Camion Volquete

Laboratorio neumático e hidráulico

CAMIÓN-VOLQUETE PROYECTO DE MODIFICACIÓN DE IMPORTANCIA EN VEHÍCULOS.

ANDRES LASRY HERNANDEZ RAFAEL ORTEGA GARCIA IGNACIO FERNANDEZ SANCHEZ

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INDICE

0.- Objetivos del trabajo 1.- Introducción. 1.1.- Ventajas. 1.2.- Desventajas. 2.- Consideraciones previas. 3.- Descripción de la aplicación hidráulica. 3.1.- El camión volquete. 3.2.- El circuito mecánico. 3.3.- El circuito hidráulico. 3.4.- Funcionamiento del circuito completo. 3.5.- Características del fluido hidráulico. 4.- Cálculos mecánicos e hidráulicos. 4.1- Teoría del cálculo del camión basculante. 4.2.- Metodología de cálculo para la aplicación real. 4.3.- Presentación de los cálculos. 4.4.- Calculo de tuberías. 5.- Selección de componentes y aceite. 6.- Mantenimiento de equipos hidráulicos 7.- Plan de mantenimiento. 8.- Plan de seguridad. 9.- Conclusiones. 10.- Bibliografía.

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0. OBJETIVOS DEL TRABAJO

0.1.-Análisis de un caso real de aplicación hidráulica: modificación de importancia en un vehículo. 0.1.1 Conocer los detalles constructivos del volquete, su articulación y sus principales parámetros. 0.1.2 Observar la solución hidráulica implementada en un caso real con viabilidad comercial. 0.1.3 Determinar los condicionantes que influyen en la solución implementada (reducción de costes de instalación, de mantenimiento y fiabilidad) y su valoración. 0.2

Aprender la aplicación de cálculos mecánicos en el diseño de un circuito hidráulico.

0.3

Observar los distintos valores que influyen en el diseño y su grado de incidencia.

0.4

Manejar información técnica de fabricantes de componentes hidráulicos.

0.5

Integrar la seguridad en el propio diseño.

0.6

Determinar los posibles riesgos y el plan para evitarlos o minimizarlos.

0.7

Determinar las posibles causas de averías y el plan de mantenimiento preventivo en consecuencia.

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1. INTRODUCCION La hidráulica se ocupa fundamentalmente de la transmisión de los efectos de fuerzas y potencias mediante la presión estática del fluido. Esta tarea se realiza a través de sistemas hidráulicos, los cuales compiten con dispositivos mecánicos, eléctricos y neumáticos. A diferencias de estos muestran muchas ventajas pero también ciertas debilidades. 1.1.- Ventajas • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Transmisión de grandes fuerzas en espacios reducidos. Elevada densidad de energía. Es posible el almacenamiento de energía. Variación sin salto de magnitudes, como velocidad, fuerzas y momentos. Buena regulación de las fuerzas actuantes. Veloz inversión de servicio debido a inercia reducida de los elementos. Dinámica elevada de conmutación. Movimientos regulares (exentos de golpes y vibraciones). Grandes rangos de transmisión. Conversión simple de movimientos rotantes a rectilíneos o a la inversa. Libertad constructiva en la disposición de los elementos. Montaje en diferentes ambientes de la fuente de energía y accionamiento con unión por tuberías rígidas o flexibles. Posibilidad de automatización de todo tipo de movimientos y movimientos auxiliares mediante válvulas piloto y transmisión de órdenes eléctricas. Posibilidad de utilización de elementos y módulos estándar. Protección contra sobrecargas. Desgaste reducido debido a la lubricación de los elementos mediante el propio fluido. Elevada vida útil. Posibilidad de recuperación de energía.

1.2.- Desventajas • • • •

Pérdida de presión y caudal en tuberías y órganos de comando. Dependencia de la viscosidad del aceite con la temperatura y la presión. Problemas de fugas. Compresibilidad del fluido hidráulico.

A continuación podemos ver una tabla con los distintos campos de aplicación de la hidráulica en función de los mercados individuales y su rango de presiones.

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2. CONSIDERACIONES PREVIAS •

Vamos a partir de un camión real al que se le ha hecho una modificación de importancia introduciéndole un volquete o basculante.

•

El camión es un Nissan Cabstar de doble cabina y modelo 110.45 cuyos datos básicos son:

•

Se trata de una aplicación real en la que se tienen en cuenta conceptos como: o o o o o

Máxima funcionalidad. Mínimo coste. Máxima robustez. Simplicidad de operación. Seguridad de operación.

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3. DESCRIPCIÓN DE LA APLICACIÓN HIDRAÚLICA Nuestro trabajo va a consistir en convertir un camión nuevo (de fabrica) en un camión volquete mediante la unión al chasis básico un cilindro hidráulico y todo su equipamiento. Además de una caja para transportar mercancía.

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Laboratorio neumático e hidráulico A continuación vamos a explicar en que consiste un camión volquete y para que sirve, como se realiza el basculamiento, como se acciona la bomba hidráulica. 3.1.- El volquete o basculante. El vehículo volquete o basculante es normalmente utilizado para descargar mercancías sin la intervención humana. Lógicamente el tipo de mercancía a descargar por el sistema de basculamiento ha de tener unas cualidades especiales para que no se dañen, por ejemplo: arena, piedra, escombro, basura, trigo, etc. Su utilización más común es en obras de excavaciones, rellenos y transporte de piedra o arena. El basculamiento de la caja de carga se realiza por medio de un sistema hidráulico, compuesto de un depósito de aceite, de una bomba y normalmente, de uno o varios cilindros de tipo telescópico (aunque no es este nuestro caso) que actúan de empuje sobre la caja de carga. 3.2.- El circuito mecánico. El accionamiento de la bomba hidráulica se realiza generalmente por medio de una toma de fuerza que se acopla sobre la caja de cambio del vehículo. Las cajas de cambios de los vehículos industriales llevan al menos un registro en forma de ventana en la que aparece un piñón que está fijado sobre el eje intermediario de la caja de cambios, y que es independiente del resto de los piñones que sobre este mismo eje existen para obtener las relaciones de velocidades del vehículo.

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Registro en caja de cambios para toma de fuerza normalizada

Caja de cambios

Acoplamiento en caja de cambios

Bomba

Cable palanca de embrague

Toma de fuerza

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Laboratorio neumático e hidráulico El referido piñón engrana con otro de la toma de fuerza que está compuesta de varios piñones con objeto de que pueda transmitir a la bomba hidráulica distintas revoluciones en función de la resistencia que se opone al levantamiento de la caja de carga. Por consiguiente la toma de fuerza es como una caja de cambios compuesta de una o dos relaciones que se acopla sobre la caja de cambios del vehículo y que su uso principal es transmitir la potencia del motor a la bomba hidráulica a voluntad propia del conductor.

Anillo desplazable mediante uña accionada por cable y palanca

EMBRAGADO

DESEMBRAGADO

Árbol conductor

Árbol conducido

Separación del árbol conductor y el conducido

Árboles solidarios

Hay que tener en cuenta a la hora de modificar el vehículo que el bastidor del vehículo normal deberá realizar trabajos que se salgan de los previstos. Por ejemplo, en este caso los de un volquete, en los que los esfuerzos a soportar por el bastidor son muy superiores a los correspondientes en el caso de carga uniformemente repartida.

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Suponiendo que el autobastidor está preparado para soportar el trabajo que sobre él va a actuar, y también que el montaje del volquete sea el correcto, hay que tener mucha precaución cuando se realiza la descarga de la mercancía, ajustándose a unas normas, ya que podría dar lugar a que se produzcan grandes averías. El taller que se encarga de preparar el autobastidor deberá realizar un proyecto, justificando de forma matemática el coeficiente de seguridad correspondiente al bastidor y a cualquier otro elemento que haya intervenido en la ejecución de la reforma, ya que todo ello, independientemente de que así lo exige la ley vigente, le servirá para justificar cualquier tipo de reclamación que pudiese existir si se produjese algún fallo. 3.3.- El circuito hidráulico. Nuestro circuito hidráulico va a constar de los siguientes elementos. •

Bomba hidráulica de engranajes.

•

Filtro.

•

Válvula antirretorno.

•

Limitador de presión.

•

Un tanque de aceite.

•

Una válvula 2/2 de palanca.

•

Una “T”.

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Laboratorio neumático e hidráulico •

Un cilindro de simple efecto limitado por drenaje.

•

Mangueras.

Bomba hidráulica de engranajes. Se trata de una bomba de engranajes que se acopla a la toma de fuerza y que suministra la presión necesaria al pistón. Esta bomba se presenta con un limitador de presión que protege contra sobrepresiones y con filtro para limpiar las impurezas. El funcionamiento y la construcción de una bomba de engranajes son los siguientes. Construcción La bomba de engranajes consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento: •

Bomba hidráulica con un solo sentido de impulsión.

•

Cuerpo con brida.

•

Dos ruedas dentadas.

•

Juntas.

Las ruedas dentadas están bien ajustadas axialmente y en su periferia con respecto al cuerpo, con el objeto de mantener las pérdidas por fugas lo más pequeñas posible. La estructura de la bomba de engranajes es sencilla. Funcionamiento La bomba de engranajes funciona según el principio del desplazamiento. La rueda dentada A, impulsada en el sentido de la flecha, arrastra la rueda B con su dentado, haciéndola girar en sentido opuesto. La cámara S tiene comunicación con el depósito. Al girar las ruedas y separarse los dientes quedan vacíos los entre dientes (cámaras de los dientes). Por la depresión originada, se aspira líquido del depósito. Este líquido llena las cámaras de los dientes. Éstas transportan el líquido a lo largo de las paredes del cuerpo hasta la cámara P. Los dientes engranados impelen el líquido de sus cámaras al espacio P y evitan que regrese de ésta a la S. Como consecuencia, el líquido enviado a la cámara P ha de salir forzosamente de la cámara del cuerpo, para dirigirse hacia el consumidor. Como en una revolución de la rueda, la cantidad de cámaras que transportan el líquido

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Laboratorio neumático e hidráulico (desplazándolo) es una determinada, el volumen de líquido impulsado por revolución es constante. Se denomina volumen de extracción V (centímetros cúbicos por revolución; El caudal (V en l/mm) resulta del volumen de extracción (v) multiplicado por el número de revoluciones n por minuto. En los entre dientes entre las cámaras de aspiración y de presión se encuentra líquida aplastado. Este se conduce a la cámara de presión por una ranura practicada en la cara frontal del cuerpo. Aplicación Se utiliza para producir una corriente de líquido en instalaciones hidráulicas y para producir una corriente de lubricación.

Símbolo según ISO 1219

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Laboratorio neumático e hidráulico Tanque de aceite Se trata de un depósito de aceite que ha de satisfacer diversas tareas como son: •

Deposito de reserva.

•

Separador del líquido a presión y aire.

•

Evacuador del calor.

•

Conexión con una bomba.

•

Placa base para diversas piezas de mando

Un depósito estándar consta de las siguientes partes •

Filtro de aire. Todo depósito debe disponer de un sistema suficiente de aireación y desaireación, provisto de un filtro de aire. Es necesario para que la presión atmosférica pueda actuar sobre el nivel del líquido con objeto de que la bomba pueda aspirar y el aceite se mantenga libre de burbujas. Al regresar el aceite tiene lugar una compensación de nivel y, con ello, una salida sin presión.

•

Tapa desmontable.

•

Tornillo de apertura de llenado, con varilla indicadora de nivel y cesta tamiz. El tamiz se encarga de filtrar sustancias ajenas al llenar el depósito.

•

Tubo de aspiración.

•

Tornillo de purga de líquido.

Deberá hallarse en el lugar mas bajo del depósito. En caso de sustituir el líquido, limpiar el depósito y el filtro. •

Mirilla de control nivel máximo y nivel mínimo.

•

Tubo de retorno.

•

Chapa tranquilizadora. Divide al depósito en una cámara de aspiración y otra de retorno. En esta ultima, el liquido puede tranquilizarse y los cuerpos ajenos a él depositarse.

