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2016

Hidráulica Básica.

Introducción. El estudio de la hidráulica concierne el empleo y características de los líquidos. Desde los tiempos de las cavernas el hombre ha usado los fluidos para facilitar su tarea. Hoy en día las más diversas aplicaciones industriales hacen de esta forma de energía una de las más competitivas del mercado.

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Índice. Introducción…………………………………………………………….. 1 Índice……………………………….…………………………………… 2 Objetivos………………………………………………………………... 3 Sistemas Hidráulicos………………….………………………………. 4 Teoría Hidráulica y Leyes………………….………………………… 4 Fuerza y Presión…………………………………..…………………… 4 Presión Atmosférica…………………………………………………… 5 Trabajo, Potencia y Energía……………………………….…………. 5 Ley de conservación de la Energía……………………………..…… 6 Propiedades de los líquidos…………………..……………………… 6 Ley de Pascal………………………………………...………………… 7 Multiplicación de las fuerzas…………………………….……………. 7 Flujo del Fluido………………………………………………….……… 8 Velocidad……………………………………………………………….. 8 Flujo Laminar y Turbulento………………………………………….... 9 Fricción………………………………………………………………….. 10 Energía en el flujo del fluido………………………………………….. 10 Principio de Bernoulli……………………………………………….…. 10 Ley del Flujo…………………………………………………...………. 11 Actuadores Hidráulicos………………………………………………. 12 Cilindros………………………………….…………………………….. 12 Motores hidráulicos…………………………………….................….. 13 Motor pistón axial……………………………………………………… 14 Bombas Hidráulicas…………………………………………………… 16 Filtros…………………………………………………………………… 22 Acumuladores…………………………………………………………. 24 Seleccionando un Fluido……………………………………………... 29 Válvulas de control de dirección…………………………………….. 30 Activación y control…………………………………………………… 32 Válvulas de retención………………………………………………… 34 Tipos de válvulas de resorte y libre………………………………… 35 Tipos de flujo restringido…………………………………………….. 36 Válvulas controladas por piloto……………………………………... 37 Simbología……………………………………………………………. 38-48 Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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Manejar las operaciones hidráulicas, símbolos e instrumentos de medición que se requieren para analizar las distintas variables o fallas que afectan a los sistemas hidráulicos de los equipos mina.

Para especificaciones, testeos y ajustes referirse al manual del fabricante.

Siga todas las normas de seguridad planteadas antes de realizar alguna reparación u operación en el equipo, debemos recordar que estamos propensos a cualquier accidente del tipo leve o fatal por desconocimiento o no seguir las pautas.

Para todos los ajustes y testeos que tenga que realizar, utilice siempre el manual como fuente de información. Todos los datos técnicos que en este manual se mencionan están sujetos a modificaciones. No deje de consultar nunca al manual del fabricante, así se podrá evitar daños personales, a sus compañeros de trabajo o simplemente a la máquina.

¡Identifique y Controle los Riesgos para evitar los Accidentes¡ Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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Sistemas Hidráulicos Un sistema hidráulico utiliza líquidos en cañerías de diferentes tamaños para transportar potencia. La palabra hidráulica proviene de las palabras griegas “hydro” que significa agua y “aulos” que significa cañería. El agua fue el primer fluido que se usó en sistemas hidráulicos pero ahora se ha remplazado por petróleo y aceites sintéticos. El término fluido incluye líquidos y gases. Este capítulo se refiere a los usos y características de los sistemas hidráulicos. Teoría hidráulica y leyes Muchas teorías y leyes se aplican a todos los sistemas de potencias de fluido (hidráulica y neumática). Aquellos que se usan específicamente en sistemas hidráulicos se cubren en este capítulo. Fuerza presión

y

Se requiere fuerza para mover un objeto estacionario o para cambiar la velocidad con la que se mueve un objeto. La cantidad de fuerza que se requiere depende de la inercia o inmovilidad del objeto. Los objetos más masivos son más difíciles de mover. La fuerza se expresa comúnmente en newton (N) o en libras (lb). En forma más correcta, la unidad imperial de fuerza es libras-fuerza (lbf). La presión se define como la fuerza por área de unidad. Se calcula dividiendo la fuerza por el área sobre la cual se distribuye la fuerza. Esto también se define como: Fuerza (F) = Presión (P) x Area (A) F = P x A P=F A La presión se puede expresar en newton por metro cuadrado (N/m2), en libras por pulgada cuadrada (psi) o en bares. Un newton por metro cuadrado también se conoce como pascal (1 N/m2 = 1 Pa). Un pascal es dicha pequeña unidad de presión que se expresa normalmente en kilopascales (kPa) o bares. 1 N/m2 = 1 Pa 1 kPa = 1000 Pa 1 bar= 100 kPa= 14,5 psi

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Presión atmosférica La atmósfera de la tierra ejerce fuerza y presión. La cubierta de aire alrededor de la tierra tiene peso. Imagine un tubo de 1 pulgada cuadrada de sección transversal, que se extiende de la tierra a nivel del mar hasta los lindes de la atmósfera. El peso del aire dentro de este tubo crea una fuerza de 14,7 libras. Este peso está avanzando una pulgada cuadrada de la tierra a nivel del mar. Vale decir, la presión de la atmósfera a nivel del mar es 14,7 psi. 14,7 psi = 101,35 kPa = 1,01 bar (generalmente redondeado a 1 bar)

Trabajo, potencia y energía En mecánica, el trabajo se efectúa cuando una fuerza mueve un objeto. La cantidad de trabajo es igual a la distancia que se mueve (en metros o pies) y la fuerza ejercida (En newton o libras - fuerza). Generalmente se expresa en joule (J) o pie - libras (ftlbf) 1 joule = 1 N x 1 m

