Cálculo del cilindro hidráulico Conocido el valor de la fuerza de empuje (F (F e) o elevación necesaria y el tiempo (t ) disponible en realizar una carrera completa por parte del émbolo, se emplearían las siguientes expresiones para calcular los parámetros geométricos ue definen al cilindro actuador! "sí, el valor del empuje o fuerza de de elevación (F (F e) capaz de desarrollar un cilindro #idráulico viene dado por la siguiente expresión$
0,785 · d e2 · p
F e %
10 4
siendo, F e, el valor valor de la fuerza desarrollada por el cilindro, en en kN ! d e, es el diámetro del émbolo ue ue discurre por el interior del cilindro, en mm! mm! p es la presión de servicio a la ue se se encuentra el aceite #idráulico en el interior del cilindro, en bar !
&igura '! suema de un cilindro #idráulico *ara cilindros de doble efecto, durante la carrera de retroceso o de recogida del émbolo, la fuerza ue puede desarrollar viene calculada por esta otra expresión$
0,785 · (d e2 - d v v 2 )· p
F r r % %
10 4
+iendo$ F r, el valor de la fuerza de retroceso o recogida del émbolo, en kN ! d e, es el diámetro del émbolo ue discurre por el interior del cilindro, en mm! d v , es el diámetro exterior del vástago ue discurre por el interior del cilindro, en mm! p es la presión de servicio a la ue se encuentra el aceite #idráulico en el interior del cilindro, en bar !
+i se denomina carrera (L) al recorrido completo del émbolo dentro del cilindro, entonces el volumen de una carrera (V ), también conocido como cilindrada, viene expresada por el producto de la superficie del émbolo por su carrera, es decir,
π · d e2
V %
·L
4
donde, V , es la cilindrada o volumen de una carrera, en mm3! d e, es el diámetro del émbolo ue discurre por el interior del cilindro, en mm! L, es la longitud de la carrera del vástago, en mm!
*or otro lado, conocida la carrera (L) del vástago y medido el tiempo (t ) empleado en su recorrido, se puede calcular la velocidad (v ) con ue se mueve el vástago, segn la expresión siguiente$
L
v=
10 3 · t
siendo, v , la velocidad de salida del vástago, en m/! L, es la longitud de la carrera del vástago, en mm! t , es el tiempo empleado en salir completamente el vástago del cilindro, en segundos ()!
Conocido el volumen de la carrera (V ) y el tiempo (t ) empleado en la salida del vástago, se puede conocer el caudal (!) necesario para realizar una carrera, como
"0 · V
!=
10 " · t
donde, !, es el caudal de fluido necesario para #acer una carrera, en litros-minuto (#/m$%)! V , es la cilindrada o volumen de una carrera, en mm3! t , es el tiempo empleado en salir completamente el vástago del cilindro, en segundos ()! .o obstante, el anterior valor se trata de un valor teórico! l caudal real (!r ) tenida en cuenta el rendimiento volumétrico del cilindro donde se reflejan aspectos como la fuga de fluido por las juntas, viene dado por la siguiente expresión$
!
!r =
&
siendo, !r , el caudal real de fluido necesario para #acer una carrera, en litros-minuto (#/m$%)! !, es el caudal teórico calculado segn la expresión anterior, en litros-minuto (#/m$%)! ', es el rendimiento volumétrico del cilindro ue tiene en cuenta las fugas, como general se toma 0,5 !
Calculo de Potencia Hidráulica de la Máquina
n las bombas de alta presión la potencia #idráulica, se manifiesta en forma de presión y de caudal, y se calcula mediante las fórmulas$
Ni
p · Q (C.V.) /Ni
%
450
p · Q (Kw)
%
612
+iendo$ 0$ Caudal en l-min! p$ *resión expresada en 2
1p-cm ! 34"5.
63*7 8 9749"
4":5. 8
*:+37.