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Válvula hidráulica 2/2 accionada por palanca Se trata de una válvula de 2 vías con 2 posiciones. El paso de una posición a otra se regula mediante una palanca. Se puede decir que gobiernan la corriente de líquido, bloqueando o abriendo el paso.

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Laboratorio neumático e hidráulico Cilindro de simple efecto limitado por drenaje. Se trata de un cilindro no telescópico de simple efecto que tiene la máxima funcionalidad y simplicidad de operación. En la entrada del cilindro, el aceite ejerce la presión contra el émbolo, sacando el vástago de la carcasa. Al final de la carcasa se practica un orificio que se conecta a una manguera y esta retorna el aceite al depósito. Cuando el émbolo sobrepase este orificio se producirá el drenaje y el vástago se detendrá. Es una ejecución artesanal sobre el cilindro y produce un coste mínimo ya que nos ahorramos finales de carrera que por otro lado habría que mantener debido a las condiciones tan exigentes en las que operan este tipo de vehículos.

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Laboratorio neumático e hidráulico 3.4.- Funcionamiento del circuito completo

“T”

Cilindro simple efecto limitado por drenaje

Embrague Motor del vehículo

por cable

Válvula 2/2 Tanque

Toma de fuerza

Bomba de engranajes con filtro

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Con el motor del camión al ralentí, se opera sobre el embrague por cable que conectará un piñón del motor a la toma de fuerza. La toma de fuerza moverá la bomba que suministrará la presión necesaria al pistón. Si la válvula 2/2 esta cerrada el cilindro se irá llenando y levantará la carga hasta un máximo en el que el liquido se drenará. La presión y la bomba y el drenaje mantendrán al émbolo totalmente extendido. Tanto la bajada de la caja a su posición inicial como la regulación en una posición intermedia se hará mediante la válvula 2/2 accionada por palanca por el operador. Si la válvula la abrimos parcialmente parte del fluido se escapa al tanque y la presión en el vástago disminuirá por lo que la caja bajara hasta que la presión iguale a la carga. Si la abrimos totalmente, la caja bajara por su propio peso que ira desalojando el líquido hacia el tanque. Todo mientras la bomba sigue mandando presión. Destacar la gran sencillez del sistema así como su mínimo coste.

Embrague de la toma de fuerza

Válvula 2/2

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3.5.- Características del fluido hidráulico. Introducción Teóricamente podría utilizarse como fluido hidráulico cualquier fluido ya que todos cumplen con las leyes de Pascal. Inicialmente se utilizó agua. El agua pura no es adecuada para las exigencias de los modernos equipos hidráulicos debido a que no impide el desgaste y en combinación con el oxígeno puede producir una severa corrosión. Debido a las buenas cualidades lubricantes y a una elevada protección contra corrosión han dado buenos resultados como fluidos hidráulicos sobre todo los aceites minerales. Con sustancias especiales (aditivos) los aceites minerales fueron y son mejorados permanentemente. Los aceites minerales tienen sin embargo una desventaja, su inflamabilidad. Debido a ello, los equipos hidráulicos en las cercanías de llamas, metales fundidos o áreas de elevadas temperaturas, utilizan muchas veces fluidos de difícil inflamabilidad. No existe un fluido hidráulico ideal. La selección minuciosa de acuerdo a las exigencias del equipo es por eso una condición previa para un correcto funcionamiento. Exigencias sobre fluidos hidráulicos Se imponen a éstos muchas exigencias. Los puntos principales se incluyen en la siguiente lista. — buena cualidad lubricante — no atacar el material — buen comportamiento viscosidad-temperatura — elevada resistencia térmica y a la oxidación — compresibilidad reducida — reducida tendencia a formar espuma — elevada densidad — buena capacidad de conducción térmica — difícil inflamabilidad para aplicaciones especiales — toxicidad nula — costos reducidos — buenas posibilidades de aprovisionamiento — bajo costo de mantenimiento — descarte sin inconvenientes

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Características de fluidos hidráulicos de base mineral y sus criterios de selección La mayoría de los equipos hidráulicos funcionan con fluidos de base mineral (aceites hidráulicos). La correcta selección del aceite hidráulico es un prerrequisito para un correcto funcionamiento del equipo, cuyas condiciones de servicio deben verificarse cuidadosamente. Las cualidades del aceite hidráulico dependen de: — el tipo de aceite de base — el grado de refinación y — el tipo y cantidad de sustancias agregadas (aditivos) Los fluidos hidráulicos con buena fluidez en frío se producen de aceites para naftas. Se emplean en equipos que arrancan a bajas temperaturas y con máx. temperaturas de aceite de hasta 30 ºC. Si la fluencia en frío no es el criterio decisivo de selección, se recomienda el empleo de fluidos con base de parafinas que tienen una mayor resistencia a la oxidación y un mejor comportamiento viscosidad — temperatura. Se producen sin embargo, predominantemente mezclas de aceite de base de naftas y parafinas con aceites aromáticos, para ampliar en lo posible el rango de aplicación. Los componentes indeseados del aceite, por ejemplo cadenas de azufre, se eliminan por refinación. Mediante el agregado de sustancias especiales se mejoran las cualidades del aceite hidráulico, por ejemplo la protección contra el desgaste. Las exigencias mínimas para el aceite hidráulico se establecen en DIN 51 524. Grupos de fluidos hidráulicos Aceites HL según DIN 51 524 Parte 1 Los aceites hidráulicos HL son aceites combinados en los cuales mediante sustancias activas se mejora la resistencia al envejecimiento y se aumenta la protección contra corrosión. Se utilizan en equipos en los que se esperan temperaturas hasta 50ºC y/o corrosión por entrada de humedad. Se utilizan con limitaciones debido a que no contienen sustancias para reducir el desgaste. Las limitaciones afectan la selección del equipo, sobre todo bombas y motores y el rango de presión. Una indicación global no tiene sentido ya que los equipos son perfeccionados continuamente. Las indicaciones correspondientes se encuentran en la información provista por el fabricante. Los aceites hidráulicos que atacan el plomo o materiales que lo contengan, no deben ser empleados aún cuando cumplimenten la especificación HL según DIN 51 524

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Laboratorio neumático e hidráulico parte 1. Son principalmente aceites multiuso, por ejemplo aceites de bancada que contienen aceites grasos o ésteres grasos. Aceites HLP según DIN 51 524 Parte 2 Los aceites HLP ofrecen respecto de los HL una mejor protección contra desgaste. Contienen inhibidores de envejecimiento, aditivos anticorrosión y sustancias adicionales para disminuir el desgaste en el caso de roza miento múltiple, en el que por una lubricación insuficiente de las partes metálicas en contacto puede aparecer un desgaste excesivo. La protección contra desgaste se juzga con los ensayos según DIN 51 354 Parte 2 y DIN 51 389 Parte 2. Los valores de medición no son comparables entre sí debido a las distintas condiciones de ensayo. Tampoco deben utilizarse los aceites HLP cuando ata que el plomo o materiales que lo contengan. Aceites HV Para equipos sometidos a fuertes variaciones de temperatura o bajas temperaturas ambientes, por ejemplo ex puestos a la intemperie, deben emplearse aceites con mayor índice de viscosidad (VI) denominados aceites HV. Algunos cumplen las exigencias de los aceites HLP según DIN 51 524 Parte 2, pero tienen aditivos para mejorar el comportamiento viscosidad/temperatura (denominado mejorador VI). Los mejoradores VI pueden empeorar el comportamiento desemulsionante y la capacidad de eliminación de aire y son por ello recomendables sólo para equipos con las condiciones de temperatura conocidas. Está en preparación la Norma DIN 51 524 Parte 3 para la determinación de los requisitos mínimos para estos aceites. En la selección de los aceites HV debe considerarse una importante pérdida de la viscosidad de hasta un 30 %. Significa por ejemplo, que para una bomba con una viscosidad mínima admisible de 25 mm debe utilizarse un aceite HV con una viscosidad de 36 mm con lo que considerando la pérdida en servicio la viscosidad no cae debajo del mínimo admisible. Aceites HLP-D Estos aceites contienen aditivos detergentes y dispersantes. Con estos aditivos se logra desprender los sedimentos y mantener en suspensión las impurezas (por ejemplo debidas a envejecimiento y abrasión) contenidas en el aceite junto con el agua que hubiera ingresado. Estas impurezas son eliminadas del aceite por filtración. Para ello se requiere incrementar la superficie de filtración (dimensionado a ∆p = 0,2 bar) y disminuir la malla en 1 nivel, por ejemplo de 20 a 10µm. De esto resulta por regla general una duplicación del tamaño del filtro de, por ejemplo, TN 330 a TN 660. 21

Laboratorio neumático e hidráulico El agua contenida puede reducir la protección contra desgaste. No deben usarse por lo tanto aceites HLP-D cuando se cuenta con una intensa entrada de humedad. Los distintos aceites HLP-D contienen ácidos grasos o ésteres de ácidos grasos que atacan el plomo o a materiales que lo contienen. Su empleo no es admisible. Aceites no contaminantes Con la creciente conciencia de la importancia del medio ambiente y disposiciones legales más severas se re quieren aceites no contaminantes, sobre todo para aplicación en móviles. Los fluidos biológicamente degradables disponibles en el mercado pueden dividirse en dos grupos: — fluidos de base vegetal — fluidos de base glicol La selección del material de los equipos debe estar de acuerdo con los nuevos fluidos, por ejemplo estabilidad de las juntas, tolerancia al plomo, pintura. Aceites multipropósito Algunos de estos aceites cumplen con DIN 51 524 y son empleados por eso no sólo como lubricantes de banca das sino también como fluidos hidráulicos. Antes de la utilización de aceites multipropósito se recomienda la consulta con el fabricante de aparatos/equipos a los efectos de verificar la resistencia de los materiales. Selección Para un funcionamiento seguro de los sistemas hidráulicos la correcta selección del fluido es tan importante como la selección de las partes componentes. Para la selección de los datos más importantes puede recurrirse a las Normas DIN 51 524 Partes 1 y 2, a pesar que en ellas se indican sólo exigencias mínimas. Por ello deben controlarse las indicaciones del fabricante, PC ejemplo sobre resistencia al envejecimiento, predisposición a la formación de espuma, tolerancia al plomo metales no ferrosos, limpieza en las condiciones d suministro y filtrabilidad. Viscosidad Con la viscosidad de los aceites hidráulicos se determina su resistencia a la fluidez. Es decir, es la medida de la resistencia a un movimiento relativo entre partículas del fluido. Se ha impuesto el dato de la viscosidad cinemática que se determina según DIN 51 562. Se indica en la unida SI (sist. internacional) mm donde 1 mm2 /s= 1 cSt. Una viscosidad muy elevada conduce a grandes pérdidas por rozamiento y flujo, medible como caída de presión y sobre calentamiento del aceite. El arranque en frío del equipo empeora, aparecen retardos de conmutación, se dificulta la eliminación del aire. 22

Laboratorio neumático e hidráulico Una viscosidad demasiado baja origina fugas, un mayor desgaste y con ello también un sobrecalentamiento de aceite. La viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura. La medida para la variación de viscosidad es el índice de viscosidad que se determina según DIN ISO 2909. Cuanto mayor es el índice de viscosidad menor es e1 dependencia de ésta con la temperatura. Esto hace que se utilicen aceites HV, los que se desarrollan para grandes variaciones de temperatura y baja temperaturas ambientes. Se puede, en ocasiones, ahorrar el cambio del aceite según estaciones; por ejemplo en equipos que trabajan a la intemperie. La relación viscosidad-presión de aceites hidráulico gana en significado cuanto mayor es la presión de servicio. Si el incremento de la viscosidad hasta una presión de 200 bar. es reducido, se duplica sin embargo para un presión de aproximadamente 400 bar. Diagrama viscosidad – temperatura

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Tabla de viscosidad según ISO

