2 Sistema de Operacion en Oleohidraulica Kmo Ev Co Ev

TECNOLOGIAS DE LA AUTOMATIZACION

SISTEMA DE MANIPULACION EN OLEOHIDRAULICA mo d. KMO/EV KMO/EV mod. CO/EV

VOLUMEN 2/2

manual PROFESOR/ALUMNO

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KMO$12S 1.DOC

KMO$12S 1.DOC

INDICE H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12. H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H23 H25 H26 H27 H28 H29 H30 H31

GENERACION DE LA PRESION EN UNA INSTALACION HIDRAULICA VALVULA DE SOBREPRESION DE ACCIONAMIENTO DIRECTO (Y/O VALVULA DE SECUENCIA) DETERMINACION DE LA CURVA CARACTERISTICA DE LA BOMBA HIDRAULICA VALVULA DE DISTRIBUCION 2/2 VALVULA DE DISTRIBUCION 3/2 VALVULA DE DISTRIBUCION 4/2 VALVULA ANTIRRETROCESO SIMPLE (análisis funcional) VALVULA ANTIRRETROCESO SIMPLE (casos de utilización) CIRCUITO DE CONTROL DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO CIRCUITO DE CONTROL DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO VALVULA DE DISTRIBUCION 4/3: BLOQUEO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO EN CUALQUIER POSICION VALVULA ANTIRRETROCESO CONTROLADA (análisis funcional) BLOQUEO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO CON CARGA SUSPENDIDA VALVULA DE ESTRANGULAMIENTO ESTRANGULAMIENTO REGULABLE: ANALISI FUNCIONAL REGULADOR DE CAUDAL COMPENSADO DE 2 VIAS – ANALISI FUNCIONAL CONTROL DE LA VELOCIDAD CON UN REGULADOR CONECTADO ANTES DE LA VALVULA DISTRIBUIDORA CONTROL DE LA VELOCIDAD CON UN REGULADOR CONECTADO DESPUES DE LA VALVULA DISTRIBUIDORA REGULACION SEPARADA DE LA VELOCIDAD EN LOS DOS SENTIDOS DE MOVIMIENTO: a) regulación en el circuito de alimentación REGULACION SEPARADA DE LA VELOCIDAD EN LOS DOS SENTIDOS DE MOVIMIENTO: b) regulación en el circuito de descarga REGULACION SEPARADA DE LA VELOCIDAD EN LOS DOS SENTIDOS DE MOVIMIENTO: c) regulación en una sola rama de alimentación del cilindro REGULACION PRIMARIA (solución a) REGULACION PRIMARIA (solución b) REGULACION SECUNDARIA REGULACION SECUNDARIA ACUMULADOR HIDRAULICO: utilizado en casos de emergencia CIRCUITO REGENERADOR VALVULA REDUCTORA DE PRESION DE CCIONAMIENTO CONTROLADO: análisis funcional CIRCUITO DE UTILIZACION DE UNA VALVULA REDUCTORA DE PRESION CICLO SECUENCIAL DE DOS CILINDROS: A+; B+; A-; B-; CONTROL DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO con avance rápido, avance lento de trabajo y retorno rápido CIRCUITO PARA MOTOR HIDRAULICO

1 7 13 17 29 32 34 37 40 43 45 49 54 58 65 71 74 77 79 81 83 87 89 92 95 103 107 111 113 116 119

NORMAS DE SEGURIDAD

Leer atentamente las advertencias contenidas en el presente manual, ya que proporcionan informaciones importantes referentes a la seguridad durante la instalación, el uso y el mantenimiento del módulo. Conservar el presente manual para cualquier consulta adicional.

DESEMBALAJE

Tras haber quitado el embalaje, poner a un lado todos los accesorios de modo que no se pierdan y cerciorarse de la integridad del módulo; en particular, que el mismo esté íntegro y que no presente daños visibles. Antes de llevar a cabo la alimentación del módulo, cerciorarse de que los cables estén conectados debidamente con la unidad de alimentación. Los cables de alimentación deberán colocarse de manera tal como para que no puedan ser pisados o aplastados por objetos. El equipo presenta hendiduras y aperturas para la ventilación, al objeto de garantizar un funcionamiento fiable del mismo y protegerlo contra el recalentamiento; las referidas hendiduras y aperturas no deberán obturarse ni cubrirse. El equipo deberá situarse en una posición que permita su aireación. Cualquier operación de instalación del equipo deberá ajustarse a las instrucciones del fabricante y deberá realizarse utilizando los accesorios aconsejados. Este equipo deberá destinarse sólo para el uso para el cual ha sido manifiestamente concebido; es decir, como sistema didáctico, y deberá utilizarse bajo el directo control por parte de personal experto. Cualquier otro uso deberá considerarse impropio y por lo tanto peligroso.

El fabricante no podrá considerarse responsable de eventuales daños debidos a un uso impropio, erróneo o irrazonable del sistema. PRECAUCIONES Al objeto de amparar la seguridad y la incolumidad del operador, así como el funcionamiento del equipo, el uso de aparatos eléctricos contempla el cumplimiento de algunas reglas fundamentales; en particular, deberán respetarse las normas de uso siguientes: Temperatura ambiente entre 0º C y 45º C Humedad relativa entre 20% y 80%

así como deberá evitarse cualquier cambio rápido de temperatura y humedad. En caso de avería y/o mal funcionamiento, apagar inmediatamente el equipo y no efectuar descomposturas. Para llevar a cabo una eventual reparación, dirigirse al centro de asistencia técnica o pedir exclusivamente piezas de repuesto originales. El incumplimiento de lo anterior podrá perjudicar la seguridad del equipo mismo. Si penetraran objetos o líquidos en el interior del módulo, desconectar el cable de alimentación y pedir el control por parte de personal cualificado antes de utilizarlo nuevamente.

LIMPIEZA DEL SISTEMA

Utilizar un paño suave y seco para la limpieza del armazón y del panel sinóptico. Jamás utilizar insecticidas, productos químicos o disolventes.

VIBRACIONES E IMPACTOS

Prestar atención a no causar vibraciones o impactos.

Este simbolo indique que este producto, no se mezcla con los residuos generales de su hogar. De conformidad con la legislaciòn vigente, existe un sistema de recogida distinto para los productos que requieren un procedimiento adecuado de tratamiento, recuperaciòn y reciclado. Al actuar siguiendo estas instrucciones, se asegurarà de que el producto de desecho se someta a los procesos de tratamiento, recuperación y reciclaje necesarios, con lo que se previenen los efectos negativos potenciales para el entorno y la salud humana.

H1. GENERACION DE LA PRESION EN UNA INSTALACION HIDRAULICA

Objeto del ejercicio: El objeto principal de este ejercicio es el de conocer el distribuidor hidráulico mod. CO. Dicho distribuidor se encarga de transformar la energía eléctrica en energía mecánica (por medio del motor eléctrico M) y, luego, en energía hidráulica (por medio de una bomba hidráulica). Para comprender más claramente la naturaleza de la energía hidráulica y el modo en el que ‚ésta puede transmitirse y utilizarse con una máquina operadora, hace falta definir las propiedades inherentes al "estado líquido" del fluido empleado en los sistemas de transmisión hidráulica y recordar el concepto de "presión". Puede afirmarse, de modo sintético, que un cuerpo en estado líquido se caracteriza por la libertad de forma, que es propia de los gases, y por un volumen constante, que es propio de los sólidos. Estas características se hacen más evidentes con el principio de los vasos comunicantes, ilustrado en la fig. 1, que pone de relieve el efecto de la gravedad sobre una masa líquida contenida en una serie de recipientes abiertos e intercomunicantes; dado que el líquido puede adquirir cualquier forma, se distribuirá libremente en los diferentes vasos alcanzando el mismo nivel en cada uno de ellos, con lo que las "presiones" internas se equilibran.

fig.1

Para aclarar el concepto de presión que se acaba de introducir considérese un recipiente cerrado, como el representado en la fig. 2, lleno de líquido en reposo, de cualquier tamaño y forma, provisto de un cuello cilíndrico de sección S expresada en cm2. Si a lo largo de este cuello se hace desplazar un émbolo móvil al que se le aplica una fuerza F (expresada en decanewton - daN -), en cualquier punto de la superficie interna del líquido, o de la que se halla en 1

contacto con las paredes del recipiente, se producirá una fuerza de valor constante perpendicular a dicha superficie; el valor de esta fuerza, denominada "presión", se calcula por medio de la relación: P = F/S y se expresa en daN/cm2 = bar.

fig. 2

Este es el denominado principio de Pascal, según el cual la presión existente en un punto cualquiera de un líquido en reposo es igual en todas las direcciones, se transmite en todos los sentidos y actúa con la misma fuerza sobre superficies iguales. En base a lo expuesto la presión resulta ser un fenómeno estático que está vinculado a la fuerza aplicada a una zona superficial de una masa líquida en reposo. En cambio, con el sistema ilustrado en la fig. 3, la presión es el resultado de un fenómeno dinámico. Unamos un cilindro lleno de líquido al extremo de un tubo largo y delgado cuyo extremo opuesto esté libre. Si con un émbolo aplicamos una fuerza F, el líquido atravesará el tubo y se descargará fuera. Al circular por el tubo el líquido encontrará resistencias hidráulicas tanto mayores cuanto más largo y delgado sea dicho tubo: estas resistencias son las que generarán la presión en el cilindro. Además, el valor de presión no es igual en todo el sistema descrito, sino que disminuye a medida que el líquido se acerca al extremo abierto del tubo, hasta anularse. Por lo tanto, cuando se estudie la transmisión hidráulica de la potencia habrá que tener en cuenta también los factores dinámicos, es decir las fuerzas que se manifiestan en el líquido en movimiento. Analizando todos los factores energéticos inherentes a la transmisión hidráulica se podrán conocer otras formas de energía que son: 2

• • • •

la energía de presión (o estática) que se acaba de examinar; la energía cinética (vinculada a la velocidad del líquido); la energía potencial (proporcional a la altura del líquido con respecto a un nivel de referencia); la energía térmica (vinculada al calor del líquido).

fig. 3

Las energías de presión y potencial son de carácter estático, mientras que las energías cinética y térmica son de carácter dinámico. Hay dos modos posibles de concebir los sistemas de transmisión hidráulica: en el primero, que concierne a las máquinas hidrodinámicas, la energía pasa por un estado intermedio de energía cinética; mientras que en el segundo, que es propio de las máquinas hidrostáticas, el órgano motor final aprovecha directamente la energía de presión suministrada al líquido por la bomba. Las máquinas hidrodinámicas ponen en movimiento grandes caudales de líquido a baja presión; las hidrostáticas, en cambio, desplazan caudales inferiores a alta presión con una elevada concentración energética. En los dispositivos hidrodinámicos el caudal y la presión estarán vinculados en base a las características técnicas y constructivas de los mismos. En cambio, en los dispositivos hidrostáticos la presión y el caudal resultan independientes una de otro. De todo esto se desprende que el término "Oleodinámica" empleado hasta ahora es inadecuado; mejores serían los de "Oleostática" y de "Sistemas de transmisión oleostática", ya que el líquido utilizado en la transmisión hidrostática de energía, cuyos principios, componentes y circuitos intentamos estudiar, es el aceite mineral. En todo caso vale la pena recordar que desde hace algunos años los denominados "Sistemas de transmisión oleostática" se suelen indicar con el término general, aunque impropio, de "oleodinámica". En la hidráulica de alta presión, de la que puede formar parte la oleodinámica (léase oleostática), el aporte cuantitativo de las energías potencial y térmica puede despreciarse. Así, para un "tubo de caudal", 3

es decir para un conducto de sección variable lleno de líquido en movimiento para el cual resulte válido el "principio de continuidad" (el caudal es igual en cada sección del mismo), el "principio de Bernouilli" podrá enunciarse, con términos impropios pero eficaces, de la manera siguiente: en una sección cualquiera de un sistema hidráulico, un aumento de velocidad (debido, por ejemplo, a un estrangulamiento del paso) se traduce en una disminución de presión; por el contrario, al disminuir la velocidad se tendrá una recuperación de presión (véase la fig. 4). Después de aclarados los conceptos y los principios elementales de la física de los líquidos, pasemos a la práctica y realicemos la primera experiencia, cuyo objeto principal será, justamente, el de ilustrar en base a los principios físicos expuestos cómo se genera la presión en una instalación hidráulica.

fig.4

H1 MATERIAL NECESARIO: Denominación

Cantidad

Distribuidor oleodinámico Mod. CO Medidor de caudal Válvula de bola Empalmes en cruz con manómetro Tubos flexibles con enchufes rápidos

4

1 1 1 2 1

Procedimiento y precauciones que hay que respetar:

• • • • • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 5. Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

fig. 5

5

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento

Véase el circuito hidráulico representado en la fig. 5; en ‚l pueden observarse:

• la línea de distribución de la bomba, que pasa por la válvula de bola (al principio debe resultar completamente abierta) y que llega hasta el medidor de caudal antes de volver al depósito;

• el manómetro M1, en el que se lee la presión de distribución de la bomba; el manónetro M2, en el que se lee la presión dentro de la tubería de descarga. Una vez que el motor eléctrico M arranca, la bomba suministra un caudal de líquido Q que llega hasta el depósito después de haber atravesado la válvula de bola y el medidor de caudal. Aunque la válvula de bola est‚ completamente abierta el instrumento M 1 indicará una leve presión, debida, como ya se ha dicho en la introducción, a las resistencias y a los rozamientos que el aceite encuentra en las derivaciones, en las tuberías y en los componentes. Al mismo tiempo, en el manómetro M 2 también podrá registrarse un cierto incremento de presión, el cual es prácticamente imperceptible dado que las resistencias que se encuentran en la tubería de descarga son muy inferiores. Nótese que el medidor de caudal indica directamente la cantidad de aceite (en l/min.) que lo atraviesa. Si ésta no es de 6 l/min. gírese en el sentido de las agujas del reloj el manubrio de la válvula de sobrepresión montada en el distribuidor. El manómetro M1 podrá señalar otros aumentos de presión sólo cuando se originen nuevas resistencias debidas a estrangulamientos o a obstáculos en las secciones de paso del caudal. Girando con precaución y lentamente el manubrio de la válvula de bola será posible variar la sección interna de la misma y provocar, así, las esistencias aptas para aumentar la presión de entrada de las válvulas. Cuanto mayor sea la resistencia que se opone al caudal de líquido Q en la sección interna de la válvula de bola, mayor será la presión leída en el manómetro M1. Con la válvula de bola completamente cerrada el flujo de aceite por el medidor de caudal cesará y la presión leída en el manómetro M 1 será máxima (alrededor de 60 bar). Esta es la máxima presión que se puede obtener en la línea de alimentación de la bomba y es fijada por la válvula de sobrepresión incorporada en el distribuidor, cuya función, justamente, es la de limitar la presión máxima de funcionamiento, abriéndose cuando se alcanza la misma para que pase un caudal Q de aceite.

