla, a fin de cribar sustancias ajenas al rellenar el depósito.
Tornillo de purga (6)
Debería hallarse en el lugar más bajo del depósito. En caso de sustituir el líquido, limpiar el depósito y el filtro.
Verificación del nivel del líquido (7 y 8)
El nivel del líquido se verifica continuamente por medio de la varilla indicadora o por la mirilla de control. Los niveles mínimo y máximo deberían estar marcados.
Purga de aire (1)
Todo depósito debe disponer de un sistema suficiente de aireación y desaireación, provisto de un filtro de aire. Es necesario airearlo y desairearlo, para que la presión atmosférica pueda actuar sin ningún impedimento sobre el nivel del líquido, con el objeto de que la bomba pueda aspirar y el aceite se mantenga sin burbujas de aire.
Chapas tranquilizadoras (10)
Dividen el depósito en una cámara de aspiración y otra de retorno. En ésta última, el líquido puede tranquilizarse y los cuerpos ajenos pueden depositarse.
Componentes de un depósito hidráulico
Una placa deflectora para evitar que el fluido que retorna ingrese inmediatamente al circuito a alta temperatura y a la vez para evitar turbulencias en la alimentación.
Una cubierta de limpieza para el acceso de mantenimiento.
Un conjunto de respiradero de filtro para permitir el intercambio de aire libre de impurezas.
Una apertura de relleno bien protegida del ingreso de contaminantes.
Un indicador de nivel que permita monitorear los niveles superiores e inferiores de fluido.
Conexiones y fittings adecuados para las tuberías de alimentación, de retorno y de drenaje.
Tipos de Depósitos
Los dos tipos principales de tanques hidráulicos son: tanque presurizado y tanque no presurizado.
Tanque presurizado
El tanque presurizado está completamente sellado. La presión atmosférica no afecta la presión del tanque. Sin embargo, a medida que el aceite fluye por el sistema, absorbe calor y se expande. La expansión del aceite comprime el aire del tanque. El aire comprimido obliga al aceite a fluir del tanque al sistema. La válvula de alivio de vacío tiene dos propósitos: evita el vacío y limita la presión máxima del tanque. La válvula de alivio de vacío evita que se forme vacío en el tanque al abrirse y permite que entre aire al tanque cuando la presión del tanque cae a valores próximos a 3,45 kPa. Cuando la presión del tanque alcanza el ajuste máximo de presión de la válvula de alivio de vacío, la válvula se abre y descarga el aire atrapado a la atmósfera.
Tanque no presurizado
El tanque no presurizado tiene un respiradero que lo diferencia del tanque presurizado. El respiradero permite que el aire entre y salga libremente. La presión atmosférica que actúa en la superficie del aceite obliga al aceite a fluir del tanque al sistema. El respiradero tiene una rejilla que impide que la suciedad entre al tanque.
Símbolos según ISO 1219 Depósito, ventilado, con una tubería por debajo del nivel del líquido
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 actuadores.
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 antidesgaste. No todos los aceites presentan estas características de manera notoria.
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.
Actividad: realizar la lectura del capitulo 3 del manual de estudio TP501 sobre fluidos hidráulicos y estudiar su clasificación, inflamabilidad y limites de viscosidad.
HH : Aceites minerales sin aditivo, estos son productos de costo relativamente bajo que pueden ser usados en sistemas no críticos.
HL: Aceites minerales que contienen antioxidantes, estos aceites tienen una vida útil mas larga y dan mayor protección antioxidante que el aceite HH. Estos pueden ser usados en sistemas que no requieren desempeño anti desgaste.
HV: Aceites con altos índice de viscosidad. Estos aceites se utilizan en casos de temperatura extremas o en casos en que es esencial que la viscosidad del aceite cambie lo menos posible
PARÁMETROS MÁS IMPORTANTES.
Temperatura de funcionamiento.
Influyen sobre las propiedades físicas y químicas del fluido. Las altas temperaturas condicionan la vida útil del fluido, su resistencia de película, su viscosidad, etc. La temperatura baja puede presentar problemas debidos a dificultades en el bombeo. En transmisiones que trabajen al exterior pueden presentarse variaciones de -15ºC a +45ºC.
Viscosidad
Afecta a las propiedades de fricción del fluido, el funcionamiento de la bomba, la cavitación, el consumo de energía y la capacidad de control del sistema.