1 ft-lbf = 1 lbf x 1ft

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La potencia es el coeficiente o rapidez en la cual se ejecuta el trabajo. Esto es el trabajo dividido por el tiempo. Las unidades usadas para expresar la potencia son el watt (W) y el caballo de fuerza (hp). 1 watt es 1 newton levantado 1 metro en 1 segundo Un caballo fuerza = 33 000 libras levantadas 1 pie en 1 minuto 746 vatios = 1 caballo fuerza Donde se ejecuta el trabajo, se usa la energía Ley de conservación de la energía La energía tiene muchas formas - calor, luz, mecánica, eléctrica, etc. Existe un principio fundamental en el que no se pierde la energía. Cuando parece desaparecer en un sistema, es porque ha cambiado a otra forma. Este principio se conoce como La Ley de Conservación de la Energía: La energía no se puede destruir, pero puede ser convertida de una forma a otra.

Propiedades de los líquidos Un líquido no tiene una forma definida, pero adquiere la forma de su envase. A diferencia del gas, es virtualmente incompresible. Cuando se aplica una fuerza a un líquido que lo abarca completamente, el líquido muestra la misma resistencia a la compresión que un sólido. Es extremadamente flexible, incluso tan indeformable como el acero. El fluido hidráulico se comprime alrededor de 0.5 % a 1 000 psi. Esta pérdida de volumen no es lo suficientemente grande para ser considerada para la mayoría de los cálculos prácticos. Un líquido sometido a una fuerza escoge la senda de la resistencia menor. Si la fuerza es la gravedad, el líquido escoge su propio nivel. Está sometido a un diferencial de presión, fluye del área de alta presión al área de baja presión.

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Ley de Pascal La presión aplicada a un fluido encerrado en reposo, la fuerza se transmite por igual en todas las secciones y siempre en ángulos rectos a la superficie que lo contiene.

Multiplicación de las fuerzas Utilizando la Ley de Pascal, un líquido se puede usar para obtener una ventaja mecánica. Esto se hace ejerciendo una fuerza multiplicadora. En el Dibujo 2 de la página siguiente, un pistón A tiene un área de una pulgada cuadrada (1 pulg. cuad.), y un pistón B tiene una área de 50 pulgadas cuadradas. Una Fuerza de dos libras (lbf) se aplica a A, transmite una presión de 2 psi al líquido. Esta presión de psi también se aplica bajo la superficie del pistón B. Ya que el área es 50 veces el largo, esto origina una fuerza hacia arriba de 10.

Dibujo 2.

La fuerza se obtiene a costa de la distancia que se mueve. Si el pistón A, con un área de 1 pulgada cuadrada, se mueve hacia abajo una cierta distancia, desplazando fluido, el que mueven al pistón B, con un área de 50 pulgadas cuadradas, pero una distancia menor.

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Flujo del fluido La bomba en un sistema hidráulico crea un flujo. El valor nominal del flujo del fluido se mide mediante el volumen del fluido pasando por un punto dado en una unidad de tiempo. El valor nominal del flujo se expresa en litros por minuto (L/ min) o galones por minuto (gpm). Los galones americanos se usan comúnmente en la industria norteamericana, pero ocasionalmente los galones imperiales se usan en Canadá. Un galón imperial= 277 pulg. cuad. Un galón americano= 231 pulg. cuad. Los valores nominales menores se pueden expresar en metros cúbicos por segundo (m3 / s) o pulgadas cúbicas por minuto (pulg. cúb. / min.) Velocidad La velocidad del fluido se refiere a la rapidez promedio (en una dirección determinada) del fluido hidráulico que pasa por un punto dado. Esta es la distancia que recorre el fluido en una unidad de tiempo.

Velocidad = distancia Tiempo Se expresa comúnmente en metros por segundo (m/s) o pies por segundo (pies/ s). También se puede encontrar en pulgadas o pies por minuto. Existe una relación simple entre el valor nominal del flujo y la velocidad: • Usando unidades métricas, el valor nominal del flujo se mide en litros por minuto (L/ min), la velocidad en metros por segundo (m/s), y el área de sección transversal del conductor en milímetros cuadrados (mm.)2.

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Velocidad = nominal del flujo x 1666,7 (métrico) Área • Usando unidades imperiales, el nominal del flujo se mide en galones por minuto (gpm), la velocidad en pies por segundo (pies/ s), y el área de sección transversal del conductor en pulgadas cuadradas (pulg. 2). Velocidad = nominal del flujo (imperial) 3,117 x área Observe que la velocidad varía inversamente al cuadrado del diámetro interior del cuadrado. Doblando el diámetro efectivo (interior) de un conductor aumenta el área de sección transversal cuatro veces. Triplicando el diámetro, aumenta el área nueve veces: Ejemplo: Un conductor de 1” de diámetro tiene un área de 0,785 pulg.

2

Un conductor de un diámetro de 3” tiene un área de 7,065 pulg. 2

Flujo laminar y turbulento En situaciones ideales, el fluido (líquido o gas) se mueves en capas, en forma paralela a las paredes del conductor. Ver el Dibujo 3. El fluido en las paredes del conductor se mueve más lentamente que el fluido en el centro del conductor. Esto se conoce como flujo laminar.

Flujo laminar

Flujo turbulento

Cuando se interrumpe el flujo suave, las partículas del fluido se mueven al azar en vez de en forma paralela a la dirección del flujo. Esta forma al azar se llama flujo turbulento. El flujo turbulento se produce con alta velocidad, obstrucciones o proyecciones en la corriente del fluido, curvas cerradas y /o aspereza en el conductor, un gran número de curvas en el sistema, o una combinación de éstas.

