Circuitos de Fluidos. Suspensión y Dirección

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788497 715393

ISBN 978-84-9771-539-3

Circuitos de fluidos. Suspensión y dirección


TRANSPORTE Y MANTENIMIENTO DE VEHÍCULOS


Tomás González, Gonzalo del Río, José Tena, Benjamín Torres



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Circuitos de fluidos. Suspensión y dirección Tomás González - Gonzalo del Río - José Tena - Benjamín Torres

ACCESO Test de autoevaluación interactivos

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ÍNDICE 1. Fundamentos de máquinas . . . . . . . .6 1 Funciones mecánicas elementales . . . . . . . . . . .8 2 Elementos de guiado y apoyo . . . . . . . . . . . . .16 3 Mecanismos de transmisión . . . . . . . . . . . . . .22 4 Tipos de movimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 5 Estudio de los mecanismos según sus velocidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

4. Circuitos hidráulicos y neumáticos básicos . . . . . . . . . . .138 1 Estructura de circuitos hidráulicos y neumáticos básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140 2 Tipos de mandos en circuitos neumáticos o hidráulicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142

6 Acción de las fuerzas sobre los cuerpos . . . . .39

3 Diseño de circuitos hidráulicos y neumáticos secuenciales . . . . . . . . . . . . . . .147

7 Conceptos relacionados con las fuerzas . . . . .40

Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154

8 Estudio de los mecanismos según sus fuerzas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50

Evalúa tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .157

Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56 Evalúa tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59

Práctica Profesional: Realización del montaje de un circuito neumático . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158

Práctica Profesional: Sustitución de un rodamiento . . . . . . . . . . . . . . . .60 Sustitución de una correa de servicios . . . . . . . . .61

Mundo Técnico: Los últimos segundos antes del accidente . . . . .162

Mundo Técnico: ¿Es mejor la distribución por correa o por cadena? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

5. Suspensión convencional . . . . . . . .164 1 Principios físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166 2 Elementos de suspensión . . . . . . . . . . . . . . . .169

2. Leyes de hidráulica y neumática . . .66

3 Tipos de suspensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .179

1 Magnitudes físicas de hidráulica y neumática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

4 Intervenciones en el sistema de suspensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186

2 Leyes fundamentales de hidráulica y neumática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78


Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88 Evalúa tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91 Práctica Profesional: Realización de medidas de densidad, presión relativa y absoluta, caudal, vacío (depresión), temperaturas, etc. . . . . . . . . . . . . . . .92 Mundo Técnico: Experiencia de Torricelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

3. Elementos de neumática e hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 1 Elementos de neumática . . . . . . . . . . . . . . . .100 2 Elementos de hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . .126 Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132 Evalúa tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 Práctica Profesional: Mantenimiento de una instalación de aire comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 Mundo Técnico: Blaise Pascal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136

Evalúa tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .191 Práctica Profesional: Sustitución de un amortiguador en una suspensión McPherson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192 Mundo Técnico: LosamortiguadoresSalvanVidas.com . . . . . . . . . .196

6. Suspensión con regulación de altura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198 1 Suspensión hidroneumática . . . . . . . . . . . . .200 2 Suspensión neumática . . . . . . . . . . . . . . . . . .216 3 Intervención sobre el sistema . . . . . . . . . . . .227 Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232 Evalúa tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .233 Práctica Profesional: Sustitución de un fuelle neumático . . . . . . . . . . .234 Mundo Técnico: Un sistema de suspensión de cabina de Massey Ferguson gana la medalla de oro en Sima . . . . .238


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˘ 7. Suspensión pilotada electrónicamente . . . . . . . . . . . . . . .240 1 Suspensión convencional pilotada . . . . . . . .242 2 Suspensión convencional autonivelante . . .248 3 Suspensión hidroneumática (hidractiva) . . .254

10. La dirección asistida . . . . . . . . . . .376 1 Asistencia hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . .378 2 Asistencia variable electromecánica . . . . . . .394 3 Asistencia variable hidráulica . . . . . . . . . . . .401

4 Suspensión neumática . . . . . . . . . . . . . . . . . .265

4 Asistencia sobre las ruedas traseras . . . . . . .412

5 Control antibalanceo activo . . . . . . . . . . . . .280

5 Intervención en la dirección asistida . . . . . . .413

6 Intervenciones sobre el sistema . . . . . . . . . .288


Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .290 Evalúa tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .291 Práctica Profesional: Mantenimiento y diagnosis de la suspensión hidractiva 3+ . . . . . . . . . . . . . . .292 Mundo Técnico: Máximo agarre en curvas. BMW Dynamic Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .296

Evalúa tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .417

8. La rueda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .298

11. Seguridad y gestión ambiental en el taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . .426

1 Parte metálica de las ruedas . . . . . . . . . . . . .300 2 Parte neumática de las ruedas . . . . . . . . . . .304 3 Anomalías de la rueda . . . . . . . . . . . . . . . . . .322

Práctica Profesional: Montaje, desmontaje y diagnosis de la dirección asistida electromecánica . . . . . . .418 Mundo Técnico: Dirección asistida eléctrica (EPS) . . . . . . . . . . . . .424

1 Política sobre prevención y protección de riesgos laborales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .428

4 Consejos para el mantenimiento de las ruedas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .328

2 Riesgos en el taller de MVA, prevención y protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .434

5 Diagnosis de anomalías del neumático . . . .329

3 Señalización empleada en el taller . . . . . . . .448

6 Reciclado del neumático . . . . . . . . . . . . . . . .330

4 Consideraciones de seguridad e higiene en el taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .453

Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332 Evalúa tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .333 Práctica Profesional: Sustitución de neumáticos en un vehículo . . . . .334 Mundo Técnico: Michelin reinventa el futuro del neumático con el Michelin Active Wheel . . . . . . . . . . . . . . . .336

5 Gestión ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .460 6 Almacenamiento y retirada de residuos peligrosos (RP) del taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .462 Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .466 Evalúa tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .467

9. La dirección . . . . . . . . . . . . . . . . . . .338 1 La dirección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .340 2 Geometría de la dirección . . . . . . . . . . . . . . .349 3 Orientación de las ruedas traseras . . . . . . . .360 4 Intervención en la dirección . . . . . . . . . . . . .364 Actividades finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .370 Evalúa tus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . .371 Práctica Profesional: Comprobar la alineación de la dirección en un vehículo . . . . . . . . . . . . . . .372 Mundo Técnico: Innovaciones para el automóvil . . . . . . . . . . . . . .374

Práctica Profesional: Elaboración de una ficha de evaluación inicial de los riesgos en el taller y su prevención . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .468 Mundo Técnico: El reciclaje en la fase de eliminación . . . . . . . . . .470

Anexos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .472 A Simbología neumática . . . . . . . . . . . . . . . . . .473 B El sistema de suspensión Bose . . . . . . . . . . . .476

Y


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CÓMO SE USA ESTE LIBRO Cada unidad de este libro comienza con un caso práctico inicial, que plantea una situación relacionada con el ejercicio profesional y vinculado con el contenido de la unidad de trabajo. Pretende que comprendas la utilidad de lo que vas a aprender. Consta de una situación de partida y de un estudio del caso, que o bien lo resuelve o da pistas para su análisis a lo largo de la unidad. El caso práctico inicial se convierte en eje vertebrador de la unidad ya que se incluirán llamadas que hagan referencia a ese caso concreto, a lo largo del desarrollo de los contenidos.

El desarrollo de los contenidos aparece ordenado en epígrafes y subepígrafes y acompañado de numerosas ilustraciones, seleccionadas de entre los equipos y herramientas más frecuentes que te vas a encontrar al realizar tu trabajo. En los márgenes aparecen textos que amplían los contenidos y llamadas al caso práctico inicial. A lo largo del texto se incorporan actividades propuestas y ejemplos que ayudan a asimilar los conceptos tratados.

Como cierre de la unidad se proponen una serie de actividades finales para que apliques los conocimientos adquiridos y, a su vez, te sirvan como repaso. El apartado evalúa tus conocimientos consiste en una batería de preguntas que te permitirán comprobar el nivel de conocimientos adquiridos tras el estudio de la unidad.


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IMPORTANTE Todas las actividades propuestas en este libro deben realizarse en un cuaderno de trabajo, nunca en el propio libro.

En la sección práctica profesional se plantea el desarrollo de un caso práctico, en el que se describen las operaciones que se realizan, se detallan las herramientas y el material necesario, y se incluyen fotografías que ilustran los pasos a seguir. Estas prácticas profesionales representan los resultados de aprendizaje que debes alcanzar al terminar tu módulo formativo.

La sección mundo técnico versa sobre información técnica de este sector y vinculada a la unidad. Es importante conocer las últimas innovaciones existentes en el mercado y disponer de ejemplos en la vida real de las aplicaciones de los contenidos tratados en la unidad. La unidad finaliza con el apartado en resumen, mapa conceptual con los conceptos esenciales de la unidad. Además, se incluyen en el apartado entra en Internet una serie de actividades para cuya resolución es necesario consultar diversas páginas web sobre componentes y equipos.

El libro termina con dos anexos: • Simbología neumática • El sistema de suspensión Bose

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Unidad 4

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Fundamentos de máquinas

vamos a conocer... 1. Funciones mecánicas elementales 2. Elementos de guiado y apoyo 3. Mecanismos de transmisión 4. Tipos de movimientos 5. Estudio de los mecanismos según sus velocidades 6. Acción de las fuerzas sobre los cuerpos 7. Conceptos relacionados con las fuerzas 8. Estudio de los mecanismos según sus fuerzas PRÁCTICA PROFESIONAL Sustitución de un rodamiento Sustitución de una correa de servicios MUNDO TÉCNICO ¿Es mejor la distribución por correa o por cadena?

y al finalizar esta unidad... Analizarás las funciones mecánicas, los tipos de movimiento y la transmisión y transformación de los mismos. Establecerás las diferencias entre los distintos mecanismos de transmisión de movimiento. Relacionarás los elementos de transmisión y transformación de movimiento con sus órganos auxiliares de sujeción, unión, guiado y estanqueidad. Resolverás ejercicios y cuestiones planteadas con transmisión de movimiento. Analizarás la transmisión de fuerzas y esfuerzos a que están sometidos los elementos de transmisión.


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CASO PRÁCTICO INICIAL situación de partida Félix trabaja de mecánico en un taller de reparación de automóviles realizando tareas de mantenimiento, principalmente de tipo correctivo, de los sistemas conjuntos y subconjuntos mecánicos, hidráulicos, neumáticos y eléctrico/electrónico que conforman los diferentes tipos de vehículos. Así mismo, deberá realizar transformaciones en los vehículos según petición del cliente. Como ejemplo de las tareas más habituales, realiza el mantenimiento del sistema de dirección, para lo cual es muy importante tener los conocimientos siguientes:

20 cm

• Identificar los elementos de guiado y apoyo. • Analizar los tipos de movimiento. • Explicar los conceptos de fuerza, par, potencia y sus unidades asociadas. • Calcular las desmultiplicaciones y relaciones de movimiento en ejercicios propuestos y sobre los elementos de transmisión y transformación de movimiento. • Clasificar el desmontaje y montaje de rodamientos atendiendo a los manuales técnicos.

Mangueta

20

cm r = 25 cm

Barra de acoplamiento

Z = 14 dientes

Palanca de ataque

30 cm

A

14 kgf

Palanca de acoplamiento

Palanca de mando

Barra de mando

15 cm

estudio del caso Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial. 1. En el sistema de dirección de un vehículo, intervienen diferentes piezas. ¿Cómo se llaman? 2. Hay diferentes tipos de movimientos. ¿Puedes clasificarlos?

3. Dispone de palancas y ruedas que transforman el movimiento. ¿Puedes calcular su relación de transmisión?


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Unidad 1

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1. Funciones mecánicas elementales El funcionamiento de un mecanismo se consigue mediante la acción coordinada de las diferentes piezas que intervienen en su conjunto, cada una de las cuales realiza una función precisa. Para estudiar mejor el comportamiento de las distintas piezas que componen un mecanismo, vamos a clasificar las funciones elementales para las que se diseñan cada una de ellas, que serán: • Estructurales. • De unión. • De impermeabilidad.

1.1. Estructurales Una pieza cumple una función estructural cuando actúa como cuerpo o soporte de la máquina o de algunos de sus componentes. Es la parte más robusta, visible exteriormente, llamada normalmente bastidor, bancada o bloque.

1.2. De unión Existe unión entre las piezas cuando queda total o parcialmente eliminada toda posibilidad de desplazamiento de cualquiera de ellas con respecto al resto. Unión rígida permanente Es aquella en que, para producir la separación de las piezas, es necesario romper alguna de ellas o el órgano de unión. Ejemplos de ello son el remachado o la soldadura, utilizados especialmente en elementos estructurales y calderería. Unión rígida desmontable

vocabulario El perno Un perno es el conjunto de tornillo y tuerca.