En esta lista de videos se describen los fundamentos de la oleo hidráulica, los componentes más importantes, circuitos hidráulicos simulados en Fluid Sim H
Representación esquemática de la cadena de mando. Grupo de accionamiento. Líquido a presión, Deposito. Filtro Tipos y criterios para selección de bombas. Bombas de engranajes, bombas de paletas. Construcción, funcionamiento y simbología de los elementos de mando. Válvulas de vías. Construcción, funcionamiento y simbología de los elementos de control: Objeto, descripción de funcionamiento, aplicación y simbología. Válvula antirretorno y antirretorno desbloqueable hidráulicamente. Válvula reguladora de caudal en una vía y de dos vías. Válvula de estrangulación y antirretorno. Válvula reguladora de presión. Válvula de secuencia. Construcción, funcionamiento y selección de cilindros y motores hidráulicos. Cilindros lineales. Motores hidráulicos. Símbolos de elementos hidráulicos según ISO 1219. Criterios para localizar fallas en los sistemas hidráulicos. (8 Horas).
Al finalizar esta unidad el estudiante estará en capacidad de:
Identificar cada uno de los componentes de los sistemas hidráulicos, conociendo su principio de funcionamiento, simbología y aplicación.
Comprender los fundamentos de diseño, criterios de selección y operación de los sistemas hidráulicos con aplicación en la industria.
Montar y diseñar sistemas de control hidráulico, seleccionando técnicamente los componentes y siguiendo las normas de seguridad en el campo eléctrico.
Actuar de acuerdo con los principios éticos, morales y de seguridad necesarios para el correcto desempeño profesional en la empresa.
2.1 REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LA CADENA DE MANDO
En los sistemas hidráulicos se genera un caudal constante de aceite en el grupo de accionamiento el cual es controlado por válvulas de vías, reguladoras de presión o de caudal para por fin ser llevado al actuador que es quien realiza el trabajo requerido.
Calcula las dimensiones de los principales componentes de un sistema hidráulico.
A partir de la información dada es posible diseñar un circuito hidráulico sencillo. Se indica a continuación la forma en que se debe proceder para hacerlo.
Para diseñar un circuito, la primera consideración es sobre el trabajo que se debe realizar. Este trabajo puede ser levantar un peso, girar una herramienta o bloquear algún elemento. El trabajo determina el tipo de actuador que hay que utilizar.
Probablemente el primer paso será la selección del actuador. Si los requerimientos fuesen simplemente el levantar una carga, un cilindro hidráulico colocado bajo ella haría el trabajo, la longitud de carrera del cilindro seria, por lo menos, igual a la distancia de desplazamiento de la carga. Su superficie se determinaría mediante la fuerza requerida para elevar la carga y la presión de funcionamiento deseada. Supongamos que un peso de 5000 Kgf ha de elevarse a una altura de 1 m y que la presión máxima de funcionamiento debe limitarse a 50 Kgf/cm2. un cilindro de 100 cm2 que permitiría levantar la carga a 50 Kgf/cm2 proporcionando la capacidad de elevación.
El desplazamiento hacia arriba y hacia abajo del cilindro seria controlado mediante una válvula direccional. Si la carga debe detenerse en puntos intermedios de su trayecto, la válvula direccional deber tener una posición neutral en la cual el caudal de aceite del lado inferior del pistón quede bloqueado, para soportar el peso sobre el cilindro. La velocidad a la cual debe desplazarse la carga determina el tamaño de la bomba. El pistón de 100 cm2 desplaza 100 cm3 por cada cm que se levanta. El mover el cilindro 10 cm requerirá 1000 cm3 de aceite. Si hay que moverlo a razón de 10 cm por segundo, requerirá 1000 cm3 de aceite por segundo o 60 Lt/min. Como las bombas generalmente se dimensionan en galones por minuto, será necesario dividir 60/3,785 para obtener el valor en galones por minuto; 60/3,785 = 16 GPM.
Para impedir la sobrecarga del motor eléctrico y para proteger la bomba y otros componentes contra una presión excesiva, debida a sobrecargas o bloqueo, se monta una válvula de seguridad para limitar la presión máxima del sistema, en la línea, entre la salida de la bomba y la entrada de la válvula direccional, calibrada a 1.1 veces la presión máxima de trabajo. Un depósito dimensionado para contener aproximadamente de 3 veces la capacidad de la bomba en galones por minuto y tuberías de interconexión adecuadas completarán el sistema.