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Fricción La fricción es la resistencia al movimiento relativo entre dos cuerpos. Cuando fluye un fluido a través de un conductor por medio de energía cinética o potencial, se crea la fricción. La fricción se produce entre el líquido y las paredes del conductor, y entre las capas del líquido mismo (acción de corte de la viscosidad). La fricción transforma algo de la energía cinética y potencial en energía calórica, la cual se pierde a través de los conductores y las paredes de los componentes. El diámetro correcto es fundamental para minimizar el calor resultante de la fricción. La fricción en el flujo laminar es usualmente proporcional a la velocidad. La fricción en el flujo turbulento es proporcional al cuadrado de la velocidad. Las principales causas de la fricción excesiva en las líneas hidráulicas son: • Longitud excesiva de las líneas • Velocidad excesiva (porque las líneas son muy pequeñas) • Número excesivo de curvas o fittings, o curvas no adecuadas • Flujo sostenido a alta presión Energía en el flujo del fluido El fluido se mueve en las líneas que contiene energía cinética del peso y velocidad del fluido. También contiene energía potencial de la presión, y energía calórica causada por la fricción. El fluido que sale de una bomba tiene energía cinética y energía de presión. Cuando el fluido atraviesa una restricción, la energía cinética aumenta y la energía de la presión disminuye. Principio de Bernoulli. El Principio de Bernoulli establece que si el nominal del flujo es constante, la suma de la energía cinética y la energía potencial en varios puntos en el sistema es constante. Por lo tanto, cuando quiera que la velocidad (energía cinética) de un fluido aumente, la presión (energía potencial) disminuye. En el Dibujo 4, el caudal de la bomba es constante y el flujo es el siguiente: 1. El fluido está forzado a pasar a través de un orificio en el conductor. 2. Este, aumenta su velocidad. El instrumento de la presión (B) muestra una caída de la presión correspondiente. 3. Después que el fluido queda sin la restricción, la velocidad disminuye, y la presión aumenta. 4. Al pasar el fluido a través de un tubo de tamaño aumentado, la velocidad disminuye y aumenta la presión, como se muestra en el instrumento de medición D. Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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5. Luego que el fluido sale del tubo de tamaño aumentado, la velocidad aumenta y la presión disminuye.

A

B

C

D

E

Dibujo 4 La presión y la velocidad en el flujo del fluido

En el uso real, el instrumento C y E muestran una caída progresiva respecto del instrumento A. Esto se debe a la pérdida de calor causada por la fricción en el orificio. Desatendiendo de las pérdidas de fricción, los instrumentos C y E debieran marcar lo mismo que el instrumento A. LEY DEL FLUJO.

Q=V/T

Q=AxV

ECUACIÓN DE CONTINUIDAD.

A1 X V1 Q1

=

=

Q2

A2 X V2 =

=

A3 X V3

Q3

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Actuadores hidráulicos Los actuadores hidráulicos son los componentes de los sistemas hidráulicos que convierten la energía hidráulica en energía mecánica. Ellos son ya sea cilindros o motores: • Los cilindros se usan para crear movimiento lineal. • Los motores se usan para crear movimiento rotatorio Los actuadores hidráulicos se combinan con los dispositivos mecánicos para crear la acción que efectúa el trabajo. En los dibujos de los sistemas hidráulicos, estos actuadores se representan mediante símbolos. Todos los símbolos gráficos en este Capítulo están de acuerdo con el número standard ISO 1219 establecido por la International Standard Organization. Cilindros Un cilindro es un actuador lineal. Está disponible ya sea con un movimiento de acción simple o doble. Consta de una caja tubular conteniendo un pistón, con el sello requerido, y una o más varillas sujetas al pistón. La caja está sellada con una cubierta en un extremo y una tapa en el otro extremo. La tapa está perforada para sostener el collarín sellado a través del cual pasa la varilla. La caja tiene los orificios necesarios como para permitir que el fluido hidráulico entre y salga.

Dibujo 5 Clasificación del cilindro

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Motores La construcción y diseño de los motores hidráulicos son muy similares a la de las bombas hidráulicas. Las precauciones tomadas con las bombas también debieran tomarse con los motores. Las diferencias generales están en que las bombas accionan el fluido hidráulico y los motores son accionados por el fluido hidráulico.

Diseño, capacidad y dirección del flujo Como las bombas, los motores pueden ser diseñados con engranajes, tornillos, paletas o pistones. Pueden tener capacidad fija o variable. Ellos se pueden diseñar para avanzar en una dirección solamente (uní - direcciones), ambas direcciones (bi - direccional), u oscilante. Un suministro de aceite variable le permite al motor que avance sobre una gama de velocidades:

amplia

• Si se debe controlar cualquier variación independientemente del motor, luego al motor se le considera que tiene una capacidad fija. Los motores de capacidad fija corren en un valor nominal constante de acuerdo al nominal del flujo predeterminado. • Cuando se realiza la variación en el motor, entonces al motor se le considera que tiene capacidad variable. Sin reparar en el nominal de flujo, la velocidad de los motores de capacidad variable se puede alterar.

Capacidad fija con una dirección de flujo

Capacidad fija con dos direcciones de flujo

Capacidad variable con una dirección de flujo

Capacidad variable con dos direcciones de flujo

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Motor Pistón Axial En un motor de pistón axial el fluido presurizado entra al plato de válvula, empujando a los pistones hacia la placa motriz. Ver figura inferior. El ángulo de la placa motriz hace que la caja gire, ya que el pistón es empujado hacia el punto más lejano del recorrido. Este ángulo determina la capacidad del motor. • Durante la mitad del ciclo, el fluido presurizado entra al motor mientras que los pistones avanzan en toda su extensión. • Durante la otra mitad, el fluido se descarga en el estanque de reserva.