Aquella en que se puede realizar el montaje y desmontaje de sus componentes un número razonable de veces sin deterioro ninguno. Es el caso de unión mediante tornillos, pernos, espárragos, tuercas, arandelas, prisioneros, pasadores, chavetas, abrazaderas, etc. Tornillos, pernos y espárragos Se entiende por tornillo el elemento de sujeción constituido por una cabeza de forma variable y un cuerpo, denominado vástago, que se introduce en el agujero roscado de la pieza a la que se une. El tornillo se enrosca únicamente en una de las piezas, que hace de tuerca, y atraviesa libremente, con holgura, la otra u otras, destinadas a ser apretadas. Un perno o tornillo con tuerca, por su parte, atraviesa libremente las piezas que se desean unir, quedando éstas presionadas entre la cabeza del perno y la tuerca que enrosca al perno en su otro extremo. Un espárrago es un tornillo que no tiene cabeza y está roscado por sus dos lados. Uno enrosca en una pieza, a la que permanece permanentemente unido; y el otro se introduce en la otra u otras piezas a las que se quiere unir la primera, y recibe una tuerca para realizar el cierre.


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Cabeza

Hexagonal

Allen

Embutida

Phillips

Tornillo

Cuerpo

Tuerca Redonda

a

Figura 1.1. Tornillo.

a

Figura 1.2. Perno.

a

Figura 1.3. Espárrago.

a

Figura 1.4. Cabezas de tornillos.

Los tipos de cabezas de tornillos más utilizados en automoción son los expuestos en la figura 1.4. Tuercas y contratuercas Son elementos de sujeción complementarios de los pernos y espárragos. Para evitar que se afloje la tuerca, se aprieta a esta por medio de una contratuerca, que en realidad es otra tuerca, generalmente menos gruesa. Las tuercas autoblocantes, más extendidas, evitan el aflojamiento incorporando en el agujero roscado, un anillo de plástico que hace de freno. Cuadrada

a

Hexagonal

Ranurada

Almenada

Botón

Mariposa

Figura 1.5. Tuercas.

Arandelas Son elementos complementarios de los tornillos y tuercas. Pueden ser planas o biseladas y las clasificamos según su medida nominal o diámetro interior en milímetros. Se clasifican en: • Arandelas de protección. Tienen la misión de proporcionar un asiento correcto a las cabezas de los tornillos y a las tuercas, así como de repartir la presión de la cabeza del tornillo, o de la tuerca, sobre una mayor superficie de la pieza, para no dañarla.

Plana a

• Arandelas de seguridad. Tienen por misión impedir el aflojamiento de los tornillos por las vibraciones de los elementos que los rodean. • Arandelas de muelle, Grower. Cuya medida nominal será el diámetro interior.

Biselada

Figura 1.6. Arandelas.

Sentido de apriete

a

Figura 1.7. Arandelas Grower.


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Unidad 1

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• Arandelas de seguridad con solapa. Es una arandela normal provista de una solapa cuyo extremo se dobla sobre una arista de la pieza. La parte de arandela se dobla por su parte sobre una cara de la tuerca cuando esta está apretada. • Arandelas dentadas. Los dientes o muescas se clavan en el material, impidiendo el giro de los dos elementos en contacto.

Dentado exterior a

Figura 1.8. Arandelas de solapa.

a

Dentado interior

De cazoleta

Figura 1.9. Arandelas dentadas.

• Arandelas de seguridad para ejes y para agujeros, denominadas también anillos seeger o circlips. • Arandelas elásticas de retención. • Anillos de retención. Son anillos cilíndricos que disponen en sentido radial de uno o más prisioneros.

a

Figura 1.10. Arandelas de retención.

Para ejes

Tornillo prisionero

Eje

Anillo Para agujeros a Figura 1.11. Anillos seeger o circlips.

a

Figura 1.12. Anillo de retención.

Prisioneros Son elementos roscados normalizados, sin cabeza; con ranura o hexágono interior para apretarlos por un extremo, y con el otro terminado en punta redondeada o cónica para apoyar en su alojamiento.


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Se utilizan para realizar esfuerzos pequeños de frenado, posicionamiento o bloqueo.

Cilíndrico

Cónico

a

De aletas

Figura 1.13. Tornillos prisioneros.

Pasadores Elástico

Por el uso a que se destinan, se dividen en: pasadores cilíndricos elásticos (se emplean en las cajas de cambio), cónicos, de aletas (empleados en las rótulas de la dirección y suspensión, etc.). Sus principales funciones son las de actuar en posicionado, liberar los tornillos de cargas cortantes, unir piezas transmitiendo momentos y esfuerzos axiales y bloquear tuercas para evitar que se aflojen.

De horquilla a

Figura 1.14. Pasadores.

Chavetas Son unas piezas prismáticas de acero, de sección rectangular y ligeramente cónicas en sentido longitudinal. Van alojadas a presión, dentro de un chavetero, también de sección rectangular, practicado parte en el eje y parte en la pieza que se ha de solidarizar con el eje. Abrazaderas Se emplean para acoplar tubos elásticos (de plástico o goma) a tubos metálicos o racores, sin que haya fugas en las juntas. En automoción se utilizan mucho para los manguitos de goma del circuito de refrigeración o para los fuelles de la transmisión y dirección.

A

B

C

D

1:100

a

Figura 1.15. Chaveta.

a

Figura 1.17. Silenblocs.

E

Figura 1.16. Abrazaderas: A. de muelle B. de lámina flexible C. de tornillo sinfín D. con tornillo y tuerca E. de plástico o brida (Ilustración cedida por Dorman).

a

Unión elástica o silenblocs Utiliza un vínculo intermedio flexible, de caucho, goma, etc., que se coloca entre las dos piezas que se desea juntar y cuya misión es frenar o amortiguar las vibraciones en la transmisión del movimiento de una pieza a otra, se utilizan en los brazos de la suspensión, soportes, motor, etc.


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Unión móvil Existe unión móvil cuando el desplazamiento de una de las piezas está controlado, dirigido y asegurado por las otras. l

b

l

a

Figura 1.18. Lengüetas.

Unión móvil deslizante Esta forma asegura, a la vez, el desplazamiento en traslación y la inmovilización en rotación. • Lengüetas. Son piezas prismáticas con los extremos redondeados y dos caras planas paralelas. Van situadas en el árbol y fijas a él con tornillos de cabeza empotrada. La parte saliente va alojada con holgura en otra ranura practicada en la pieza que contiene al eje, para poder desplazarse la una sobre el otro. • Ejes y cubos ranurados o entallados. Los ejes ranurados tienen por objeto transmitir grandes esfuerzos. Las nervaduras o flancos son rectos. Son muy empleados para las ruedas deslizables de las cajas de cambio y embragues. Los ejes entallados finos son una variante de los ejes nervados que no admiten deslizamientos axiales de los órganos de transmisión; es decir, están pensados para acoplamiento fijo. Se emplean para transmitir movimientos y esfuerzos en cubos de ruedas, pedal de marcha de las motos, etc.

Perfil de eje nervado

a

Perfil de cubo nervado

6'

Figura 1.19. Ejes y cubos ranurados.

caso práctico inicial En la figura 1.20 se indica el nombre de las piezas de la caja de dirección.

• Otros tipos de uniones deslizantes. Consisten en ejes que se deslizan dentro del agujero o soporte, el cual evita que estos ejes giren respecto al soporte. – Barra de cremallera, empleada en las direcciones de cremallera. La barra (6) engrana con un piñón (9) que accionamos con la columna de la dirección. Este piñón hace desplazar, pero no girar, a la barra dentro de la carcasa (1). Para ajustar la holgura sufrida por el desgaste entre barra y carcasa, empleamos un pulsador (19) empujado por un muelle y fijado por una contratuerca. – Eje deslizante de base cuadrada, empleado en la transmisión de maquinaria agrícola. 6

9

1

19

a

Figura 1.20. Dirección de cremallera.

a

Figura 1.21. Uniones deslizantes.


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Unión móvil giratoria Las dos piezas son solidarias únicamente en traslación. En rotación, en cambio, son libres y pueden girar la una con relación a la otra. Un árbol rota respecto al apoyo. • Ejes. Son elementos estáticos de sección circular que sirven de apoyo a uno o más órganos móviles que giran sobre él. • Árboles. Son elementos dinámicos de sección circular que transmiten un movimiento, mediante los elementos mecánicos que lleva montados solidariamente, girando apoyado en unos asientos o soportes. • Gorrones. Son las partes del eje o árbol que se apoyan en los soportes. Según sea la dirección de la carga respecto al eje, se clasifican en radiales o muñones, cuando la carga es perpendicular al eje, y axiales o quicios, cuando la carga actúa en la misma dirección del eje. • Otros tipos de uniones móviles giratorias son: uno o dos pasadores tangentes (rótulas de dirección y suspensión), tornillo prisionero, anillo elástico, etc.

Muñón

Quicios a

Uno o dos pasadores tangentes a

Tornillo prisionero

Anillo elástico

Figura 1.23. Otros tipos de uniones giratorias.

Unión móvil articulada Es un caso particular de unión, donde la posibilidad de movimiento de una pieza respecto a otra queda limitada a un giro parcial de la primera respecto a la segunda. Si una de las piezas se balancea alrededor de un eje, se denomina articulación de horquilla. Si la pieza articulada gira alrededor de un punto, se denomina articulación de rótula. • Articulación de horquilla. Una de las piezas lleva una horquilla en la cual se aloja la otra; ambas están unidas por el eje de articulación. La pieza móvil no puede efectuar una rotación completa alrededor de su eje. Se utiliza en los sistemas de accionamiento del cambio y en los brazos de la suspensión de los vehículos. Entre el eje de articulación (2) y el brazo de articulación (3), se interpone un casquillo elástico (4) que amortigua las vibraciones.

a

Figura 1.24. Horquilla de suspensión.

Figura 1.22. Gorrones.


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caso práctico inicial En la figura 1.25 se muestra una barra de dirección y sus articulaciones.

• Articulación de rótula. Las rótulas están formadas por un perno con cabeza esférica (35 o 40), que acopla una placa (32) y un anillo seeger o circlips (31) en los semicojinetes esféricos (34 y 36 o 39 y 41), mantenidos en posición por un muelle (33 o 38). Por la parte inferior se dispone un guardapolvo que evita la entrada de polvo o salida de la grasa que introducimos por el engrasador. El muelle permite una cierta elasticidad capaz de absorber las vibraciones y, al mismo tiempo, ajusta automáticamente la holgura que pueda haber. Por otra parte nos podemos fijar en el detalle de los pasadores de aletas. Otro tipo de rótula es la que tiene el perno roscado en el extremo y la fijación se realiza con una tuerca en sustitución del pasador de aletas. 31 32 33 34 Engrasador

35 38 36

41 a

40

39

Figura 1.25. Bieleta de la dirección. Articulación de rótula.

1.3. De impermeabilidad Tienen por objeto evitar que se derramen al exterior los fluidos (líquidos o gases) contenidos en depósitos y conducciones e impedir la entrada de agentes exteriores (polvo, humedad, etc.), que podrían perjudicar el funcionamiento de los componentes internos de la misma. • Juntas de estanqueidad. En las uniones fijas entre dos piezas que deben contener un líquido o gas, el perfecto acabado entre las dos superficies en contacto o asientos no es suficiente para conseguir la estanqueidad, por lo que se emplean las juntas. Consisten en una lámina de amianto aprisionada entre dos chapas muy finas de acero o de cobre, cuando se trata de soportar elevadas presiones y temperaturas (juntas de culata). Otras veces son de caucho, corcho o plástico (juntas del cárter del aceite), según las condiciones de trabajo. Siempre que se hace el desmontaje de este tipo de uniones es conveniente sustituir las juntas por otras nuevas, añadiéndoles en algunos casos una especie de pasta o sellador hermético.

a

Figura 1.26. Juntas de estanqueidad.


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• Obturadores. Se emplean en las uniones móviles para impedir fugas del aceite o grasas de engrase existentes en los ejes deslizantes o giratorios, y evitar, con su protección, que entre suciedad en su interior.

d d1

– Prensaestopas con empaquetadura. Pueden tener forma de cazoleta, copa o vaso. – Retenes. Llamados también anillos de retención o juntas. Son elementos importantes en toda clase de máquinas y vehículos.

d2 d3

b

Figura 1.28. Prensaestopa con empaquetadura.

a

Figura 1.27. Anillos de fieltro.

d1h11

d2H8

a

a

f

14

N8

– Anillos de fieltro o juntas tóricas de caucho. Se emplean generalmente para la lubricación por grasa. Los anillos se colocan en canales hechos a propósito en los lados del soporte.

Goma o resorte anular

b

15

Figura 1.29. Retenes.