Las clases de viscosidad para aceites hidráulicos están reunidas en la Norma DIN 51 519 originada como apoyo de la ISO 3448. Lo mismo ocurre en DIN 51 524 con las clases de viscosidad ISO VG 10, 22, 32, 46, 68 y 100. En la selección de las clases de viscosidad se deben tener en cuenta las indicaciones del fabricante del aparato hidráulico. Ejemplo Rango de viscosidad de una bomba de paletas. Máx. 800 mm2/s arranque comprimiendo Máx. 200 mm2/s arranque con carrera nula mín. 16 mm2/s para máx. temperatura Por encima de los valores máximos pueden producirse daños por falta de lubricante, por debajo de los valores mínimos se originan mayor desgaste y fugas. Punto de fluencia Se denomina punto de fluencia a la menor temperatura admisible para la cual el aceite aún fluye. El método para su determinación se describe en DIN ISO 3016. En la selección de aceites hidráulicos tener en cuenta que la temperatura mínima admisible en el equipo se encuentre como mínimo 8 °C por encima del punto de fluencia. Compresibilidad Se denomina compresibilidad del aceite al cambio de volumen bajo presión. En aceites sin burbujas de aire, el volumen se reduce en un 0,7 % para un aumento de presión de 100 bar. 24

Laboratorio neumático e hidráulico Hasta 150 bar suele no tenerse en cuenta la compresibilidad por lo que puede producirse un perjuicio en el funcionamiento, sobre todo en vinculación con grandes caudales. El aceite se comprime debido al aire que contiene y puede ya en bajas presiones, hasta 50 bar, provocar perturbaciones como movimientos ruidosos, vibratorios, bruscos. Dependencia de la viscosidad con la temperatura y la presión

Capacidad de eliminación de aire Los aceites hidráulicos contienen aire en forma disuelta Si por una caída de presión, por ejemplo detrás de un estrangulador, se excede el límite de saturación se desprenden burbujas de aire. Las burbujas de aire pueden ingresar al aceite desde exterior, por ejemplo por falta de hermeticidad en las tuberías de aspiración. Este aire disuelto modifica la compresibilidad, reduce 1a protección contra desgaste y disminuye la conductibilidad térmica. Las consecuencias son perturbaciones e el servicio debido a movimientos bruscos, ruidos, vibraciones y daños en el material.

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Laboratorio neumático e hidráulico Tiempo de ascenso de burbujas de aire en aceite mineral (según Hayward)

Por esta razón, las burbujas de aire deben separarse rápidamente del aceite. La capacidad de eliminación de aire de un aceite s establece según DIN 51 381 “Determinación de la capacidad de eliminación de aire, método Impinger”. Según este método se mide el tiempo en el cual el aire disperso en el aceite se separa hasta un volumen de 0,2 %. Formación de espuma La formación de espuma debido a las burbujas de aire que desde el seno del aceite suben a la superficie, debe mantenerse reducida mediante un cuidadoso diseño del depósito. La superficie de aceite debe ser en lo posible grande, con lo que las burbujas pueden desprenderse rápidamente. Con el montaje de rompeolas en el depósito, la eliminación del aire puede mejorarse tanto como con tamices separadores de aire. Los aceites contienen aditivos antiespumantes, la contaminación mediante agua, suciedad y productos que provocan envejecimiento incrementan sin embargo la predisposición a la formación de espuma. Capacidad desemulsionante El agua incorporada al aceite debe eliminarse rápidamente ya que perjudica la viscosidad y la protección contra corrosión y provoca sedimentación. Por eso es importante, en lo posible, un prolongado tiempo de permanencia del aceite en el depósito, ya que el agua se separa más rápidamente cuando el aceite está en reposo que cuando está circulando. La capacidad desemulsionante de un aceite es el tiempo que requiere una mezcla de aceite-agua para su separación. Se determina mediante el método según DIN 51599.

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Laboratorio neumático e hidráulico Resistencia a la oxidación El envejecimiento del aceite depende de la composición química del mismo y puede ser distinto para aceites de la misma norma. Se acelera por el aire disuelto en el aceite debido a elevadas presiones, la temperatura y los metales con los que entra en contacto así como por las contaminaciones debido a suciedad, óxido y agua. Los productos que provocan envejecimiento pueden pegar válvulas, taponar filtros o ensuciar intercambiadores de calor. Con ello empeora la capacidad desemulsionante así como la protección contra corrosión y desgaste. Puede contrarrestarse con un prolongado tiempo de permanencia del aceite en el depósito, un buen filtrado y enfriamiento y una comprobación regular de la calidad del aceite. Protección contra corrosión Los aceites hidráulicos no sólo deben evitar la formación de óxidos en partes metálicas, también deben tolerar metales no ferrosos y aleaciones. Las características de protección contra corrosión respecto del acero pueden determinarse según DIN 51 585, los efectos de la corrosión sobre el cobre según DIN 51 587. Los aceites que atacan el plomo o materiales que lo contienen no deben utilizarse aún cuando cumplan con las exigencias mínimas según DIN 51 524.

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4. CÁLCULOS MECÁNICOS E HIDRÁULICOS

4.1.- Teoría de cálculo del volquete basculante La Figura representa uno de los sistemas que se emplean para hacer bascular una caja de carga, siendo tal vez el más generalizado y simple. En cualquier caso, si el sistema fuese distinto, los cálculos serían parecidos a los que posteriormente se detallan.

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Laboratorio neumático e hidráulico Basculamiento hacia atrás. Designando por: O1 = Punto de articulación de la caja de carga. O2 = Punto soporte del cilindro elevador. O3 = Punto de empuje del cilindro elevador sobre la caja de carga. α = Angulo de inclinación de la caja de carga con respecto al bastidor. δ = Angulo que forma la unión de 0 con el c.d.g. de la carga (punto M). β = Angulo de inclinación del cilindro elevador con respecto al bastidor. γ = Angulo de inclinación del cilindro elevador con respecto a la caja de carga. h = Altura del c.d.g. i de la carga con respecto al eje de articulación de la caja. L = Longitud de la caja de carga. p = Distancia entre ejes del vehículo. c = Distancia entre los puntos 0 y 02. f = Distancia entre el eje de articulación de la caja de carga y el extremo de ésta. e = Distancia del eje posterior del vehículo al punto de articulación 0 de la caja de carga. a = e +f = Voladizo posterior del vehículo. m = Distancia entre el eje delantero del vehículo y el comienzo de la caja de la caja de carga. Q = Peso total de la carga (mercancía más caja de carga). Q´ = Peso propio del autobastidor. R´A = Reparto de carga sobre el eje delantero del vehículo debido al peso propio del autobastidor en posición de marcha (α = 0). RA = Reparto de carga sobre el eje delantero del vehículo debido a la carga (mercancía más caja de carga) en posición de marcha (α = 0). R´B = Reparto de carga sobre el eje trasero del vehículo debido al propio del autobastidor en posición de marcha (α = 0). RB = Reparto de carga sobre el eje trasero debido a la carga (mercancía más caja de carga) en posición de marcha (α = 0). R1 = Esfuerzo sobre la articulación de la caja de carga. R2 = Esfuerzo sobre la caja de carga debido al empuje del cilindro elevador. R3 = Componente perpendicular al bastidor del esfuerzo de empuje del cilindro elevador.

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Laboratorio neumático e hidráulico Las restantes cotas, ángulos y esfuerzos quedan perfectamente definidos en la citada figura.

Ángulo máximo de inclinación de la caja de carga La carga total que va montada sobre el bastidor del vehículo Q, se compone del peso de la mercancía cargado y del peso de la caja de carga pC. Por lo tanto el peso de la carga propiamente dicha (mercancía que lleva el vehículo) será: (Q—PC) La fuerza de adherencia entre la mercancía y caja de carga, siendo µa el coeficiente de adherencia, es:

Fa = µ a (Q − PC ) cos α Para un determinado valor (φ) del ángulo de inclinación de la caja de carga (α), la fuerza F1 que tiende a desplazar la mercancía hacia atrás tomará un valor F´1 igual a la fuerza de adherencia Fa correspondiente a esa inclinación φ.

Fa = F´1

Como

F1´= µ a (Q − PC ) senα Fa ´= µ a (Q − PC ) cos α = (Q − PC ) senα

Si

ϕ = 45º

y

µa = 1

Por lo tanto la inclinación de la caja de carga hasta 45º marcaría el límite en que empezaría a desplazarse la carga, siendo el coeficiente de adherencia igual a 1. Como normalmente este coeficiente de adherencia es menor que 1, el límite de desplazamiento correspondería a un ángulo menor de 45°, y la mercancía se descargará con una inclinación de la caja de carga menor de 45º

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Laboratorio neumático e hidráulico Seguridad en la conducción y vuelco Con objeto de asegurar un funcionamiento correcto en la conducción, la carga sobre el eje delantero ha de ser, en todos los casos de carga, por lo me nos del 25 % del peso total del vehículo QT. Pero como medida de seguridad contra el vuelco, se admite que la inclinación máxima de la caja de carga debe limitarse de modo que sobre el eje delantero del vehículo gravite al menos el 30 % de dicho peso total QT. Dicho de otra forma se ha de cumplir:

RA + RA´≥

25 QT 100

RAα + RAα ´≥

30 QT 100

(Vehículo en conducción de marcha, α = 0).

(Vehículo parado descargando la mercancía, α > 0).

También es buen a norma para evitar el vuelco, que el reparto de carga sobre el eje delantero en cualquier inclinación de la caja de carga, no sea nunca inferior al peso propio sobre este mismo eje del autobastidor en posición horizontal (α = 0), es decir:

RAα + RAα ´≥ RA´ en la que R´Aα y RAα son, respectivamente, las cargas sobre el eje delantero debidas al peso propio del autobastidor y carga de la mercancía más caja de carga cuando ésta se encuentra en una posición α ≠ 0. Para que esto ocurra es necesario que la resultante Q del peso de la carga esté entre los dos ejes del vehículo, o sea: n≥0 Tomando momentos respecto del eje trasero, se tiene:

RAα p = Q nα

nα =

RAα p Q

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Laboratorio neumático e hidráulico Para que nα sea igual o mayor que cero, es preciso que RAα sea también igual o mayor que cero. En el caso límite nα = 0, RAα = 0 ya que todo el peso Q gravita sobre el eje trasero. Cálculo de la distancia x e y. Observando la figura del camión, se verifica: z = y tg α x tgα = y tg β

y tgα = x tg β z = y tg β

x + y tgα + tg β = y tgα

c tgα + tg β = y tg β

Pero en el abatimiento de la caja de carga, para cualquier valor de α, la distancia O1, O2 es igual a la O1, O3 con lo cual el triángulo O1, O2, O3 es siempre isósceles, verificándose:

β =γ =

y=

c tg (90 − α / 2) c cotgα / 2 c = = tgα + tg (90 − α / 2) tgα + cotg(90 − α / 2) 1 + tgα tgα / 2 x= y

Si

180 − α = 90 − α / 2 2

α = 45° ;

tgα c tgα c tgα tgα / 2 = = tg β 1 + tgα tgα tgα / 2 tg (90 − α 1 + tgα tgα / 2 2 tg 45° = 1 ;

y=

70 c 100

tg 22,5° = 0,4142

x=

30 c 100

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Reparto de carga en posición de marcha. Tomando momentos respecto de los ejes del vehículo, se tiene:

L Q( − a) 2 RA = p

L Q ( + m) 2 RB = p

Por consiguiente el reparto total de cargas sobre los ejes será: DEBIDO A :

PRIMER EJE SEGUNDO EJE

TOTAL

AUTOBASTIDOR

RA´

RB´

RA´+ RB´

CARGA + CAJA

RA

RB

RA + RB

TOTAL

RA´ + RA

RB´ + RB

RA´ + RA + RB + RB´

Las cargas debidas al peso propio del autobastidor son datos que ha de facilitar el fabricante. En cualquier caso, de no conocerse, son fáciles de obtener, pues bastaría pesar el vehículo por ejes.