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Bombas hidráulicas Las bombas hidráulicas convierten la energía mecánica en energía hidráulica de la siguiente forma: 1. La acción mecánica de la bomba crea primero un vacío parcial en su parte interior. 2. Este vacío permite la presión atmosférica en la reserva para empujar al fluido hidráulico a través de la línea de entrada en la bomba. 3. Luego la acción mecánica de la bomba impulsa al fluido hidráulico hacia la salida de la bomba y hacia el sistema. Las bombas básicas que se usan en el sistema hidráulico son bombas de desplazamiento positivo.

Capacidad fija y variable Las bombas de desplazamiento positivo se clasifican como de capacidad fija o variable de acuerdo a su funcionamiento:  Capacidad fija - funcionan a una velocidad dada, entregando un nominal de flujo constante. Estas pueden ser bombas de engranaje, de paletas, o de pistón.  Capacidad variable - funcionan a una velocidad dada, entregando una variedad de nominales de flujo desde el máximo hasta cero en una o ambas direcciones. Estas pueden ser bombas de paletas o de pistones. Capacidad fija con una dirección de flujo

Capacidad fija con dos direcciones de flujo

Capacidad variable con una dirección de flujo Capacidad variable con dos direcciones de flujo

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Bombas de engranaje. Una bomba de engranajes es una bomba de capacidad fija que tiene dos o más rotores. Existen bombas de engranajes internos y externos.

Bombas de engranajes externos Una bomba de engranaje externo convencional tiene sus engranajes que engranan en la periferia (bordes exteriores). Un engranaje es impulsado por el otro. Los engranajes llevan el líquido del orificio de succión al orificio de descarga, alrededor de las paredes interiores de la caja.

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Bomba de lóbulo Una bomba de lóbulo tiene espacios más grandes entre sus dientes que las bombas de engranaje convencional. Sus rotores se deben impulsar por engranajes impulsores adecuados montados fuera de la caja. Estas bombas entregan un flujo más pulsativo que las bombas de engranajes convencionales.

Bomba espiral Una bomba espiral es una bomba de flujo axial. Puede tener uno, dos o tres tornillos que llevan el líquido desde el orificio de aspiración hasta el orificio de descarga. Esta bomba también necesita ser impulsada por engranajes impulsores externos. Estas bombas desplazan el líquido linealmente a través de la bomba, lo que elimina las pulsaciones. No hay contacto de metal a metal dentro de la bomba, lo que hace su funcionamiento muy silencioso.

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Bombas de engranajes internos Una bomba de engranaje interno tiene un engranaje externo que gira dentro de un engranaje interno. La rotación del engranaje externo está descentrada respecto del engranaje interno. Este montaje es compacto. La bomba de sello de medialuna (crescent) y la bomba gerotor (ver Dibujo 43) son dos bombas de engranaje interno que se usan comúnmente.

Dibujo 43 Bomba gerotor .

Bombas de paletas Una bomba hidráulica de paleta puede ser desequilibrada o equilibrada, y tienen capacidad fija y variable. Las bombas de paletas variables pueden ser capaces de invertir el flujo a través del sistema.

Bomba desequilibrada. 18 Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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Bomba Equilibrada por Presión.

Bomba de paletas de desplazamiento variable con compensación por presión.

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Bombas de pistones Bombas de mano La más básica de las bombas de pistón es la bomba de mano. Se encuentra en equipos tales como gatos hidráulicos, gatos de piso, grúas de piso, Su diseño es similar a los cilindros hidráulicos y son de acción simple o doble. Ver Dibujo 44. Las válvulas de retención se usan para mantener la dirección correcta del flujo. Una válvula de seguridad se usa para retornar el líquido al estanque de reserva.

Dibujo 44 Bomba manual de doble acción

Bombas radiales y axiales Las bombas de pistón radial y axial se usan en sistemas hidráulicos de potencia. Ambas pueden tener capacidad fija o variable. Algunas también invierten el flujo a través del sistema. Valor nominal de la bomba Las bombas hidráulicas generalmente tienen un valor nominal de acuerdo a su capacidad y su presión.

Capacidad y desplazamiento La capacidad de la bomba es igual a su nominal de flujo a una velocidad dada ( rpm. ). La velocidad de la bomba cambia el nominal de flujo. Por lo tanto, a veces las bombas tienen un nominal de acuerdo a su desplazamiento. El desplazamiento es la cantidad de líquido que entrega la bomba entrega por ciclo.

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Ranura en la placa de distribución

2. y son empujados hacia afuera a la salida.

Orificio de salida

Orificio de entrada

1. Los pistones se retraen a la entrada...

-- Longitud de la ca rrera --.

AnJ!!u lo máximo de la placa de presión {desplazamiento máxjmo).

----

Angu lo de la placa de presión menor (desplazamiento parcial).

Sin carrera

Angulo de la placa de presión cero (desplazamiento cero).

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Los filtros Los filtros sacan los contaminantes finos del fluido hidráulico el cual debe desplazarse por un trayecto turbulento. Ellos se alojan en un pequeño envase y se pueden montar en varios lugares a lo largo del circuito. Los filtros se pueden clasificar como proporcionales o del tipo flujo total.

Nominales del filtro absoluto y nominal El coeficiente nominal de cualquier filtro indica que el filtro sacará la mayoría de las partículas de ese tamaño o más grande. Por ejemplo, un filtro con un nominal de 20 saca la mayoría de los sólidos de 20 micrones o más de cualquier dimensión. Sin embargo, dependiendo de cómo este ingresa al filtro, algunas partículas de 20, micrones y más grandes pueden pasar. Si una partícula golpea al filtro con su extremo angosto, puede pasar, si choca con el lado ancho, se mantiene afuera. El nominal absoluto significa que un filtro detendrá todas las partículas de ese tamaño o más grande. Un filtro de un nominal de 20 micrones puede tener un coeficiente absoluto de 35 micrones.