Son de goma sintética y están provistos de un labio apropiado, apretado sobre el eje por la elasticidad de la goma y la acción de un resorte anular. Son muy apropiados para elevadas revoluciones, pueden tener un alma metálica incorporada al anillo exterior. Estos anillos deben ser montados untados en aceite, para suplir, al principio, la carencia de este y quitar el alabeo del labio, impidiendo la salida del lubricante. Y con el labio hacia el interior. • Fuelles o guardapolvos. Se utilizan en las rótulas de la dirección y en las juntas homocinéticas de la transmisión o palieres principalmente. En estas últimas se comercializan con una bolsa de grasa, para añadir en el momento del montaje. • Junta tórica. Se denomina junta tórica, a un elemento toroidal de goma elástico, que tiene como funcionalidad asegurar la estanqueidad.

a

caso práctico inicial En la figura 1.30 se representa una junta de estanqueidad utilizada en los sistemas de la caja de dirección.

Figura 1.30. Juntas de estanqueidad (Fuelles).

ACTIVIDADES 1. ¿Para qué llevan las tuercas almenadas sus ranuras? 2. ¿Es indiferente el sentido de las ranuras a la hora de colocar una arandela dentada? 3. Identifica los ejes y cubos ranurados en la transmisión de un vehículo. 4. Localiza en un vehículo los fuelles de la transmisión.


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2. Elementos de guiado y apoyo En todas las uniones móviles existe un movimiento relativo entre dos superficies, a fin de facilitar el deslizamiento y reducir el desgaste. Los gorrones se apoyan sobre cojinetes montados en los soportes. Los cojinetes pueden clasificarse, según su modo de trabajar, en cojinetes o cojinetes de deslizamiento cuando el rozamiento entre gorrón y cojinete se efectúa por deslizamiento; y en rodamientos o cojinetes de rodadura, cuando el rozamiento es por rodadura.

2.1. Cojinetes de deslizamiento El empleo de cojinetes de fricción supone una solución más económica respecto de aquella que emplea cojinetes de rodadura. Los cojinetes de fricción no pueden ser utilizados para elevadas revoluciones, a menos que la carga que soporten sea pequeña. Excepcionalmente, se pueden emplear los cojinetes de fricción, utilizando lubricación a presión, para soportar fuertes cargas y elevadas velocidades; por ejemplo, semicojinetes de biela y de cigüeñal de un motor alternativo. Clases de cojinetes de fricción La fabricación de este tipo de cojinetes se realiza según la figura 1.31, a partir de chapa de acero recubierta en su cara interna, la superficie de trabajo, con una aleación antifricción que le proporciona un rozamiento suave y evita el desgaste del árbol. Los cojinetes deben estar lubricados durante su funcionamiento, normalmente por barboteo o a presión, por lo que disponen de unas ranuras de engrase comunicadas con un orificio, por donde entra el aceite a presión. Otras veces, las ranuras son curvas para facilitar la distribución de la lubricación. A estas ranuras les llamamos patas de araña. Al mismo tiempo, gracias a su bajo punto de fusión, si se calienta excesivamente por falta de engrase, el cojinete se funde y así se evita el agarrotamiento o gripado de las partes en movimiento. El material antifricción es más blando que el del eje que gira, por lo que el desgaste se produce en el cojinete, que es el que se sustituye en las reparaciones.

Llegada de aceite

Taladro y ranura de engrase Capa de material de antifricción Talón de posicionamiento

Acero

Cojinetes de pata de araña a

Figura 1.31. Cojinetes con patas de araña.

Cojinetes de ranura de engrase


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Un ejemplo típico en automoción es cuando se dice que se ha fundido una biela. Atendiendo a su forma de trabajo (figura 1.32), los cojinetes pueden ser radiales o axiales. Según su forma constructiva pueden ser (figura 1.33): • Enteros. El cojinete se compone de un cilindro hueco, en este caso llamado casquillo. • Partidos. Están formado por dos semicasquillos.

Pestaña

Axial y radial

Radial a

Figura 1.32. Cojinetes axiales y radiales.

a

Figura 1.33. Cojinetes axiales y radiales (enteros y partidos).

Sistemas de montaje y ajuste En el montaje hay que inmovilizar la superficie exterior de los cojinetes con el soporte, siendo la superficie interior la parte deslizante: • Para los casquillos enteros, por medio de un ajuste forzado. • Para los casquillos partidos, se fijan al soporte por medio de unos sombreretes y unas pestañas, o talón de posicionado, en los bordes (figura 1.31), que se asientan en unos entrantes del soporte. A pesar del engrase, los cojinetes y gorrones se desgastan por el rozamiento, aumentando la holgura entre ellos. Para ajustar la holgura, necesitamos soluciones como las siguientes: • Para los casquillos: rectificamos el árbol y sustituimos el cojinete por otro nuevo de sobremedida. En un principio, el eje rectificado no entra en el nuevo cojinete, por lo que debemos escariar el nuevo cojinete hasta hacer un ajuste perfecto con el árbol rectificado. • Para cojinetes partidos: se trata de rectificar el árbol desgastado y sustituir los semicojinetes por otros de mayor grosor, cojinetes con sobremedida, que cubran el espacio perdido en el rectificado y se ajusten perfectamente. Ejemplo: los semicojinetes de biela y de cigüeñal. b

a

Carrera doble Carrera Carrera

a

Figura 1.34. Rectificado de ejes.

Trabajo de escariado realizado con taladradora vertical; a) taladrado; b) escariado.


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2.2. Cojinetes de rodadura o rodamientos Están constituidos por un anillo interior, vía o pista interior, unido solidariamente al árbol o eje; otro anillo exterior, vía o pista exterior, unido al soporte del cojinete; y un conjunto de elementos rodantes (que pueden ser bolas, rodillos o conos), separados entre sí por medio de una jaula que mantiene cierta distancia entre ellos. El empleo de rodamientos, aunque encarece el mecanismo, reduce considerablemente el rozamiento, el desgaste y el lubricante necesario. Además permite mayor velocidad de empleo, y admite mayores cargas, tanto axiales como radiales. Sin embargo, no son muy propicios cuando soportan choques o sobrecargas. Tipos de rodamientos En los catálogos de las casas de fabricantes de rodamientos se encuentran diferentes modelos adaptados a la magnitud y dirección de las cargas aplicadas. Un resumen de los mismos aparece en la siguiente clasificación: Rodamientos radiales para cargas perpendiculares al eje • Rodamiento rígido de bolas, de una o dos hileras. Este tipo de rodamiento no soporta más que empujes radiales. • Rodamiento rígido de bolas de contacto angular. La carga se transmite de un camino de rodadura al otro, bajo un ángulo de contacto de 40°, con lo que se consigue una elevada capacidad de carga axial. Existen rodamientos de contacto angular con dos hileras de bolas capaces de absorber las cargas axiales en ambos sentidos. • Rodamiento oscilante de bolas o de rótula. Dispone de dos hileras de bolas con un camino de rodadura común y esférico en el aro exterior. Tiene la propiedad de auto-orientarse, y compensar de este modo posiciones inclinadas del árbol respecto al soporte, así como flexiones del árbol. • Rodamiento de rodillos cilíndricos. No pueden soportar más que empujes radiales. • Rodamiento de agujas. Únicamente soportan cargas radiales. Se usan cuando interesa que haya poca diferencia de diámetros y existen cargas bruscas. • Rodamiento oscilante de rodillos. Contiene dos hileras de rodillos simétricos en forma de tonel, que pueden orientarse libremente en la superficie de rodadura esférica del aro exterior.

PROTECCIÓN 1 deflector de acero: Z 2 deflectores de acero: ZZ a

ESTANQUEIDAD 1 junta: E 2 juntas: EE

ESTANQUEIDADES REFORZADAS Junta E10 con 2 labios, uno de ellos de contacto axial

(Patente SNR) Junta E16 labio de contacto axial

Figura 1.35. Protecciones y estanqueidades.

Rodamientos axiales para cargas paralelas al eje • Rodamiento axial de bolas. Pueden ser de simple efecto, absorbiendo cargas axiales en un solo sentido, o de doble efecto, absorbiendo cargas axiales en los dos sentidos.

01 C_Fluidos_SD_01 C_Fluidos 06/07/11 11:52 Página 19


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Rodamientos para cargas oblicuas Los rodamientos cónicos pueden transmitir grandes cargas axiales y radiales. Permiten simplificar considerablemente los montajes, mediante la supresión de combinaciones de rodamientos axiales y radiales, ya que los rodillos cónicos cumplen la finalidad de ambos.

a

Figura 1.36. Tipos de rodamientos.

a

Figura 1.37. Rodamientos.

a

Figura 1.38. Rodamientos cónicos.


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Elección del tipo de rodamiento Según las condiciones de trabajo, nos decidiremos por un tipo de rodamiento, cuyas características cumplan con las condiciones exigidas, según la tabla siguiente: Forma constructiva del rodamiento Rodamientos radiales

Característica funcional

Rodamientos axiales

Absorción de carga radial Absorción de carga axial Adaptabilidad angular Núm. de revoluciones elevado Rozamiento reducido Alta rigidez radial Alta rigidez axial La forma constructiva del rodamiento cumple la característica funcional Muy bien a

Bien

No

En determinadas condiciones

Suficientemente

Tabla 1.1. Características de los rodamientos.

Sistemas de montaje • Soportes. Entre los soportes y el árbol se intercalan unos elementos de guiado que suavizan el deslizamiento y disminuyen el desgaste, como sucede con los rodamientos. Sombrerete h1

A

D

d

h

c m

l

a b

u

Base

V Visto por A a

Figura 1.39. Soporte de rodamientos.

• Caja o alojamiento de rodamientos. Los rodamientos suelen alojarse en cajas o alojamientos practicados en el bastidor. La posición de los rodamientos generalmente se fija por su lado interno por medio de resaltes o collarines, mecanizados directamente sobre el eje o la caja de ellos, donde hacen tope, la pista interior o la exterior. Otras veces, las funciones de resalte o collarines las hacen unos casquillos concéntricos con el eje o la caja, según permitan un cierto deslizamiento de unos respecto a otros, o estén fijos tanto al árbol como al bastidor.


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Se fijan, por el lado externo (véase la figura 1.40), con unas tapas o platinas atornilladas a la pared del bastidor (para la pista exterior), unos anillos seegers (para los aros exterior o interior) o unas tuercas de fijación (para el aro interior). A

Carcasa Platinas

B

C

Tapa Tuerca

Resalte

Junta

Para ejes Para agujeros

Tapa para el anillo exterior y resalte del eje a

Tuerca de fijación

Collarín

Anillos

Figura 1.40. Sistemas de fijación de rodamientos.

• Sistemas de fijación de rodamientos: – Tapa para el anillo exterior y resalte del eje. Se emplean para pequeños esfuerzos axiales (figura 1.40-A). – Anillos. Se emplea este procedimiento cuando el resalte de la pieza exterior y del eje son pequeños (figura 1.40-B). – Tuerca de fijación. Es uno de los procedimientos más empleados. En determinados casos es conveniente emplear contratuerca (figura 1.40-C). Comprobación de los rodamientos Un rodamiento deteriorado produce durante su funcionamiento un ruido como de rugido o sonajero, vibraciones, elevación de temperatura o par anormal de arrastre, rompiéndose totalmente al poco tiempo con el daño que ello pueda causar. Un rodamiento en perfecto estado no debe de tener la menor corrosión, exfoliación, marcas o fisuras. Además, si hacemos girar alguna de sus pistas, el rozamiento será suave, sin presentar síntomas de agarrotamiento.

ACTIVIDADES 5. Identifica los diferentes tipos de cojinetes radiales y axiales en un motor, así como sus soportes, su forma de montaje y de ajuste.

Poleas planas Aro exterior «flota» en el alojamiento Bastidor

Aro exterior apoyado en la tapa

Sello de fieltro

Bastidor

Chavetero

6. Analiza el montaje de los rodamientos en la figura siguiente:

Chavetero

Anillo de retención Tapa de estanqueidad o platina

Rodamiento izquierdo Aros interiores apoyados en resalte del árbol

a

Figura 1.41.

Rodamiento derecho

Tapa o platina de fijación


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3. Mecanismos de transmisión Se denomina transmisión o mecanismo al conjunto formado por los órganos que se emplean en las máquinas o talleres para transmitir o transformar un tipo de movimiento en otro. Los componentes móviles más empleados en mecanismos son: • Engranajes. • Correas. • Cadenas. • Tornillos o husillos. • Acoplamientos de árboles y palancas.

3.1. Engranajes Es un conjunto mecánico compuesto de dos o más ruedas dentadas, cuyos dientes, enlazados entre sí, transmiten un movimiento circular de un árbol a otro. La transmisión se realiza por empuje de un diente a otro, impidiendo el deslizamiento entre las ruedas, lo que permite transmitir grandes potencias. Características de las ruedas dentadas • Circunferencias en una rueda dentada – Circunferencia de pie es aquella sobre la que se apoyan los dientes. – Circunferencia de cabeza es la que limita el dentado por la parte exterior. Paso circular Grosor de diente

Borde superior Ancho de cara Cara

Círculo de adendo (o de extremos)

Flanco Fondo

Adendo

Holgura (o claro)

Círculo base

Adendo = m Dedendo = 1,25 · m Relaciones en los engranajes: Dp = m · z Dex = Dp + 2m Din = Dp – 2,5m

y

x z a

Figura 1.42.