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Laboratorio neumático e hidráulico 4.2.- Metodología de cálculo para la aplicación real. CÁLCULO DE ESFUERZOS EN EL BASCULANTE:

Distribución de cargas: Tomando momentos con respecto al eje del volquete en la posición inicial: v t −v C1 ⋅   − Fy ⋅ b − C2 ⋅ = 0 2  2  1 Fy = C1 ⋅ ( t − v ) − C2 ⋅ v  2b  t −v  C1 = t ⋅ C C1 + C2 = C →  C = v ⋅ C  2 t 2 C  (t − v ) v2  C Fy = − = t 2 + v 2 − 2tv − v 2  2b  t t  2 ⋅ b ⋅ t t − 2v Fy = C ⋅ 2⋅b

(

)

Calculando la fuerza total que ejercerá el cilindro en el caso más desfavorable, es decir, al inicio del proceso:

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Laboratorio neumático e hidráulico L1 F = h Fy L1 h t − 2v L1 F =C ⋅ 2⋅b h ( t − 2v ) ⋅ L1 F =C⋅ 2⋅b ⋅ h F = Fy ⋅

L1 = a 2 + h 2 F =C⋅

( t − 2v ) ⋅ 2⋅b ⋅ h

a 2 + h2

Cálculo del ángulo máximo de basculación Se trata de calcular el ángulo máximo que gira el volquete a partir de los datos geométricos y de la carrera del cilindro.

El anclaje del vástago del cilindro en el volquete describe la circunferencia I de radio L, siendo L la longitud entre ejes del cilindro totalmente extendido, es decir, su longitud inicial L1 mas su carrera. Tomando el centro de coordenadas cartesianas en al apoyo del cilindro en el sobrechasis, la ecuación de esta circunferencia queda como sigue:

yI2 = L2 − x 2

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Laboratorio neumático e hidráulico El apoyo del volquete describe una circunferencia de radio b entorno al eje de rotación del volquete, cuya ecuación se puede describir como:

yII2 = b 2 − ( a + b − x ) + h 2

d = a + b (para simplificar notación) yII2 = b 2 − ( d − x ) + h 2

El punto de máxima basculación se da en el corte de ambas circunferencias:

yI = yII yI2 = yII2 L2 − x 2 = b 2 − ( d − x ) + h 2

L2 − x 2 = b 2 − ( d 2 + x 2 − 2dx ) + h L2 − x 2 = b 2 − d 2 − x 2 + 2dx + h L2 − b 2 + d 2 − h 2d despejando y de I: x=

y = L2 − x 2  L2 − b 2 + d 2 − h  y = L −  2d   en el gráfico:

2

2

y−h d−x sustituyendo:

θ = arctg

2

 L2 − b 2 + d 2 − h  L −  −h 2d   θ = arctg 2 2 2 L −b + d −h d− 2d 2

Obteniéndose así un valor de ángulo para una geometría concreta.

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Cálculo de la presión en función del ángulo: El caso ya calculado es el más desfavorable, es decir, la presión será máxima en el punto inicial. Conforme se eleve el volquete, los momentos de las cargas C1 y C2 cambian, ya que las distancias de sus respectivos centros de gravedad al eje de rotación también cambian.

Son constantes geométricas:

hipo1 =

(t − v )

2

+ h12

2

v + h12 2  h  β1 = arctang  1   t− v  2

hipo2 =

 h1   v

β 2 = arctang 

El ángulo que formará el cilindro con la horizontal y su longitud serán funciones del ángulo basculado:  d − b ⋅ cos θ  ϕ = arc cos   L   L=

( d − b ⋅ cos θ ) + ( h + b ⋅ sen θ ) 2

2

Los brazos de palanca de las respectivas cargas con respecto al eje para cualquier ángulo serán:

a1 = hipo1 ⋅ cos ( β1 + θ )

a2 = hipo2 ⋅ cos ( β 2 − θ ) La componente en la dirección perpendicular al fondo de la caja (que ejerce par efectivo, ya que en la del plano del fondo no ejerce par) será:

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Fp = F ⋅ sen (ϕ + θ ) F=

Fp

sen (ϕ + θ ) El sumatorio de momentos respecto al eje de rotación nos dará la relación entre las fuerzas: Fp ⋅ b + C2 ⋅ a2 = C1 ⋅ a1 t −v  C1 = t ⋅ C C1 + C2 = C →  C = v ⋅ C  2 t C ⋅ a − C2 ⋅ a2 Fp = 1 1 b ⋅ sen (ϕ + θ )

Obteniéndose así la presión hidráulica en función del ángulo basculado: P = 4⋅

C1 ⋅ a1 − C2 ⋅ a2 b ⋅ sen (ϕ + θ ) ⋅ π ⋅ diam 2

Con las cotas en mm y las cargas en T quedará:

P = 392000 ⋅

C1 ⋅ a1 − C2 ⋅ a2 b ⋅ sen (ϕ + θ ) ⋅ π ⋅ diam 2

( Bares )

El caso ya calculado es el más desfavorable, es decir, la presión será máxima en el punto inicial. Conforme se eleve el volquete, los momentos de las cargas C1 y C2 cambian, ya que las distancias de sus respectivos centros de gravedad al eje de rotación también cambian:

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hipo1 =

(t − v )

2

+ h12

2

v 2 + h12 2 sumatorio de momentos en un ángulo cualquiera θ : hipo2 =

C1 ⋅ hipo1 ⋅ cos (θ − β1 ) − Fy ⋅ b − C2 ⋅ hipo2 ⋅ cos ( β 2 − θ ) C1 ⋅ hipo1 ⋅ cos (θ − β1 ) − C2 ⋅ hipo2 ⋅ cos ( β 2 − θ ) b t −v  C1 = t ⋅ C C1 + C2 = C →  C = v ⋅ C  2 t C t − v v  Fy =  ⋅ hipo1 ⋅ cos (θ − β1 ) − ⋅ hipo2 ⋅ cos ( β 2 − θ )  b t t  Fy =

4.3.- Presentación de los cálculos Los datos calculados se presentan de una hoja de cálculo de Microsoft Excel. Existen 3 recuadros que podemos modificar: carga y datos, actuadores y bombas y toma de fuerza. Los valores de Carga Y Datos son suministrados por el fabricante del camión. Tanto los valores de los Actuadores como los de la Bomba y Toma de Fuerza son introducidos para obtener unas soluciones concretas. Si colocamos un actuador con parámetros demasiado grande nos cambiará las soluciones e incluso podrá dar alguna errónea. Esto también es aplicable al recuadro de la Bomba. La Toma de Fuerza de fuerza es específica para el tipo de camión, en este caso, un Nissan Cabstar.

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Por lo tanto, seleccionaremos un actuador cuyo requisito iniciales son que sea adecuadamente largo para el bastidor del camión. Una vez determinada esta longitud tenemos la del embolo y seleccionados un diámetro de embolo. Con estos datos obtenemos la presión necesaria para elevar la carga. Seleccionamos a continuación la bomba para esta presión. Para los datos de la bomba debemos tener en cuenta que la debemos acoplar a la toma de fuerza que es especifica para el Nissan Cabstar. Estos datos nos proporcionarán el tiempo de subida que no debe ser ni muy rápido ni muy lento.

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También existen sistemas de seguridad para no diseñar erróneamente. En el caso de la foto, se ha seleccionado una bomba que es insuficiente para dar la presión máxima determinada por el cilindro. Si elegimos la opción de continuar nos dejará proseguir con los cálculos pero nos lo tachara y marcará en rojo.

Por otra parte también se ha hecho un estudio de la presión y la fuerza realizada tanto en carga como en vació en función del ángulo de elevación. Se han tomado 100 valores que se verán reflejados en una grafica.

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En esta foto podemos ver los esquemas utilizados para los cálculos.

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Laboratorio neumático e hidráulico Podemos observar que la presión en carga nunca supera a la que puede suministrar nuestra bomba. El máximo se produce, como hemos explicado ya, para los 0º.

Con estos valores podemos realizar un gráfico en función del ángulo de basculamiento y de la presión.

4.4.- Cálculo estimativo de tubería. Las tuberías tendrán los diámetros marcados por las salidas y entradas de los distintos elementos del circuito. Lo único a tener en cuenta será que para los valores dados de presión y caudal con los que trabaja nuestra instalación no se sobrepase determinados valores de velocidad del fluido hidráulico que por experiencia se saben perjudiciales. Tales valores son: Para aspiración se tomara 1,3 m/s de velocidad máxima. Para presión se tomara 6 m/s de velocidad máxima.

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5. SELECCIÓN DE COMPONENTES Y ACEITE Con los datos obtenidos en el apartado de cálculo (reflejados en la primera tabla de “presentación de los cálculos”) seleccionaremos los componentes y el aceite. Como ya dijimos, los datos del camión están dados de fábrica. Los demás los seleccionamos nosotros en función de los cálculos.

Los componentes tanto mecánicos como hidráulicos que vamos a seleccionar son los siguientes. •

Toma de fuerza.

•

Cable y palanca de embrague.

•

Bomba hidráulica de engranajes.

•

Filtro.

•

Limitador de presión.

•

Válvula antirretorno.

•

Un tanque de aceite.

•

Una válvula 2/2 de palanca.

•

Una “T”.

•

Un cilindro de simple efecto limitado por drenaje.

•

Mangueras.

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Toma de fuerza La toma de fuerza será específica de la marca de camión al que se le aplica el montaje. En nuestro caso se trata de un Nissan.

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Laboratorio neumático e hidráulico Bomba hidráulica Para su selección tenemos como datos el desplazamiento que queramos tener en función del tiempo de subida de la carga que deseemos y la presión máxima de utilización. Del catalogo de Bezares elegimos la BR40.

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Cable y palanca de embrague, mangueras, depósito de aceite y demás elementos de conexión.

En el catalogo de Bezares encontramos que venden un Kit para camiones tanto pequeños como grandes. El nuestro se considera un camión pequeño.

En este Kit podemos seleccionar algunos componentes y otros vienen impuestos. los seleccionable son la bomba y el deposito de aceite mientras que la válvula 2/2 de accionamiento por palanca, el cable y el mando del embrague y las mangueras vienen impuestos.

Este tipo de Kits presentan las siguientes ventajas:

Exponemos a continuación la hoja del catalogo y luego indicaremos como seleccionar los elementos.

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49


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Para la selección seguimos el siguiente proceso: 1.- Vemos si nuestro camión es pequeño o grande, para ello deberemos saber el caudal de nuestra instalación. De la tabla de cálculos obtenemos el valor de:

Con este dato y el de la presión máxima podremos seleccionar el tipo de camión encontrando que es de tipo pequeño. Para este tipo de camión el Kit como max puede tener un caudal de 70 L y una presión max de 350 bar. Nuestra presión max es de unos 120 bar.

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Laboratorio neumático e hidráulico 2.- Seleccionamos los componentes mediante la hoja de selección.

el Kit que deberemos seleccionar es: KIT 71 BR40 M15 C20

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Laboratorio neumático e hidráulico Válvula de 2/2 accionada por palanca. Del mismo catalogo de Bezares y para el Kit que hemos elegido venden una válvulas 2/2 accionada por palanca.

Cilindro de simple efecto limitado por drenaje. Se encargará un cilindro especial como el que hemos descrito en el apartado de circuito hidráulico al fabricante, Pedro Roquet S.L. El cilindro tendrá las siguientes características:

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Laboratorio neumático e hidráulico Limitador de presion

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Valvula antirretorno

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Laboratorio neumático e hidráulico Filtro

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Laboratorio neumático e hidráulico Aceite

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6. MANTENIMIENTO DE EQUIPOS HIDRAÚLICOS 6.1.- Introducción Bajo el concepto “mantenimiento” se reúnen, según la norma DIN 31 051, las siguientes actividades: Mantenimiento Medidas para conservar el estado nominal, es decir previsiones para hacer tan pequeña como sea posible, a través de medidas adecuadas, la reducción de la denominada reserva de desgaste durante la vida útil. Inspección Medidas para el reconocimiento del correspondiente estado real, es decir, reconocer cómo y porqué avanza la reducción de la reserva de desgaste. Reparación Medidas para reponer el estado nominal, es decir, compensar la reducción de potencia, reponer la reserva de desgaste. En equipos hidráulicos se entiende por reserva de desgaste: — Aumento del juego entre émbolos y agujeros antes de una parada prolongada (por ejemplo en vacaciones). — Desgaste de elementos dinámicos de cierre — Erosión en cantos de comando — Fatiga de materiales de rodamientos — Incremento del juego entre cojinete y eje — Daños por cavitación en partes de bombas y válvulas — Cambios químicos en fluidos hidráulicos Todas estas “manifestaciones de desgaste” provocan un lento agotamiento de las reservas previstas en el proyecto, hasta el punto en el que no pueden alcanzarse los valores nominales pretendidos (este punto no debe coincidir con la falla de un equipo) o hasta la falla abrupta de un componente individual.