Ubicación del filtro Un filtro se puede ubicar en tres posiciones en el sistema; sobre la parte interior, sobre la parte de la presión, o sobre la parte de la línea de retorno.

Filtros del interior Los filtros del interior filtran todo el fluido hidráulico que va al sistema. Ellos también protegen la bomba y las válvulas de seguridad o descarga. Esta posición requiere que el filtro sea lo suficientemente grande para no producir mucha caída de presión a las bombas al ensuciarse. Frecuentemente el volumen del fluido hidráulico que va al sistema es extremadamente grande y no hay un filtro en línea de tamaño adecuado o es demasiado caro. .

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Filtros en el lado de la presión Un filtro en el lado de la presión protege las válvulas pero no protege la bomba o las válvulas principales de presión. Debido a su posición, el elemento filtrador y la caja del filtro deben ser capaces de resistir el máximo de presión permitida en el sistema.

Filtros en el lado del retorno La posición en el lado del retorno se le considera frecuentemente como la mejor para un filtro fino, ya que el fluido está en su temperatura más alta y por lo tanto en su viscosidad más baja. El filtro en esta posición saca todos los sólidos resultantes del desgaste en las piezas del sistema. No protege las piezas de los contaminantes como por ejemplo cascarilla y moho. Estas pueden formarse en el estanque o se pueden adherir al estanque por una rutina de llenado descuidado.

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Acumuladores Los acumuladores almacenan fluido bajo presión para un uso futuro como una fuente de energía potencial. Ellos también absorben ondas de choque o pulsaciones de amortiguación y mantienen la presión constante en el sistema. Clasificaciones Los acumuladores pueden ser:  de peso  de resorte  neumáticos o cargados con gas.

Acumuladores de peso Un acumulador de peso es un cilindro vertical que se ajusta con un pistón. Una prensaestopas o un dispositivo similar de retención de aceite mantiene al fluido en el cilindro al moverse el pistón. Una plataforma en el pistón se carga con hierro viejo, bloques de concreto, u otros materiales pesados. La fuerza de gravedad proporciona la energía para mantener el fluido bajo presión constante. Ver Dibujo 50.

Dibujo 50 Acumulador de peso Este estilo de acumulador puede entregar un gran volumen de fluido a presión constante. la presión es constante a través de todo el recorrido del pistón. La fricción creada por la empaquetadura del cilindro tiende a disminuir los movimientos del pistón. Debido a las piezas móviles que se exponen a la atmósfera, el acumulador se debiera instalar en un ambiente limpio.

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Acumuladores de resorte Los acumuladores de resorte usan resortes de compresión en vez de la gravedad para suministrar resistencia. Los resortes deben estar igualmente cargados para permitir del mismo modo el recorrido del pistón a través del cilindro. Ver Dibujo 51

Dibujo 51 Acumulador de resorte Este tipo de acumulador no produce presión constante a través de todo el recorrido. Los resortes ejercen el mínimo de presión cuando el acumulador está con un volumen bajo. Ellos ejercen el máximo de presión con un volumen alto. Estos acumuladores también se deben instalar en un ambiente limpio.

Acumuladores cargados con gas Los acumuladores cargados con gas dependen de la compresibilidad de un gas ( tal como el nitrógeno o el aire ) para producir la presión y descarga necesaria. Ellos usan el principio de la Ley de Boyle. Esta establece que: A temperatura constante, el volumen (V) de un gas varía Inversamente a la presión absoluta (P). La fórmula matemática es P1 V1 = P2 V2 A una temperatura determinada, al subir la presión del gas, su volumen baja. Los acumuladores cargados con gas están disponibles en los tipos no - separados, de pistón, de bolsa, y de diafragma.

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Los gases usados  El aire comprimido se usa comúnmente en sistemas de baja presión. Cuando se comprime el aire, cualquier vapor de agua se condensa en el aire. Esto puede causar moho y contaminación.  El nitrógeno seco se usa comúnmente en sistemas de media a alta presión. Se usa el nitrógeno porque es inerte (no reaccionará) al aceite.  Nunca se usa el oxígeno puro con aceite de petróleo porque se puede producir una explosión o incendio.

Acumuladores no - separados Los acumuladores no - separados no tienen una barrera física entre el gas y el líquido. Por lo tanto, se usan principalmente en sistemas de baja presión. La presión baja limita la cantidad de gas que se disuelve en el líquido. (Mientras más alta es la presión, más gas se disuelve en el líquido). Estos acumuladores generalmente son cilindros montados en forma vertical. Ver el Dibujo 52. La conexión de la línea del líquido está en el extremo inferior. La conexión de la línea neumática (gas) está en el extremo superior. Se requieren interruptores de nivel del líquido alto y bajo para evitar que el aire ingrese al circuito.

Dibujo 52 Acumulador no – separado

Acumuladores de pistón Los acumuladores de pistón se parecen mucho a los cilindros sin varillas de pistón. Un acumulador de pistón simple tiene un pistón de flotador libre entre el líquido y el gas. El pistón tiene dos conjuntos de empaquetaduras. Estas sellan las dos cámaras y centralizan al pistón para prevenir el contacto de metal con metal. Se utiliza un orificio de sangría para eliminar cualquier aumento de presión entre los sellos.

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Acumuladores de Bolsa Los acumuladores de bolsa tienen una bolsa de goma sintética o natural montada dentro de una cámara. Esta bolsa separa el líquido del gas. La bolsa se ajusta alrededor de la válvula de gas y se monta a través de la parte superior de la cámara. La conexión del líquido se monta a través de la parte inferior de la cámara. Ver el Dibujo 53. Se utilizan dispositivos protectores para evitar que la bolsa sea atraída hacia la conexión del líquido y se rompa.