Círculo primitivo

Din

Dex

Círculo de dedendo (o de raíz)

Dp

Dedendo


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– Circunferencia primitiva (F). Cuando dos ruedas engranan, las podríamos considerar, a efectos de transmisión de movimiento, como dos ruedas lisas que ruedan la una sobre la otra. Al diámetro de cada una de estas ruedas le llamamos diámetro primitivo. Y es un diámetro intermedio entre el de las primeras circunferencias. • Paso (p) Es el arco de circunferencia primitiva comprendida entre los centros de dos dientes consecutivos, de modo que puede escribirse: π · Dp = z · p Donde z es el número de dientes. Dos ruedas dentadas engranadas deben tener el mismo paso y el mismo módulo para así poder entrelazar sus dientes. • Módulo (m) Es la relación que existe entre el diámetro primitivo y el número de dientes. D p m= = p (mm/diente) π z Por razones prácticas los valores de m se escogen creciendo de 0,25 en 0,25 hasta el valor 4, de 0,5 en 0,5 hasta 7 y de 1 en 1 hasta 16, etc. Clases de ruedas • Ruedas cilíndricas. Cuando la parte exterior del dentado está contenida en un cilindro. • Ruedas cónicas. Cuando la parte exterior del dentado, o contorno de la rueda, es un cono. Se acostumbra a llamar piñón a la más pequeña y rueda o corona a la más grande. Clases de dentados El tipo de dentado que pueden llevar los engranajes puede ser recto, inclinado o helicoidal, así como en flecha o doble dentado. • Recto. Cuando los dientes tienen los flancos paralelos a sus ejes. Son los más sencillos de construir, pero tienen el inconveniente de que los dientes entran de inmediato en contacto sobre todo el ancho de cara. El impacto repetitivo de dientes contra dientes produce una vibración particular, que se oye como el rugido característico de los coches en marcha atrás. El perfil de diente más empleado es el de la evolvente del círculo.

Dentado recto a

Dentado helicoidal

Doble hélice

Figura 1.44. Dentados rueda cilíndrica.

• Inclinado o helicoidal. Sus flancos forman líneas helicoidales. Tienen la ventaja, sobre las de dentado recto, de ser más silenciosos debido al contacto más suave y gradual entre las superficies de los dientes cuando estos entran en contacto. Pueden ir a mayor velocidad; pero presentan el inconveniente de la aparición de fuerzas axiales.

Figura 1.43. Rueda dentada cónica.

a


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vocabulario Double chevro El primer Citroën –Citroën A, 1919– ya lucía doble galón, que tiene su origen en los engranajes –conocidos por su funcionamiento casi perfecto– que fabricaba la sociedad de engranajes Citroën en 1913.

• Dentado a doble hélice o roblón. Para evitar el inconveniente de la aparición de fuerzas axiales, pueden tallarse las ruedas con los dientes inclinados, la mitad en un sentido y la otra mitad en el opuesto, de modo que cada flanco de dientes tenga la forma de flecha. Con ello, aparecen las fuerzas axiales iguales y de sentido contrario, por lo que se anulan, permaneciendo las ventajas de las ruedas de dentado inclinado. Sin embargo, al ser más difícil su ejecución estas ruedas no se usan más que en la transmisión de grandes fuerzas a gran velocidad. Tipos de engranajes

saber más Razón de transmisión Si Z1, N1, Z2 y N2 son los dientes y revoluciones de las ruedas se cumple:

Los engranajes pueden ser de tipos distintos, según sea la posición de sus ejes y las condiciones técnicas que se deseen. Los más corrientes se indican a continuación: • Ejes paralelos. Es el caso más sencillo y corriente en la técnica. Puede solucionarse con cualquiera de los tipos de dentado que comentamos en el punto anterior.

Z1 · N1 = Z2 · N2

Dentado recto

Engranaje exterior a

Dentado helicoidal

Engranaje interior

Cremallera

Figura 1.45. Ejes paralelos.

• Ejes que se cortan. Los dos ejes están situados en el mismo plano y se cortan en un punto de este. Las ruedas son cónicas, y los dentados rectos, helicoidales, o dentado espiral. • Ejes que se cruzan. Cuando los dos ejes no son paralelos ni están situados en el mismo plano. Las soluciones más empleadas son: – Ruedas cilíndricas helicoidales.

a

– Tornillos sinfín. Cilíndricos o globoides. Estos últimos se utilizan en algunas direcciones para conseguir una relación de giro variable.

Figura 1.46. Ejes que se cortan.

– Engranaje hipoide. Formado por dos ruedas cónicas en las que sus ejes no se cortan, sino que se cruzan. Se utilizan en el grupo cónico-reductor de algunos coches de propulsión trasera.

saber más

• Otros tipos. Dentado interior, cremallera, rueda de trinquete y rueda de cadena.

Uno de los inconvenientes de los coches de propulsión trasera es que merman un poco la habitabilidad, ya que hay que dejar espacio para el eje. El llamado túnel de transmisión (el hueco por donde pasa el eje) se redujo haciendo que el árbol de transmisión pueda atacar más bajo al eje trasero con un engranaje tipo hipoide.

a

La propulsión trasera

Ruedas cilíndricas helicoidales a

Engranaje helicoidal

Figura 1.47. Ejes que se cruzan.

Tornillo sinfín normal

Sinfín globoide


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Tipos de trenes de engranaje Un tren de engranaje es una sucesión de dos o más ruedas dentadas conectadas. Según la disposición entre ellas, distinguimos varios tipos de trenes, como son: • Trenes de engranaje en serie. Son aquellos en que cada eje tiene solo un engranaje. • Trenes de engranaje en paralelo. Son aquellos en los que cada eje tiene dos o más engranajes solidarios entre sí. • Trenes de engranaje serie-paralelo. Son aquellos en los que se combinan unos en serie y otros en paralelo. • Trenes de engranaje epicicloidales. Es una clase de tren de engranajes que tiene extensa aplicación. En él son necesarias dos entradas para obtener una salida. Se utilizan en los cambios automáticos de los vehículos y en la reductora de los motores de arranque modernos. ωsal. 2

5

3

6

4

ωentr. N2

Planetario (1)

N4

N3

N5

Satélite (2)

N6

saber más Willis

Engranajes en serie

N = 2

N2

14z 84t

1 (Z N + Z N ) Z +Z 3

3

N3

1: Planetario 14t 84z

N4

N5

2: Satélites 3: Corona

N6

Eje de entrada

N7

14z 70t Eje de salida 5

3 ωentr.

14z 84z

14z 84z

Corona (3)

7

2

70z

ωsal.

Engranajes epicicloidales

Engranajes en paralelo a

Figura 1.48. Tipos de trenes de engranaje.

3.2. Correas y poleas Para la transmisión de movimiento entre árboles alejados, donde la utilización de un tren de engranaje resulta difícil, se emplean los mecanismos de correas y poleas. En estos mecanismos la transmisión se realiza por medio de la fuerza de rozamiento, generada entre la polea y la correa (excepto en las correas dentadas, en que la transmisión se asegura por empuje). Las transmisiones con correa se usan en una amplia variedad de aplicaciones: correa de la distribución, del compresor del aire acondicionado, del alternador, etc. Son relativamente silenciosas, no requieren lubricación y resultan de bajo coste en comparación con las transmisiones de engranajes o cadenas. El inconveniente principal de las correas es su baja capacidad para transmitir grandes esfuerzos, debido a la posibilidad de deslizamiento. Por eso se recurre a las correas dentadas.

1

3

1

1


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Tipos existentes Según la forma del elemento flexible cabe distinguir entre:

Redondas

Banda trapecial a

Sección

a mm

h mm

Z A B C D E F

10 13 17 22 32 38 51

6 8 11 14 19 25 30

Planas

En eslabones

Trapeciales

Dentadas

Banda en V o multigarganta

Figura 1.49. Tipos de correas.

Elección del tipo de correa y polea Las correas planas se construyen de diferentes espesores y anchos. Se comercializan en tiras abiertas cortadas, según la longitud, cuyos extremos libres se unen con chapas atornilladas o grapas, que soportan los esfuerzos y permiten una cierta elasticidad. Las correas trapezoidales y dentadas son elementos de máquinas fuertemente normalizados. Conocida la correa, buscamos las poleas, también normalizadas, de forma que nos acerquemos lo más posible a la relación de transmisión que buscamos. Finalmente, para cualquier tipo de sección, hay un conjunto de correas con distinto desarrollo o longitud, de las que elegiremos la que más se aproxime a nuestras exigencias.

40 a

A la hora de sustituir una correa, se mide el espesor, la anchura y la longitud o desarrollo. A continuación, se recurre a los catálogos del fabricante, donde encontraremos una correa semejante.

h

Sistemas de montaje a

Figura 1.50. Tipo de sección.

Tornillo de retención

Llanta

Las poleas se fijan casi siempre al árbol mediante chavetas. Si están en el extremo del árbol, se encajan entre un collarín practicado en el árbol con un chavetero y un tornillo con su arandela por su parte exterior. Si están a lo largo del árbol, las fijamos con un tornillo de retención o prisioneros. En cuanto a las poleas, todas necesitan un sistema tensor. Unas veces este será de rodillos tensores, como en la correa de la distribución de un coche. En cambio, otras poleas llevan un sistema de sujeción por basculamiento, como en el alternador.

Cubo y chavetero a

Figura 1.51. Polea.

Radio

Las correas no deben estar demasiado tensas ni demasiado flojas, debiendo existir siempre una suavidad de atirantamiento, que se mide apretando fuerte con el dedo pulgar en el punto medio del tramo más largo. La correa debe flexar unos milímetros pero lo más fiable es consultar los datos del fabricante (la tensión de la correa es muy importante en los vehículos modernos).


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Bloque del motor

V

Correa 34

Rodillo tensor

D

T

2 cm

C a

Figura 1.52. Tensado de correa.

a


a


a

Figura 1.56. Husillo y tuerca.

3.3. Cadenas Los mecanismos de cadenas y ruedas dentadas son aquellos encargados de transmitir un movimiento de rotación entre dos árboles paralelos, por medio del empuje generado entre los dientes de las ruedas y los eslabones de cadena. Se utilizan principalmente cuando los ejes de conductor y conducido son muy distantes y las condiciones de esfuerzo y altas temperaturas impiden el uso de correas. En estos casos, la transmisión de cadena puede ser la solución más fiable y económica. Tiene el inconveniente de necesitar lubricación. De mallas o bloques

De rodillos dobles

De rodillos triples

De rodillos sencillos a

Figura 1.55. Tipos de cadenas.

Tipos de cadenas • De mallas o bloques. • De rodillos. Pueden ser sencillas, dobles, triples, etc. Elección del tipo de cadena Las cadenas (en sus diferentes formas) y las ruedas correspondientes son elementos que se encuentran sujetos a fuertes normalizaciones, en especial las cadenas, pues las ruedas pueden construirse en talleres no especializados.


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3.4. Husillos o tornillo y tuerca caso práctico inicial La figura 1.57 muestra un tipo de caja de dirección.

Se trata de un eje roscado y una tuerca roscada en él. A la tuerca se le asegura la conducción en traslación y la inmovilización en rotación, de tal manera que, cuando hacemos girar al eje roscado, la tuerca se enrosca o desenrosca con un movimiento de traslación. Un ejemplo es el mecanismo de dirección de tornillo y tuerca. • Tornillo con recirculación de bolas. Otra disposición de este tipo de dirección consiste en intercalar una hilera de bolas entre el tornillo y la tuerca. El movimiento lineal se transmite por medio de una cremallera lateral a un sector dentado unido a la palanca de mando. Esta disposición, mucho más cara y de mayor dificultad de fabricación, disminuye los rozamientos y el desgaste. Otros mecanismos que se basan en el mismo principio los vemos en la figura 1.58. Rosca a derechas

Rosca a izquierdas

Tornillo tensor

Destornillador de vaivén a

Figura 1.57. Caja de dirección.

a

Figura 1.58.

3.5. Acoplamiento de árboles A

Son órganos mecánicos que transmiten el movimiento entre dos árboles coaxiales. La variedad de los mismos es muy grande, porque deben adaptarse a las condiciones particulares del trabajo. Según sus características, se distinguen los siguientes tipos: • Acoplamientos rígidos. Se emplean para unir los extremos de dos árboles que guardan entre sí una alineación perfecta. Los hay de manguito y de disco; los acoplamientos están normalizados según el diámetro de los árboles. – Manguito de dos mitades. El arrastre está asegurado por la adherencia de las dos mitades del manguito debido a la presión que ejercen los tornillos.