6.2.- Mantenimiento de equipos hidráulicos. Debido al variado y amplio campo de aplicación de los equipos hidráulicos, existen todos los niveles intermedios. Desde los equipos mas simples hasta los mas grandes. Se deben planear y ejecutar las medidas de mantenimiento en función de la importancia y el uso, de las consecuencias de una falla, y de la disponibilidad necesaria.

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Laboratorio neumático e hidráulico 6.2.1.- Inspección Los puntos individuales de inspección específicos del equipo deben indicarse en la correspondiente lista de inspección, para que el control pueda ser realizado correctamente aun por operarios de distintos niveles de capacitación. En grandes equipos son necesarios diferentes puntos de inspección según distintos tipos de servicio, por ejemplo: puntos de inspección diarios, mensuales o inmediatamente antes de una parada prolongada. Los puntos importantes de inspección son: 6.2.1.1 -Verificar nivel de fluido en el tanque Niveles demasiado bajos indican normalmente pérdidas por fugas externas; después de grandes reparaciones, el nivel puede bajar lentamente durante un tiempo cuando el equipo se ventila en forma automática. Niveles demasiado altos pueden indicar un vaciado de partes elevadas durante el tiempo de parada debido a la entrada de aire. Debido a la falta de estanqueidad de intercambiadores agua-aceite puede ingresar agua al sistema hidráulico.

6.2.1.2 Verificar eficiencia del intercambiador de calor Intercambiador aire-fluido hidráulico En lugares muy polvorientos se reduce rápidamente la capacidad de evacuación de calor por deposición del polvo sobre la superficie del intercambiador. Cuando el aire de enfriamiento contiene niebla de aceite, proveniente de fugas externas, la evacuación de calor se interrumpe rápidamente. Intercambiador agua-fluido hidráulico El agua de enfriamiento debe ser lo suficientemente limpia de manera de que la transmisión del calor no se vea impedida por capas aislantes de barro. Esto es particularmente importante cuando la temperatura de servicio del fluido se mantiene constante mediante la dosificación del agua de enfriamiento, en cuyo caso no se dispone de elevadas velocidades de agua para arrastrar los sedimentos. Es importante que el intercambiador no pueda funcionar semivacío del lado del agua ni del lado del fluido, puesto que en ese caso se utiliza sólo parcialmente la superficie de intercambio de calor. 6.2.1.3-Verificar estanqueidad del equipo hacia el exterior (inspección visual) Se deben verificar tuberías, mangueras (especial mente en los puntos de conexión), bombas, aparatos de comando motores hidráulicos y cilindros.

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Laboratorio neumático e hidráulico 6.2.1.4.-Verificar la temperatura de fluido Un incremento de la temperatura del fluido puede atribuirse a las siguientes causas: El intercambiador de calor tiene un efecto reducido(superficie sucia, ventilador fuera de servicio, alimentación de agua escasa o interrumpida, temperatura del agua de entrada muy alta, intercambiador sucio con depósitos de barro, etc.). La generación de calor en bombas y motores hidráulicos se incrementa por daños en cojinetes y rodamientos. La irradiación de calor del tanque de fluido, el sistema de tuberías y los componentes hidráulicos se reduce por depósitos de suciedad. Las perdidas internas de componentes individuales se han incrementado, las válvulas limitadoras de presión reaccionan a valores muy reducidos, el control esta fuera de servicio, los equipos son utilizados en condiciones que exceden los datos admisibles, etc. 6.2.1.5-Verificar presiones Verificar presiones de apertura de válvulas limitadoras ubicadas del lado primario, de las válvulas secundarias y de control limitadoras de presión, controlar la presión de acumuladores hidráulicos, presiones de ajuste de válvulas reductoras, verificar válvulas de conexión y desconexión de presión. 6.2.1.6-Verificar fugas En motores hidráulicos y en parte de bombas hidráulicas se puede conocer la magnitud del desgaste mediante la medición del aceite de fuga. Esto vale también para una serie de válvulas de control, regulación y bloqueo. La respuesta en movimiento lenta de un cilindro sometido a carga externa, con los órganos de bloqueo cerrados, implican defectos en juntas de émbolos. 6.2.1.7-Verificar limpieza del fluido Una inspección visual proporciona solo una estimación a grosso modo. Para de terminar la limpieza del fluido pueden usarse tres métodos: •

Determinación gravimetrica de sustancias sólidas mediante filtrado fino de una determinada cantidad de fluido.

•

Conteo de partículas mediante aparatos electrónicos de conteo y clasificación.

•

Investigación al microscopio.

Para ello es muy importante el “como”y “donde” se obtienen las muestras de fluido. La mejor información es suministrada por muestras tomadas en sistemas en servicio.

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Laboratorio neumático e hidráulico Resulta muy adecuada la toma de muestras de la tubería de presión tan próxima a la bomba como sea posible. En esta tubería existen por lo general lugares de medición de presión que pueden ser utilizados para la toma de muestras. Cuanto mas próximo a la salida de la bomba se encuentre la toma de muestras, mayor es la pulsación de presión, lo cual reduce la diferencia entre flujo laminar y turbulento. Si la muestra se toma a través de una manguera de medición se debe drenar primero una cantidad de fluido mayor con la mayor velocidad de flujo posible, para asegurar que la muestra tomada no sea falseada por sedimentaciones en las mangueras y griterías de la toma de muestras. Una toma estática de muestra de tanque de fluido puede proporcionar un resultado que no permite deducir nada sobre las sustancias sólidas del fluido en circulación. Debido a que este método es muy simple, se utiliza, a pesar de todo, con mucha frecuenta. 6.2.1.8.- Verificar ensuciamiento de filtros Con los filtros profundos, actualmente muy difundidos, ya no es posible una inspección visual. La determinación del grado de ensuciamiento sólo es posible a través de la medición de la diferenciada presión sobre el elemento filtrante (o la medición de la presión de retención antes del filtro, en filtros de retorno cuando del lado limpio no se presenta una resistencia al flujo). Para poder realizar dicho control sin aparatos de medición sólo se deben emplear filtros con indicadores ópticos de ensuciamiento o con supervisión permanente mediante indicadores eléctricos. El contenido de sustancias sólidas en el fluido es prácticamente la principal causa de desgaste en componentes hidráulicos. Entre el 75% y el 80% de los aparatos enviados por los clientes para una reparación general, han salido de servicio debido a un desgaste y erosión provocados por un elevado contenido de sustancias sólidas en el fluido hidráulico. Aprox. 10% de los aparatos muestran daños por cavitación. Al emplear fluidos HFA, HFC y HFD la proporción de daños por cavitación se incrementa a 15% hasta 20% aprox. La proporción de sólidos de menor tamaño que Los poros del filtro utilizado, también es de importancia ya que debido a ello se favorece la erosión y una especie de proceso de pulido incrementa las tolerancias, pule las y desgasta los elementos de cierre dinámicos. De ese modo se produce a menudo una salida abrupta de servicio del aparato, se reduce así a una fracción la vida útil posible desde el punto de vista constructivo. 6.2.1.9.- Verificar las características químicas del fluido hidráulico La estabilidad química no permanece intacta debido a que el fluido hidráulico está expuesto a solicitaciones elevadas por variaciones de presión, elevadas velocidades de flujo, elevados esfuerzos de corte, recalentamiento local, contacto y saturación con aire (oxígeno del aire),contacto con distintos metales, elastómeros y plásticos, agua condensada y partículas de sólidos

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Se deben controlar periódicamente: Índice de acidez, índice de saponificación, proporción de productos de oxidación, viscosidad e índice de viscosidad. Con fluidos HFA, HFC y H FD este tipo de análisis es más importante y debe realizarse con mayor frecuencia que para aceites minerales, ya que está establecido que cambios químicos que transcurren rápidamente y que no son explicables por ningún motivo exterior evidente, producen grandes daños (por ejemplo daños por corrosión en rodamientos y cojinetes, etc.). Cuando no se tiene a disposición un laboratorio propio, se puede realizar con el fabricante del fluido hidráulico un acuerdo sobre los análisis periódicos a efectuar. Con pequeñas cantidades es más ventajoso y más simple reemplazar periódicamente el fluido para evitar los gastos de análisis químicos. 6.2.1.10.- Verificar temperaturas de cojinetes Cuando se producen las primeras picaduras en las superficies de rodadura de los cojinetes se puede determinar, en la zona de montaje del cojinete, un incremento de la temperatura debido a mayores pérdidas de potencia. Es necesario, después de un funcionamiento inicial, realizar en los mismos puntos mediciones de temperatura en ciclos de trabajo similares para obtener un valor de referencia. Sólo la comparación de las mismas permite una conclusión. 6.2.1.11-Verificar la generación de ruido También aquí es sólo interesante cuando se pueden comparar variaciones del ruido respecto al estado inicial. Cuando abren las válvulas limitadoras de presión se oye un siseo. Un ruido de tableteo o un silbido señalan daños en las válvulas limitadoras o reductoras de presión. Los cilindros pueden tabletear o rechinar en el arranque o parada. Esto puede indicar guías desgastadas, movimientos forzados (por ejemplo rodamientos oxidados en articulaciones), fluido inadecuado, etc. Un incremento del ruido de carcasa de la bomba (vale también para motores hidráulicos) al aumentar la presión, puede indicar daños por erosión o cavitación en la zona de las superficies de comando, o aumento del juego de los elementos de impulsión o un comienzo de daños en rodamientos. Un ruido desagradablemente alto de las bombas, independientemente de la carga pero que aumenta en relación más proporcional con el incremento del número de revoluciones, indica una incorrecta presión de alimentación o una depresión muy alta en la tubería de aspiración (o alimentación)

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Laboratorio neumático e hidráulico 6.2.1.12-Verificar potencia y velocidad Los tiempos de arranque y parada de cilindros con respecto a los valores garantizados, el número de revoluciones de salida (velocidades) de motores, el consumo de potencia de bombas, se determinan según el tipo de equipo con mayor o menor facilidad. De ello se puede deducir el estado general del equipo. 6.2.2.-Mantenimiento Los trabajos de inspección, mantenimiento y reparación frecuentemente no están en la práctica tan rigurosamente separados como lo establecen las definiciones. Con frecuencia los trabajos de mantenimiento se realizan junto con las inspecciones. Trabajos importantes de mantenimiento son: 6.2.2.1.-Reposición de fluido hidráulico Básicamente debe reponerse el mismo fluido con el que se ha llenado el sistema. Esto debe ser tenido en cuenta incluso para aceites minerales, puesto que los aceites que por cierto satisfacen DIN 51 524, Parte 1 o Parte II, son distintos en sus aditivos y en sus componentes. Con fluidos de las clases HFA, HFC y HFD se deben evitar en todo caso las mezclas de distintos fabricantes. No se aceptará responsabilidad por daños originados por la mezcla de fluidos del mismo tipo pero de distintos fabricantes. A menudo se ofrecen aditivos para fluidos hidráulicos que reducen el rozamiento mecánico, prácticamente anulan el denominado efecto “stick-slip”, prolongan la duración del fluido y otras cosas por el estilo. Antes de agregar un aditivo de ese tipo se debe solicitar en cada caso autorización al fabricante del fluido para asegurar que está garantizada la compatibilidad. El fabricante del fluido no acepta, con frecuencia, ninguna responsabilidad cuando el fluido es mezclado con algunos aditivos de otros fabricantes . De manera similar se comporta el fabricante de aparatos hidráulicos, ya que se requiere mucho tiempo y un notable esfuerzo económico para determinar el efecto a largo plazo y la compatibilidad de variaciones de dosificación y cargas sobre el fluido, específicas de cada aplicación, 6.2.2.2.-Cambio del fluido hidráulico Es necesario un reemplazo del fluido cuando el mismo comienza a cambiar químicamente (presencia de productos de oxidación, aumento del índice de acidez o del número de saponificación, pérdida de aditivos necesarios, variación de las viscosidad, etc.).