6

H2

VALVULA DE SOBREPRESION VALVULA DE SECUENCIA)

DE

ACCIONAMIENTO

DIRECTO

(Y/O

Objeto del ejercicio: En el ejercicio precedente se vio que para obtener un incremento de la presión en el circuito hidráulico había que aumentar las resistencias que se oponían al flujo del aceite cerrando la sección de una válvula de bola. Sin embargo, la regulación obtenida a través de dicha válvula resultaba burda e imprecisa. En efecto, si se pretende que la regulación de la presión en la sección de un circuito hidráulico antes de un punto determinado sea precisa, en lugar de la válvula arriba mencionada habrá que adoptar una válvula de sobrepresión. En la fig. 6 se hallan representados el corte de una válvula de sobrepresión de accionamiento directo y su símbolo. Observando dicha figura podrá fácilmente comprenderse el principio de funcionamiento de la válvula esquematizada.

fig.6

El elemento móvil 1 (cono) es empujado contra su asiento 2 por una fuerza que depende del resorte 3 y de la regulación del manubrio 4. El hueco 5, que contiene al resorte, se encuentra en la línea de descarga T que llega hasta el depósito; por lo que respecta a la presión P del circuito, ésta resulta aplicada directamente en la superficie del elemento móvil (de aquí, la denominación de válvula de sobrepresión de accionamiento directo). La presión P, multiplicada por la superficie sobre la cual está aplicada, genera una fuerza que se opone a la del resorte y que aumenta al 7

incrementarse dicha presión. Cuando la fuerza del resorte es mayor que la de la presión hidráulica, el elemento móvil se desplaza oponiéndose a la acción del resorte y dejando el paso abierto. De esta manera el fluido superfluo vuelve al depósito. Por ejemplo, si el dispositivo con el que se trabaja no extrae fluido, todo el caudal suministrado por la bomba hidráulica deberá atravesar la válvula. La válvula se abre hasta que se instaure un cierto equilibrio entre la fuerza hidráulica y la fuerza del resorte. La abertura varía continuamente según el caudal de fluido que atraviesa la válvula. Ya que la presión no supera el valor de presión calibrado en el resorte, esta válvula se denomina también "válvula de seguridad" o "válvula de máxima presión de accionamiento directo". Hasta ahora sólo se han examinado las fuerzas, es decir, el aspecto estático de la válvula. Pero si se considera también su aspecto dinámico, se tendrá un sistema de resorte-masa que producirá vibraciones cuando se lo ponga en movimiento. Estas vibraciones, además de provocar un ruido elevado, influyen sobre la presión pudiendo llegar a dañar otros componentes de la instalación debido a una persistente oscilación de alta frecuencia de la presión. Estas vibraciones habrá que tratar de eliminarlas recurriendo a un sistema de amortiguamento que, en el caso de la válvula en cuestión (fig. 6), está constituido por un estrangulamiento 6 en la línea de distribución. En otras válvulas se utlizarán pequeños émbolos de amortiguamiento. Entre los requisitos de la válvula descrita deben señalarse, además de la ausencia de vibraciones, la rapidez de reacción, que se traduce en un breve tiempo de abertura (del orden de algunos centésimos de segundo); también es preciso que el caudal y la viscosidad del fluido no influyan sensiblemente sobre la presión de abertura y que el cierre hermético sea perfecto cuando la válvula se encuentre en reposo. En la fig. 7 se ilustra una de las características principales de la válvula examinada. Considérese una válvula de sobrepresión de accionamiento directo (como la montada en el equipo) calibrada en 30 bar; las dos curvas representadas en la fig. 7 ponen en relación las presión de abertura y de cierre características de esta válvula con el caudal Q descargado. La diferencia entre la presión de abertura y la de cierre para un cierto caudal depende de la posición del conjunto resorte-cono respecto a las tuberías P y T (el conjunto resorte-cono regula directamente el flujo). Si el valor del caudal que hay que descargar y de la presión máxima de calibración es elevado la válvula de accionamiento directo deja de ser conveniente, ya que para construirla se debería utilizar un resorte de gran tamaño que plantearía problemas de espacio y dificultades de calibración. Además, con caudales superiores a 40 l/min. la diferencia entre las presiones de abertura y de cierre resultaría demasiado grande.

8

Por estos motivos, se prefiere adoptar la válvula de sobrepresión de accionamiento indirecto (o controlada) en la que la función del resorte es reemplazada por la de una presión.

fig. 7

En base a lo expuesto resulta que la válvula de sobrepresión de accionamiento directo:

• sirve para limitar la presión en un valor fijo bien definido; • posibilita la regulación de la presión máxima en un circuito • • •

hidráulico; se adopta para proteger las instalaciones hidráulicas contra las sobrecargas debidas a sobrepresiones; constituye un sistema de seguridad absolutamente indispensable en cualquier instalación hidráulica; se instala fácilmente (va montada inmediatamente después de la bomba para evitar cualquier daño o accidente debidos a sobrepresiones) y es relativamente barata.

Vale la pena recordar que a esta válvula de sobrepresión se la denomina "válvula de secuencia" si, en lugar de utilizarla para descargar en el depósito caudales excedentes a la máxima presión admitida por la instalación, se la monta en el conducto principal para abrir o cerrar una sección de paso cuando la presión alcanza un cierto valor calibrado de antemano.

• Desde el punto de vista constructivo las válvulas de secuencia son •

similares a las de máxima presión. Las válvulas de secuencia también pueden ser de accionamiento directo o de accionamiento indirecto (o controlada) según la solución constructiva adoptada. 9

Resumamos a continuación las funciones desempeñadas por una válvula de secuencia (véase la fig. 6):

• en condiciones de reposo, el conjunto cono-resorte bloquea el paso

•

del líquido entre A y B. Cuando la presión de entrada de la válvula alcanza el valor calibrado por el operador y tiende a vencer la acción del conjunto cono-resorte-manubrio, el cono se mueve hacia arriba permitiendo que el aceite pase de A a B; El aceite seguirá pasando de A a B mientras se mantengan las condiciones que han provocado su circulación; pero, tan pronto como disminuye la presión de accionamiento, la válvula vuelve a cerrarse.

El objeto de este ejercicio es el de verificar el funcionamiento de una válvula de sobrepresión de accionamiento directo y/o de una válvula de secuencia.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico Mod. CO Medidor de caudal Válvula de sobrepresión y/o de secuencia Válvula de bola Empalmes en cruz con manómetro Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 1 1 1 2 3


• • • • • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 8. Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

10

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento En el circuito hidráulico representado en la fig. 8 pueden observarse: a) la línea de distribución de la bomba, que pasa por la válvula de bola (que al principio debe estar completamente abierta) y a través de la válvula de sobrepresión de accionamiento directo (que al principio debe estar completamente girada en el sentido contrario al de las agujas del reloj para que la fuerza ejercida por el resorte sea mínima);

fig.8 b) el manómetro M 1, en el que se lee la presión del circuito a la entrada de la válvula de sobrepresión; c) el manómetro M2, en el que se lee la presión en la tubería de descarga. Antes de alimentar el motor eléctrico M contrólese si la válvula de bola está totalmente abierta y si el manubrio de la válvula de sobrepresión está completamente girado en el sentido opuesto al de las agujas del reloj (con el resorte en la posición de reposo). En estas condiciones, tan pronto como el motor eléctrico M arranca, el caudal Q suministrado por la bomba llega hasta el depósito circulando por las tuberías T 1 y T 2. De hecho, el resorte de la válvula de sobrepresión, al no estar comprimido, no opone elevadas resistencias al flujo; mientras que las resistencias que 11

el aceite encuentra en las tuberías T1 y T2 se deducen de los valores leídos del manómetro M1. En esta situación ciérrese la válvula de bola: todo el caudal de aceite pasa por la válvula de sobrepresión (siempre que la válvula de sobrepresión del distribuidor est‚ regulada en el valor P máx) y por la tubería T1, como resulta de la lectura del medidor de caudal; el valor de presión leído en el instrumento M 1 sube, indicando, así, un aumento de las resistencias hidráulicas. Ahora comprímase el resorte de la válvula de sobrepresión girando su manubrio una vuelta completa en el sentido de las agujas del reloj: la presión leída en M1 aumenta, mientras que el valor indicado por el medidor de caudal no varía. Sigamos comprimiendo el resorte de la válvula de sobrepresión: la presión leída en M1 continúa subiendo, mientras que todo el caudal sigue descargándose a través de T1, como indica el medidor de caudal. Prosiguiendo de este modo, cuando la presión en M 1 se acerque a los 60 bar, empezaremos a observar la indicación del medidor de caudal disminuye: esto se debe a la acción de la válvula de sobrepresión del distribuidor que empieza a abrirse para evitar las sobrecargas excesivas. Comprimiendo aun más el resorte de la válvula de sobrepresión montada en el banco, la presión cesa de aumentar en M1, mientras que la indicación dada por el medidor de caudal resulta nula; se llega a esta situación cuando todo el caudal se descarga a través de la válvula de sobrepresión del distribuidor, la cual, en este caso, se convierte en el dispositivo más importante de regulación de la presión máxima leída en el instrumento M1 (60-65 bar aproximadamente). Con esto se ha podido aclarar cómo trabaja la válvula de sobrepresión. Para comprender su funcionamiento como válvula de secuencia procédase del modo siguiente:

• redúzcase la compresión del resorte de la válvula de sobrepresión montada en el banco hasta poder observar en el medidor de caudal la máxima indicación y leer en el manómetro M 1 una presión de unos 40 bar. Si no se abre la válvula de bola, la presión disminuye notablemente, mientras que todo el caudal se descarga en el depósito a través de la tubería T2. Volviendo a cerrarla lentamente se observará que cuando la presión llegue a los 40 bar la válvula de secuencia empezará a abrirse (léase la indicación dada por el medidor de caudal) hasta alcanzar la máxima abertura cuando la válvula de bola esté totalmente cerrada.

12

H3 DETERMINACION HIDRAULICA

DE

LA

CURVA

CARACTERISTICA

DE

LA

BOMBA

Objeto del ejercicio: Una bomba hidráulica transforma la energía mecánica producida por un motor en energía hidráulica. Debe ser capaz de suministrar un cierto caudal y de mantenerlo constante a pesar de las resistencias hidráulicas, cuyo valor está dado por la presión. Por esto se dice que las bombas oleodinámicas son máquinas hidrostáticas. De hecho, como ya se vió en el ejercicio H1, las bombas hidrodinámicas se distinguen de las hidrostáticas. En el caso de las "bombas hidrodinámicas" el líquido extraído de un depósito en reposo se pone en movimiento dentro de las mismas a gran velocidad y luego sufre una deceleración con la cual puede adquirir presión y vencer las resistencias. Estas bombas están caracterizadas por el hecho de que el volumen suministrado depende de la presión. Entre ellas, muy conocidas son las bombas centrífugas y las axiales (bombas helicoidales). En cambio, en las "bombas hidrostáticas o volumétricas", el líquido se pone en movimiento y adquiere presión dentro de las mismas sin que su velocidad aumente notablemente, siendo simplemente aspirado y desplazado. En estas bombas, el volumen de líquido suministrado casi no depende de la presión. El objeto de este ejercicio es, justamente, el de poner de relieve el carácter hidrostático de la bomba hidráulica que forma parte del equipo.

H3

MATERIAL NECESARIO: Denominación

Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Medidor de caudal Válvula de sobrepresión Empalmes en cruz con manómetro Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 1 1 2 2


• Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. • Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 9. • Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. 13

• • • • •

Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

fig. 9

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento En el circuito hidráulico representado en la fig. 9 se observa que todo el caudal Q de la bomba pasa por la válvula de sobrepresión y por el medidor de caudal, con lo que es posible medir simultáneamente la presión (que se lee en el manómetro M1) y el caudal suministrado por la bomba en función del valor de calibración de la válvula de sobrepresión. 14

Comiéncese la experiencia girando el manubrio de la válvula de sobrepresión completamente en el sentido opuesto al de las agujas del reloj; luego, auméntese la presión hasta alcanzar los valores indicados en la tabla de la fig. 10 (que se leen en el manómetro M 1) y, en correspondencia con los mismos, obsérvense en el medidor de caudal las respectivas cantidades de flujo. Seguidamente, trasládense los valores obtenidos a un diagrama Q-P como el ilustrado en la fig. 11, que representa la curva característica de una bomba que ha sufrido un gran desgaste. Puede notarse la fuerte pérdida de caudal al aumentar la presión suministrada.

Presion P (bar) Caudal Q (l/min)

10

20

30

35

40

45

50

55

60

fig.10

fig.11

La curva correspondiente a la bomba entregada con el equipo está ilustrada en la fig. 12; de ella se desprende que la característica hidrostática de dicha bomba es óptima. Las pérdidas de caudal a las presiones más elevadas (60 bar aproximadamente) se deben a las fugas de aceite en la válvula de sobrepresión ubicada en el distribuidor y calibrada en unos 65 bar.

15

Presion P (bar)

10

20

30

35

40

45

50

55

60

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

5.9

5.8

4.6

Q (l/min)

fig.12

16

H4 VALVULA DE DISTRIBUCION 2/2

Objeto del ejercicio: Las válvulas de distribución hidráulicas sirven para controlar la dirección del flujo de aceite. La función de las mismas depende del tipo de conexiones que pueden realizarse con ellas y del número de variantes admitidas por dichas conexiones. El tipo de conexión está definido por el número de vías y por el esquema interno de las diferentes posiciones, mientras que el número de variantes de conexión corresponde al número de posiciones. Así, una válvula con dos enchufes útiles y dos posiciones de conexión se denomina válvula de distribución 2/2. Las válvulas de distribución se representan simbólicamente con una cantidad de cuadrados igual al número de posiciones. En cada cuadrado se indica el esquema interno de conexión. En la posición de reposo se representan también los empalmes correspondientes al número de vías.

Tipos de válvulas de distribución

Válvula 2/2 normalmente cerrada (2 vías - 2 posiciones)

Válvula 2/2 normalmente abierta (2 vías - 2 posiciones)

Válvula 3/2 con enchufe de servicio en la descarga (3 vías - 2 posiciones)

Válvula 4/2 con posición de reposo en cruz (4 vías – 2 posiciones).

17

Por lo general, con la letra "P" se indica el enchufe de presión (conexión a la bomba), con la letra "T" la descarga en el depósito y con las letras "A" y "B" los enchufes de servicio. Existen numerosos esquemas de posiciones internas y varios tipos de accionamiento de las válvulas, como podrá verse a continuación.