Dibujo 53 Acumulador de bolsa

Funciona de la siguiente forma: 1.

Al cargarse la bolsa, se llena el espacio en la cámara

2.

Cuando se desarrolla la presión del sistema, el líquido acumulador entra al acumulador y comprime la bolsa.

3.

Al comprimirse la bolsa, también aumenta su presión.

4.

Cuando la presión en el sistema cae más bajo que en el acumulador, el fluido es expulsado mediante el gas de expansión.

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Acumuladores de diafragma Los acumuladores de diafragma son similares en funcionamiento a los acumuladores de bolsa. Ellos usan un diafragma de goma sintética o natural montada en el centro de la cámara para separar el líquido del gas. Ver el Dibujo 54.

Dibujo 54 Acumulador de diafragma Se usan varios accesorios en los sistemas hidráulicos para desarrollar funciones específicas. Como por ejemplo: los intensificadores de presión, instrumentos de medición, e interruptores de presión. Acumuladores de dirección

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Seleccionando un fluido El tipo de fluido hidráulico que se va a elegir se determina por su calidad y habilidad para desarrollar su tarea requerida. El fluido hidráulico más comúnmente usado es el aceite de petróleo, pero, debido a su inflamabilidad, se debiera usar donde no hubiera peligro de incendio. Las siguientes cualidades se debieran considerar cuando seleccione un fluido hidráulico:  Viscosidad - su nominal de fluidez a una temperatura dada. La viscosidad recomendada se determina por el fabricante de la bomba.  Índice de viscosidad - su cambio en viscosidad sobre una variación de temperatura dada.  Punto de fluidez - la temperatura más baja en la cual fluirá el aceite. El punto de fluidez debiera ser alrededor de 20 ºF bajo la temperatura más baja que se espera  Estabilidad térmica - la habilidad de un aceite para resistir el cambio físico o químico a temperaturas altas.  Resistencia a la oxidación - el aceite hidráulico a una temperatura alta y la presión pueden oxidarse rápidamente para formar productos solubles e insolubles tal como los ácidos y residuos. Se agregan los inhibidores para minimizar la oxidación.  Resistencia al moho - el moho se forma en las piezas ferrosas por el agua en el sistema. El agua se forma por la condensación del aire que entra en el estanque de reserva. Se agregan inhibidores para reducir el moho del aceite por medios naturales.  Resistencia a la espuma de aire -el aceite en el sistema contiene aire en solución y absorbe más bajo presión. El aire produce calor al comprimirlo, y el aceite con las burbujas de aire en solución genera calor mientras el aire se comprime durante la acción de bombeo. Cuando se reduce la presión, el aire sale del líquido, produciendo espuma. La espuma se reduce mediante aditivos los que permiten al aire separar rápidamente el aceite y las burbujas para alejarlos.  Resistencia al fuego - ver abajo  Cualidades lubricantes - el aceite por sí mismo lubrica las piezas móviles del sistema y debe mantener una película de aceite entre todas las superficies de contacto sin considerar la temperatura y la presión. Los aditivos de presión extrema (EP) se usan cuando no hay un incremento de la temperatura, presión, o contacto de metal con metal.  Larga vida - el tiempo que durará un aceite hidráulico entre los cambios de aceite del sistema

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Válvulas de control de dirección.

Las válvulas de control de dirección (VCD) se usan para controlar la dirección del flujo del fluido hidráulico. Los VCD pueden tener posiciones simples o múltiples: • Una posición simple VCD mantiene un modelo de flujo uni - direccional (válvula de chequeo) • Las posiciones múltiples VCD, parten, se detienen, o cambian de dirección o flujo hacia o desde los actuadores hidráulicos.

Patrones de flujo de la envoltura del centro Existe una amplia elección de patrones de flujo de la envoltura del centro. Los más comunes son los cerrados, abiertos, tándem, flotadores, y de centros regenerativos. Cada centro tiene un efecto definido sobre:  El actuador o la posición  El flujo del fluido de la bomba (aumento de calor y exigencia de hp). 30 Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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Centro Cerrado.

Todos los puertos se bloquean en la posición neutra. El actuador se “traba”, se manera que no se puede mover fuera de su posición. Durante el transcurso del tiempo se produce algún movimiento debido a filtraciones internas menores. El fluido de la bomba debe pasar a través de la válvula de compensación a presión máxima, generando calor. Esto requiere de potencia máxima y desgaste de energía a través del calor. Centro Abierto.

Todos los orificios se conectan en neutro. El actuador se mueve en la dirección de las fuerzas externas. El flujo de la bomba se devuelve al estanque con la mínima demanda de potencia. No hay presión y solamente un leve aumento de calor. Centro tándem.

Los orificios del actuador se bloquean, y el flujo de la bomba se devuelve al estanque. Este centro entrega un bloqueo hidráulico para mantener en posición al actuador. Al fluido se le deja que fluya de la bomba hacia el estanque. Esto requiere de una Centro de Entrenamiento Industrial y Minero | Antofagasta, Av. Pedro Aguirre Cerda 8280

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potencia mínima y genera una pequeña cantidad de calor.

Centro de flotación.