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Laboratorio neumático e hidráulico Además el fluido debe ser reemplazado cuando la suciedad fina (= proporción de sólidos con un tamaño de grano inferior al de los poros del filtro utilizado) ha aumentado tanto que se estima un incremento del desgaste a largo plazo (por ejemplo más de 250.000 partículas entre 5 y 15 µm cada 100 ml). Los costosos métodos de limpieza como centrifugado (en caso que el tipo de fluido lo admita) o filtros prensas, son económicos sólo para grandes cantidades de fluido. Debido a que la cantidad de fluido que se encuentra en el sistema (bombas, tuberías, aparatos de comando y sobre todo cilindros) es en ocasiones varias veces el volumen del tanque, no es suficiente reemplazar sólo el volumen del mismo (sobre todo cuando el fluido a reemplazar muestra cambios químicos!). En cada cambio del fluido se debe realizar una limpieza del tanque. Tanto para la reposición como para el cambio de fluido hidráulico, se debe tener en cuenta que el nuevo fluido no es adecuado para el servicio en el estado de suministro, en lo que concierne a la proporción de sustancias sólidas. La limpieza necesaria no puede ser garantizada debido a la, generalmente muy larga, cadena de transporte desde el fabricante hasta el usuario (tanque de reserva, buques y trenes cisterna y envases de todo tipo, etc.). Por eso tanto para la reposición como para una nueva carga, el fluido debe ingresarse a través de un filtro. La calidad del filtro utilizado debe corresponder en lo que se refiere al tamaño del poro, a la de los filtros de servicio que se encuentran en el equipo. Es mejor utilizar para la carga un filtro con poros más pequeños. Este punto es muy importante puesto que pueden producirse perturbaciones el servicio después de un cambio de fluido. 6.2.2.3.- Limpieza de filtros Básicamente los elementos filtrantes deben limpiarse o reemplazarse para cada cambio de fluido. De los filtros actuales, apenas unos pocos pueden ser limpiados sin un gasto considerable, es por eso que normalmente se cambian los elementos filtrantes. Debido a que a simple vista no es visible desde el exterior el ensuciamiento de elementos de múltiples capas (el ojo humano sin elementos auxiliares de aumento, sólo puede ver en el lugar, partículas de 45 m a 50 tm), el grado de ensuciamiento de un elemento filtrante sólo puede ser apreciado por la diferencia de presión antes y después del filtro. Por eso actualmente sólo se utilizan filtros que mediante un indicador óptico o eléctrico señalan cuando se ha alcanzado el límite de suciedad. Los filtros sin supervisión deben ser reemplazados en un período lo suficientemente corto como para evitar una apertura de la válvula de by-pass o la destrucción del elemento bloqueado. 6.2.2.4 Reajustar presiones Reajustar la totalidad de las presiones. Esto vale para válvulas limitadoras en el rango de presión de trabajo, en circuitos de comando y en la gama de bajas presiones, para válvulas reductoras y de conexión y desconexión de presión.

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Laboratorio neumático e hidráulico 6.2.2.5 Eliminar pérdidas en el sistema de tuberías Los trabajos de estanqueidad en el sistema de tuberías se llevan a cabo sin presión. En los lugares en que se utilizan juntas blandas (anillos teóricos, anillos perfilados, etc.) no se pueden eliminar las fugas reajustando los elementos de cierre, ya que estos elementos se destruyen o endurecen. La estanqueización sólo es posible mediante el reemplazo del elemento correspondiente. 6.2.2.6- Limpiar el equipo De tiempo en tiempo debe limpiarse exteriormente el equipo hidráulico para facilitar la búsqueda de los lugares de fugas, para no arrastrar suciedad al interior al reponer el fluido, para evitarla entrada de suciedad al cambiar el elemento filtrante, para proteger durante arranques y paradas a los vástagos de cilindros, para no reducir o interrumpir completamente la radiación térmica calculada en el dimensionamiento. Al efectuar la limpieza debe tenerse en cuenta fundamentalmente que el líquido utilizado no ingrese al sistema hidráulico. Al emplear equipos de limpieza mediante vapor a alta presión se debe asegurar que la tapa del tanque, los pasatabiques de tuberías, los retenes de ejes, la instalación eléctrica, etc., también soporten este efectivo método de limpieza. 6.2.2.7-Mantenimiento de depósitos presurizados Cada país tiene para ello sus propias reglamentaciones. En la República Federal Alemana valen las prescripciones de la “Reglamentación sobre depósitos presurizados”. “Depósitos de gas a presión y equipos de llenado (disposición sobre depósitos presurizados y)” y “Disposiciones administrativas generales”, así como las correspondientes “Normas técnicas sobre depósitos presurizados TRB”. Las disposiciones reunidas en estas normas industriales sirven para la seguridad del servicio y tienen como objetivo evitar en lo posible riesgos para los seres humanos y el medio ambiente. En equipos hidráulicos se consideran como depósitos presurizados a los depósitos de fluido que están sometidos a una sobre presión (por ejemplo depósitos de carga de prensas de forjado, etc.), a los acumuladores hidráulicos (acumuladores de vejiga, émbolo, membrana) y a las botellas de gas correspondientes. El lado de gas de los acumuladores se llena, salvo pocas excepciones, exclusivamente con nitrógeno. Al efectuar trabajos de mantenimiento en equipos con acumuladores hidráulicos se debe despresurizar siempre el equipo, del lado del fluido, antes de comenzar el trabajo. Placas con el siguiente texto se deben colocar sobre todos los equipos en forma bien visible y sin limitaciones (eventualmente en varios idiomas!).

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¡Atención, equipo bajo presión! ¡Despresurizar el lado del fluido antes de comenzar una reparación! 6.2.2.8.- Reemplazo de partes gastadas. La salida de servicio de la mayoría de los componentes no es fácilmente determinable con anticipación. Para ello son de importancia decisiva las condiciones de empleo (presión dinámica de carga, velocidades de flujo, tipo de fluido hidráulico, carga térmica, influencias ambientales, etc.). En condiciones de uso conocidas, la duración promedio de rodamientos y juntas sometidas a cargas dinámicas son predecibles con cierta aproximación. Puede ser importante un reemplazo preventivo de rodamientos, juntas de cilindros, eliminadores de impurezas, retenes de ejes y mangueras, cuando la falla de tales componentes pueda ocasionar grandes daños (por ejemplo cuando el daño en un rodamiento provoque el daño total de un accionamiento completo o cuando el descenso de un cilindro tenga como consecuencia la colisión con otras partes de la máquina o cuando la falla de una manguera provoque grandes daños al medio ambiente o ponga en grave peligro a seres humanos). También es importante durante los trabajos de mantenimiento, un reemplazo preventivo de piezas sujetas a desgaste cuando los equipos trabajan en múltiples turnos están integrados a la línea de fabricación, de manera que la falla de un componente tiene como consecuencia la parada de la línea completa. Se consideran como piezas sujetas a desgaste, junto a las mencionadas anteriormente: •

Todos los elementos de estanqueidad utilizados estática y dinámicamente en base a elastómeros y poliuretanos (denominados juntas blandas).

•

Dispositivos de válvulas limitadoras (principalmente en servicio) y reductoras, de conexión y desconexión de presión.

•

Electroimanes (principalmente de alterna, en aire) cuando el número de operaciones es muy grande. Elementos filtrantes (cuando el límite de la capacidad filtrante no sea supervisado regularmente).

• •

Mangueras en la gama de altas presiones, cuando debido a las condiciones de uso, el fabricante sólo puede garantizarlas para un determinado número de variaciones de carga.

•

Elementos de transmisión de acoplamientos elásticos de ejes.

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6.3.-Reparación de equipos hidráulicos y componentes individuales 6.3.1 Localización de fallas Se supone para la reparación del sistema una búsqueda de fallas eficaz y sistemática. Se supone en cada caso que la documentación necesaria está disponible y es accesible sin condicionamientos. Es deseable mantener a disposición en forma permanente, en las proximidades del equipo, un plano hidráulico con una lista de partes y un esquema funcional. Da buenos resultados la impresión de esta documentación sobre placas, protegiéndolas de suciedad y daños con laca transparente o con plexiglás e iluminándolas adecuadamente. Los aparatos más importantes de medición deben estar al alcance de la mano, especialmente en grandes equipos. Para un especialista en reparación los aparatos más importantes de búsqueda de fallas son: manómetros con los rangos de medición necesarios para el equipo. Para lograr una exactitud de medición y una aceptable vida útil, la selección de los manómetros debe efectuarse de manera que normalmente sólo sean utilizados a 2/3 hasta 3/4 del rango indicado en la escala. Se conectan rápidamente y sin pérdidas de fluido mediante mini acoplamientos rápidos de medición y mangueras de diámetros nominales 1,8 mm hasta 2,4 mm. Es importante que después de la medición, este acoplamiento de conexión sea taponado nuevamente con el capuchón roscado (suciedad, cuidado del cono o bola de cierre). Herramientas estándar: Termómetro: Los más adecuados son los termómetros electrónicos con sensor superficial: •

para descubrir rápidamente lugares de desarrollo de elevadas temperaturas (fugas elevadas, pérdidas de potencia).

Multímetro eléctrico: •

Para controlar la resistencia de bobinas de solenoides,

•

Para determinar la tensión de alimentación de solenoides (la tensión se mide sobre la bobina, no en el tablero eléctrico!), .

•

Para medir la corriente en válvulas proporcionales y servo-válvulas.

Naturalmente se obtienen también en el mercado aparatos especiales de medición para tensiones de solenoides de conmutación y corrientes en solenoides de regulación, los cuales se intercalan según el caso especial de medición y son muy simples de manipular. Estetoscopio industrial: •

Para la localización de fuentes sonoras mediante el ruido de estructura.

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Laboratorio neumático e hidráulico Cronómetro: •

Para medir el tiempo de arranque y parada de cilindros,

•

Para medir fugas de bombas y motores hidráulicos. .

Cuentavueltas: •

Para medir el número de revoluciones de salida de motores hidráulicos,

Mediciones de caudal: A diferencia de los electricistas, que miden corrientes sin mayores dificultades, los especialistas en hidráulica tienen considerables problemas con la medición de caudales. Para la instalación de caudalímetros se debe abrir el sistema (pérdidas de fluido, entrada de suciedad). Pocos aparatos de medición soportan las presiones presentes. El rango de medición es proporcionalmente varias veces más pequeño. Por eso generalmente el especialista debe determinar el caudal en forma indirecta, a través de los tiempos de desplazamiento de cilindros y el número de revoluciones de motores hidráulicos. 6.3.2 Eliminación de fallas Fundamentalmente no se debe reparar en el lugar los aparatos dañados, ya que normalmente no se dispone en el lugar ni de herramientas ni la limpieza necesarias. En el lugar se debe reemplazar siempre que sea posible el aparato completo, • para exponer el equipo abierto sólo lo imprescindible, •

para mantener las pérdidas de fluido tan pequeñas como sea posible,

•

para tener la seguridad mediante el uso de aparatos reparados y verificados, de reducir al mínimo posible el tiempo de parada del equipo

Es muy importante verificar después de la localización del aparato dañado, si se ha ensuciado el sistema total o parte del mismo, debido a la rotura de la pieza o a gran des cantidades de limaduras metálicas. Si se presentaran contaminaciones de ese tipo ( control de filtros y tanques), se deberá limpiar (por ejemplo mediante lavado) en cada caso el equipo antes de una nueva puesta en servicio, se deberán reemplazar los elementos filtrantes y eventualmente, según el tipo de equipo, será necesario un cambio de fluido (para pequeños equipos). En grandes equipos se deberá limpiar el fluido (por ejemplo después de una limpieza del tanque se repone el fluido a través de un filtro más fino o a través de una centrífuga). Sólo así se podrán prevenir daños adicionales al equipo y la salida de servicio de otros componentes. Para incorporar una seguridad adicional es importante en equipos delicados, equipar el filtro durante un tiempo limitado (por ejemplo hasta alcanzar el límite de eliminación de suciedad) con conjuntos filtrantes de malla más fina. Esto es casi siempre posible para los filtros utilizados actualmente. Luego de ser puesto nuevamente en servicio, el

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Laboratorio neumático e hidráulico equipo que ha sido reparado debe ser observado por algún tiempo para tener la seguridad que mediante la reparación efectuada se ha eliminado todas las averías. A veces se presenta por algún tiempo un comportamiento irregular cuando no se ha purgado de aire correctamente alguna parte del sistema (por ejemplo los cilindros oscilan o se pasan de la posición, las bombas producen en forma esporádica fuertes ruidos de detonación, etc.). Si los equipos se purgan en forma automática, dichos efectos pueden ser observados por varias horas. 6.3.3.- Reparación de componentes hidráulicos Se debe decidir básicamente qué componentes pueden ser reparados por el usuario y cuales deben ser reparados sólo por el fabricante. Para la reparación se debe disponer de un taller adecuadamente equipado y con un grado de limpieza, en promedio, superior al de servicio del componente. Esto es realizable económicamente sólo cuando la empresa tiene en servicio un gran parque de equipos con elevada proporción de hidráulica. La segunda suposición es que se disponedle personal capacitado correspondientemente y la necesaria documentación. Estas suposiciones son ciertamente ineficaces y no económicas si no se dispone también de un depósito con partes de repuesto ¿Qué componentes pueden ser reparados o mantenidos por el usuario con ventajas económicas? 6.3.3.1.- Cilindro hidráulico (motor lineal) Los daños más importantes en cilindros son: •

Juntas gastadas, éstas pueden ser reemplazadas. En casos particulares se deben montar juntas para las cuales se utilizan herramientas especiales.