Ejemplos de posición

Retorno al depósito

Posiciones intersecadas

Posiciones de bloqueo

Posiciones de paso

Posición de paso con circulación cruzada

Posición de paso con circulación en paralelo

18

Ejemplos de accionamiento Accionamiento muscular (directo):

General

Por pulsador

Por palanca

Por pedal

Accionamiento mecánico (directo):

Mediante rodillo

Mediante resorte

Mediante émbolo

Mediante rodillo unidireccional

19

Accionamiento hidráulico (directo):

Por presión hidráulica

Por presión hidráulica diferencial

Accionamiento eléctrico (directo):

Electromagnético (1 solenoide)

Electromagnético (2 solenoides de acción contraria)

Electromagnético (2 solenoides de acción contraria y regulable)

Con motor eléctrico

Accionamiento hidráulico (controlado):

Electro-hidráulico

Hidráulico controlado

20

Accionamiento combinado:

Hidráulico electromagnético

controlado

o

Hidráulico con centrado por resorte

Por último, según el tipo constructivo las válvulas de distribución se subdividen en dos categorías, que son: a) la de las válvulas de asiento; b) la de las válvulas de corredera. Las primeras se distinguen de las segundas por el hecho de que pueden realizar el cierre sin fugas de fluido; esto no es posible en las válvulas de corredera debido a los juegos inevitables en el acoplamiento entre el émbolo y el cuerpo de las mismas. Todas las válvulas de distribución montadas en el equipo son válvulas de corredera de accionamiento manual y electromagnético (24 V c.c.). Al estudiar las funciones de conmutación de las válvulas de corredera es muy importante analizar el tipo de superposición que se verifica durante la misma conmutación. Hay tres tipos de superposición: a) la superposición positiva (véase la fig. 13 a): al desplazarse el émbolo hacia la derecha la conexión entre P y T se cierra antes de que se instaure la nueva conexión entre P y A. Por lo tanto, durante la conmutación todos los enchufes resultan separados por un breve período. Se genera, así, una punta de presión cuyo valor depende del tiempo de conexión y del caudal del fluido. Al realizarse esta conmutación los aparatos utilizadores no podrán hallarse bajo carga o bien la presión de salida de la válvula queda inalterada; b) la superposición negativa (véase la fig. 13 b): en este caso, durante la conmutación la conexión con el aparato utilizador (enchufe A) se abre antes de que se cierre la conexión con el depósito. En esta situación todos los enchufes resultan conectados entre sí por un breve período. De esta forma se tiene una conmutación suave. En algunas condiciones de carga particulares puede verificarse un desplazamiento indeseable del líquido usado. c) la superposición nula (véase la fig. 13 c): la superposición nula se sitúa exactamente entre las dos superposiciones apenas mencionadas. Carrera x1 = x2. Esto significa que cuando P está separado de T, la conexión entre P y A se abre. 21

Este tipo de superposición se emplea sobre todo en las servoválvulas, ya que en estos dispositivos hace falta poder controlar el flujo del líquido aun con un pequeño desplazamiento del émbolo.

fig.13 En las figs. 14, 15 y 16 se hallan ilustrados los cortes de algunas válvulas direccionales, así como también sus características y algunos ejemplos de aplicación. La fig. 17 muestra el corte de una elctroválvula 4/2 (posición de reposo en paralelo). Como puede verse la construcción es del tipo por superposición positiva. Después de esta introducción, larga pero necesaria, analicemos la válvula 2/2 objeto de este ejercicio. 22

Ya que el equipo está provisto sólo de una válvula de distribución 4/2, utilizando adecuadamente sus conductos hidráulicos podrá obtenerse una válvula 2/2.

POSICION DE TRABAJO

POSICION DE REPOSO

CARACTERISTICAS:

DE ASIENTO ACCIONAMENTO DIRECTO ACCIONAMIENTO MUSCOLAR POSICION DE REPOSO: NORMALMENTE CERRADA POSICION DE TRABAJO RETORNO POR RESORTE

EMPLEO:

Abertura y cierre de conductos

fig. 14

23

POSICION DE TRABAJO

POSICION DE REPOSO

CARACTERISTICAS:

DE CORREDERA SUPERPOSICION NEGATIVA ACCIONAMIENTO MUSCOLAR POSICION DE REPOSO POSICION DE TRABAJO RETORNO POR RESORTE

EMPLEO:

ACCIONAMIENTO DE GATOS DE SIMPLE EFECTO

fig. 15

24

POSICION DE TRABAJO

POSICION DE REPOSO

CARACTERISTICAS:

DE CORREDERA SUPERPOSICION NULA ACCIONAMIENTO MUSCOLAR POSICION DE REPOSO: EN PARALELO POSICION DE TRABAJO: EN CRUZ RETORNO POR RESORTE

EMPLEO:

ACCIONAMIENTO DE GATOS DE DOBLE EFECTO Y DE MOTORES HIDRAULICOS

fig. 16 VALVULA DISTRIBUDORA 4/2

25

CARACTERISTICAS:

DE CORREDERA SUPERPOSICION NEGATIVA ACCIONAMIENTO ELECTROMAGNETICO - (1 SOLENOIDE) POSICION DE REPOSO b: EN PARALELO POSICION DE TRABAJO a: EN CRUZ RETORNO POR RESORTE

fig. 17 VALVULA DISTRIBUDORA 4/2

H4 MATERIAL NECESARIO: Denominación Distribuidor oleodinámico mod. CO Medidor de caudal Válvula direccional 4/2 (3/2 ó 2/2) Válvula de bola Empalmes en cruz con manómetro Tubos flexibles con enchufes rápidos

Cantidad 1 1 1 1 2 2


• • • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 18. Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite.

26

• No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay •

presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

fig. 18

27

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento

En el esquema de la fig. 18 puede verse cómo se obtiene una válvula 2/2 utilizando de modo apropiado la válvula de distribución 4/2 del equipo. En cambio, la fig. 19 muestra cómo a partir de la misma electroválvula puede obtenerse una válvula de distribución 2/2 cerrado y abierto. Tan pronto como el motor eléctrico arranca regúlese la presión del circuito hidráulico girando el manubrio de la válvula de sobrepresión montada en el distribuidor, manteniendo la válvula de bola cerrada y leyendo los valores de presión en el manómetro M 1. Maniobrando alternativamente la válvula de bola y la palanca de accionamiento de la válvula de distribución 2/2 podrá observarse que la función de bloqueo del flujo desempeñada por los dos componentes es similar y que las válvulas 2/2 se utilizan para abrir y cerrar conductos.

fig.19

28


Objeto del ejercicio: En este ejercicio se realizará y estudiará una válvula 3/2 utilizando adecuadamente las conexiones hidráulicas de la válvula de distribución 4/2 del equipo. En la fig. 20 se ilustra cómo obtener este tipo de distribución a partir de la válvula 4/2 del equipo.

fig. 20


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Medidor de caudal Válvula direccional 4/2 (3/2 ó 2/2) Válvula de bola Empalmes en cruz con manómetro Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 1 1 1 3 3


• • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 21. Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. 29

• No trabajar con las manos sucias de aceite. • No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay •

presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

fig. 21

30

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento Empecemos la experiencia girando completamente el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor en el sentido opuesto al de las agujas del reloj (válvula totalmente abierta) y abriendo la válvula de bola. Después de alimentar el motor eléctrico se observará que el caudal Q no puede atravesar la válvula direccional 3/2 porque encuentra su conexión normalmente cerrada. Calíbrese la presión de funcionamiento de la instalación regulando la válvula de sobrepresión del distribuidor hasta leer en el instrumento M 1 un valor de 50 bar. Si se acciona la palanca de la válvula de distribución 3/2 podrá notarse que el caudal Q atraviesa esta última, el medidor de caudal y la válvula de bola, para luego llegar al depósito. Obsérvense el valor del flujo indicado por el medidor de caudal y los valores de presió indicados por los manómetros M 1, M3 y M2. ¿ A qué se debe la leve diferencia de presión (1 bar aproximadamente) entre el manómetro M1 y el M3? Si ahora cerramos la válvula de bola el caudal Q ya no se descargará en el depósito a través del medidor de flujo. ¿ A través de qué elemento el caudal Q se descarga en el depósito? Ahora, que la válvula de bola está cerrada, si hacemos que el conducto B de la válvula 3/2 quede comunicado con la descarga se observará que el fluido que circula por el manómetro M 3 va rápidamente hacia el depósito a través de la conexión T de la válvula 3/2. Con esto resulta claro el papel desempeñado por las válvulas de distribución 3/2; en efecto, en una posición permiten poner una carga bajo presión, y en la otra, descargarla. Como podrá verse a continuación, las válvulas 3/2 se utilizan en la práctica para controlar gatos de simple efecto, ya que, en una posición, permiten poner bajo presión la cámara positiva de los mismos, mientras que en la otra, dicha cámara se descarga.

31


Objeto del ejercicio:

En este ejercicio se analizará la función de la válvula de distribución de 4 vías y 2 posiciones montada en el equipo.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Válvulas de bola Empalmes en cruz con manómetro Medidor de caudal Válvula direccional 4/2 Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 2 4 1 1 4


• • • • • • • •


Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento La función desempeñada por la válvula de distribución 4/2 se comprenderá fácilmente observando el circuito de la fig. 22. a) Cerrando las válvulas de bola V1 y V2 y accionando la palanca de la válvula 4/2 se podrá ver a través de los manómetros M 3 y M4 que los conductos A y B se encuentran bajo presión y/o se descargan en el depósito. 32

b) Si se abren las válvulas de bola V1 y V2 y si se acciona la palanca de la válvula 4/2 se observarán las pérdidas de carga para un cierto valor indicado por el medidor de caudal leyendo los valores de presión en los 4 manómetros (para una mayor precisión conéctense M1 y M 2 directamente en los conductos P y T de la válvula 4/2). Al efectuar las experiencias descritas en este manual tendremos muchas veces la oportunidad de utilizar este tipo de válvula, sobre todo cuando haya que realizar circuitos de accionamiento del distribuidor de doble efecto.

fig.22

33

H7 VALVULA ANTIRRETROCESO SIMPLE (análisis funcional) Objeto del ejercicio: En los circuitos hidráulicos muchas veces es necesario impedir que en algunas de las líneas el aceite pueda circular en ambos sentidos. Para ello, hay que utilizar las denominadas "válvulas antirretroceso". El objeto de este ejercicio será, justamente, el de analizar el funcionamiento de las "válvulas antirretroceso simples". Estas válvulas son de asiento y, por lo tanto, se cierran perfectamente sin provocar fugas de fluido. El órgano de cierre que se utiliza normalmente consiste en una bola o en un cono. En la fig. 23 a) se halla representada la sección de una válvula antirretroceso simple "en línea", cuyo órgano de cierre es el cono 1, que un resorte 2 oprime contra el asiento 3. La posición en la que se puede montar dicha válvula es indiferente ya que el resorte mantiene siempre el órgano de cierre en su asiento.

fig. 23 Cuando el líquido circula de P hacia A (véase la fig. 23) la presión del mismo hace que el cono se alce de su asiento, con lo que el paso se abre. 34

Si circula en el sentido contrario (A → P) el resorte y el líquido oprimen el cono contra su asiento, con lo que el paso queda obstruido. La presión de abertura depende del resorte escogido, de su precarga y de la superficie del cono; por lo tanto, el pasaje de aceite no será completamente libre en el sentido P → A (fig. 23) porque el resorte genera una pequeña contrapresión de 0,5 a 3 bar también en el sentido de "flujo libre". Las válvulas caracterizadas por valores de presión de abertura bajos se utilizan para obtener una derivación en un punto de estrangulamiento en el sentido del flujo o, simplemente, para obstruir el paso en uno de los sentidos de circulación. En cambio, las válvulas con valores de presión de abertura mayores se utilizan normalmente en derivación con un filtro en las líneas de retorno y actúan cuando en este último se alcanza una cierta presión de atascamiento debida a la acumulación de residuos. Por lo que respecta a las válvulas antirretroceso simples sin resorte se las debe montar verticalmente. Esto significa que en la posición de reposo el órgano de cierre se apoyará en su asiento por efecto de su peso. Cuando la velocidad de circulación y las presiones son elevadas es preferible recurrir a las válvulas antirretroceso "de escuadra" (véase la fig. 23 b), en lugar de las "en línea" (fig. 23 a).


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Válvulas de bola Empalmes en cruz con manómetro Válvula unidireccional Medidor de caudal Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 2 3 1 1 2


• • • • • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 24. Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO. 35

fig. 24

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento Aliméntese el distribuidor oleodinámico y regúlese al máximo la presión suministrable (girando el manubrio de la válvula de sobrepresión completamente en el sentido de las agujas del reloj); se observará lo siguiente: a) si se cierra la válvula V1 y se deja abierta la V2 todo el líquido (6 l/min.) circulará a través de la válvula antirretroceso simple (como demostrará la indicación dada por el medidor de caudal), mientras que los manómetros M 1 y M3 indicarán la caída de presión correspondiente. b) Luego, cerrando V2 y abriendo V 1 la válvula unidireccional hará que la presión se mantenga máxima en el manómetro M 3, impidiendo que el aceite se descargue en el distribuidor a través de M 1 - V1 - M2. 36

H8 VALVULA ANTIRRETROCESO SIMPLE (casos de utilización)

Objeto del ejercicio: En el ejercicio precedente se analizó la función de una válvula antirretroceso simple, que era la de dejar pasar el fluido hidráulico en un cierto sentido impidiendo que circulara en el sentido contrario. Por lo general sus aplicaciones pueden resumirse del modo siguiente: a) cuando un circuito debe mantenerse a presión después de haberse parado la bomba, las válvulas antirretroceso simples se montan "en línea" en el conducto de distribución, a la salida de la misma bomba; b) cuando se pretende provocar una contrapresión en la tubería de descarga, las válvulas antirretroceso simples, comprimidas de antemano, se montan "en línea" en dicha tubería; c) las válvulas antirretroceso simples pueden utilizarse para hacer que el líquido recorra una o varias ramas del circuito en un solo sentido atravesando (o evitando) ciertas válvulas, y atravesando (o evitando) otras válvulas en el recorrido inverso; en este último caso las válvulas se conectan en paralelo; d) por último, las válvulas antirretroceso simples se utilizan generalmente para evitar fugas de aceite en los enchufes rápidos.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Válvulas de bola Empalmes en cruz con manómetro Válvulas unidireccionales Medidor de caudal Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 2 4 2 1 2


• • • • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 25. Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). 37

fig. 25

• Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

38

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento En el circuito de la fig. 25 pueden observarse los 4 casos de utilización de una válvula unidireccional vistos en la introducción. a) En la línea de distribución de la bomba: después de haber cerrado V1 aliméntese el distribuidor; luego, déjeselo de alimentar. El fluido que atraviesa M 1 se mantiene a presión. b) En la línea de descarga (contrapresión): dejando las válvulas V1 y V2 abiertas, el flujo atraviesa la R 2 generando una leve contrapresión que se lee en el manómetro M 4 (compárese este valor con el indicado por M 2). c) Como derivación de otras válvulas: cerrando la válvula V2 el aceite atraviesa también R 1 (montando R 1 en el sentido contrario el aceite no fluye). d) Para evitar fugas de aceite a través de los enchufes sin utilizar: en efecto, se observará que en los enchufes sin utilizar de los empalmes en cruz con manómetro no hay pérdidas de aceite.