Los orificios A y B se conectan al estanque, y se bloquea la bomba. Este centro permite al actuador que marche por inercia hacia una detención o se mueva manualmente sin desconectar el circuito. Al disminuir el movimiento del actuador, el aceite fluye desde un costado del actuador, a través del centro, y luego hacia atrás en el otro costado. El fluido de la bomba debe pasar una válvula de compensación con el mínimo de presión, generando calor, y requiriendo el máximo de potencia. Centro regenerativo. Los orificios A y B se conectan a la bomba. Este centro mantiene una presión constante en ambos orificios del actuador. Este diseño permite una partida muy rápida del actuador. El fluido de la bomba debe atravesar la válvula de compensación con el máximo de presión, generando calor y requiriendo el máximo de potencia. Activación y control Estas válvulas se pueden activar manualmente, mecánicamente, hidráulicamente, neumáticamente, eléctricamente o una combinación de éstas. Control manual Mando por botón Control de palanca Control de pedal

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Control mecánico Control trazador o de émbolo buzo Control de resorte Control de rodillo Control de rodillo en una dirección

Control neumático e hidráulico ∇ Flujo hidráulico (sólido) ∇ Flujo neumático (solamente el contorno) Acción directa Por aplicación de presión Por descarga de presión Por diferentes áreas de control

Acción indirecta Por aplicación de presión Por descarga de presión

Trayectos de control interior

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Válvulas de retención Las válvulas de retención son válvulas de posición simple que permite el flujo libre del fluido solamente en una dirección. Algunas válvulas de retención tienen un flujo restringido en la dirección de inversión. Sus estilos de válvulas comunes son válvulas de bola o válvula de elevación. Las válvulas de retención están disponibles para montajes en línea o en ángulo recto (ver Dibujo 26).

Dibujo 26 a Válvula de retención libre (en línea)

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Dibujo 26 b Válvulas de retención con resortes

Tipos de válvulas de resorte y libres Válvulas de retención libres

Válvula de retención de resorte

Las válvulas de retención libre usan la gravedad para mantener la válvula cerrada y se deben montar en la orientación correcta. Las válvulas de retención de resorte utilizan una leve fuerza de resorte de aproximadamente 34 kPa (5 psi) para mantener la válvula asentada, sin considerar su posición de montaje. Símbolos ISO de las válvulas de retención.

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Tipos de flujo restringido Cuando se requiere un flujo inverso en un circuito, se pueden instalar las válvulas de flujo restringido o válvulas de retención operadas por piloto. Restricción del flujo fijo en la línea

Válvula de retención con un flujo restringido.

Dibujo 27 Válvula de retención de ángulo recto con flujo restringido a través de la contrapunta Las válvulas de retención con flujo restringido tienen un orificio en el centro de la válvula. Esto permite que una cantidad de fluido fluya en la dirección inversa. Estas válvulas de retención se usan comúnmente para controlar el coeficiente de descompresión antes de cambiarse (activarse) al conductor principal DCV. Estos se encuentran en equipos tal como grandes prensas.

Controladas por piloto Las válvulas de retención controladas por piloto permiten el flujo libre del fluido en una dirección. Ellas previenen o controlan el flujo en la dirección inversa. Una línea con segmentos largos indica un piloto o una línea de control. ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ Línea de control o piloto Válvula de retención controlada por piloto que abre Válvula de retención controlada por piloto que cierra

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 Una válvula de retención controlada por piloto que abre (piloto que abre) utiliza la presión del piloto para permitir que la válvula de retención abra cuando se aplique una presión piloto suficiente. Estas se usan comúnmente para bloquear los cilindros hasta cambiar al conductor principal VCD.  Una válvula de retención controlada por piloto que cierra (piloto que cierra) utiliza la presión piloto para mantener cerrada la válvula hasta que se aplique una presión piloto suficiente. Estas válvulas se usan en situaciones de seguridad - por ejemplo, descarga automática de acumuladores cuando el equipo no está funcionando.

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Símbolos ISO

Tabla 1 : Hidráulica básica y símbolos neumáticos Definiciones Conductor de la línea principal, contorno y eje Línea piloto Línea de drenaje Conexión mecánica Contorno cercado

Unidad de conversión de energía (bomba, motor, etc. ) Actuador semi - giratorio Válvulas de control (excepto las válvulas de retén)

Aparato de acondicionamiento (filtro, lubricador, etc.)

Líneas de flujo o conductores conectados Líneas de flujo o conductores transversales pero no conectados Resorte Restricción afectada por la viscosidad Restricción no afectada por la viscosidad Flujo hidráulico Flujo neumático Flechas que indican dirección Flechas que indican rotación Flechas que indican trayectoria y dirección a través de las válvulas Indicación de variabilidad

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Símbolos ISO

Tabla 2 : Símbolos para las bombas y los compresores Definiciones Bombas hidráulicas, unidireccionales, de capacidad fija Bombas hidráulicas bidireccionales, de capacidad fija

Bombas hidráulicas, unidireccionales de capacidad variable

Bombas hidráulicas bidireccionales de capacidad variable

Compresor de capacidad fija

Símbolos ISO

Tabla 3 : Símbolos para los motores Definiciones

Motor hidráulico, unidireccional de capacidad fija Motor hidráulico bidireccional de capacidad fija

Motor hidráulico, unidireccional de capacidad variable

Motor hidráulico, bidireccional de capacidad variable

Motor neumático, unidireccional de capacidad fija

Motor neumático, bidireccional de capacidad fija

Motor neumático, unidireccional de capacidad variable

Motor neumático, bidireccional de capacidad variable Motor hidráulico, oscilante Motor neumático, oscilante

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Símbolos ISO

Tabla 4 : Símbolos para las unidades de bomba / motor Definiciones Unidad de capacidad fija con dirección de flujo reversible

Unidad de capacidad de flujo con dirección de flujo simple

Unidad de capacidad fija con dirección de flujo reversible en dos direcciones

Unidad de capacidad variable con dirección de flujo reversible

Unidad de capacidad variable con dirección de flujo simple

Unidad de capacidad variable con flujo reversible en dos direcciones

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Tabla 5 : Símbolos para los cilindros en los sistemas hidráulicos o neumáticos SIMBOLOS ISO