:;7<=C37.+
.743."<
:*4
bar
:.8343.67
9749" 8 .5:"."> + ?6:.7+
@AA B @AA
D B 'DA
A! B A!E'
@AA B @AA
'DA B 2@A
A! F A!E'
@AA B 'AAA
2@ B 'DA
A!H F A!I
EDA B AAA
2@ B AA
A! F A!E
H@A B AAA
'DA B 2A
A! F A!E2
EDA B AAA
'DA F 2A
A!E
9749" 8 .5:"."> + 3.6:.7+
9749" G<3C738"<
9749" 8 "<6"+ C3:C=<":+ 9749" 8 497<7+ "?3"<+
9749" 8 497<7+ :"83"<+
Las bombas hidrostáticas, también denominadas volumétricas, dan presión al líquido disminuyendo el volumen de la cámara en la que es contenido. En ellas el caudal suministrado no varía con la presión, sino que depende de su cilindrada y de su régimen de giro. Se define cilindrada como el volumen de líquido desplazado en cada revolución y se epresa en centímetros c!bicos"revolución. La mayoría de las bombas tienen cilindrada fi#a, aunque $ay modelos en los que se puede
modificar la cilindrada, por lo que a un régimen de giro, pueden ofrecer distintos caudales. Las bombas $idrostáticas pueden ser% J De engranajes% constan de dos engrana#es alo#ados en una carcasa
provista de acometidas de aspiración e impulsión. Se caracterizan por su solidez, su adaptación a diferentes tipos de aceites, su facilidad de monta#e en cualquier posición, su amplio margen de velocidades admisibles, su elevada capacidad de aspiración, su amplia gama de tama&os, su economía y su gran oferta comercial. 4
3
1.-Entrada porvacío.
2.- Arrastre del aceite. 3.- Engranaje.
2
4.- Salida de aceite a presin. 1
'igura (.).)*.+ omba de engrana#es.
La alta presión eistente a la salida de la bomba supone una carga no equilibrada sobre los engrana#es y de estos sobre los co#inetes que los soportan, lo que obliga a usar co#inetes de agu#as. J De lb!los o de engranajes e"ternos constan de un rotor interno,
que movido desde el eterior, arrastra un rotor eterno, con el que forman las cámaras de bombeo.
(
*
) ).+ /rificio de entrada. *.+ /rificio de salida. .+ 0otor interno. -.+ 1uerpo. (.+ 0otor eterno.
'igura (.).).+ omba de lóbulos.
J De paletas% constan de un cuerpo o carcasa, dentro de la cual gira un
rotor con paletas en su periferia. Las paletas delimitan las cámaras de volumen variable, en las cuales a medida que giran crean un vacío que las llena de aceite que es impulsado $acia la salida cuando el tama&o de las cámaras disminuye.
)(-
(
-
*
)
2
3
).+ Entrada. *.+ E#e. .+ 1ámaras de bombeo. -.+ 0otor. (.+ Superficie del anillo. 2.+ Salida. 4
4.+ 5aletas.
3.+ 1uerpo.
'igura (.).)-.+ 'uncionamiento de una bomba de paletas.
J De pistones% constan de un cilindro provisto de dos válvulas, una de
admisión y otra de impulsión, dentro del cual un pistón, moviéndose alternativamente, aspira fluido y lo epulsa. Seg!n sus características de funcionamiento, las bombas de pistones se clasifican en% De pistones en línea %
que son las más simples si bien resultan más voluminosas y presentan limitaciones en su velocidad de giro. 'uncionan gracias a un sistema biela+manivela con el que consiguen el movimiento alternativo de los pistones. De pistones radiales%
cuya cilindrada viene determinada por el diámetro y n!mero de los pistones y, naturalmente, por la longitud de su carrera, la cual en algunos modelos puede variar ofreciendo un caudal variable. 6ienen un bloque de cilindros que gira sobre un pivote estacionario, de forma que a medida que los pistones se desplazan alternativamente en sus cilindros, aspiran y descargan el fluido. De pistones a"iales producen
el bombeo seg!n un sistema de placa inclinada con bloque de cilindros rotativo en unos modelos, o seg!n un sistema de placa oscilante y bloque de cilindros fi#o en otros, o bien seg!n una placa vertical con bloque de cilindros rotativo. La cilindrada de estas bombas, que puede ser variable, viene determinada por el n!mero y tama&o de los pistones así como por su carrera, la cual depende del ángulo de la placa inclinada con respecto al bloque de cilindros. 1on el principio descrito se comercializan modelos de cilindrada constante y otros de caudal variable, para lo cual un sistema de control
eterno $ace variar el ángulo que forma la placa con el bloque de cilindros. 3 4
2
1
% &
1.- Entrada deaceite. 2.- Salida de aceite. 3.- #an!ra en placa de distrib!cin. 4.- $istn. %.- Eje de accionamiento. &.- $laca de presin. '.- (ri)icio de entrada de en los. cilindros.