39

H9 CIRCUITO DE CONTROL DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO

Objeto del ejercicio: La función de los cilindros de simple efecto es la de transformar la presión de un fluido en una fuerza lineal, esto es, en movimiento (transformación de la energía hidráulica en energía mecánica). En este ejercicio analizaremos el circuito hidráulico de control de un cilindro de simple efecto en el que se utiliza una válvula de distribución 3/2. Dado que los gatos de simple efecto con resorte de retorno casi no se emplean (porque dicho resorte debería ser lo suficientemente potente como para poder empujar el fluido hidráulico hacia el depósito), utilizaremos, para llevar a cabo esta experiencia, el cilindro de doble efecto con carga suministrado con el equipo. En este caso la fuerza de retorno no será generada por un resorte sino por la fuerza constituida por el peso propio de la masa contenida en el cilindro. Naturalmente, dicha masa deberá calcularse de modo que cuando la válvula 3/2 nvierta su funcionamiento (posición de reposo), el vástago del gato empujado por esta masa retroceda.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Cilindro con carga regulable Válvula direccional Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 3 1 1 4


• • • • • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 26. Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación 40

girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

fig. 26

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento El funcionamiento del circuito es fácil de comprender: cuando la válvula de distribución se encuentra en la posición paralela ( ↑↓) la cámara inferior del cilindro queda conectada directamente con el depósito; por lo tanto, si el émbolo se encuentra en la posición positiva (con el vástago hacia afuera) volverá a su posición negativa (con el vástago hacia adentro) por efecto de la acción gravitacional generada por la carga exterior. Si la válvula de distribución se halla en la posición cruzada ( ) la boca de impulsión de la bomba quedará conectada directamente con la cámara inferior, haciendo que la carga suba. 41

Nótese que la cámara superior del cilindro se comunica con el ambiente exterior (aire) a través del conducto de drenaje Y. Explíquese por qué al reducirse la presión del distribuidor disminuye también la velocidad de subida de la carga. Regúlense la presión y la carga de modo que los movimientos de subida y de bajada de esta última sean suaves y sin golpes ruidosos.

42

H10 CIRCUITO DE CONTROL DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO

Objeto del ejercicio: Al igual que los de simple efecto, los cilindros de doble efecto transforman la presión de un fluido hidráulico en una fuerza lineal, esto es, en movimiento (transformación de la energía hidráulica en energía mecánica). Sin embargo, a diferencia de los cilindros de simple efecto, cuya función es sólo la de empujar o sólo la de tirar, los de doble efecto pueden empujar y tirar. A excepción de los cilindros de doble efecto de dos vástagos, los de un solo vástago se caracterizan por tener émbolos con caras de diferente superficie; por lo que para una misma presión y un mismo caudal las fuerzas y las velocidades producidas por estos órganos serán diferentes en los dos sentidos de marcha. En este ejercicio analizaremos el circuito hidráulico de control básico de un cilindro de doble efecto, tratando de averiguar sus características operacionales fundamentales. Para accionar este cilindro de doble efecto se utilizará una válvula 4/2.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvula direccional 4/2 Cilindro diferencial Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 2 1 1 4


• • • • • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 27. Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la in Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

43

fig. 27

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento El funcionamiento del circuito es bastante sencillo: cuando la válvula de distribución se encuentra en la posición cruzada se produce el movimiento A- (retroceso del vástago); en cambio, si la válvula está en la posición paralela, se producirá el movimiento A+ (salida del vástago). Regúlese la presión máxima estática entre 60 y 65 bar. Recordando que el cilindro suministrado con el equipo posee los parámetros siguientes: Diámetro interior: ø1 = 32 mm (D) Vástago: ø2 = 22 mm (d) Carrera: l = 150 mm (l) y que el caudal en el distribuidor es de 6 l/min., calcúlense los tiempos (en seg.) de la carrera positiva (t A+) y de la carrera negativa (tA-); luego, verifíquese experimentalmente la exactitud de estos tiempos con un cronómetro. Obsérvense los distintos comportamientos de las presiones en ambas cámaras del cilindro durante los movimientos de avance y de retroceso del émbolo. 44

H11 VALVULA DE DISTRIBUCION 4/3: BLOQUEO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO EN CUALQUIER POSICION

Objeto del ejercicio: Con las válvulas de 4 vías y 3 posiciones pueden solucionarse muchos problemas particulares gracias a las distintas "posiciones centrales" que pueden tomar. Con el auxilio de los esquemas de la fig. 25 analicemos brevemente las funciones específicas desempeñadas por las válvulas de distribución 4/3 en base a la posición central de las mismas.

• Posición central con "centro cerrado" (figura 28 a): se adopta cuando • • • • • •

la carga deba mantenerse bloqueada en la posición neutra. Posición central con "centro en cortocircuito" (figura 28 b): se adopta cuando la carga deba mantenerse bloqueada y la bomba en condición de descarga en la posición neutra. Posición central con "centro abierto" (figura 28 c): cuando tanto la bomba como las ramas de alimentación deban quedar en condición de descarga. Posición central con "centro fluctuante" (figura 28 d): cuando hace falta que la carga se mueva libremente en la posición neutra. Posición central con "centro bajo presión" (figura 28 e): se adopta en los circuitos regeneradores. Posición central con "centro semicerrado" (figura 28 f): se adopta para bloquear un cilindro en un solo sentido. Posición central con "centro en semipresión" (figura 28 g): se adopta para bloquear un cilindro cerrando una salida y poniendo la otra a presión.

La válvula de distribución 4/3 suministrada con el equipo es de "centro cerrado" (fig. 28 a). Tiene las ventajas siguientes: a) puede utilizarse para controlar tanto cilindros de doble efecto como motores hidráulicos reversibles; b) permite bloquear el órgano accionado en cualquier posición intermedia aun bajo carga, si bien sólo por un breve período (a causa de las fugas internas entre el émbolo y el cuerpo de la válvula). En este ejercicio nos limitaremos a analizar el circuito hidráulico utilizado para bloquear un cilindro de doble efecto en cualquier posición incluso sometido a una carga, pero en este caso sólo por un breve período).

45

fig. 28 H11 MATERIAL NECESARIO: Denominación

Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Cilindro con carga regulable Empalmes en cruz con manómetro Válvula 4/3 con "centro cerrado" Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 1 3 1 4


• • • • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 29. Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando).

46


Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento El funcionamiento del circuito es bastante sencillo. Con la válvula de distribución 4/3 en la posición central regúlese la presión a través de la válvula de sobrepresión del distribuidor observando los valores indicados por el manómetro M 1.

fig. 29 47

Cuando la válvula 4/3 se encuentre en la posición paralela se producirá el movimiento A+ (salida del vástago); en cambio, cuando est‚ en la posición cruzada, se producirá el movimiento A- (retroceso del vástago). En cualquier instante de las carreras A+ y A-, y con la válvula distribuidora en la posición central, se verificará el bloqueo del cilindro de doble efecto con carga. Nótese que después de que el émbolo se bloquea en una posición intermedia, las presiones leídas en los manómetros M2 y M 3 varían debido a las fugas inevitables dentro de la válvula 4/3. El valor de la carga del cilindro provoca una mayor o menor aceleración y velocidad del émbolo mientras retrocede el vástago (movimiento A-); ésto, porque la fuerza gravitacional se suma al empuje hidráulico. En este ejercicio se ponen de relieve dos aspectos muy importantes del control de accionadores sometidos a cargas gravitacionales: 1) la válvula de distribución 4/3 con "centro cerrado" puede utilizarse para bloquear un dispositivo con carga gravitacional, pero sólo por períodos de tiempo muy breves; en caso de tener que bloquear un dispositivo por más tiempo habrá que utilizar elementos con asiento hermético (véase el ejercicio H13); 2) los movimientos durante los cuales la fuerza gravitacional se suma al empuje hidráulico se regulan generando una contrapresión adecuada en la cámara de descarga del dispositivo (véase el ejercicio H13). Por último, recordamos aquí los parámetros del accionador que forma parte del equipo: Diámetro interior: ø1 = 25 mm (D) Vástago: ø2 = 14 mm (d) Carrera: l = 200 mm (l)

48

H12.

VALVULA ANTIRRETROCESO CONTROLADA (análisis funcional)

Objeto del ejercicio: Desde el punto de vista constructivo las válvulas antirretroceso controladas (es decir con desbloqueo hidráulico) poseen, además del órgano de cierre típico de las válvulas antirretroceso simples (véase el ejercicio H7), un vástago de desbloqueo solidario con un émbolo, el cual, cuando está sometido a la presión de control, hace que el conjunto se desplace y que las válvulas se abran, venciendo la presión principal. El retorno del órgano de cierre a la posición inicial y del sistema de desbloqueo a la posición neutra se realiza mediante un resorte. Se suele distinguir entre válvulas antirretroceso "de apertura controlada", en las que la señal (presión) de control impide que se cierren, y válvulas antirretroceso "de cierre controlado", en las que la función de la señal (presión) de control es la de bloquear el flujo libre. En la fig. 30 se hallan representados el corte y el símbolo de una válvula antirretroceso "de apertura controlada". Como puede observarse este tipo de válvula deja pasar el fluido en un solo sentido (A → B). El aceite penetra en la cámara A, desplaza el obturador O (mantenido en su asiento por el resorte M) y entra, luego, en la cámara B.

fig. 30 Para que el flujo sea libre en el sentido B → A hace falta enviar aceite a la cámara X. El cursor C, empujado por el aceite, hace que el obturador 0 se abra, permitiendo que el fluido circule libremente. Para un accionamiento seguro de la válvula mediante el émbolo P hace falta que la presión de control sea mínima: 49

PX

= PB

S1 S2

+C

en donde: PX = PB = S1 = S2 = C=

Presión de control en el enchufe X (en bar) Presión en el enchufe B (en bar) Superficie del asiento del cono (en cm2) Superficie del émbolo de control P (en cm2) Coeficiente (en bar) que tiene en cuenta el efecto del resorte y de los rozamientos interiores.

Por lo general, en las válvulas del tipo descrito en la fig. 30 la relación de desbloqueo P X/PB vale aproximadamente 1:3. Pero este valor puede bajar hasta 1:20 si se adopta la solución constructiva ilustrada en la fig. 31, en la que se ha agregado un obturador 0' de pre-apertura. Ahora, en el cuerpo móvil (obturador 0) de la válvula principal hay alojado otro elemento móvil concéntrico (obturador 0' de pre-apertura) que ejerce una fuerza sobre una superficie S'1 < S1 y que durante el desbloqueo es el primero en ser accionado, obteniéndose, así, una alta relación de desbloqueo.

fig. 31 Una vez que la presión principal se descarga hasta llegar a un nivel suficientemente bajo, el cuerpo móvil principal (obturador 0) también se alza, haciendo que todo el fluido circule libremente de A a B. Al desbloquearse hidráulicamente la cámara A (con lo que el aceite fluye entre B y A) puede llegar a generarse una contrapresión, provocada, por ejemplo, por una válvula de estrangulamiento. En este caso, para no alterar la relación de desbloqueo, es preferible que la contrapresión actúe solamente sobre la superficie S3 del cursor (véase la 50

fig. 32), y no sobre la superficie anular del émbolo P de accionamiento; esto se logra separando el émbolo de accionamiento de la cámara A y creando una cámara suplementaria Y de evacuación (véase siempre la fig. 32). En este caso, la presión de control vale: PX

=

PBS1 − PA (S1 − S3 ) S2

+C

La función desempeñada por la válvula antirretroceso controlada es la de asegurar, durante algunas etapas de trabajo, que el dispositivo utilizador se detenga (bajo presión) en la posición que acaba de alcanzar, permitiendo, luego, el movimiento de retorno mediante el mando de desbloqueo. Nos podemos preguntar si dicha función no se suma a la de una válvula de corredera.

fig. 32 La respuesta dependerá esencialmente del tiempo en que el dispositivo utilizador permanezca detenido: si este tiempo es limitado y si durante su detención el dispositivo no está sometido a esfuerzos, o no debe realizar ninguna función de bloqueo, es suficiente el cierre hidráulico de una válvula de distribución aunque en ésta haya algunas pérdidas debidas al juego indispensable entre el cursor 51

y el cuerpo. En caso contrario, si el circuito examinado debe ser perfectamente hermético, habrá que utilizar necesariamente una válvula antirretroceso controlada. En este ejercicio analizaremos el funcionamiento de la válvula antirretroceso controlada que forma parte del equipo.

H12.

MATERIAL NECESARIO: Denominación

Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Medidor de caudal Cilindro con carga regulable Válvula de distribución 3/4 (4/2) Válvula de distribución 4/3 Válvula unidireccional controlada Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 2 1 1 1 1 1 6


• • • • • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 33 Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente Pedir al instructor que controle el montaje No arrancar el motor sin autorización del instructor No trabajar con las manos sucias de aceite No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando) Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento Con la válvula 4/3 en la posición central (centros cerrados) regúlese la presión de alimentación (indicada por el manómetro M1) girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor. Con la válvula 4/3 en la posición cruzada se notará que en la válvula unidireccional controlada circulará todo el caudal de fluido suministrado por la bomba (6 l/min.), como podrá leerse en el medidor de caudal montado en la tubería de descarga. Con la válvula 4/3 en la posición paralela la válvula unidireccional controlada bloqueará totalmente el flujo de líquido, como resultará de la lectura del medidor de caudal y de los manómetros M 1 y M2. 52

fig. 33

Regulando la válvula 3/2 se podrá, entonces, generar la señal de control X que provoca la abertura de la válvula unidireccional (normalmente bloqueada) en el sentido B → A. Después de estudiar la válvula reductora de presión (ejercicio H27) realícese, a partir del esquema ilustrado en la fig. 33, un circuito con el que se pueda determinar la presión mínima de la señal X necesaria para abrir la válvula unidireccional examinada cuando la presión del distribuidor sea de unos 60 bar.

53

H13 BLOQUEO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO CON CARGA SUSPENDIDA

Objeto del ejercicio: En el ejercicio H11 pudimos examinar los problemas inherentes al bloqueo de un accionador hidráulico con carga suspendida. Generalmente, en el caso de un accionador sin cargas gravitacionales, el problema se afronta utilizando dos válvulas antirretroceso controladas y una válvula distribuidora 4/3, como se ilustra en la fig. 31. Es absolutamente necesario que la válvula distribuidora est‚ en la posición central, con las vías A y B conectadas a la descarga T, porque si se pretende que el émbolo permanezca bloqueado, los circuitos de control de las válvulas antirretroceso han de quedar conectados con la descarga, y no debe haber contrapresiones que tiendan a abrirlas. Para bloquear un émbolo sometido a una carga de dirección constante (y por lo tanto negativa con respecto a una dirección, como en el caso de las cargas suspendidas), una disposición como la ilustrada en la fig. 34 no podrá adoptarse, al menos a solas. En efecto, en este caso, al llegar el aceite a presión hasta la cámara (para la bajada) mientras la válvula antirretroceso montada en la rama opuesta se abre, el émbolo tiende a adquirir una velocidad demasiado elevada, pues también es empujado por el peso de la carga negativa instalada.

fig.34 (Una carga se considera positiva o negativa según sea que absorba o genere una parte de la presión). En estas condiciones de funcionamiento puede occurrir que la presión que mantiene abierta la válvula antirretroceso controlada falte: por lo 54

tanto, la válvula volverá a cerrarse, la presión aumentará, la válvula se abrirá otra vez, la velocidad de bajada aumentará, la presión caerá rápidamente, la válvula se cerrará otra vez, y así sucesivamente. Resulta evidente, entonces, que una disposición como la ilustrada en la fig. 35 no es seguramente apta, pues provoca una peligrosa oscilación de la carga. Para evitar este fenómeno hace falta crear una carga ficticia positiva que compense, al menos parcialmente, la carga negativa.

fig. 35

Existen diferentes soluciones: a) utilizar una válvula reguladora de caudal, montada a la salida, para asegurar el equilibrio de la carga y una velocidad de bajada preestablecida y constante (fig. 36);

fig. 36

b) utilizar una válvula de secuencia de control interno a continuación del émbolo, calibrada para un valor mayor que el necesario para alcanzar una cierta presión en la cámara superior que haga que la carga baje (fig. 37). Con esta disposición, que vamos a experimentar, es muy difícil bloquear el émbolo en una posicíon intermedia escogida de antemano.