B Corte A-B

– Manguito de platos y casquillo cónico. El arrastre es doblemente asegurado; de una parte, por la adherencia de los conos; y de otra, por la presión de los tornillos. Es más complicado y costoso de fabricar que los anteriores, pero se monta y desmonta fácilmente.

Fn

R

O

Fn a Figura 1.59. Acoplamiento rígido con manguito de dos mitades.

• Acoplamientos elásticos. Sirven para acoplar árboles que no están bien alineados. Para ello se intercalan entre sus partes rígidas unos órganos deformables elásticos de material diverso (caucho, fleje de acero, etc.) que permiten un arranque ligeramente progresivo, absorben las deformaciones angulares de los árboles debido a la torsión y eliminan la transmisión de vibraciones. Se utilizan, por ejemplo, en el acoplamiento del árbol de la dirección.


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A

A

29

Corte A-B

Conicidad 5 %

F0

P

F0

α

60

R

α Fr Fn

F0

a

Figura 1.60. Acoplamiento rígido con platos y casquillo cónico.

• Acoplamientos móviles o variables. Permiten desplazamientos relativos axiales, radiales y angulares de los árboles en movimiento. – Juntas cardan de cruceta. Son los modelos más conocidos. Se componen esencialmente de dos horquillas unidas a los extremos de los árboles, situadas en planos perpendiculares y unidas mediante una articulación en cruz o cruceta, alrededor de la cual pueden oscilar las horquillas. El inconveniente de estas articulaciones es que no son homocinéticas, por lo que la velocidad del árbol conducido no es igual a la del árbol conductor, sino que fluctúa regularmente durante su giro. – Doble junta cardan de cruceta. Se emplean en mecanismos donde no son admisibles estas fluctuaciones de velocidad. Están compuestas por un árbol intermedio unido a los extremos de los dos árboles de la transmisión mediante dos juntas cardan sencillas.

Figura 1.61. Acoplamientos elásticos.

a

caso práctico inicial La figura 1.61 muestra la unión elástica entre la caja de dirección y la columna.

El árbol intermedio puede ser telescópico, para permitir el desplazamiento axial de uno de los árboles. – Juntas cardan de rótula. Este sistema, también homocinético, no tiene como pieza intermedia una cruceta, sino una esfera con cuatro o seis acanaladuras, en las que se alojan unas bolas.

Árbol telescópico

saber más 1

La junta homocinética

2 3 4

Junta homocinética

1 Horquilla del árbol de transmisión 2 Cruceta 3 Cojinetes de agujas 4 Arandelas de seguridad Despiece de una junta cardan a

Figura 1.62.

Cuando las ruedas delanteras son directrices y motrices, estas tienen que transmitir fuerzas independientemente del ángulo en que estén giradas. La junta cardan no soluciona del todo este problema, porque no transmite la fuerza regularmente, sino a pequeños «saltos». Este inconveniente se soluciona con la invención de la junta homocinética. El primero en emplearla fue la marca francesa Tracta en 1927.


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3.6. Mecanismos de palancas Este mecanismo, de gran versatilidad, está formado por cuatro componentes, uno de ellos fijo (bastidor). Los miembros que giran unidos al bastidor se llaman manivelas o balancines, según que puedan dar o no una revolución completa (nosotros le llamaremos palanca). El componente intermedio, que no tiene eje de rotación fijo y que sirve de enlace para los dos anteriores, se denomina biela o bieleta (nosotros le llamaremos brazo o barra). Por ejemplo: sistema de dirección.

caso práctico inicial En la figura 1.63 se muestran los elementos que tiene la dirección.

Palanca de acoplamiento

Palanca de ataque

Barra de acoplamiento Volante

Mangueta Columna Engranaje Pivote Palanca de acoplamiento a

Palanca de mando

Barra de mando

Figura 1.63. Conjunto dirección.

ACTIVIDADES 7. Calcula el módulo de una rueda dentada si tiene 24 dientes y un radio primitivo de 80 milímetros. 8. Sabemos que una rueda dentada tiene un módulo m = 3,5 y 28 dientes. Calcular el diámetro primitivo de la rueda dentada. 9. Clasifica, por orden de mejor a peor, los distintos tipos de dentados y explica el porqué. 10. ¿Sabrías decir dónde suele haber piñones cónicos en un vehículo? 11. ¿Qué tipo de correa trapezial deberíamos emplear en una transmisión donde la polea menor gira a 1.000 r.p.m. y la potencia a transmitir es de 147,2 kW? 12. Copia el dibujo en tu cuaderno y en el sistema de dirección de la figura siguiente, identifica las distintas articulaciones y el tipo al que pertenece cada una.

F

E

G C

D

A H B

a

Figura 1.64. Puente delantero.

A. B. C. D. E. F. G. H.

Palanca de mando Semibarra de acoplamiento Palanca de acoplamiento Semibarra de acoplamiento Palanca de ataque Junta elástica Caja de dirección (mecanismo) Barra de acoplamiento


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4. Tipos de movimientos Comenzaremos definiendo los siguientes conceptos sobre el movimiento: • Móvil: se llama móvil a todo cuerpo que se mueve. • Trayectoria: la trayectoria es el camino seguido por el móvil. e • Velocidad: es el espacio recorrido en la unidad de tiempo. v = . Se mide en t km/h, m/s, etc. En este punto veremos los distintos tipos de movimientos planos por orden de dificultad: • Movimiento lineal

caso práctico inicial

• Movimiento angular

En este apartado se indican los diferentes tipos de movimientos.

• Movimiento compuesto (lineal más angular)

4.1. Movimiento lineal Fíjate en el movimiento del pistón (figura 1.65). La trayectoria o camino del punto A es una línea recta así como la trayectoria del punto B o de cualquier otro, que también son líneas rectas.

B A

C

Al mismo tiempo, si la velocidad del punto A es vA = 10 m/s, en ese mismo momento, la velocidad del punto B o del C también será cada una de 10 m/s. Efectivamente, en cualquier instante las velocidades de todos los puntos del cuerpo son iguales y, además, todos los puntos del cuerpo tienen trayectorias rectilíneas paralelas. En estos casos, se dice que el pistón tiene un movimiento lineal.

4.2. Movimiento angular Un cuerpo tiene movimiento angular cuando las trayectorias de todos sus puntos son circunferencias concéntricas, con centro en el centro de rotación. La velocidad angular de todos sus puntos o, lo que es lo mismo, el número de vueltas que dan en la unidad de tiempo, es la misma. a Figura 1.65. Conjunto biela-pistón.

A

B

C a

Figura 1.66. Volante.


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Al estudiar un movimiento angular se pueden presentar dos casos: Cálculo de la velocidad lineal en un punto

saber más

Conocidos:

Cantidades y unidades

• La velocidad angular N (rev/min).

Siempre que trabajemos con cantidades, tenemos que poner las unidades en que se miden, para así saber las unidades en que obtendremos el resultado.

• La distancia R (metros) a su centro de rotación. Cuando el cuerpo da una vuelta, el punto A recorre una circunferencia con centro en el centro de rotación y se desplaza la longitud de la circunferencia L = 2 · π · R (m/vuelta). Si en un minuto realiza N (vueltas/minuto), se moverá a una distancia de N (vueltas/minuto) · L (m/vuelta) = N · L (metros/minuto). Por tanto, la velocidad lineal del punto A será: vA = 2 · π · R

(u) ( u )

( )

m rev m ·N =2·π·R·N rev min min

La dirección será perpendicular al radio, y el sentido el que indica la velocidad angular. Cálculo de la velocidad angular de un cuerpo Conocidos: • La velocidad lineal de un punto vB (metros/seg). • Su distancia R (metros) al centro de rotación. Si la longitud a que se desplaza el punto B en un segundo es vB (metros/ segundo), en un minuto se habrá desplazado L = VB (m/s ) · 60 (s /min) = vB · 60 (m/min).

u

u

El número de vueltas que dará en un minuto será igual a la longitud que recorre en un minuto, partido entre la longitud de una vuelta, L = 2 · π · R (metros/vuelta): vB N=

( ) (u) (u) m u s u

· 60

2·π·R

s min

m rev

=

vB · 60 2·π·R

( ) rev min

4.3. Movimiento compuesto (lineal más angular) La rueda de la figura 1.67 rueda sobre el suelo. Esta rueda gira sobre su propio eje y al mismo tiempo se traslada. Se trata de un movimiento compuesto (lineal más angular). C.I.R.

a

Figura 1.67.

Este tipo de movimiento se puede estudiar como un movimiento de rotación cuyo centro de rotación, en ese instante, centro instantáneo de rotación (C.I.R.), es el punto de contacto con el suelo. El sentido de giro y la velocidad angular son los de la propia rueda. Se trata de un movimiento angular con la diferencia de que en este, el centro de rotación no es fijo, sino que varía con el tiempo.


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El problema que realmente plantea un movimiento compuesto es calcular el centro instantáneo de rotación. Se pueden presentar dos casos: a) Conocemos el punto fijo del cuerpo, el que hace contacto con el suelo, sobre el que gira en ese instante (centro instantáneo de rotación). b) El cuerpo no tiene ningún punto fijo, pero conocemos la dirección de la velocidad lineal en dos puntos distintos.

EJEMPLO El disco de la figura rueda sobre el suelo sin resbalar. Se trata de un movimiento lineal más angular. Si sabemos que gira a 200 rev/min, calcula la velocidad a la que se desplaza (velocidad lineal). Solución El punto fijo del disco es aquel que está en contacto con el suelo al no haber deslizamiento. Este será el centro instantáneo de rotación, y consideraremos el movimiento como de rotación pura respecto a este punto. La velocidad angular es de 200 rev/min.

R = 20 cm

La velocidad de traslación será la velocidad lineal del centro del disco.

C.I.R .

El centro se mueve en ese instante como si describiera la circunferencia que pasa por él y con centro en el centro de rotación. Se trata de un movimiento de rotación. Conocemos la velocidad angular y nos piden la lineal de un punto: v = 200

rev u

min

a

· 2 · π · 20

cm 25.120 cm cm = 25.120 = = min 60 s rev

Figura 1.68.

u

= 418,66

cm m = 4,18 s s

De todo lo anterior deducimos que el disco está sometido realmente a un movimiento lineal de 4,18 m/s más un movimiento angular de 200 rev/min respecto a su eje. El movimiento no es respecto al centro instantáneo de rotación, pues este solo nos sirve para simplificar los cálculos considerando al movimiento como una rotación pura, y cuyos resultados son totalmente válidos.

ACTIVIDADES 13. Si una persona andando desarrolla una velocidad media de 4 km/h, calcula el tiempo que tardaría en recorrer una distancia de 15 km. 14. Para el caso anterior, ¿qué espacio recorrerá andando durante 5 horas y 30 minutos? 15. Un coche ha realizado un viaje en dos etapas de 300 y 450 kilómetros. Sabiendo que las velocidades medias en cada una de ellas han sido de 70,4 y 110,7 km/h, respectivamente, calcula la velocidad media de todo el recorrido. 16. Una rueda gira con una velocidad angular de 15 rev/min. Calcula las vueltas que da en 15 segundos. 17. Calcula la velocidad angular en rev/min a las que gira la Tierra en su movimiento de rotación. ¿Y la velocidad a la que gira el minutero y el segundero de un reloj? 18. Un disco de vinilo de 25 cm de diámetro gira a 18 rev/min. Calcula la velocidad lineal de un punto en su borde, y la de otro en la mitad, entre el borde y el centro.


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EJEMPLO El mecanismo siguiente trata de una rueda que gira respecto a su eje y este al mismo tiempo respecto a un pivote fijo al suelo. Si la rueda gira a 150 rev/min, calcula la velocidad angular de su eje respecto al pivote.

R = 20 cm

30 cm

Solución

5m

Si nos fijamos en la rueda por separado, vemos que se trata de un movimiento compuesto. Su velocidad de traslación será: v = 150

Pivote Rueda Eje

u

cm m cm rev · 2 · π · 20 = 18.840 = 188,4 = min min rev min

u

a

Figura 1.69.

m 188,4 m = = 3,14 s 60 s Esta será la velocidad lineal del eje en la rueda. Si nos centramos en el eje y su pivote, podemos hallar la velocidad lineal del punto del eje sobre el que gira la rueda y el recorrido que realiza en una vuelta. 3,14 N=

u

m s · 60 s min

u

2·π·5

m u rev

=6

rev min

ACTIVIDADES

50

2,15 m

100 cm

5m

cm

19. La bicicleta de la figura 1.70 se mueve a 30 km/h. Calcula: a) La velocidad lineal del punto en contacto con el suelo de cada una de las ruedas. b) La velocidad angular de cada una de las ruedas. c) La velocidad lineal del punto más alto de cada una de las ruedas. 20. Si en la bicicleta anterior la velocidad angular de la rueda pequeña es de 70 rev/min, calcula la velocidad angular de la grande. 21. La dirección de la carreta consiste en un eje rígido delantero, que gira sobre el pivote central. a) ¿Cómo hemos calculado el C.I.R? b) Si la rueda delantera exterior gira a 30 rev/min, calcula la velocidad angular de las demás ruedas.