'
'igura (.).)(.+ omba de placa inclinada y barrilete.
*álv!las.
Las válvulas, cuyas misiones son las de regular la presión y el caudal, se pueden clasificar en tres grupos% J J J J
7álvulas antirretorno. 7álvulas reguladoras de caudal. 7álvulas reguladoras de presión.
Las válv!las antirretorno, también llamadas de retención, tienen la misión de impedir que el aceite pueda recorrer en ambos sentidos las vías de circulación. Se comercializan para su monta#e en línea, en ángulo recto, con retorno controlado, y con antirretorno pilotado. * )
-
8.+ 9ay circulación de aceite. ).+ Entrada. *.+ Salida. .+ 8siento. -.+ ola o cono. .+ Sin circulación de aceite.
8
'igura (.).):.+ 'uncionamiento básico de una válvula sin retorno.
J Las válv!las reg!ladoras de ca!dal se utilizan para controlar la
cantidad de aceite por unidad de tiempo que se envía a un determinado receptor. Seg!n las características de su traba#o pueden ser no compensadas o compensadas. Las primeras limitan mecánicamente el paso del aceite,
variando el tama&o de un orificio, y las segundas utilizan un sistema de compensación que permite mantener una caída de presión constante a través de una restricción regulable que desvía al depósito el eceso de caudal, cuando la diferencia de presiones es suficiente para vencer un muelle. * )
-
).+ Entrada. *.+ 5istón. .+ Estrangulador regulable. -.+ Salida a receptor. (.+ Salida a depósito. ( 2
2.+ /bturador de la válvula de
seguridad
'igura (.).*;.++ 0egulador de caudal no compensado.
J Las válv!las reg!ladoras de presin, imprescindibles en cualquier
circuito ponen en comunicación la línea de impulsión y el depósito, de forma que cuando la presión alcanza un valor previamente fi#ado se produce descarga de fluido y se evitan las roturas. Las más elementales usan un resorte que act!a contra un elemento móvil de cierre de un orificio, regulan la presión mediante un tornillo con a#uste manual. )(:
'igura (.).*).+ 7álvula de máima de acción directa.
1uando el caudal y la presión son elevados, un control preciso con la válvula de acción directa no resulta fácil, ya que eigiría el uso de un resorte de grandes dimensiones, con los consiguientes inconvenientes de su ecesivo volumen y dificultad de calibrado. En estos casos se usan válvulas que tienen un cuerpo, en el que $ay alo#ado un pistón sobre el que act!a un resorte. Encima del cuerpo $ay un control $idráulico que permite el control de la presión mediante el a#uste de un tornillo que act!a sobre un peque&o muelle que act!a sobre un cono que cierra un reducido orificio.
'igura (.).**.++ 7álvula pilotada.
Su funcionamiento se consigue gracias a que en el pistón se taladra un peque&o orificio aial que iguala, cuando por él no $ay circulación de aceite, la presión en ambas caras del pistón.
empu#a, por lo que se levanta y permite la descarga de aceite $acia el depósito. J Las válv!las red!ctoras, también consideradas como reguladoras
de presión, bien por acción directa o bien pilotadas, permiten conseguir diferentes valores de presión en las distintas partes de un circuito.
'igura (.).*.+ 7álvulas reductoras de acción directa.
J Las válv!las de estrang!lacin pueden considerarse como válvulas
reductoras de presión, pero como la disminución de presión depende del caudal que pasa por ella, no mantienen constante la presión del aceite a la salida. J
Las válv!las de sec!encia se utilizan cuando en los circuitos es necesario el paso de aceite sólo cuando la presión alcanza un determinado valor. Llevan un peque&o pistón en el que act!a, por un lado, la fuerza de un peque&o resorte y por el otro la fuerza generada por la presión del circuito, que cuando alcanza el valor tarado, abre totalmente el paso de aceite.
-
).+ Entrada de línea de presión.
*.+ 1orredera. ( .+ 6ronillo de a#uste. 2 -.+ Salida a depósito. (.+ Salida de línea de presión. 2.+ 5istón.
*
)
'igura. (.).*-.+ 7álvula de secuencia.