55

fig. 37

H13. MATERIAL NECESARIO: Denominación Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvula de sobrepresión y/o válvula de secuencia Válvula de distribución 4/2 Válvula unidireccional Cilindro con carga regulable Válvula de distribución 4/3 Válvula unidireccional controlada Tubos flexibles con enchufes rápidos

Cantidad 1 4 1 1 1 1 1 1 9


• • • • • • • •


56

fig. 38 Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento Después de haber graduado la presión de funcionamiento (en 60 bar aproximadamente) mediante el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor, regúlese la válvula de sobrepresión (montada como válvula de contrapresión en la cámara posterior del cilindro A) de modo que el movimiento A- sea suficientemente lento y regular. Con la válvula 4/3 en la posición cruzada se produce el movimiento A+, ya que el caudal Q atraviesa la válvula unidireccional controlada y pone en derivación la válvula de sobrepresión a través de la válvula unidireccional simple. En cambio, con la válvula 4/3 en la posición paralela, el movimiento Asólo será posible controlando la válvula unidireccional con la válvula 4/2 (utilizada como válvula 3/2); de otra forma, el accionador se mantendrá bloqueado en la última posición que haya alcanzado. 57

H14 VALVULA DE ESTRANGULAMIENTO REGULABLE: ANALISI FUNCIONAL Objeto del ejercicio: En este ejercicio y en los siguientes (hasta el ejercicio H24 inclusive) analizaremos las características funcionales y los circuitos de utilización de las válvulas de regulación de caudal. La función de estas válvulas es la de regular la velocidad de movimiento de los dispositivos utilizadores reduciendo convenientemente el flujo de líquido. Además, esta regulación es de tipo continuo. Según su comportamiento las válvulas de regulación de caudal se subdividen en: a)

válvulas de estrangulamiento: 1) que dependen de la presión y de la temperatura; 2) que dependen de la presión, pero no de la temperatura;

b)

reguladores de flujo: 1) que no dependen de la presión, sino de la temperatura; 2) que no dependen de la presión ni de la temperatura (compensación bárica y térmica).

En la fig. 39 se ponen de relieve las principales características de diferenciación entre las válvulas de estrangulamiento y las de regulación de caudal. En las primeras, para una misma sección de paso el caudal depende de la diferencia de presión P existente entre los extremos del estrangulamiento. La ecuación típica que vincula Q a ΔP es del tipo siguiente: Q = K ⋅ S

ΔP ⋅ 2 ρ

en la que: K =

coeficiente de flujo; depende de la viscosidad cinemática del aceite, siendo tanto más elevado cuanto mayor sea la longitud del estrangulamiento; S = sección de estrangulamiento; ΔP = diferencia de presión entre los extremos del estrangulamiento; ρ = densidad. Siendo S constante, el caudal Q será tanto más elevado cuanto mayor sea la caída de presión ΔP.

58

SIMBOLOGIA

VALVULA DE ESTRANGULAMIENTO

REGULADOE DE CAUDAL (con compensación de presion y témperatura)

equacion caracteristica

Q = K ⋅ S

ΔP ⋅ 2 ρ

Q = constante

DIAGRAMAS COMPARATIVOS

fig. 39

De la ecuación total también se desprende que el caudal Q depende de la viscosidad γ y de la densidad ρ. En condiciones normales de uso, el incremento de la temperatura de 20 hasta 80°C provoca variaciones despreciables de γ, pero modificaciones importantes de ρ, como se ilustra en la fig. 40.

fig. 40

Este efecto podrá compensarse adaptando convenientemente la forma del estrangulamiento; por ejemplo, cuanto menor sea la longitud del estrechamiento menor será también la sensibilidad a las variaciones de viscosidad y de temperatura (compensación térmica). Las válvulas de estrangulamiento se utilizan cuando: • la resistencia del dispositivo utilizador es constante; • se requere o se tolera una variación de velocidad con carga variable. 59

En los reguladores de flujo, en cambio, para una misma sección de paso el caudal se mantiene constante independientemente de la diferencia de presión existente entre los extremos de los mismos: esto significa que aunque haya variaciones de presión el caudal permanece constante (compensación bárica). Por lo tanto, los reguladores de flujo se utilizarán cuando se requiera una velocidad de trabajo constante aunque el aparato utilizador presente una carga variable. En la fig. 41 se hallan representados los cortes de dos válvulas de estrangulamiento que actúan en base a la presión y a la viscosidad del fluido.

fig. 41 A través de los canales laterales 1, realizados en el cuerpo de la válvula 2, el fluido hidráulico llega hasta la sección de estrangulamiento 3 existente entre el cuerpo y el manguito regulable 4. Girando el manguito podrá variarse la sección de estrangulamiento.

60

Si el estrangulamiento debe verificarse en un solo sentido habrá que utilizar también una válvula antirretroceso. El fluido llega hasta la parte posterior 5 del cono de la válvula 6, empujándolo contra su asiento. La acción de estrangulamiento se verifica como en el caso precedente. En el sentido contrario (B → A) el fluido ejerce una fuerza sobre la superficie frontal de la válvula antirretroceso. Ahora, el elemento cónico se separa de su asiento permitiendo que el fluido pueda atravesar libremente la válvula. En la fig. 42 se halla representado el corte de una válvula de estrangulamiento de alta precisión. Puede observarse que la longitud del estrangulamiento es relativamente corta, por lo que el caudal prácticamente ya no depende de la viscosidad y de la temperatura (compensación térmica). En este ejercicio trazaremos las curvas características de la válvula de estrangulamiento unidireccional montada en el equipo, demostrando cómo su funcionamiento dependa de la temperatura (y de la viscosidad). Por este motivo, se aconseja llevar a cabo la experiencia con el aceite a una temperatura lo más constante posible, o repetirla para diferentes valores de la misma.

fig. 42 61


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvula de sobrepresión y/o válvula de secuencia Válvula de estrangulamiento unidireccional Medidor de caudal Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 3 1 1 1 2


• Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. • Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 43.

fig. 43 62

• • • • • •

Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento En el circuito hidráulico de la fig. 43 la presión de alimentación se regula a través de la válvula de sobrepresión del distribuidor, mientras que con la válvula de sobrepresión L se regula el valor de la contrapresión existente a la salida de la válvula de estrangulamiento S. El margen de regulación de esta última es bastante amplio, pues su manubrio puede efectuar varias vueltas completas en el sentido de las agujas del reloj (que es el sentido en el que se cierra el estrangulamiento). La posición del manubrio que permite obtener el caudal en litros y en decilitros se designa con un número entero seguido por una cifra decimal, valor, éste, indicado por el medidor de caudal (con la válvula de sobrepresión del distribuidor completamente cerrada y la válvula de sobrepresión L completamente abierta). Por ejemplo: la cifra 5 indica la posición del manubrio con la que es posible obtener un flujo de 5 l/min. cuando la presión está regulada según el modo que se acaba de describir. Procédase de la siguiente forma: 1) 2) 3) 4)

5)

6) 7)

ciérrese completamente la válvula de sobrepresión del distribuidor; ábrase completamente la válvula de sobrepresión L; regúlese el manubrio de la válvula de estrangulamiento S hasta que en el medidor de caudal F pueda leerse un valor de 5 l/min.; apúntense los valores de: M1 M2 (M1 – M2) =P (en bar) F = Q (en l/min.); efectúense regulaciones sucesivas de la válvula de sobrepresión L (cerrándola cada vez más) y apúntense, para cada posición de regulación, los valores de las magnitudes vistas en el punto 4) hasta que el caudal sea nulo; repítanse los pasos 2), 3), 4) y 5) partiendo con diferentes valores iniciales de caudal (por ejemplo: 4 l/min.; 2,5 l/min.; etc.); con los datos obtenidos constrúyase un gráfico de presión-caudal separando los mismos en función de la posición inicial del 63

manubrio de la válvula de estragulamiento S. De esta forma se obtendrán, para dicha válvula, unas curvas características similares a las ilustradas en la fig. 44. N.B.: Los datos numéricos obtenidos son meramente indicativos, ya que sobre ellos pueden influir factores tales como el tipo de aceite, su temperatura, las resistencias hidráulicas presentadas por el circuito, así como también pequeñas variaciones constructivas del componente examinado.

fig. 44

64

H15 REGULADOR DE CAUDAL COMPENSADO DE 2 VIAS - ANALISI FUNCIONAL Objeto del ejercicio: En el ejercicio precedente hicimos mención de las características técnicas y funcionales de los reguladores de caudal. Con respecto a estas válvulas dijimos que si la sección de paso se mantenía sin variar, el caudal resultaría constante independientemente de la diferencia de presión entre los extremos de las mismas; esto significa que aunque haya variaciones de presión el caudal permanece constante. Gracias a estas características los reguladores de caudal se utilizan cuando sea necesario asegurar una velocidad de avance o un número de vueltas constante, aun con una carga variable. Este es un problema que se plantea, sobre todo, en el caso de las máquinas herramientas en donde la carga de trabajo y la velocidad de avance deben ser constantes y sin sacudidas. Para que el caudal sea constante, aun cuando la carga es variable, la caída de presión entre los extremos del estrangulamiento debe compensarse automáticamente. Esta compensación automática se logra utilizando un regulador de presión diferencial montado antes del estrangulamiento o en paralelo al mismo, como se ilustra en los esquemas de las figs. 45 y 46, en donde puede observarse un diafragma que sirve para las compensaciones térmicas. Por ejemplo, en la válvula de dos vías ilustrada en la fig. 45, cada variación de la presión P 3 influye sobre el regulador 2 haciendo que la presión P 2 también varíe, con lo que la presión diferencial interna (P2 P3) se mantiene constante. De las condiciones de equilibrio del regulador de presión diferencial se obtiene que: P2. S = P3 . S + F M de donde: (P2 – P3 ) = P =

FM S

= constante

En cambio, en el regulador de caudal de 3 vías ilustrado en la fig. 46, el caudal excedente (que en el caso anterior se descargaba en el depósito a través de la válvula de máxima situada al comienzo de la instalación) ahora se descarga en el depósito a través de un tercer enchufe conectado con el regulador de presión diferencial montado en paralelo con el estrangulamiento, el cual, funcionando como una válvula de máxima controlada, hace que la presión diferencial (P1 - P3) se mantenga constante.

65

simbolo

1 2 (P1-P3) (P2-P3) P2

Regulador de presion diferencial montado antes de la valvula de estrangulamiento estrangulamiento regulable regulador de presion differencial presion diferencial externa, variable en funcion de la carga presion diferencial interna, que se mantiene constante con el regulador de presion diferencial presion intermedia

fig.45 Regulador de caudal de dos vias con compensacion de presion y temperatura

En efecto, en la fig. 46 puede verse que las condiciones de equilibrio del regulador de presión diferencial son: P1 . S = P 3 . S + F M por lo que: (P1 – P3) P =

FM s

= constante

de donde: P1 =P3 +

66

FM s

Vale la pena observar que gracias a la perfiladura del estrangulamiento de regulación (que, por lo general, equivale a un diafragma localizado), los reguladores descritos son prácticamente insensibles las variaciones de temperatura (y, por lo tanto, a las variaciones de viscosidad del aceite). simbolo

Fig. 46 Regulador de presion diferencial montado en paralelo con la valvula de estrangulamiento (regulador de caudal de tres vias con compensacion de presion y temperatura) Desde el punto de vista de su funcionamiento hay que notar que entre los dos tipos de reguladores descritos existen diferencias importantes. En efecto, mientras en el regulador de 2 vías el caudal excedente se descarga a través de la válvula de seguridad cuando se alcanza la presión de calibración de la misma (cualquiera que sea la presión instantánea que actúa sobre la carga), el regulador de 3 vías descarga directamente el caudal excedente a la presión de trabajo; en este segundo caso el caudal excedente se descarga en el depósito al más bajo nivel energético existente en la instalación, con lo que el recalentamiento del aceite resulta muy limitado. A pesar de esta ventaja indiscutible, los reguladores de 3 vías no son aconsejables en tres casos fundamentales, que son:

• los circuitos con acumulador hidráulico; • los circuitos con regulación en la línea de descarga; • los circuitos con regulación en derivación. El objeto de este ejercicio será el de trazar las curvas características del regulador de caudal de 2 vías compensado automáticamente montado en el equipo.

67


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvula de sobrepresión y/o válvula de secuencia Válvula de regulación de caudal Medidor de caudal Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 3 1 1 1 3


• Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. • Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 47.

fig. 47 68

• • • • • •

Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento El circuito hidráulico es igual al que se ha utilizado en el ejercicio H14; razón por la cual las mediciones serán las mismas. Procédase de la siguiente forma: 1) 2) 3) 4)

5)

6) 7)

ciérrese completamente la válvula de sobrepresión del distribuidor; ábrase completamente la válvula de sobrepresión L; regúlese el manubrio de la válvula de estrangulamiento S hasta que en el medidor de caudal F pueda leerse un valor de 5 l/min.; apúntense los valores de: M1 M2 (M1 – M2) =P (en bar) F = Q (en l/min.); efectúense regulaciones sucesivas de la válvula de sobrepresión L (cerrándola cada vez más) y apúntense, para cada posición de regulación, los valores de las magnitudes vistas en el punto 4) hasta que el caudal sea nulo; repítanse los pasos 2), 3), 4) y 5) partiendo con diferentes valores iniciales de caudal (por ejemplo: 4 l/min.; 2,5 l/min.; etc.); con los datos obtenidos constrúyase un gráfico de presión-caudal separando los mismos en función de la posición inicial del manubrio de la válvula de estragulamiento S. De esta forma se obtendrán, para dicha válvula, unas curvas características similares a las ilustradas en la fig. 48.

N.B.: Los datos numéricos obtenidos son meramente indicativos, ya que sobre ellos pueden influir factores tales como el tipo de aceite, su temperatura, las resistencias hidráulicas presentadas por el circuito, así como también pequeñas variaciones constructivas del componente examinado.