Ø 35 cm

Ø 120 cm

Ry = 10 m

c

Figura 1.70.


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5. Estudio de los mecanismos según sus velocidades En general, el problema de velocidades de los mecanismos se plantea del modo siguiente: dado un mecanismo, identificamos los distintos componentes y la relación del movimiento entre conductor-conducido en la cadena de movimiento, hasta llegar al conducido final.

5.1. Engranaje Es un conjunto mecánico compuesto de dos o más ruedas dentadas cuyos dientes, enlazados entre sí, transmiten un movimiento circular de un árbol a otro. Transmisión simple En la figura 1.71 tenemos dos ruedas dentadas que engranan entre sí: La rueda dentada 1 tiene movimiento de rotación y cada uno de sus dientes va engranando en los entrantes de la rueda dentada 2, a la que transmite su movimiento.

N2 N1 R1

R2

• La rueda dentada 1 tiene Z1 dientes y gira a N1 revoluciones por minuto. • La rueda dentada 2 tiene Z2 dientes. Queremos calcular el régimen de giro N2. Como a cada diente que se desplaza de 1 le corresponde otro diente de 2, tendremos que: N1 · Z1 = N2 · Z2 Relación de transmisión. Es la relación entre el régimen de giro de la conductora y la conducida. N (régimen de la conductora) RT = 1 N2 (régimen de la conducida) Si la RT < 1, es una multiplicación (la conducida gira más rápidamente que la conductora) y si la RT > 1, es una reducción (la conducida gira más lentamente que la conductora). De aquí la expresión para la relación de transmisión: Z N RT = 1 = 2 Z1 N2 Otras veces se trabaja con los radios primitivos de cada rueda dentada o diámetros. De donde nos queda, para la relación de transmisión: R Ø N Z RT = 1 = 2 = 2 = 2 R1 Ø1 N2 Z1 Si conocemos los dientes o los radios primitivos de las ruedas dentadas, podemos calcular la relación de transmisión y, conocida esta, es posible hallar las revoluciones de una rueda cuando conocemos las revoluciones de la otra. RT · N2 = N1 Trenes de engranaje Un tren de engranaje es una sucesión de transmisiones simples. Según la disposición entre ellas, distinguimos varios tipos de trenes, como son: • Tren de engranaje en paralelo. Es un tren en el que todos los ejes tienen dos engranajes solidarios entre sí. • Tren de engranaje en serie. Es aquel en el que cada eje tiene solo un engranaje.

Z1 a

Z2

Figura 1.71.

saber más Relación entre la transmisión de fuerza y el giro Los vehículos compaginan la transmisión de la fuerza del motor por las dos ruedas del mismo eje y el giro independiente entre estas, para poder tomar las curvas, debido a un mecanismo que se intercala entre estas y la caja de cambios llamado diferencial.


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• Tren serie-paralelo. Es una combinación de los anteriores. A la hora de estudiar un tren de engranajes, lo consideramos como una cadena de transmisiones simples, y calculamos la relación de transmisión de cada una de estas transmisiones. La relación de transmisión total del tren es el producto de todas estas transmisiones simples. Relación de transmisión total: RTT = RT1 · RT2 · RT3 . . . RTN

5.2. Cremallera EJEMPLO Conocido el radio primitivo y el régimen de giro del piñón de ataque, calcula la velocidad que se transmite a la cremallera en la figura 1.72. r1 (cm)

Solución Calculamos la velocidad lineal del punto de contacto entre el piñón y la cremallera.

( ) ( )

( )

cm rev cm · N1 = 2 · π · r1 · N1 vA = 2 · π · r1 rev min min

La velocidad de este punto en el piñón es la misma que en la cremallera, no hay deslizamiento, y así tenemos la velocidad de la cremallera.

¿V ?

VA A

a

Figura 1.72.

5.3. Tornillo sinfín EJEMPLO Dado el siguiente tornillo sinfín de una sola entrada conocemos el régimen de giro del tornillo y el número de dientes de la rueda dentada Z, calcula la velocidad con que sube el cuerpo. BA r1 (cm)

Solución Cuando el tornillo sinfín da una vuelta, el diente que está en el punto A pasa al punto B, con lo que la rueda dentada ha avanzado un diente. Si cuando avanza 1 diente da una vuelta, cuando avance una vuelta la rueda, el tornillo gira Z vueltas (una entrada en el tornillo).

Z ¿N2?

Relación de transmisión del tornillo sinfín: RT =

N N conductora Nº dientes de la rueda = 1 =Z= N conducida Nº de entradas del tornillo N2

Sabemos que la velocidad con que sube el cuerpo es la misma que la longitud de cuerda que se enrolla en la unidad de tiempo. v = 2 · π · r1

u

N rev cm · 1 = Z min rev

(u) ( )

2·π·r· N1

( ) cm min

¿V ? a

Figura 1.73.


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5.4. Husillos o tornillos Se emplean para transmitir grandes fuerzas y para convertir un movimiento circular en otro de traslación, o viceversa. El destornillador de vaivén de la figura 1.74 tiene dos posiciones, de tal manera que, al empujar al mango contra la pared, unas veces gira en un sentido y otras en otro. Se trata de un mecanismo de tornillo y tuerca: el mango es la tuerca y el tornillo, el vástago.

5.5. Mecanismos de palancas Este mecanismo de gran versatilidad está formado por cuatro componentes, uno de ellos fijo (bastidor). Los miembros que giran unidos al bastidor (tienen un eje de rotación fijo) se llaman manivelas o balancines, según puedan dar o no una revolución completa; en los mecanismos de dirección les llamaremos palancas. El componente intermedio, que no tiene eje de rotación fijo y sirve de enlace para los dos anteriores, se llama biela o bieleta; en los mecanismos de dirección, barras. Las palancas giran respecto a su eje en un movimiento de rotación pura, tal como hemos estudiado anteriormente. Las barras, sin embargo, tienen un movimiento compuesto (rotación más traslación) en el que empezaremos calculando su centro instantáneo de rotación, para poderlo estudiar como un movimiento de rotación. Estos mecanismos se utilizan para transformar un movimiento lineal en angular, o un movimiento angular en otro angular. A continuación exponemos un ejemplo que sirve de aclaración.

A

P = 2 mm B

a

Figura 1.74.

EJEMPLO En el sistema de biela-manivela de la figura 1.75, sabemos que la manivela o cigüeñal gira a 4.500 rev/min. Calcula para ese instante: a) La velocidad angular de la biela. b) La velocidad lineal del pistón. 15,49 cm

B

C.I.R. ¿NA? 9,79

N = 4.500

rev min

12,65

¿vB?

12

A

vA r = 8 cm a

Figura 1.75.

cm


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Solución a) Se trata de un movimiento compuesto (rotación más traslación). Calculamos su centro instantáneo de rotación y la distancia de los puntos A y B a dicho centro. vA = 2 · π · 8 La velocidad angular de la biela será:

u

rev cm cm · 4.500 = 226.080 min rev min

u

226.080 N= 2 · π · 12 b) VB = 2 · π · 15,49

u

cm min cm u rev

= 3.000

rev min

u

cm cm rev · 3.000 = 291,831 min rev min

u

ACTIVIDADES 22. Dado el siguiente tren de engranaje en paralelo, si conocemos el número de dientes de cada una de las ruedas y la velocidad de la conductora, calcula la velocidad de la conducida.

Z1

Z2

N1

Z’2.

Z’3 .

Z4

Z3

Z’4

Z5

¿N5? a

Figura 1.76. Tren de engranajes en paralelo.

23. Para el mismo motor del ejercicio anterior, la posición del pistón y la biela en otro instante es la indicada en la figura 1.77. Calcula: a) La velocidad angular de la biela. b) La velocidad lineal del pistón. 24. En la dirección de cremallera de la figura 1.78, calcula la relación de giro del volante. Consideramos a las bieletas con movimiento de traslación. 25. Identifica la rueda dentada y el tornillo sinfín en el motor de un limpiaparabrisas o el de un elevalunas. VB 90 cm B Ø = 6 cm

B

Palanca de arranque

30 cm

85

cm

VA Mangueta

A r=

Bieleta

8c

m

a

Figura 1.77.

a

Figura 1.78.

Barra de mando

Piñón de ataque


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6. Acción de las fuerzas sobre los cuerpos Estudiaremos cómo trabajan las distintas piezas, según las fuerzas a las que se las someta, y cómo responden a dichas fuerzas.

6.1. Deformación de los materiales Cuando un cuerpo está sometido a la acción de fuerzas exteriores, se deforma por pequeñas que estas sean. Si las fuerzas no han superado el esfuerzo elástico, el cuerpo volverá a su forma original y se cumple la ley de Hooke, que dice: los alargamientos unitarios son proporcionales a las tensiones. Los esfuerzos internos dependen del tipo de deformaciones y pueden ser los siguientes:

saber más

• Esfuerzo de tracción: las fuerzas lo alargan.

Límite elástico o de proporcionalidad

• Esfuerzo de compresión: las fuerzas lo contraen.

Es la tensión por encima de la cual las deformaciones dejan de ser proporcionales a los esfuerzos y comienzan las deformaciones permanentes. En el automóvil, todas sus piezas se diseñan para que no se supere el límite elástico en su funcionamiento normal.

• Esfuerzo de cortadura: las fuerzas lo cortan. • Esfuerzo de torsión: las fuerzas lo tuercen. • Esfuerzo de flexión: las fuerzas lo curvan.

Tracción a

Compresión

Cortadura

Torsión

Flexión

Figura 1.79.

6.2. Rotura de los materiales Existen dos tipos de roturas bien diferenciadas, que responden a dos situaciones muy distintas de trabajo. • Rotura por deformación: por encima del esfuerzo elástico, la deformación será permanente y, si se supera el esfuerzo de rotura, la pieza termina rompiéndose. • Rotura por fatiga: los materiales pueden llegar a romperse con cargas muy pequeñas (sin apenas deformación), cuando son sometidos a esfuerzos variables. Los fallos producidos por la fatiga constituyen la mayoría de los daños estructurales que se producen en aparatos con funcionamiento cíclico, como por ejemplo motores, suspensiones, etc. El daño comienza en un punto concreto por desajustes atómicos y se va extendiendo, quedando una superficie pulida por frotamientos en los dos lados, hasta que la superficie eficaz que queda no puede aguantar el esfuerzo máximo de la fuerza cíclica y se rompe.

Rotura por deformación a

Figura 1.80.

Rotura por fatiga


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7. Conceptos relacionados con las fuerzas Para conocer la relación de las fuerzas y cómo se transmiten sobre el conjunto y sus partes, empezaremos conociendo el significado de fuerza, par y potencia.

7.1. Fuerza Las fuerzas no se ven, solo se aprecian por los efectos que producen en los cuerpos sobre los que actúan: • Originan una deformación en ellos. • Modifican su estado de posición y movimiento. 0 10 20 30

Δl

2Δl

40 50 P 2P a

Figura 1.81.

Podemos definir la fuerza como la causa capaz de producir o modificar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo o de originar en él una deformación. Para medir una fuerza, utilizamos el dinamómetro. Se trata de un muelle fijo por uno de sus extremos. En el otro extremo lleva un gancho que nos permite colgar de él los diferentes cuerpos.

ACTIVIDADES 26. Un coche se mueve por una carretera horizontal y recta a 100 km/h. Si consideramos nulas todas las resistencias que se oponen al movimiento del vehículo, ¿se necesita una fuerza para mantener el coche a esa velocidad? 27. Sabemos que un cuerpo tiene distinto peso según esté en la Tierra o en la Luna. ¿Variará la masa según dónde se encuentre el cuerpo en el espacio? Razona la respuesta.

Al lado del muelle existe una escala graduada que nos servirá para medir los alargamientos del muelle al colgar diferentes cuerpos. Si colocamos un cuerpo en el extremo libre del muelle, el muelle se alarga hasta que se detiene en una determinada posición. Si colgamos varios cuerpos sucesivamente del muelle, de manera que pesen dos, tres, cuatro... veces más que el más ligero, observaremos que también el alargamiento del muelle es dos, tres, cuatro... veces mayor que el alargamiento con el más ligero. P = 2P = 3P = 4P = cte. ⌬l 2⌬l 3⌬l 4⌬l Esto nos demuestra que una fuerza mayor produce un alargamiento mayor. La relación entre las fuerzas y los alargamientos es una constante característica de cada muelle, constante de elasticidad. Para cuantificar cualquier fuerza o peso, podemos comparar la deformación que provoca esta fuerza con la deformación de una fuerza de referencia que establezcamos como unidad para comprobar cuántas veces es mayor que esta unidad. El peso es la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos. Como unidad de peso se estableció el de un litro de agua, al que se le denominó kilogramo fuerza (kgf).