•

Pistón, tubo de cilindro y/o guías de vástagos rayados y vástagos de émbolos dañados por golpes (o perlas de soldadura). Cuando los daños no son muy grandes, mediante el bruñido de los tubos, rectificado y nuevo cromado de vástagos, se pueden hacer nuevamente utilizables. Sobre la cabeza y cuerpo del cilindro debe eventualmente efectuarse el mecanizado necesario para no sobrepasar las tolerancias admisibles para juntas.

6.3.3.2.-Válvulas de bloqueo Prácticamente todos los tipos de válvulas de bloqueo tienen asientos metálicos de cierre. A menudo los conos son más duros que los asientos en la carcasa. Los daños principales de esta familia de aparatos (válvulas de retención, de llenado, direccionales de 2/2 vías denominadas elementos lógicos) son:

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Endurecimiento de juntas. Estas son fácilmente reemplazables. Debido en parte a las elevadas fuerzas de resorte se deben adoptar para la apertura las correspondientes medidas de seguridad.

•

Falta de hermeticidad interna debido a asientos de válvula dañados

Daños de este tipo son originados siempre por cuerpos extraños o por erosión. La reparación es posible mediante el mecanizado de los asientos o por el reemplazo de los asientos y conos. Los trabajos de mecanizado de asientos de carcasa sólo son posibles con herramientas de alta precisión, ya que entre asiento y guía no puede haber prácticamente ninguna desadaptación. Una prueba estática de estanqueidad no implica inconvenientes. 6.3.3.3.-Válvulas direccionales Las válvulas direccionales están construidas para pequeños tamaños de manera que una reparación económica no es posible cuando, además del reemplazo de elementos de cierre o solenoides, existen daños en la parte hidráulica. Según el tipo constructivo es necesario, al cambiar el solenoide, un nuevo ajuste que sólo es posible con dispositivos especiales. Válvulas direccionales de corredera: Además del reemplazo de juntas y partes del accionamiento (por ejemplo electroimanes, linternas o partes de elementos de accionamiento manual, mecánico, hidráulico o neumático) las reparaciones prácticamente no son posibles por parte del usuario, ya que son necesarias intervenciones sobre la geometría, como bruñido o esmerilado de agujeros y mecanizado de pistones sobremedida rectificados con precisión. Debido a las reducidas tolerancias usuales actualmente, se debe trabajar con maquinas de máxima precisión, para alcanzar nuevamente los datos técnicos iniciales. Para una prueba final de funcionamiento es necesario un banco de ensayo. 6.3.3.4-Válvulas de presión Para todas las válvulas de presión son posibles tanto el tipo de corredera como el de asiento cónico. Para la reparación del tipo de corredera vale lo explicado anteriormente. Las válvulas de asiento cónico se pueden reparar reemplazando el cono y el asiento en la parte de prerregulación y cambiando el casquillo y el cono en la etapa principal. Actualmente se utilizan cada vez con más frecuencia válvulas de presión compuestas de una carcasa y un cartucho roscado. La reparación consiste en el reemplazo del cartucho completo.

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Laboratorio neumático e hidráulico El gasto para una verificación del funcionamiento que permite evaluar el estado de una válvula de presión es bastante alto y por eso a menudo no es económico para el usuario. 6.3.3.4-Válvulas de caudal Las válvulas estranguladoras y estranguladoras de retención se utilizan para montaje sobre placas, en línea y como cartuchos de inserción. Una reparación de estos dispositivos de pequeño tamaño se imita sólo al cambio de los elementos de estanqueidad. Otras reparaciones como el cambio de partes gastadas, no es económica en la mayoría de los casos. Para válvulas complicadas como las estranguladoras de precisión, estranguladoras de retención de tamaño mayores, estranguladoras gemelas y de frenado con o sin válvula de retención, sólo es posible una reparación económica cuando ésta se imita al cambio de juntas, disponiéndose de las herramientas necesarias. Para recuperar en estos aparatos la calidad original se necesitan entre otras cosas los planos de mecanizado del fabricante. Cuando se deben ajustar determinadas características se hace imprescindible un banco de ensayo. Las válvulas reguladoras de caudal imponen las máximas exigencias sobre aparatos y calificación del personal de reparación y sobre la técnica de bancos de ensayo. Es por eso que no se recomienda el reemplazo por parte del usuario de los elementos de estanqueidad. 6.3.3.5.-Válvulas proporcionales Válvulas direccionales, de presión y de caudal proporcionales. Esta serie de aparatos está tan difundido actualmente que se puede hablar de aparatos estándar. Las posibilidades de aplicación aumentan muy rápidamente. Es desaconsejable una reparación por parte del usuario cuando deba efectuarse algo más que un cambio de juntas. Esto no debe interpretarse como que dichos aparatos son tan sensibles, frágiles o complicados, que un montador no disponga de la capacidad para reparar con éxito válvulas proporcionales en el lugar de instalación. Solamente el gasto en bancos de ensayo y (electrónica de comando y aparatos de impresión para la obtención y correspondiente ajuste de las características necesarias) es tan elevado, que el mismo fabricante adquiere para el sector de reparación un equipamiento tan extenso, recién cuando el grado de ocupación del mismo es de 5 a 7 horas diarias. Por debajo de este nivel de ocupación los aparatos reparados se verifican y documentan en bancos de ensayo comunes.

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Laboratorio neumático e hidráulico 6.3.3.7 Servovalvulas Lo dicho en el punto anterior es válido para servoválvulas. Debido a que el rectificado de émbolos en los casquillos de control requiere máquinas especiales (el solapamiento nulo hidráulico no es idéntico al mecánico, etc.) y el gasto de ajuste y ensayo es máximo, no sería recomendable al usuario (a menos que tuviera varios cientos de servoválvulas en uso permanente) efectuar las inversiones necesarias para la reparación de las mismas. Es posible el servicio de la servoválvula por parte del usuario. Así, es posible en cualquier momento limpiar o cambiar el filtro de protección de la primera etapa. Un ajuste posterior del punto nulo es posible por parte de personal capacitado incluso sin un gran despliegue de aparatos de medición. Se debe destacar que el personal de mantenimiento tanto de válvulas proporcionales como también de servoválvulas, debe ser capacitado por el fabricante de las mismas antes de que este grupo de aparatos sea empleado en el equipo. 6.3.3.8-Acumulador hidráulico

Debido a que los acumuladores hidráulicos están sujetos a las reglamentaciones para depósitos presurizados, valen las disposiciones correspondientes, cuyo tratamiento detallado excedería los límites de este capítulo. Los acumuladores por gravedad y por resorte hoy no son prácticamente utilizados salvo en unas pocas áreas especiales. En ambos casos la separación entre el lado de fluido y la atmósfera que lo rodea se logra mediante émbolos con juntas blandas. En acumuladores de émbolo la separación entre fluido y gas a presión se logra asimismo mediante un émbolo con elementos de cierre en base a elastómeros, tejidos o ser reemplazados por el usuario sin grandes problemas. poliuretanos. Estos elementos de estanqueidad pueden ser reemplazados por el usuario sin muchos problemas. Para el gran grupo de acumuladores de vejiga y membrana, la separación entre fluido y gas a presión se logra mediante una vejiga o membrana fabricada con un elastómero. La selección del elastómero se efectúa en correspondencia con el tipo de fluido. Si se reemplazaran vejigas o membranas (ambas están sujetas a desgaste) en la gama de las se deberá tener en cuenta que sean de un material unidades variables compatible con el fluido hidráulico utilizado. Los acumuladores de vejiga deben ser reparados sólo por el correspondiente personal capacitado, puesto que los errores de montaje van asociados casi siempre con considerables riesgos de accidentes (para equipo y personal). Normalmente debe llenarse el lado de gas de los acumuladores sólo con nitrógeno (para evitar los riesgos de incendios y explosiones). Los acumuladores pequeños están en parte soldados y por ello no son reparables(denominados aparatos descartables).

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6.3.3.9-Bombas y motores hidráulicos/Bombas y motores de engranajes En todos los tipos de bombas de engranajes las juntas son reemplazables. Asimismo no es posible una reparación económica de la mayoría de estas bombas, sobretodo cuando la carcasa genera el huelgo de cierre. Por lo general el equipo se inutiliza en forma total cuando se presentan daños en los cojinetes o cuando se producen averías debido a la presencia de cuerpos extraños. Bombas de paletas con cilindrada constante y variable: Fundamentalmente sólo el correspondiente personal capacitado puede realizar los trabajos de reparación. Junto al cambio de los elementos de estanqueidad es posible en la mayoría de los casos una reparación general económica mediante el reemplazo de los grupos de accionamiento. Debido a que las pérdidas deben ser tan reducidas como sea posible (esto es prioritario al menos en Europa), las partes de accionamiento deben ser a menudo apareadas para lograr las menores separaciones posibles y con ello las pérdidas volumétricas más reducidas. Sólo una marcha de prueba en un banco de ensayo puede indicar siempre si la reparación de una bomba ha tenido éxito. Si se debieran ajustar las características o verificar las funciones de transferencia (por ejemplo tiempo de regulación, etc.), sería muy apreciable el costo de medición técnica de dicho banco de ensayo. En casos de emergencia pueden servir también, natural mente, el mismo equipo como “banco de ensayo”. En equipos importantes esto no debe ser tomado como normal, puesto que entonces no se puede calcular el tiempo de parada. Bombas y motores de pistones axiales: También aquí vale la regla fundamental de ocupar en trabajos de reparación sólo al personal especialmente capacitado. Para este tipo de bombas y motores, es posible en la mayoría de los casos una reparación general económica, además de las reparaciones pequeñas (cambio de juntas). En unidades fijas, según la magnitud de los daños, no es posible una reparación general con ventajas económicas. Según el tipo de ajuste o regulación y la potencia, los equipamiento de medición, van desde 250.000 DM a 750.000 DM. Tales equipos son amortizables sólo cuando se alcanza un muy elevado tiempo de servicio (es decir, el correspondiente número de piezas).

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Laboratorio neumático e hidráulico 6.3.3.10 Motores hidráulicos de marcha lenta (cilindrada constante) Según el tipo, son posibles también para este grupo de aparatos, reparaciones generales económicas además de las reparaciones pequeñas. Es necesario sin embargo, el correspondiente personal capacitado. El éxito de la reparación sólo se puede verificar en un banco de ensayo. Los costos de inversión son asimismo muy altos, debido a los reducidos números de revoluciones y a los elevados momentos de giro de este grupo de motores. 6.3.3.11 Accesorios hidráulicos Se trata de los siguientes grupos de aparatos: Filtros, presostatos, conmutadores selectores de manómetros, llaves para manómetros, intercambiadores aire-fluido hidráulico, intercambiadores agua-fluido hidráulico, calefactores, etc.. Una parte de estos aparatos y grupos de aparatos es reparable, otra parte no admite una reparación económica.