69

fig. 48

70

H16

CONTROL DE LA VELOCIDAD CON UN REGULADOR CONECTADO ANTES DE LA VALVULA DISTRIBUIDORA

Objeto del ejercicio: El control de la velocidad se efectúa graduando el flujo de líquido mediante reguladores de caudal: si se trabaja con cargas absolutamente constantes en lugar de éstos también pueden utilizarse simples estrangulamientos; sin embargo, en los casos más generales, en los que las cargas son variables, para una óptima regulación de la velocidad es necesario utilizar un regulador de caudal de compensación automática de 2 vías, como pudimos ver en el ejercicio precedente. En este ejercicio, como en el siguiente, se pondrán de relieve las ventajas y los defectos del control de velocidad mediante un regulador de caudal conectado antes, o después, de la válvula distribuidora.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvula reguladora de caudal Válvula de distribución 4/2 Cilindro con carga regulable Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 4 1 1 1 5


• • • • • • • •


71

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento Con la ayuda del esquema ilustrado en la fig. 49 es posible definir las características generales de regulación de la velocidad del cilindro A mediante un regulador de caudal de compensación automática de 2 vías R conectado antes de la válvula 4/2.

fig. 49

72

Procédase del modo siguiente: • con la válvula de sobrepresión del distribuidor regúlese la presión de alimentación en aproximadamente 60 bar; • en base a lo visto en la experiencia H15, gírese el manubrio de la válvula de regulación R hasta que el caudal sea de aproximadamente 2 l/min.; • si en el cilindro A se varía la carga (peso) podrá notarse que en el caso del movimiento A+ la velocidad del accionador se mantiene constante (aunque cambie el valor de P=M 1-M2), como confirman los datos del esquema de la fig. 48 (siempre que P sea superior a 10 bar). Midiendo con un cronómetro el tiempo correspondiente a la carrera positiva (tA+) verifíquese si, para diferentes cargas, dicha velocidad es efectivamente constante. Compárese este tiempo con el calculado teóricamente (recuérdense los datos del ejercicio H11): tiempo carrera A+ = tA+ =

=

( D 2 / 4) π1 Q

=

Volumen.cámara positiva

0,0981 21 / min

caudal

=

= 0,049 min. = 3 s

• si en el cilindro A se aumenta la carga (peso) podrá notarse que para el movimiento A- los tiempos correspondientes a la carrera negativa (tA-) disminuyen, resultando, de todas formas, inferiores a los valores teóricos: =

D 2 / 4 − d 2 / 4) π1 Q

=

0,0671 2l / min

= 0,034 min. = 2 s

Este comportamiento se debe, evidentemente, a la presencia de una carga negativa que la regulación antes del distribuidor no puede contrapesar. En conclusión puede decirse que: a)

b) c)

regular la velocidad con un regulador de 2 vías situado antes de la válvula de distribución da buenos resultados cuando no hay cargas negativas; este sistema de regulación no es aconsejable cuando hay cargas negativas; dado que los valores indicados por los manómetros M3 y M4 son más bien bajos (< 20 bar) cuando el émbolo se está moviendo y que suben rápidamente hasta 60 bar sólo al llegar al final de su carrera, con este tipo de regulación es posible utilizar válvulas de secuencia conectadas a los puntos de alimentación de las cámaras del cilindro.

73

H17

CONTROL DE LA VELOCIDAD CON UN REGULADOR CONECTADO DESPUES DE LA VALVULA DISTRIBUIDORA

Objeto del ejercicio: En este ejercicio seguimos experimentando el uso del regulador de caudal de 2 vías, pero ahora conectado después del distribuidor.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvula reguladora de caudal Válvula de distribución 4/2 Cilindro con carga regulable Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 4 1 1 1 5


• • • • • • • •


Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento Con la ayuda del esquema ilustrado en la fig. 50 es posible definir las características generales de regulación de la velocidad del cilindro A mediante un regulador de caudal de compensación automática de 2 vías R, conectado después de la válvula 4/2.

74

fig. 50

Procédase del modo siguiente: • con la válvula de sobrepresión del distribuidor regúlese la presión de alimentación en aproximadamente 60 bar; • en base a lo visto en la experiencia H15, gírese el manubrio de la válvula de regulación R hasta que el caudal sea de aproximadamente 2 l/min.; • si en el cilindro A se varía la carga (peso) podrá notarse que en el caso de los movimientos A+ y A- la velocidad del accionador se mantiene constante (aunque cambie el valor de P=M 1-M2), como 75

confirman los datos del esquema de la fig. 45 (siempre que P sea superior a 10 bar). Midiendo con un cronómetro los tiempos correspondientes a las carreras positiva y negativa (tA+ y tA-) verifíquese si, para diferentes cargas, dicha velocidad es efectivamente constante. Compárense estos tiempos con los calculados teóricamente:

tA+ =

tA- =

Volumen.cámaranegativa caudal Volumencámara positiva caudal

=

=

0,0671 21 / min

0,0981 21 / min

=2s

=3s

Nótese que con el esquema de la fig. 50 los tiempos teóricos tA+ y tA- calculados con el esquema de la fig. 49 (ejercicio H16) se invierten.

•

Obsérvese también que entre el valor tA- real y el tA- teórico hay una mayor correspondencia ya que conectando el regulador de caudal después de la válvula de distribución se obtiene la contrapresión necesaria para controlar la carga negativa (recuérdese el ejercicio H13).

En conclusión puede decirse que: a)

regular la velocidad con un regulador de 2 vías situado después de la válvula de distribución da buenos resultados aun cuando hay cargas negativas; b) Conectando el regulador de caudal de esta forma, en el conducto de descarga de la válvula de distribución se genera una contrapresión, por lo que, al moverse el émbolo, las cámaras del cilindro trabajarán a presiones relativamente altas (manómetros M3 y M4). Dada esta característica no es aconsejable conectar válvulas de secuencia en los puntos de alimentación de las cámaras del cilindro.

76

H18

REGULACION SEPARADA DE LA VELOCIDAD EN LOS DOS SENTIDOS DE MOVIMIENTO: a) regulación en el circuito de alimentación

Objeto del ejercicio : Utilizando los dos estrangulamientos unidireccionales del equipo el profesor y los alumnos realizarán la regulación separada de la velocidad de un cilindro de doble efecto en ambos sentidos de movimiento. En los ejercicios H18, H19 y H20 se considerarán tres esquemas posibles, utilizables respectivamente para:

• • •

la regulación en el circuito de alimentación la regulación en el circuito de descarga la regulación en una sola rama de alimentación del cilindro.

En base a la lista del material necesario se completarán los esquemas de las figs. 51, 52 y 53, poniéndose de relieve la presión de distribución y la existente en las cámaras del cilindro. Seguidamente se hará el análisis crítico de la instalación poniendo de resalto las ventajas y los defectos de los tres circuitos presentados.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvulas de estrangulamiento unidireccionales Válvula de distribución 4/2 Cilindro diferencial Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 3 2 1 1 4


• • • • • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 51. Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO. 77

fig. 51

78

H19

REGULACION SEPARADA DE LA VELOCIDAD EN LOS DOS SENTIDOS DE MOVIMIENTO: b) regulación en el circuito de descarga

Objeto del ejercicio : Partiendo de los elementos adquiridos en la experiencia precedente procédase a la prueba de regulación separada de la velocidad en el circuito de descarga para ambos sentidos de movimiento de un accionador lineal; luego, hágase el análisis crítico de la instalación.


Cantidad


1 3 2 1 1 4


• • • • • • • •


79

fig. 52

80

H20

REGULACION SEPARADA DE LA VELOCIDAD EN LOS DOS SENTIDOS DE MOVIMIENTO: c) regulación en una sola rama de alimentación del cilindro

Objeto del ejercicio: Procédase a la regulación separada de las velocidades positiva y negativa de un accionador lineal trabajando sólo en una de las ramas de alimentación del cilindro. ¿ En base a qué consideraciones se escogerá una u otra de las ramas de alimentación del cilindro ?


Cantidad


1 3 2 1 1 4


• • • • • • • •


81

fig. 53

82

H21 REGULACION PRIMARIA (solución (solución a)

Objeto del ejercicio: En este ejercicio y en los tres siguientes analizaremos los circuitos de regulación primaria (de entrada), de regulación secundaria (de salida) y de regulación en derivación, poniendo de relieve las ventajas y los inconvenientes de cada uno de ellos. Para esto se adoptará el regulador de caudal de compensación automática de 2 vías con válvula antirretroceso analizado en el ejercicio H15. Como órgano accionador se utilizará el cilindro con cable regulable provisto de un cable exterior negativo que provoca el fenómeno de "stick-slip", es decir, el "resbalamiento" del émbolo hacia abajo. Por lo tanto, también habrá que poner particular atención en la regulación de la contrapresión de este accionador.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvula reguladora de caudal unidireccional Cilindro con carga regulable Válvula de distribución 4/2 Válvula de sobrepresión y/o de secuencia Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 4 1 1 1 1 6


• • • • • • • •


83

fig. 54

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento Al utilizar el cilindro de doble efecto con cargas negativas hace falta recurrir a una válvula de contrapresión que permita el control hidráulico del gato para evitar que el émbolo resbale (efecto "stick-slip"). Si la regulación se efectúa a la entrada (regulación primaria) este problema podrá solucionarse de dos maneras: a) adoptando el esquema de la fig. 54, en el que a la salida del conducto T de la válvula de distribución hay una válvula de sobrepresión que actúa como válvula de contrapresión. Sin embargo, esta solución 84

presenta el inconveniente de crear una contrapresión aun durante el movimiento A+; b) el inconveniente descrito en el punto a) se remedia adoptando el circuito de la fig. 55 (ejercicio H22). En este caso, la válvula de sobrepresión está incorporada en el conducto situado a la salida del gato y durante el movimiento A+ es accionada por una válvula antirretroceso simple. En ambos casos la presión máxima de funcionamiento se regula con la válvula de sobrepresión del distribuidor. El regulador de caudal unidireccional R, suministrado con el equipo, se calibra (según el procedimiento explicado en las experiencias precedentes) para un caudal comprendido entre 3 y 5 l/min. Las ventajas, los inconvenientes y las aplicaciones de la regulación primaria son los siguientes:

a) Ventajas • el cilindro hidráulico queda sometido a una única presión, correspondiente a la resistencia de trabajo y a los rozamientos del mismo. El rendimiento del cilindro es bueno ya que el rozamiento de las juntas depende, sobre todo, de la presión existente en su interior. b) Inconvenientes • el calor liberado dentro del regulador de caudal llega hasta el cilindro. Se crea así una carga térmica suplementaria en los elementos de cierre hermético del gato, mientras que la viscosidad del fluido de transferencia disminuye (aumentando las posibilidades de pérdidas por fugas); • la válvula de sobrepresión del distribuidor debe regularse a la presión máxima de funcionamiento. Como consecuencia de ello el consumo de energía es notable; • cuando el cilindro hidráulico está sometido a cargas negativas se hace necesario obtener que montar una válvula de contrapresión en el conducto de retorno del fluido al depósito, según las dos soluciones presentadas; • si el accionamiento del cilindro hidráulico se invierte de forma rápida, la presión en el conducto de retorno puede bajar bruscamente, excepto en el caso del circuito de la fig. 54, en el que a la salida de la válvula distribuidora se ha conectado una válvula de contrapresión. c)

Aplicaciones: • este tipo de regulación se utiliza cuando no es importante tener que graduar la velocidad de avance con mucha precisión; • la solución con válvula de contrapresión a la salida de la válvula distribuidora se adopta en máquinas con fuertes y bruscas variaciones de carga (como, por ejemplo, las fresadoras). 85

Realicen el profesor y los alumnos los circuitos de las figs. 54 y 55 y noten, de modo particular, que:

• cuando el caudal es bajo, al aflojar la válvula de contrapresión el • • •

émbolo tiende a deslizarse hacia abajo; cuando la válvula de contrapresión est‚ actuando, la velocidad de retorno del émbolo podrá regularse con bastante precisión; una vez regulado el manubrio del regulador de caudal R la velocidad de retorno del émbolo es constante e independiente del valor de la contrapresión (manómetro M3); la presión de trabajo (manómetro M 3) es igual a la suma de la contrapresión más los rozamientos más las resistencias al caudal.

86

H22 REGULACION PRIMARIA (solución b) Objeto del ejercicio :

Proseguimos aquí el análisis de la regulación primaria realizando el esquema de la fig. 55 (solución b).


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvula reguladora de caudal unidireccional Cilindro con carga regulable Válvula de distribución 4/2 Válvula de sobrepresión y/o de secuencia Tubos flexibles con enchufes rápidos Válvula unidireccional

1 4 1 1 1 1 7 1

Descripción del circuito y de su funcionamiento Véase lo expuesto en el ejercicio H21.


• • • • • • • •


87

fig. 55

88

H23 REGULACION SECUNDARIA

Objeto del ejercicio: De modo semejante al ejercicio precedente ahora analizaremos el caso de la regulación secundaria, tratando de poner de relieve todos sus aspectos positivos y negativos.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvula reguladora de caudal unidireccional Cilindro con carga regulable Válvula de distribución 4/2 Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 3 1 1 1 5


• • • • • • • •


Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento Observando el esquema de la fig. 56 puede notarse que la válvula reguladora de caudal R ejerce la contrapresión necesaria para el bloqueo hidráulico del gato A a fin de evitar su avance incontrolado (efecto "stick-slip"). La presión máxima de funcionamiento se regula por medio de la válvula de sobrepresión del distribuidor. 89

fig. 56 El regulador de caudal unidireccional R, del que está provisto el equipo, hay que calibrarlo para un caudal comprendido entre 3 y 5 l/min. Las ventajas, los inconvenientes y las aplicaciones de la regulación secundaria efectuada con el circuito de la fig. 56 son los siguientes:

a) Ventajas • No es necesaria ninguna válvula de contrapresión (válvula de sobrepresión) aunque la fuerza antagonista o la fuerza negativa no sean constantes. • Es posible efectuar inversiones rápidas de maniobra. 90

• El calor liberado por el regulador de caudal se transmite al depósito y no llega hasta el cilindro, a diferencia de lo que ocurre con la regulación primaria.

b) Inconvenientes • Aun sin resistencias de trabajo, en el lado del vástago se ejerce una contrapresión generada por el regulador de caudal. Dado que la presión elevada provoca fuertes rozamientos en las conexiones, el rendimiento del cilindro es inferior. • La válvula de sobrepresión de la instalación debe ser regulada a la presión máxima de funcionamiento, lo que comporta un gran consumo de energía. c) Aplicaciones: • este tipo de montaje se utiliza cuando es necesario que el movimiento del émbolo sea constante o bien cuando haya cargas negativas. Realicen el profesor y los estudiantes los circuitos de la fig. 56 y noten, de modo particular, que: • la velocidad de retorno del émbolo es constante y que depende del valor calibrado con el manubrio del regulador de caudal R, y no de los valores de la presión máxima de trabajo graduados con la válvula de sobrepresión; • aun con pequeños caudales el émbolo se mueve sin sacudidas y sin resbalar hacia abajo. (Este buen comportamiento es asegurado por la contrapresión que genera el regulador de caudal R).

91

H24 REGULACION EN DERIVACION

Objeto del ejercicio: No se deberá confundir la regulación en derivación con la que se efectúa mediante reguladores de 3 vías, aunque en ambos casos una parte del caudal de entrada se descarga directamente en el depósito.