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Instintivamente, se sabe que existe una relación entre fuerzas y movimiento. Sin embargo, no se supo establecer una relación matemática entre ellas hasta que Isaac Newton realizó el siguiente experimento: Sobre una superficie totalmente plana y horizontal, colocó un cuerpo que se deslizaba sin rozamiento sobre esta superficie (véase la figura 1.82).

a = cte

∆l = cte F

a

Figura 1.82.

Tirando, horizontalmente y en línea recta, del cuerpo con un dinamómetro (con estiramiento constante), el cuerpo se mueve con un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (con aceleración constante). Comprobó, con cuerpos de distinto peso, que los cuerpos más pesados necesitan mayores fuerzas para adquirir una determinada aceleración, mientras que para los menos pesados se necesitan fuerzas menores para adquirir la misma aceleración. Masa es la resistencia que ofrecen los cuerpos a ser acelerados. Como unidad de masa se estableció la de un cuerpo de un kilogramo de peso, 1 kgf, al que se le asignó como valor un kilogramo masa, 1 kg.

Para que un cuerpo de masa m (kg), adquiera una aceleración a (m/s2) le debemos aplicar una fuerza F = m · a (kg · m/s2).

1 kgf a

1 kgf

Figura 1.83.

Así se estableció otra unidad de fuerza, el newton, equivalente a la fuerza a aplicar a un cuerpo de masa 1 kg para que adquiera una aceleración de 1 m/s2. 1 N = 1 kg · 1 m/s2 = 1 kg · m/s2

De todo ello tenemos dos unidades para medir las fuerzas: el kilogramo fuerza (kgf) y el newton (N). Y, según utilicemos el Sistema Técnico de Unidades o el Sistema Internacional de Unidades, emplearemos el (kgf) o el (N), respectivamente. El kilogramo fuerza deriva del Sistema Técnico de Unidades (ST). El newton deriva del Sistema Internacional de Unidades (SI).

¿Qué relación hay entre el kilogramo fuerza y el newton? Un cuerpo de masa 1 kg pende en el aire de una cuerda; el peso o la fuerza con que tira la Tierra de él será de 1 kgf: F = 1 kgf. Si lo soltamos, el cuerpo caerá al suelo con un movimiento uniformemente acelerado, con una aceleración g = 9,81 m/s2. Utilizando la fórmula de Newton para calcular la fuerza con la que tira la Tierra del cuerpo: F = m · a = 1 kg · 9,81 m/s2 = 9,81 kg · m/s2 = 9,81 N 1 kgf = 9,81 N 1 N = 1 kgf 9,81 Para pasar de kgf a N, multiplicamos por 9,8 N/kgf, y para pasar de N a kgf, dividimos por 9,8 N/kgf.

ACTIVIDADES 28. En un plano horizontal, sin rozamiento, tiramos en horizontal de un cuerpo con un dinamómetro, ¿qué pasará para los siguientes casos?: a) Si tiramos de un kilogramo con una fuerza de un newton en horizontal, ¿qué aceleración adquirirá? b) Si tiramos de un kilogramo con una fuerza de un kilogramo fuerza, ¿qué aceleración adquirirá? c) Para que tres kilogramos adquieran una aceleración horizontal de 9,81 m/seg2, ¿con cuántos kgf tenemos que tirar? d) Si tiramos de tres kilos con una fuerza de 1 kgf, ¿qué aceleración adquirirá?


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¿Qué ventajas tiene un tipo de unidades u otro? El kilogramo fuerza lo podemos utilizar para relacionar la fuerza con la deformación, o para pesar cantidades de materia en la Tierra (en el espacio las cosas no pesan o pesan menos, como en la Luna). Sin embargo, el newton, además, nos relaciona la fuerza con la aceleración, y siempre que necesitemos estudiar un movimiento recurriremos a esta unidad. Por todo ello, utilizaremos normalmente el newton porque el Sistema Internacional de Unidades es de obligado cumplimiento. Todas las fuerzas que están en una misma dirección se pueden sustituir por una equivalente cuyo valor es la suma de los valores de las que van en un sentido, menos las que van en el otro. Si este valor es positivo, la fuerza resultante tiene el mismo sentido que las que sumamos. Y si tienen valor negativo tendrá el sentido de las que restamos. FTOTAL = Suma de los valores de las fuerzas en un sentido – Suma de los valores de las fuerzas en el otro sentido = m · a.

Cuando el cuerpo no se mueve, o se mueve a velocidad constante, tendremos a = 0 y, por tanto, FTOTAL = 0.

EJEMPLOS Pasa a N los siguientes kgf: 56 kgf; 0,46 kgf; 131,8 kgf Solución 56 kgf · 9,81 N/kgf = 549,3 N; 0,46 kgf · 9,81 N/kgf = 4,5 N 131,8 kgf · 9,81 N/kgf = 1.292,9 N Pasa a kgf los siguientes N: 12 N; 78,32 N; 0,35 N Solución 12 N = 1,22 kgf; 9,81 N/kgf

78,32 N = 7,981 kgf 9,81 N/kgf

0,35 N = 0,035 kgf 9,81 N/kgf Nota: La mejor manera de comprobar el resultado es multiplicando y dividendo con las unidades, para ver cuáles se van y cuáles quedan.

ACTIVIDADES 29. Pasa los siguientes kilogramos fuerza a newtons: 0,24 kgf; 23 kgf; 68,24 kgf; 123,82 kgf; 1.528,28 kgf 30. Pasa los siguientes newtons a kilogramos fuerza: 0,59 N; 34 N; 28,4 N; 578,35 N; 1.592,37 N Nota: Expresa todas las cantidades con sus respectivas unidades.


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7.2. Palanca Con la palanca, lo que ganamos en fuerza lo perdemos en recorrido. El trabajo realizado es el mismo, no cambia. Cualquier componente móvil de un mecanismo se comporta como una palanca que recibe una fuerza y un movimiento por un punto, y los transmite a otro punto. Una palanca es un componente rígido que puede girar alrededor de un punto. En toda palanca podemos distinguir los siguientes elementos: • Punto de apoyo, que es el punto A sobre el que puede girar la palanca. • Brazo de empuje, que es la distancia AB, desde el punto de apoyo hasta el punto de empuje.

saber más Leyes de la dinámica Newton descubre las leyes de la dinámica después de que Galileo Galilei planteara la siguiente paradoja: Si se tiran, al mismo tiempo, desde la torre de Pisa una pluma y una bola de plomo, ¿cuál crees que llegará antes al suelo si se desprecia la resistencia del viento?

• Brazo de resistencia, que es la distancia AC, desde el punto de apoyo hasta el punto de resistencia. • Las palancas pueden ser: 1er género Be E

R

Br

R · Br = E · Be E 2° género

E

je

R Br

o raz

Be

B

de

B

u mp

e

Be

Momento de un par de fuerzas

R · Br = E · Be R 3er género

R

de zo ia Bra istenc res Br

A

Br

R · Br = E · Be a

F

E = Fuerza de empuje R = Fuerza de resistencia

E Be

saber más

d

M=F·d

–F C

Momento de una fuerza respecto de un punto R · Br = E · Be

O1

Figura 1.84. Palanca.

F d

a

M=F·d

Figura 1.85.

7.3. Momento o par Si sobre un volante de dirección ejercemos dos fuerzas iguales y de sentidos opuestos, el resultado de la suma de las dos fuerzas es cero, lo que no provocaría ningún efecto sobre el volante; pero, lejos de esto, el volante gira, lo que nos indica que hay algo que produce la rotación, este algo es el momento o par de las fuerzas. Un concepto muy utilizado en mecánica es el de momento o par de una fuerza respecto a un punto: El momento o par de una fuerza respecto a un punto produce un efecto de giro. Se define como el producto de la fuerza por la distancia de la fuerza al punto de giro.

Al producto del empuje por el brazo de empuje le llamamos par de empuje (CEMPUJE) y al producto de la resistencia por su brazo, par de resistencia (CRESISTENCIA).

caso práctico inicial En el apartado 7.3 se explica el cálculo del momento que se produce en un volante cuando se aplica una fuerza.


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Ley de la palanca CEMPUJE = CRESISTENCIA CEMPUJE, empuje por el brazo de empuje. CRESISTENCIA, resistencia por el brazo de resistencia.

Partiendo de la ley de la palanca, según las unidades en que expresemos la fuerza F y la distancia d, el momento C vendrá expresado en diferentes unidades: • Sistema Técnico: C = F(kgf) · d(m) = F · d(kgf · m) • Sistema Internacional: C = F(N) · d(m) = F · d(N · m) Hay un múltiplo del (N · m) que se emplea en las llaves dinamométricas: • El daN · m (decanewton metro). 1 daN · m = 10 N · m G 1 kgf · m Los momentos se generan al aplicar una fuerza a una distancia del centro de rotación, y se transmiten de unos componentes a otros a través de un árbol sometido a torsión (árboles de transmisión), por el empuje entre dientes (engranajes) o por la tracción o tiro (correas, cadenas, cuerdas, etc.). Hay palancas o componentes en los que es más difícil identificar los puntos o brazos, que no se ven como en las palancas anteriores. Ejemplo: una polea, una rueda, un engranaje, etc.

ACTIVIDADES 31. Copia los dibujos en tu cuaderno y distingue en palancas los puntos de apoyo, puntos de empuje, puntos de resistencia, brazos de potencia y brazos de resistencia, y clasifícalas según el género al que pertenecen.

a

Alicate

Carretilla

Torno

Cascanueces

Cubitera

Volante

Figura 1.86.

En toda palanca, el producto del empuje por el brazo del empuje es igual al producto de la resistencia por el brazo de resistencia.


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EJEMPLOS Unas tenazas de cortar alambre tienen el filo a 3 cm de la bisagra. Calcula el esfuerzo de corte cuando se aplica sobre cada uno de los mangos un empuje de 25 kgf, sabiendo que tienen una longitud de 20 cm. 25 kgf

E = 25 kgf

3 cm

3 cm 20 cm

¿R ? 20 cm

25 kgf a

Figura 1.87.

Solución A una tenaza la podemos considerar como dos palancas, acopladas por la bisagra y simétricas. En el dibujo de la figura 1.87, distinguimos los distintos puntos y brazos de una de estas palancas. Y deducimos los siguientes valores: • Empuje = 25 kgf • Brazo de empuje = 20 cm • Brazo de resistencia = 3 cm Si los sustituimos en la ley de la palanca, nos queda: 25 kgf · 20 cm = R · 3 cm donde, despejando R, resulta: R=

25 kgf · 20 cm = 166,6 kgf 3 cm

Dibuja la otra mitad de la tenaza y calcula la resistencia del otro filo. CE = 10 kgf · m

Las ruedas motrices de un vehículo con tracción delantera giran con un par, transmitido a través de los palieres, de 10 (kgf · m) cada una. ¿Con qué fuerza empuja el motor al vehículo hacia delante? Solución

r = 27,5 cm ¿R?

Cada rueda trabaja como una palanca, así que emplearemos la ley de la palanca. El problema será identificar los puntos y brazos de esta. El punto de apoyo es el centro instantáneo de rotación (donde se apoya al suelo). El punto de resistencia es el eje (del que tira hacia delante del chasis). No distinguimos el empuje, ni el brazo de empuje, pero sabemos que el CEMPUJE = 10 kgf · m.

Brazo de resistencia C.I.R. a

Figura 1.88.

Si aplicamos la ley de la palanca con los datos anteriores: CEMPUJE = Resistencia · Brazo de resistencia 10 kgf · m = Resistencia · 27,5 cm Resistencia =

10 kgf · m 10 kgf · 100 cm = = 36,3 kgf 27,5 cm 27,5 cm

Esta será la fuerza con la que una rueda tira del coche hacia delante. Como la otra rueda tira con otra fuerza igual, tenemos una fuerza total hacia delante: FTOTAL = 72,6 kgf


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En el sistema de transmisión por poleas de la figura 1.89, sabemos que la polea conductora gira con un par CEMPUJE = 35 kfg · m. ¿Cuál será el par que se transmitirá a la polea conducida? CE = 35 kgf · m 14 cm

6 cm

a

Figura 1.89.

Solución Se trata de dos palancas acopladas, que giran constantemente. Estudiaremos por separado cada una de estas poleas o palancas: • Para la conductora: Identificamos sus puntos y brazos y aplicamos la ley de la palanca: CEMPUJE = Brazo de resistencia · Resistencia

CE = 35 kgf · m

Resistencia = CEMPUJE/Brazo de resistencia

6 cm

35 kgf · m 35 kgf · 100 cm Resistencia = = = 583,3 kgf 6 cm 6 cm

¿R ? a

• Para la conducida:

Figura 1.90.