6.3.4.- Reparación y revisión general de aparatos hidráulicos Básicamente puede establecerse que sólo el fabricante del aparato puede efectuar una revisión general más económica y segura. Las razones para ello son: •

En los departamentos de reparaciones de los fabricantes se efectúan las revisiones generales bajo las mismas normas de calidad con que se producen los aparatos nuevos.

•

El personal de reparación está tan capacitado como el que fabrica el aparato.

•

Las piezas de repuesto se producen con las mismas máquinas con que se fabrican las piezas de serie.

•

Existen todas las posibilidades de ensayo.

•

Los aparatos sometidos a una revisión general son expuestos en su mayoría a ensayos más severos que los nuevos.

•

El fabricante garantiza para aparatos sometidos a revisión general los mismos datos técnicos que para los aparatos nuevos.

•

Algunos fabricantes reconocen para los aparatos sometidos a revisión general, el mismo plazo de garantía que para los aparatos nuevos.

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6.4-Resumen La extensión e intervalos de mantenimiento e inspección se determinan y documentan en función del tamaño e importancia de los correspondientes equipos. Los trabajos de mantenimiento e inspección que se consideran obligatorios por razones legales y disposiciones sindicales, deben efectuarse independientemente de las medidas de conservación del funcionamiento, por razones de seguridad del personal y de prevención de daños materiales, y documentarse adecuadamente. Para la reparación de equipos, lo mejor es tener en el lugar toda la documentación necesaria y los aparatos de medición más importantes a fin de que la búsqueda de fallas sea tan exitosa y rápida como sea posible. Cuando el personal de mantenimiento no tiene simultáneamente conocimientos de hidráulica y de electricidad, se deben emplear, para una rápida localización y eliminación de fallas, un especialista en hidráulica y uno en electricidad, para no trasladar el error de un lado a otro. La reparación del equipo debe limitarse al reemplazo de componentes completos. Hasta dominar con seguridad los trabajos de reparación, se deben remitir los aparatos para una revisión general al fabricante de los mismos, para estar seguros de tener en el lugar el próximo aparato con un funcionamiento óptimo.

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7. PLAN DE MANTENIMIENTO En base a lo expuesto anteriormente en el compendio general de mantenimiento de equipos hidráulicos, aplicaremos a nuestro camión volquete las medidas de mantenimiento que a continuación se detallan con el fin de evitar posibles averías:

1º- Tareas de Inspección. •

Verificación del nivel de fluido en el tanque.

Niveles demasiado bajos indican normalmente pérdidas por fugas externas. Niveles demasiado altos pueden indicar un vaciado de partes elevadas durante el tiempo de parada debido a la entrada de aire. Será conveniente controlar de forma regular el nivel de aceite en el tanque a fin de poder detectar las anomalías mencionadas, así como localizar y mantener en buen estado aquellos puntos de la instalación susceptibles de tener fugas de aceite y/o entrada de aire en el circuito. •

Verificación de la estanqueidad del equipo hacia el exterior (inspección visual)

A tenor de lo dicho en punto anterior, se deben verificar tuberías, mangueras (especial mente en los puntos de conexión), bombas, aparatos de comando motores hidráulicos y cilindros. •

Verificación de presiones

Puesto que circuito hidráulica diseñado para la aplicación ha sido calculado para trabajar bajo unas determinadas condiciones de presión, tanto un exceso como un defecto de la mima podrían ser perjudiciales para el mismo, por ello se hace necesario controlar la presión a la que trabaja el circuito, verificando la presión en puntos determinados tales como la salida de la bomba, el cilindro de accionamiento o válvulas de conexión y desconexión de presión . •

Verificación de fugas

En la bomba se puede conocer la magnitud del desgaste mediante la medición del aceite de fuga. La respuesta lenta del cilindro sometido a carga externa, con los órganos de bloqueo cerrados, implican defectos en juntas de émbolos, lo que provocaría la correspondiente fuga y un funcionamiento irregular no deseado de nuestro camión.

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Verificación de la limpieza del fluido

Una inspección visual proporciona solo una estimación a groso modo, pero debido a la poca entidad de nuestra aplicación lo podemos considerar como suficiente. La presencia de partículas sólidas en el caudal de aceite puede provocar un funcionamiento irregular no deseado de nuestra instalación. Para tratar de evitar la presencia de estas partículas el circuito estará equipado con el correspondiente filtro. •

Verificación del ensuciamiento de filtros

En función del tipo de filtro utilizado, será o no posible la inspección visual del mismo. Si esta no fuera posible habría que medir el ensuciamiento mediante la medición de la diferencia de presiones entre la entrada y la salida del filtro. Para poder realizar dicho control sin aparatos de medición sólo se deben emplear filtros con indicadores ópticos de ensuciamiento o con supervisión permanente mediante indicadores eléctricos. El contenido de sustancias sólidas en el fluido es prácticamente la principal causa de desgaste en componentes hidráulicos, y la mayoría de los aparatos que sufren estos efectos muestran daños por cavitación, lo cual es muy perjudicial para la instalación y que puede provocar un funcionamiento ruidoso de la misma y el calentamiento del sistema, además del ya mencionado desgaste de los elementos que lo componen.

2º- Tareas de Mantenimiento. •

Reposición de fluido hidráulico

Debido a la ya comentada existencia de posibles fugas de aceite del circuito en determinados puntos del mismo, se hace necesaria la reposición periódica del parte del fluido, a fin de que la aplicación continúe funcionando en las condiciones adecuadas. Para ello se recomienda usar siempre el mismo tipo de aceite para el que ha sido diseñado el circuito y no mezclar aceites de distintos fabricantes. •

Cambio del fluido hidráulico.

El fluido hidráulico, en este caso aceite, al igual que el resto de componentes del circuito, tendrá una vida útil limitada, y llegara un momento en que su reemplazo será inevitable. Este momento llegara cuando empiecen a cambiar determinadas propiedades químicas del mismo y/o este demasiado contaminado como para que los filtros puedan limpiarlo. Atenderemos pues, para la sustitución del fluido hidráulico a las especificaciones marcadas por el fabricante del mismo.

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•

Limpieza o cambio de filtros.

Generalmente procederemos a la limpieza o cambio del filtro, dependiendo de las condiciones en las que se encuentre, siempre que cambiemos el fluido hidráulico. •

Reajuste de presiones.

Principalmente en puntos importantes del circuito como pueden ser la salida de la bomba y la válvula de conexión y desconexión de presión. •

Eliminación de pérdidas en el sistema de tuberías

Los trabajos de estanqueidad en el sistema de tuberías se llevan a cabo sin presión. La estanqueización sólo es posible mediante el reemplazo del elemento correspondiente. •

Enjuague del circuito.

Para no reducir la vida útil de los elementos de nuestra instalación, cuando se proceda al cambio de fluido hidráulico, se realizara un enjuague interior del circuito. Dicho enjuague se realiza haciendo pasar fluido hidráulico a gran velocidad por el interior del sistema, gracias a lo cual las partículas sólidas que pudiera haber en el interior del mismo son arrastradas y pueden extraerse fácilmente.

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8. PLAN DE SEGURIDAD

Normas sobre el basculamiento Con objeto de evitar accidentes no deseados, que pudieran desencadenar daños personales o averías muy costosas, es conveniente ajustarse a las siguientes normas a la hora de realizar el basculamiento de la caja de carga. •

El basculamiento no se deberá realizar con cargas superiores a la establecida.

•

El basculamiento se deberá realizar siempre a vehículo parado.

•

El basculamiento se deberá realizar sobre terreno firme y prácticamente horizontal.

•

El basculamiento se deberá realizar con la trampilla de descarga abierta.

•

Se deberá estar pendiente del basculamiento hasta que la mercancía esté totalmente descargada.

•

El vehículo no se pondrá en movimiento hasta que la caja de carga vuelva a estar en su posición horizontal.

Estas normas se deberán cumplir de forma rigurosa, ya que de no hacerse pueden ocurrir averías muy costosas, tanto en el auto bastidor como en los cilindros de elevación y caja de carga (torcedura del bastidor, de la caja de carga y de cilindros, vuelcos, torceduras de ballestas, del eje motriz, etc.). Estos tipos de daños las compañías de seguros no los contemplan en sus pólizas normales de siniestros, salvo que previamente se hayan pactado. En la práctica se han dado muchos casos de torceduras de bastidores, de cilindros elevadores, de cajas de carga e incluso de vuelcos, en los que prácticamente quedaron destrozados los vehículos, por lo que sus reparaciones fueron muy costosas, e incluso algunos tuvieron que ir a la chatarra.

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Otras normas sobre los vehículos volquetes a) Situación de la carga con un mismo tipo de mercancía Se debe intentar que el centro de gravedad de la mercancía se encuentre sobre el centro de gravedad de la caja de carga, tal y como se indican en las figuras En las otras 2 figuras se indican la forma incorrecta de la situación de la carga.

Correcto

Incorrecto b) Situación de la carga con varios tipos de mercancías Es aconsejable cargar primero la mercancía de pequeña granulación y después el otro tipo de mercancía, pero siempre de menor a mayor volumen, con objeto de que las más pequeñas hagan de cuñas sobre las más grandes.

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Laboratorio neumático e hidráulico c) Situación del vehículo volquete sobre el terreno en el momento del basculamiento. Este punto fue indicado en el 3° caso de las normas del basculamiento, si bien las figuras se indican la posición correcta e incorrecta.

Correcto

Incorrecto

d) Situación de la mercancía durante la marcha Está totalmente prohibido que la mercancía se vaya cayendo sobre la calzada de las carreteras o vías públicas. Por consiguiente la mercancía no se debe situar como se indica en las figuras. Además debe evitarse que la trampilla de descarga tenga mucha holgura con los laterales de la caja de carga.

Incorrecto

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Laboratorio neumático e hidráulico e) Peligro de muerte Están totalmente prohibidos realizar cualquier tipo de trabajo por debajo de la caja de carga levantada. Los talleres que trabajen este tipo de vehículos y tengan necesidad de levantar la caja de carga para poder realizar el trabajo, es imprescindible que coloquen unas cuñas de madera entre el bastidor del vehículo y la caja de carga, con objeto de evitar un posible retroceso imprevisto. Precisamente para evitar que la caja baje de forma inesperada cuando el cilindro hidráulico esta extendido, la bomba deberá disponer de una válvula anti-retorno, o en caso contrario se deberá ubicar una en el circuito a la salida de esta. Sumando estas dos medidas de seguridad en caso de tener que realizar alguna operación de reparación o mantenimiento, reducimos al máximo el riesgo de ser atrapado bajo la caja.

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9. CONCLUSIONES El abanico de posibilidades que ofrecen las instalaciones hidráulicas es muy extenso, y ofrece aplicaciones muy útiles en el campo de la automoción, como es el caso que nos atañe.

En definitiva, lo que se ha pretendido con este trabajo no ha sido más que justificar la viabilidad de la simpleza del diseño, a trabes del cual se ha logrado alcanzar todos los objetivos marcados (funcionalidad, robustez, seguridad) y ha quedado patente que el sistema atiende a unas especificaciones claras de economía de la instalación y mantenimiento reducido.

Por supuesto, otras muchas configuraciones o diseños hubieran sido igualmente validos, o incluso mejores si las especificaciones del cliente fueran otras, pero nos hubiésemos desviado de los objetivos propios (simplicidad y economía)

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10. BIBLIOGRAFIA •

Apuntes de la asignatura.

•

Curso de hidráulica para la formación profesional. Festo.

•

Neumática, hidráulica y electricidad aplicada. Roldan.

•

Seminario sobre proyectos técnicos de reforma de importancia de vehículos de carretera. Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos (Cádiz).

•

Proyecto y construcción de equipos hidráulicos. Conjunto de autores.

•

Sapiensman.com.

•

Monografías.com.

•

Catálogo de Bezares. (www.bezares.com)

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Camion Volquete

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