H24 MATERIAL NECESARIO:

Denominación

Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Medidor de caudal Válvula de bola Válvula de distribución 4/2 Cilindro diferencial Válvula reguladora de caudal unidireccional Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 4 1 1 1 1 1 6


• • • • • • • •


92

fig. 57

93

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento La presión máxima de funcionamiento (60 bar aproximadamente) se regula a través de la válvula de sobrepresión del distribuidor, manteniendo cerrada la válvula regulable R. Regúlese la válvula R leyendo directamente en el medidor de caudal F el flujo de líquido descargado. Por lo general, la regulación en derivación se adopta cuando se pretenden obtener velocidades muy pequeñas (que difícilmente pueden lograrse con los reguladores en serie). Las ventajas de este sistema son las de hacer trabajar la bomba a la presión requerida por el órgano accionado (durante la translación del cilindro), obteniéndose, de esta forma rendimientos meyores; además, el calor emitido por el estrangulamiento se transmite al depósito. Pero con este tipo de regulación existen varios inconvenientes:

• • • •

no es posible montar un acumulador porque se vaciaría a través del by-pass; no es apropiado cuando sobre el cilindro actúan fuerzas negativas; cuando el cilindro es alimentado con pequeños caudales podrán notarse pulsaciones como en una bomba de émbolos; otro inconveniente que reduce notablemente el campo de aplicación de este método de regulación es que el mismo se basa en la suposición de que el caudal de la bomba es constante aunque varíe la carga; esto, naturalmente, no puede ocurrir, por lo que los errores de avance debidos a variaciones del caudal de la bomba pueden llegar a ser significativos. Regulando la válvula de bola S se puede simular una carga variable en el gato. Nótese que la presión de trabajo de la bomba hidráulica se adapta a las variaciones de carga, mientras que el caudal que atraviesa el regulador R se mantiene constante.

94

H25 ACUMULADOR HIDRAULICO: utilizado en casos de emergencia

Objeto del ejercicio: Los acumuladores hidráulicos sirven (como indica el término con que se los designa) para acumular energía en forma de líquido bajo presión y devolverla en caso de necesidad con la debida rapidez. Estos dispositivos pueden desempeñar diferentes funciones, a saber: 1) para la reserva de líquido en circuitos hidráulicos en los que sea necesario un elevado caudal durante breves intervalos de tiempo. En este caso la bomba oleodinámica no se escoge en función del caudal máximo requerido en estos breves períodos, sino para caudales menores. Durante el ciclo de trabajo, el acumulador se irá llenando cada vez que el caudal requerido por el circuito sea inferior al efectivo de la bomba. Cuando sea necesario el caudal máximo (superior al de la bomba) la diferencia se extraerá del acumulador. Así, gracias a este último, ya no hace falta tener que usar bombas de caudales mayores; 2) como dispositivos de emergencia: si el sistema de alimentación llega a averiarse, puede surgir la necesidad de tener que terminar una fase de trabajo ya empezada. Esta operación es posible utilizando la energía hidráulica almacenada en un acumulador hidráulico; 3) como compensadores de las pérdidas por fugas: otra de las funciones desempeñada por los acumuladores es la de compensar las pérdidas de líquido debidas a las fugas, esto, para mantener la presión deseada durante un tiempo mayor; 4) como compensadores de la dilatación debida a las variaciones de temperatura en un circuito cerrado; 5) como amortiguadores de las puntas de presión típicas de los ciclos de conmutación; 6) para recuperar la energía frenante. Desde el punto de vista constructivo, los acumuladores hidráulicos pueden dividirse en: a) acumuladores de pesos b) acumuladores de resorte c) acumuladores de émbolo d) acumuladores de cubeta e) acumuladores de membrana.

95

En esta ocasión no profundizaremos el estudio de todas estas soluciones sino que sólo nos limitaremos a examinar el acumulador "de membrana", que es el que forma parte del equipo. Los acumuladores de membrana aseguran una perfecta separación entre el gas y el líquido, una baja inercia y su caja no requiere particulares tratamientos. Se utilizan, sobre todo, en el caso de pequeños volúmenes de líquido (para absorber los golpes de ariete y para amortiguar las oscilaciones) y en los circuitos de control. En la fig. 58 se halla representado el corte de un acumulador de membrana, constituido por un cuerpo hueco C con una membrana D de goma que lo divide en dos partes: la de afuera de la membrana, destinada a contener el aceite almacenado, y la interna que contiene nitrógeno.

fig.58 96

Al introducir nitrógeno a presión en el acumulador vacío a través de la abertura A y de la válvula B, la membrana es empujada contra la superficie hueca, haciendo que el disco metálico E (aplicado en la misma membrana) vaya a apoyarse en la abertura F destinada al pasaje del aceite. Cuando la presión del aceite de la instalación se hace mayor que la del gas, el aceite entra en el acumulador y deforma la membrana, comprimiendo el gas contenido en ella. Un mismo acumulador puede utilizarse en diversas instalaciones con diferentes presiones de trabajo. La relación de presión, es decir la relación entre la presión hidráulica de trabajo y la del gas, no debe superar el valor 10. Algunas veces el acumulador se monta en la "posición de reposo" (fig. 58 a). En este caso la cámara que debe contener el fluido compresible se llena con gas a una presión inferior a la normal de funcionamiento. Seguidamente, la presión del gas se lleva hasta un valor proporcional al previsto para el circuito hidráulico y la membrana se dilatará hasta ocupar prácticamente todo el volumen del acumulador (fig. 58 b). En este momento la membrana obstruirá directamente la abertura por la que pasa el aceite. De todas formas es necesario que una cierta parte de líquido se halle siempre dentro del acumulador, esto, para evitar caídas de presión improvisas cuando ya no hay más líquido que suministrar. Por lo tanto, la presión de precarga debe ser inferior al valor mínimo de la presión de trabajo. Por lo general: P0 0,7 ÷ 0,9 P 1 0,25 P2 ≤ 0,9 P1 P2/P1 ≤ 3 ÷ 3,5 en donde: P0 = presión de precarga del gas P1 = presión mínima de trabajo P2 = presión máxima de trabajo. Cuanto menor sea la diferencia de presión entre P2 y P1 tanto más grande deberá ser el acumulador con respecto a un volumen útil preestablecido. Cuando la presión del circuito sube por encima del valor correspondiente al de precarga, el aceite puede penetrar en el acumulador reduciendo el volumen disponible para el nitrógeno (fig. 58 c). En cambio, cuando la presión del circuito tiende a disminuir, el nitrógeno comprimido en la membrana se dilata de nuevo suministrando aceite al circuito (fig. 58 d). En las figs. 58 e) y 58 f) se hallan representados, respectivamente, los límites superior (presión P2) e inferior (presión P1) de funcionamiento del acumulador. Para dimensionar un acumulador hace falta tener en cuenta las ecuaciones de los gases, el volumen nominal, el volumen útil disponible 97

en función de la presión de precarga P 0, así como también las presiones mínima P1 y máxima P2 de funcionamiento. El dimensionamiento puede efectuarse por cálculos o utilizando diagramas adecuados como el ilustrado en la fig. 59.

fig. 59 98

En la tabla de la fig. 60 se indican los datos correspondientes al acumulador del equipo; nótese que su presión normal de precarga (50 bar) ha sido reducida a aproximadamente 25 bar ya que en nuestras experiencias la presión mínima de funcionamiento es de 30 bar. VOLUMEN NOMINAL

1.4

PRESION MAXIMA DE

210

BAR

PRECARGA MAXIMA

50

BAR

PRECARGA INSTALADA

25

BAR

TRABAJO

GAS

NITROGENO

fig. 60 Cuando en un circuito oleodinámico se monta un acumulador hidráulico, éste debe ser conforme a las normas de prevención contra infortunios inherentes los recipientes a presión; además, la instalación tiene que respetar las normas siguientes: 1)

el acumulador debe estar provisto de un manómetro manómetro que indique indique la presión de funcionamiento; 2) el acumulador debe debe estar provisto también de una válvula de de seguridad calibrada para una presión menor que la presión máxima de funcionamiento del mismo; 3) en el conducto de alimentación hay que que montar montar una válvula de bola lo más cerca posible del acumulador y fácilmente accesible, para poder desconectarlo; 4) el acumulador debe estar provisto, además, de una válvula de bola, bola, o de una válvula de descarga de accionamiento electromagnético, para poder descargarse rápidamente en el depósito en caso de emergencia. En este ejercicio se analizará una de las aplicaciones más importantes de los acumuladores hidráulicos: la de reserva de energía.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvulas de bola Válvula de sobrepresión y/o de secuencia Acumulador hidráulico Cilindro diferencial Válvula de distribución 4/2 Válvula de estrangulamiento unidireccional Tubos flexibles con enchufes rápidos 99

1 3 2 1 1 1 1 1 8


• Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. • Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 61. • ontrolar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. • Pedir al instructor que controle el montaje. • No arrancar el motor sin autorización del instructor. • No trabajar con las manos sucias de aceite. • No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando).

fig. 61 100

•

Antes de desactivar el motor eléctrico con el pulsador STOP/EMERGENCIA conviene reducir la presión de alimentación girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor oleodinámico mod. CO.

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento En la fig. 61 puede notarse que la instalación se subdivide en un circuito hidráulico tradicional, para el accionamiento de un cilindro de doble efecto, y en otro circuito de acumulación de la energía hidráulica. En particular se observa que: a) la válvula unidireccional del distribuidor sirve para evitar que el acumulador se descargue a través de la bomba; b) la válvula de bola S1 responde a la norma 3 mencionada en la introducción; c) el estrangulamiento regulable unidireccional R permite que el acumulador se cargue rápidamente y se descargue lentamente, evitando, de esta forma, que la membrana se dañe; d) el e l acumulador C está dotado de todos los elementos previstos por las normas, entre los cuales pueden verse el manómetro M3, la válvula de bola S2 para la descarga rápida en el depósito y la válvula de sobrepresión L. Las operaciones que pueden llevarse a cabo con el circuito de la fig. 61 son las siguientes:

• llenado del acumulador: después de haber alimentado el motor M,

• •

•

ábrase la válvula de bola S1; con la válvula de bola S 2 cerrada y con la válvula de sobrepresión L regulada en el valor máximo de 60 bar se observará que el acumulador se llena hasta alcanzar el valor máximo de presión (indicado por el manómetro y regulable hasta 60 bar mediante la válvula vál vula de sobrepresión del distribuidor). Después Des pués de alcanzado este valor de carga vuélvase a cerrar la válvula de bola S1: es evidente que en este tipo de circuito el acumulador desempeña la función de reserva en caso de rotura de la bomba; funcionamiento normal del circuito con un cilindro de doble efecto: manteniendo cerrada la válvula de bola S1 el cilindro A podrá controlarse normalmente a través de la válvula de distribución 4/2; funcionamiento de emergencia: cuando el cilindro de doble efecto funciona normalmente es posible simular una situación de emergencia que se puede afrontar mediante la reserva de energía hidráulica almacenada en el acumulador; interrupción eléctrica o rotura del distribuidor de potencia: párese el motor M durante una de las fases de movimiento del cilindro A; para terminar el ciclo de trabajo o para llevar el cilindro a las condiciones de reposo hará falta abrir la válvula de bola S1, regular el estrangulamiento R (regulación de la velocidad del cilindro y del proceso de descarga del acumulador) y accionar la válvula 101

distribuidora 4/2 según el movimiento que se quiera efectuar con el cilindro A. Préstese atención al número de recorridos que se le puede hacer efectuar al cilindro A utilizando la reserva hidráulica almacenada en el acumulador. Nótese que tan pronto como el manómetro M 3 indique el valor de precarga del acumulador (25 bar aproximadamente) la presión bajará bruscamente a 0.

102

H26 CIRCUITO REGENERADOR

Objeto del ejercicio: Se dice que un circuito es "regenerador" cuando durante el movimiento positivo de un cilindro sus dos bocas quedan conectadas con la fuente de presión (fig. 62). En este caso el émbolo se mueve por efecto de la diferencia entre las superficies útiles S1 y S2, haciendo que el vástago salga hacia afuera. Naturalmente, durante el movimiento negativo las conexiones resultarán ser las tradicionales.

fig. 62

Ya que durante el movimiento positivo A+ el caudal descargado se suma al caudal de distribución, el volumen efectivo que hay que ocupar con el líquido de alimentación corresponderá exactamente al volumen del vástago. La velocidad de salida resulta entonces muy elevada, siendo igual a la velocidad que tendría un émbolo con una superficie igual sólo a la del vástago. Esta conexión es muy interesante sobre todo si se pretenden efectuar muy rápidamente cambios de posición en vacío. Mucha atención debe prestarse a la relación: R=

Superficieémbololadovástago superficie émbolo

=

S2 S1

la cual, si resulta demasiado próxima a la unidad, no asegurará ni siquiera el empuje mínimo necesario para el acercamiento; además, deberá considerarse también la desventaja de los rozamientos provocados por las juntas, que, con la conexión regeneradora, resultan en una situación desfavorable debido a que ambas caras del émbolo están sometidas a presión (a diferencia de lo que pasa en el resto de casi todos los cilindros). 103

Por lo tanto, los circuitos regeneradores se utilizan también cuando se pretende una perfecta hermeticidad hidráulica y se quiere utilizar una bomba pequeña. Naturalmente, con este tipo de conexión habrá que tener en cuenta que la fuerza que actúa durante el movimiento positivo del cilindro corresponde solamente a la que se desarrolla sobre la superficie (diferencia entre la superficie del émbolo y la superficie anular), es decir, a la fuerza generada por la superficie del vástago. El objeto de este ejercicio es el de demostrar, primero teóricamente y luego experimentalmente, que en el caso de que en un circuito regenerador se utilice un cilindro diferencial entre las superficies útiles: S2 S1

=

1 2

la velocidad de salida V+ será igual a la velocidad de retorno V.

Demostración teórica

Qp = caudal de la bomba QE = caudal de entrada QU = caudal de salida Demuéstrese que: v+ = v-

Demostración experimental Para la demostración experimental realícese el esquema de la fig. 63 y mídanse con un cronómetro los tiempos correspondientes a los movimientos A+ y A-. Para visualizar bien el fenómeno descrito hace falta reducir adecuadamente el caudal de entrada de la válvula distribuidora mediante un estrangulamiento, esto, para simular el empleo de una pequeña bomba.