Detallado

Simplificado

Símbolo antiguo

Definiciones

Cilindro de acción simple, con retorno mediante fuerza no especificada

Cilindro de acción simple, con retorno mediante resorte

Cilindro de doble acción

Cilindro de doble acción con varilla de pistón de doble extremo Cilindro diferencial

Cilindro con amortiguación fija, simple Cilindro con amortiguación fija, doble

Cilindro con amortiguación ajustable, simple Cilindro con amortiguación ajustable, doble Cilindro telescópico de acción simple

Cilindro telescópico de doble acción Intensificador de presión para un tipo de fluido ( se muestra como neumático )

Intensificador de presión para dos tipos de fluido

Actuador aire - aceite

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Símbolos ISO

Tabla 6 : Símbolos para las válvulas de control Definiciones

Símbolo simplificado para las válvulas en casos de repetición múltiple Una trayectoria de flujo a través de la válvula Dos orificios cerrados Dos trayectorias de flujo Dos trayectorias de flujo y un orificio cerrado Dos trayectorias de flujo con conexión transversal Una trayectoria de flujo en una posición de desvío y dos orificios cerrados Válvula de control direccional de no - estrangulación de dos posiciones (VCD) VCD de no - estrangulación de tres posiciones

VCD de no - estrangulación con condiciones intermedias transitorias VCD de estrangulación

Válvula sin retorno, libre ( válvula de retención )

Válvula de retención de resorte

Válvula de retención, operada por piloto que abre

Válvula de retención, operada por piloto que cierra

Válvula de retención con restricción

Válvula de lanzadera

Válvula de escape rápido

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Símbolos ISO

Tabla 7 : Símbolos para las válvulas de control de presión Definiciones

Un orificio de estrangulación, normalmente cerrada Un orificio de estrangulación, normalmente abierta

Dos orificios de estrangulación, normalmente cerrada

Válvula de seguridad de presión hidráulica ( válvula de seguridad )

Válvula de seguridad de presión neumática ( válvula de seguridad )

Válvula de seguridad de presión hidráulica, operada por piloto

Válvula de seguridad de presión neumática, operada por piloto

Símbolos ISO

Tabla 8 : Símbolos para las válvulas de control de flujo Definiciones Válvula de estrangulación Válvula de estrangulación controlada manualmente Válvula de estrangulación controlada mecánicamente

Válvula de división de flujo

Válvula de interrupción

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Símbolos ISO

Tabla 9 : Símbolos para las fuentes de energía y las conexiones Definiciones Fuente de presión hidráulica Fuente de presión neumática

Motor eléctrico

Máquina térmica Manguera flexible, normalmente conectada a piezas móviles

Línea eléctrica

Orificio de escape sin provisiones de conexión

Orificio de escape, roscado para conexiones

Toma de potencia con un orificio tapado Toma de potencia con una línea de derivación Acoplamiento de descarga rápida sin válvula de retén ( conectada ) Acoplamiento de descarga rápida con válvula de retén ( conectada ) Acoplamiento de descarga rápida sin válvula de retén ( desconectada ) Acoplamiento de descarga rápida con válvula de retén ( desconectada )

Conexión giratoria en una dirección

Conexión giratoria en tres direcciones

Silenciador

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Símbolos ISO

Tabla 10 : Símbolos para los estanques de reserva Definiciones Estanque de reserva con respiradero Estanque de reserva con tubo de bocatoma sobre el nivel del fluido Estanque de reserva con tubo de bocatoma bajo el nivel del fluido Estanque de reserva con una línea en la cabecera Estanque de reserva presurizado

Acumulador con su fluido mantenido bajo presión :

De resorte

Cargado con gas

Con peso

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Símbolos ISO

Tabla 11: Símbolos para aparatos misceláneos Definiciones Filtro o colador

Colector de agua drenado manualmente

Colector de agua drenado automáticamente

Filtro con colector de agua drenada manualmente

Filtro con colector de agua drenada automáticamente

Secador de aire

Lubricador

Unidad de acondicionamiento (detallada)

Unidad de acondicionamiento (simplificada)

Controlador de temperatura

Enfriador

Calentador

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Tabla 12 : Símbolos para los mecanismos de control Símbolos ISO Definiciones Controlado por operador pulsando un botón

Controlado por operador usando una palanca Controlado por operador usando un pedal Controlado mecánicamente mediante un émbolo o trazadora

Controlado mecánicamente por un resorte Controlado mecánicamente por un rodillo

Controlado mecánicamente por un rodillo que funciona en una sola dirección

Controlado eléctricamente por un solenoide con una vuelta

Controlado eléctricamente por un solenoide con dos vueltas que se oponen Como arriba con progresión variable

Controlado por un motor eléctrico de contramarcha

Control directo aplicado mediante presión hidráulica Control directo aplicado mediante presión neumática

Control directo liberado por presión hidráulica Control directo liberado por presión neumática Control directo mediante diferentes áreas de control

Control indirecto ( piloto actuado ) aplicado mediante presión hidráulica Control indirecto ( piloto actuado ) aplicado mediante presión neumática

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Tabla 13: Símbolos para mecanismos de control ... continuación Definiciones

Símbolos ISO

Control indirecto ( piloto actuado ) liberado por presión hidráulica

Control indirecto ( piloto actuado ) liberado por presión neumática

Trayectorias de control interior Control combinado mediante solenoide y válvula direccional de piloto hidráulico Control combinado mediante solenoide y válvula direccional de piloto neumático

Control combinado mediante solenoide o válvula direccional de piloto hidráulico Control combinado mediante solenoide o válvula direccional de piloto neumático

Símbolos ISO

Tabla 14: Símbolos para equipos suplementarios Definiciones

Medidor de presión

Termómetro

Medidor de flujo Medidor de flujo integrante Interruptor eléctrico de presión