104


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvula direccional 4/2 Válvula de estrangulamiento unidireccional Cilindro diferencial Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 4 1 1 1 4


• • • • • • • •


105

fig. 63

106

H27

VALVULA REDUCTORA DE PRESION DE CCIONAMIENTO CONTROLADO: análisis funcional

Objeto del ejercicio: A la categoría de las válvulas de control de presión pertenecen también las válvulas reductoras de presión. Estas últimas son capaces de provocar una disminución de la presión haciendo que el valor de salida de la misma se mantenga constante independientemente del valor que tenga a la entrada. También para este tipo de válvulas existe una versión con accionamiento directo y otra con accionamiento controlado. La válvula reductora de presión suministrada con el equipo, cuyo principio de funcionamiento se representa en la fig. 64, es de accionamiento controlado.

fig. 64 La presión de salida de la misma (conducto A) se calibra girando el manubrio 1. De este modo, el émbolo 2 se desplaza a lo largo de su asiento haciendo aumentar o disminuir la abertura de paso entre las bocas de alta y de baja presión (conductos P y A respectivamente): el

107

principio de funcionamiento es similar al de una válvula de máxima presión controlada. La presión PA del conducto A puede actuar sobre las dos caras del émbolo 2 gracias a unos agujeros practicados en él, y un resorte de precarga lo mantiene en la posición de abertura. La superficie superior del émbolo está comunicada con una válvula de sobrepresión de accionamiento directo. Cuando la presión P A supera el valor de precarga (fijado con el manubrio 1) la válvula de sobrepresión empieza a descargar fluido a través del tubo de drenaje Y. Esto provoca una caída de presión en la cara superior del émbolo, el cual, por este motivo, tiende a subir estrangulando el paso entre P y A hasta cerrarlo completamente. En el elemento piloto de la válvula reductora de presión hay un continuo pasaje de aceite que es indispensable para su funcionamiento; la evacuación del fluido hacia el depósito (cuyo caudal puede alcanzar algunos cientos de cm3/min) se realiza a través del conducto Y. Por lo que respecta al margen de calibración, puede decirse que para que la válvula reductora de presión funcione correctamente no conviene reducir demasiado el valor de la presión de entrada, pues, de hacerlo, los rozamientos empezarían a influir de modo indeseable sobre la regulación. Normalmente, el valor mínimo de la presión de salida que puede obtenerse con las válvulas disponibles en el mercado está comprendido entre 1 y 10 bar. El objeto de este ejercicio es el de analizar el funcionamiento de la válvula reductora de presión e accionamiento controlado suministrada con el equipo.


Denominación

Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Válvula de bola Válvula de sobrepresión y/o de secuencia Válvula de estrangulamiento unidireccional Válvula reductora de presión Tubos flexibles con enchufes rápidos Medidor de caudal

108

1 4 1 1 1 1 5 1


• • • • • • • •


fig. 65 109

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento El esquema hidráulico de la fig. 65 ha sido estudiado adrede para poner de relieve las características funcionales de la válvula reductora de presión de accionamiento controlado suministrada con el equipo. Ante todo regúlese la presión máxima de funcionamiento cerrando la válvula de bola S y girando el manubrio de la válvula de sobrepresión del distribuidor hasta que el manómetro M 1 indique una presión de 60 bar. Después de volver a abrir la válvula de esfera S regúlese la presión de entrada de la válvula reductora R (observando el manómetro M 2) a través del manubrio de la válvula de sobrepresión L; luego, regúlese también la presión leída en el manómetro M 3 girando el manubrio de la válvula reductora R. Durante estas primeras operaciones la válvula de estrangulamiento T debe quedar regulada de modo que el caudal de líquido que la atraviese no sea ni muy bajo ni muy alto (por ejemplo: 2 l/min. indicados por el medidor de caudal F), ya que en este caso en M 2 no se podría obtener el margen de presiones (de 10 hasta 50 bar) necesario. A este punto ya se pueden poner en evidencia todas las características funcionales de la válvula reductora suministrada con el equipo.

• Una vez fijado el valor de presión en el manómetro M 3 (por ejemplo 20 bar) éste se mantiene constante para todos los valores de M 2 ≤

•

• •

M3: esto significa que la válvula reductora mantiene constante la presión de salida aunque aumente o disminuya la presión de entrada (siempre que no vaya por debajo del valor de regulación). Después de fijar el valor de presión en el manómetro M 3, este permanece constante para todos los valores de caudal obtenibles con el estrangulamiento T dentro del margen de regulación que mantiene M2 > M3; esto significa que la válvula reductora conserva una presión de salida constante aunque varíen, siempre en la salida, las absorciones debidas a la carga. La ventaja indiscutible de la válvula reductora es que su regulación es continua en cada instante sin provocar sacudidas ni oscilaciones. El valor mínimo de regulación de la válvula reductora suministrada con el equipo es muy fácil de determinar.

110

H28 CIRCUITO DE UTILIZACION DE UNA VALVULA REDUCTORA DE PRESION

Objeto del ejercicio: En este ejercicio se presenta un clásico circuito hidráulico en el que se utiliza la válvula reductora de presión de accionamiento indirecto analizada en el ejercicio H27. El problema que se plantea es el de un rodillo apisonador que, mediante un gato hidráulico, debe comprimir una chapa metálica a una presión constante aunque la carga varíe. En base a las características examinadas en el ejercicio H27 este problema podrá solucionarse con el auxilio de una válvula reductora de presión.


Denominación

Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Cilindro diferencial Válvula de distribución 4/3 Válvula reductora de presión Válvula de estrangulamiento unidireccional Válvula unidireccional Empalmes en cruz con manómetro Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 1 1 1 1 1 4 7


• • • • • • • •


111

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento En base a la experiencia vista en el ejercicio precedente el circuito hidráulico de la fig. 66 resulta muy claro y sencillo. Nótese que también aquí pueden volver a demostrarse las características generales de la válvula reductora de presión, ya que la válvula de sobrepresión del distribuidor permite variar la presión de entrada de la válvula reductora R, mientras que con el estrangulamiento es posible simular una carga variable. También podrá verse que el retorno del gato (movimiento A-) es rápido ya que no está regulado; durante dicho movimento tanto la válvula reductora R como la de estrangulamiento T resultan en "by- pass" mediante una adecuada válvula antirretroceso.

fig. 66 112

H29 CICLO SECUENCIAL DE DOS CILINDROS: A+; B+; A-; B-;

Objeto del ejercicio: Una de las aplicaciones más típicas de las válvulas de secuencia es la de realizar una secuencia de distribución, es decir, una sucesión en la alimentación de las diferentes ramas de un circuito hidráulico fijada de antemano en base a la presión de funcionamiento y a la calibración de las mismas válvulas. En este ejercicio se ilustran dos cilindros (A y B), alimentados en paralelo por la misma bomba, que trabajan según una secuencia preestablecida: el cilindro B actúa después del cilindro A sólo cuando este último encuentra una resistencia superior al valor de calibración de la válvula de secuencia, la cual, ya que está conectada en serie con el conducto de alimentación del cilindro B, asegura la secuencia de los movimientos A+, B+. Con circuitos de este tipo se asegura una presión (que dependerá del valor de calibración de la válvula de secuencia) al cilindro A (cilindro de bloqueo, prensa de tornillo) que permite un bloqueo seguro aun cuando otros cilindros se muevan sin resistencia.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Cilindro regulable cargado Cilindro diferencial Válvula de distribución 4/2 Válvula de estrangulamiento unidireccional Válvula de sobrepresión y/o de secuencia Válvula unidireccional Empalmes en cruz con manómetro Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 1 1 1 1 1 1 3 8


• • • • • • •

Preparar los elementos necesarios para llevar a cabo la experiencia. Construir el circuito hidráulico según el esquema de la fig. 67. Controlar que los enchufes rápidos estén conectados herméticamente. Pedir al instructor que controle el montaje. No arrancar el motor sin autorización del instructor. No trabajar con las manos sucias de aceite. No efectuar operaciones de montaje o desmontaje cuando hay presión en la instalación (es decir, cuando el motor eléctrico está funcionando). 113


fig. 67

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento Como puede verse en la fig. 67 el esquema reproduce lo descrito en la introducción de este ejercicio. Primero, regúlense la presión máxima admitida por la instalación en 60 bar y la presión de accionamiento de la válvula de secuencia L en 40 bar. Para regular esta última empiécese girando el manubrio completamente en el sentido de las agujas del reloj; luego, después de haber puesto la válvula distribuidora en la posición paralela, y una vez obtenido el movimiento A+, gírese el manubrio de la válvula de sobrepresión L en 114

el sentido contrario al de las agujas del reloj hasta que comience el movimiento B+. La secuencia que caracteriza el movimiento que se debe obtener es la que se describe a continuación. Con la válvula de distribución en posición paralela: A+: el cilindro A avanza y bloquea la pieza que hay que trabajar; B+: el cilindro B avanza y efectúa la elaboración de la pieza bloqueada por el cilindro A. Con la válvula de distribución en posición cruzada: A- B-: los cilindros A y B vuelven a entrar. Por lo tanto, la secuencia adquiere literalmente la forma siguiente: A+; B+; B-; A-; que en el diagrama de las fases representa un ciclo en "L" con entrada simultánea de los cilindros (véase la fig. 68).

• Ciclo en "L" con entrada simultánea de los cilindros: A+; B+; A- B-. • Diagrama de fases.

fig. 68 A = CILINDRO PARA BLOQUEAR LA PIEZA B = CILINDRO DE TRABAJO ejemplos: cizallas plegadoras prensas

115

H30 CONTROL DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO con avance rápido, avance lento de trabajo y retorno rápido Objeto del ejercicio: En este ejercicio examinaremos el circuito hidráulico necesario para mover un cilindro de doble efecto con el cual obtener diferentes velocidades de avance. Este tipo de circuito se usa mucho en las máquinas herramientas en las que haga falta un acercamiento rápido de la herramienta, un avance lento de trabajo, posiblemente con una regulación secundaria (recuérdese el ejercicio H23), y un retroceso rápido de la misma.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Empalmes en cruz con manómetro Cilindro diferencial Regulador de caudal unidireccional Válvula de distribución 4/2 Válvula de distribución 4/3 Tubos flexibles con enchufes rápidos

1 3 1 1 1 1 7


• • • • • • • •


116

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento La presión máxima de funcionamiento (60 bar) se regula a través de la válvula de sobrepresión del distribuidor y se lee en el manómetro M. En cuanto respecta al accionamiento de las válvulas de distribución pueden distinguirse tres diferentes situaciones, en correspondencia con cada una de las cuales la velocidad del cilindro de doble efecto varía, obteniéndose distintos avances; es decir: 1) avance rápido: válvula 4/3 en posición paralela y válvula 4/2 también en posición paralela (esta última funciona como válvula distribuidora 2/2 poniendo la válvula reguladora de compensación automática R en "by-pass"). El avance del cilindro A resulta entonces rápido; 2) avance lento: válvula 4/3 en posición paralela y válvula 4/2 en posición cruzada; la cámara negativa del cilindro se descarga a través de la válvula reguladora de compensación automática R, con lo que el cilindro, que desde el punto de vista hidráulico está cerrado, avanza lentamente con regulación secundaria. (N.B.: según como est‚ regulada R el manómetro M 2 también podrá indicar valores de presión superiores a 60 bar); 3) retroceso rápido: válvula 4/3 en posición cruzada y válvula 4/2 en cualquier posición; la cámara negativa del cilindro se carga a través de la válvula antirretroceso conectada a la válvula reguladora de compensación automática R.

117

fig. 69

118

H31 CIRCUITO PARA MOTOR HIDRAULICO

Objeto del ejercicio: En este ejercicio analizaremos el circuito hidráulico típico para el movimiento de un motor reversible, prestando particular atención a los dispositivos de seguridad y de regulación de la instalación. Los motores hidráulicos transforman la energía hidráulica suministrada por la bomba en energía mecánica que, a su vez, es convertida en un par de rotación por el eje de salida de los mismos motores. Se recuerda que el motor que forma parte del equipo es un motor de engranajes con una cilindrada de 5,6 cm3/vueltas.


Cantidad

Distribuidor oleodinámico mod. CO Motor hidráulico reversible Válvula distribuidora 4/3 Válvula de sobrepresión y/o de secuencia Válvulas unidireccionales Válvulas de estrangulamiento unidireccionales Empalmes en cruz con manómetro Tubos flexibles con enchufes rápidos Válvula reguladora de caudal unidireccional Medidor de caudal

1 1 1 1 2 2 4 10 1 1

Procedimiento y precauciones que hay que respetar :

• • • • • • • •


119

Descripción del circuito hidráulico y de su funcionamiento En el circuito representado en la fig. 70, el aparato utilizador es un motor hidráulico que acciona un cabrestante naval destinado a levantar pesos mediante una polea y un cable. Los movimientos de subida y de bajada se realizan en función de las conexiones de los dos conductos del motor con la bomba y con la descarga hacia el depósito, y pueden conmutarse con la válvula distribuidora 4/3 de accionamiento manual. con estrangulamiento totalmente cerrado

fig. 70 120

A causa de la elevada inercia de las masas por levantar y de las partes giratorias del cabrestante, en este tipo de instalación tienden a producirse sobrepresiones muy elevadas durante las bruscas paradas o inversiones de marcha. Cuando cesa la alimentación hidráulica el cabrestante sigue girando por inercia un cierto ángulo, arrastrando el motor, que, a partir de dicho instante, funciona como una bomba. Se produce entonces un flujo indeseable de aceite que, a causa del bloqueo de las conexiones y de la muy baja compresibilidad del líquido, provoca un aumento de presión, la cual, si no se adoptan las medidas necesarias, puede llegar a dañar la instalación y provocar la caída de las masas levantadas. Para controlar esta sobrepresión se intercala entre el motor oleodinámico y el distribuidor una válvula antishock constituida por una válvula de sobrepresión y una pared de 4 válvulas unidireccionales conectadas convenientemente de modo que los conductos opuestos del motor queden comunicados. Se adopta esta solución pues, dado que los conductos de distribución y de descarga resultan bloqueados cuando el distribuidor se halla en la posición central, la sobrepresión y la cavitación que pueden llegar a crearse en las dos ramas de alimentación del motor se compensan por la recirculación del aceite de descarga. Durante el levantamiento (M+) la bomba suministra aceite a una presión que depende del peso que hay que levantar y del par del motor oleodinámico. Durante la bajada (M-), en cambio, los fenómenos hidráulicos se verifican de manera menos controlable, pues el peso enganchado tiende a arrastrar el motor oleodinámico que funciona como una bomba: si en el circuito hidráulico no hubiera ningún elemento de control la carga tendería a caer a una velocidad incontrolable. En uno de los conductos que va del motor a la válvula distribuidora (más precisamente en el conducto de descarga durante la bajada) se monta una válvula reguladora de caudal unidireccional R, cuya función es la de limitar el flujo de líquido que sale del mismo motor, obligándolo a girar a un régimen establecido de antemano. Si el órgano de frenado fuera un simple estrangulamiento la velocidad se volvería fuertemente variable e incontrolable. Para explicar este distinto comportamiento bastará recordar la diferencia funcional entre la válvula de estrangulamiento y el regulador compensado automático que se vieron en los ejercicios H14 y H15. Régulese la presión máxima (60 bar) accionando la válvula de sobrepresión del distribuidor. Ciérrese completamente la válvula de sobrepresión L, gradúese el regulador de caudal R y obsérvese cómo varían los valores de presión indicados por los manómetros M y M 2. ¿Qué es lo que occurre (¿ y por qué?), si se afloja el manubrio de la válvula de sobrepresión L ? ¿ Qué relación existe entre el número de vueltas/min. del motor, la cilindrada V del mismo y el caudal Q descargado ?

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2 Sistema de Operacion en Oleohidraulica Kmo Ev Co Ev

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