Como la resistencia de la conductora es el empuje de la conducida, si la polea conductora tira de la correa con una fuerza F la correa tira de la conducida con la misma fuerza. 14 cm

CEMPUJE = 583,3 kgf · 14 cm = 8.166,2 kgf · cm = = 8.166,2

kgf · m = 81,66 kgf · m 100

E=R

En esta transmisión también hay una multiplicación del par transmitido.

a

Figura 1.91.

ACTIVIDADES 32. Se desea levantar una masa de 300 kg situada al final de una palanca de 2 metros de longitud, para lo cual se coloca un punto de apoyo a 25 cm de un extremo. ¿Qué esfuerzo se debe hacer en el otro extremo de la barra para que el peso pueda ser levantado?

1,2 0,2

m

¿E?

33. Con una palanca de 2 metros de longitud, apoyada a 15 cm de su extremo, se desea elevar un peso de 600 kgf. Calcula la fuerza que es necesario aplicar. 34. Con la carretilla de la figura 1.92 queremos transportar una carga de 85 kg. ¿Qué fuerza debemos aplicar sobre los manillares?

m

R = 85 kgf

a

Figura 1.92.


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7.4. Potencia A la hora de subir una carga con dos grúas distintas, comprobamos que ambas lo hacen pero una la sube a mayor velocidad o menor tiempo que la otra. En ambos casos, las dos grúas suben la misma carga, pero con distinta velocidad y tiempo. Cuanto mayor sea la velocidad con la que se desplaza una fuerza, mayor es la potencia de la máquina. Potencia es el producto de la fuerza que se desplaza por la velocidad a la que se desplaza esa fuerza: P = F · v

De la fórmula anterior, según las unidades en que expresemos la fuerza F y la velocidad v, la potencia P vendrá expresada, a su vez, en diferentes unidades. • Sistema Técnico: P = F (kgf) · v (m/s) = F · v (kgf · m/s) • Sistema Internacional: P = F (N) · v (m/s) = F · v (N · m/s) = F · v (vatios) Ya que 1 N · m/s = 1 vatio. Un múltiplo del vatio es el kilovatio: 1 kilovatio = 1.000 vatios Otra unidad muy extendida en mecánica es el caballo: 1 CV = 75 kgf · m/s = 736 (vatios) Para pasar de kgf · m/s a vatios o N · m/s, o al revés, se trata de pasar los kgf a N o los N a kgf como vimos en el punto anterior. 1 kW = 1,36 CV 1 Cv = 0,736 kW mg s . CV

kgf · Para pasar de CV a kgf · m/s, multiplicamos por 75

mg s . CV

kgf · Para pasar de kgf · m/s a CV, dividimos por 75

También podemos definir la potencia como la eficiencia en realizar un trabajo, es decir, la potencia es igual al trabajo realizado dividido por el tiempo empleado en realizarlo. P = T (Trabajo) t (tiempo) Si el trabajo lo expresamos en julios y el tiempo en segundos, la potencia será en vatios.

saber más Constatar el resultado La mejor manera de comprobar el resultado es multiplicando y dividendo con las unidades, ver cuáles se van con cuáles y cuáles quedan.


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EJEMPLOS kgf · m y a kW las siguientes cantidades: 12,5 CV; 0,34 CV s

Pasa a Solución

kgf · 12,5 CV · 75

sm s

CV

0,34 CV · 75 kgf ·

a

= 937,5 kgf ·

m m N ; 937,5 kgf · · 9,81 · = 9.196,87 W = 9,196 kW s s kgf

m m m N = 25,5 kgf ; 25,5 kgf · · 9,81 · = 250,15 W = 0,250 kW CV s s kgf

Pasa a CV y a kW las siguientes cantidades: 136 kgf ·

m m ; 308 kgf · s s

Solución m s = 1,81 CV; m kgf · s

136 kgf · a

75

m s = 4,1 CV; m kgf · s

308 kgf ·

CV

a

75

CV

136 kgf · m/s · 9,81 N/kgf = 1.334,1 vatios = 1,3341 kW 308 kgf · m/s · 9,81 N/kgf = 3.021,5 vatios = 3,0215 kW Si aplicamos a la manivela de la figura una fuerza de F (kgf) y, al mismo tiempo, hacemos girar la manivela a un régimen de N (rev/min); calcula la potencia que desarrollamos.

F = (kgf) R (m)

Solución Sabemos que la potencia P = F · v. De esta expresión conocemos la fuerza F (kgf), pero no conocemos la velocidad v.

a

Figura 1.93.

Para calcular la velocidad, sabemos que se trata de un movimiento angular: v = 2 · π · R (m/rev) · N (rev/min) = 2 · π · R · N (m/min) que sustituimos en la fórmula de la potencia: P = F (kgf) · 2 · π · R · N (m/min) = F · 2 · π · R · N (kgf · m/60 s) = F · 2 · π · R · N 60

(

Puesto que F · R = C, podemos afirmar lo siguiente: Para un cuerpo que gira a N (rev/min), aplicándole un par C (kgf · m), desarrolla la potencia: P= F·2·π·R·N 60

(

kgf · m s

)

)

kgf · m . s


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Con el torno de la figura 1.94 queremos elevar un cuerpo de 40 kgf de peso. Si giramos la manivela con una velocidad angular de 20 rev/min, calcula la potencia que desarrollamos en la manivela (potencia motriz) y la potencia que desarrollamos al elevar el peso (potencia resistente).

¿E? 30 cm

9 cm

Solución Como vimos en el ejercicio anterior, se trata de una palanca. Identificamos los brazos y los puntos y calculamos en este caso el empuje.

R = 40 Kgf a

Figura 1.94.

Empuje · 30 cm = 40 kgf · 9 cm Empuje =

40 kgf · 9 cm = 12 kgf 30 cm

– Potencia motriz o potencia de entrada es la potencia que desarrollamos en la manivela. PMOTRIZ = F · v = 12 kgf · v =

12 kgf · 2 · π · R · N = 753,6 kgf · cm/s 60 s

– Potencia resistente o potencia de salida es la que desarrollamos al elevar el peso. PRESISTENTE = 40 kgf · v v es la velocidad con que sube el cuerpo, y es igual a la longitud de cuerda que se enrolla en la unidad de tiempo. Se trata de un movimiento angular. v = 2 · π · 9 cm/rev · 20 rev/min = 2 · π · 9 · 20 cm/min = 1.130,4 cm/min =

1.130,4 = 18,8 cm/s 60

Sustituimos el valor de la velocidad para calcular la potencia resistente: PRESISTENTE = 40 kgf · 18,8 cm/s = 753,6 kgf · cm/s De los resultados anteriores, deducimos que la potencia que entra en un mecanismo es la que sale de este.

ACTIVIDADES 35. Si el motor de un vehículo le empuja con una fuerza de 57 kgf a una velocidad de 80 km/h, calcula la potencia que desarrolla el motor en CV y kW. 36. Calcula la potencia del motor que acciona un ascensor de 700 kgf de peso, sabiendo que tarda 28 s en efectuar un recorrido de 20 metros. 37. Un motor de 2 CV acciona una bomba hidráulica que sube agua a 6 metros de altura. Calcula el tiempo que tardará en llenar un depósito de 10.000 litros (consideramos a la bomba como un ascensor que sube toda el agua al mismo tiempo). 38. A una manivela le aplicamos un par de 6 kgf · m, a un régimen de giro de 30 rev/min. ¿Qué potencia desarrollamos? 39. Un motor Diesel nos proporciona un par de 35 kgf · m a 4.000 rev/min. Calcula la potencia (en CV) que desarrolla el motor a este régimen de funcionamiento. 40. Pasa a vatios las siguientes cantidades: 15 N · cm/s; 17,2 kgf · m/s; 25 DaN · m/min; 62 CV 41. Pasa a caballos las cantidades del ejercicio anterior.


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8. Estudio de los mecanismos según sus fuerzas Para el estudio de fuerzas, identificamos los distintos componentes, tales como palancas, en las que distinguimos los brazos y puntos de cada una. Conocido el empuje de una de ellas, calculamos la resistencia que pasará a ser el empuje de la que le sigue, para calcular su resistencia, que pasará a ser el empuje de la siguiente hasta llegar a la resistencia del conductor final.

8.1. Engranaje Es un conjunto mecánico compuesto de dos o más ruedas dentadas cuyos dientes, enlazados entre sí, transmiten un movimiento circular de un árbol a otro. Transmisión simple En la figura 1.95 tenemos dos ruedas dentadas que engranan entre sí.

N2 N1

C1

¿C2? R2

• La rueda dentada 1:

R1

– Tiene Z1 dientes.

Z1

Z2 R

a

La rueda dentada 1 tiene movimiento de rotación, y cada uno de sus dientes van engranando en los entrantes de la rueda dentada 2, a la que transmite su movimiento.

Figura 1.95.

– Su régimen de giro es N1. – Se le aplica un par motriz C1. • La rueda dentada 2: – Tiene Z2 dientes. – Su régimen de giro es N2. – Queremos calcular el par que se transmite C2. Para calcular el par transmitido a la rueda conducida, consideramos a las ruedas como palancas acopladas continuamente, que giran, y estudiamos cada una por separado. – Para la conductora: C1 = R1 · Resistencia

,

Resistencia =

C1 R2

Como la resistencia de la conductora es el empuje de la conducida: C2 = Resistencia · R2 = C1 · de donde tenemos:

R2 R1

R1 C = 1 R2 C2

Relación de transmisión Como vimos en el epígrafe 5.1, es la relación entre el régimen de giro de la conductora y la conducida. Como demostramos, se puede expresar en función de las relaciones siguientes: RT =

N1 Z R = 2 = 2 N2 Z1 R1


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Y ahora la podremos expresar además en función de las relaciones de par: N Z R C RT = 1 = 2 = 2 = 2 N2 Z1 R1 C1 Si conocemos los dientes o los radios primitivos de las ruedas dentadas, podemos calcular la relación de transmisión. Conocida, es posible hallar el par que se transmite a una rueda si conocemos el de la otra. C2 = C1 · RT Trenes de engranajes Un tren de engranajes es una sucesión de transmisiones simples. Según la disposición entre ellas, distinguimos varios tipos de trenes, como son: • Tren de engranajes en serie. Es aquel en el que cada eje tiene solo un engranaje. • Tren de engranajes en paralelo. Es un tren en el que todos los ejes tienen dos engranajes solidarios entre sí. • Tren en serie-paralelo. Es una combinación de los anteriores. A la hora de estudiar un tren de engranajes, puede considerarse como una cadena de transmisiones simples y calcular así la relación de transmisión de cada una de esas transmisiones. La relación de transmisión total del tren es el producto de todas estas transmisiones simples.

saber más Reducir y aumentar Con una reducción se reduce la velocidad y se aumenta la fuerza y con una multiplicación al revés.

Relación de transmisión RTT = RT1 · RT2 · RT3 · ... · RTN

EJEMPLO Dado el siguiente tren de engranajes en serie, si conocemos los radios primitivos de cada una de las ruedas y el par de la conductora, calcula el par de la conducida. ¿C4?

C1 R1

a

R4

R3

R2

Figura 1.96. Tren de engranajes.

Solución Se trata de un tren de engranajes en serie. Está formado por tres relaciones de transmisión simples. Calculamos la relación de transmisión de cada una de estas transmisiones. RT1 =

R2 C = 2 ; R1 C1

RT2 =

R3 C = 3 ; R2 C2

RT3 =

R4 C = 4 ; R3 C3


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A continuación calculamos la relación de transmisión total multiplicando separadamente las relaciones de transmisión simples de los radios y las relaciones de transmisión simples de los pares. R R R u · u = ; R R R u u

RTT =

2

3

4

1

2

3

RTT =

C C C u · u · C C C u u 2

3

4

1

2

3

Igualamos ambas expresiones y tenemos la relación de transmisión total en función de la relación entre los radios y entre los pares. RTT =

R4 C = 4 R1 C1

Conocemos los radios y tenemos la relación de transmisión: RTT =

R4 R1

También conocemos el par conductor C1, con lo que podremos calcular C4. C4 = C1 · RTT

ACTIVIDADES 42. Dado el siguiente tren de engranajes en paralelo, si conocemos el número de dientes de cada una de las ruedas y el par de la conductora, calcula el par de la conducida. C1

Z1

Z2

Z’3

Z4

Z’2

Z3

Z’4

Z5

¿C5? a

Figura 1.97. Engranajes paralelos.

43. Dado el siguiente tren de engranajes serie-paralelo, si conocemos el número de dientes de cada una de las ruedas y el par de la conductora, calcula el par de la conducida.

Z1

C 1 kgf · m

Z2

Z’3

Z’4

Z’5

Z’3

Z4

Z’5

Z6

¿C5? a

Figura 1.98. Tren de engranajes serie paralelo.


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8.2. Cremalleras EJEMPLO Dada la figura 1.99 de cremallera siguiente, y conocido el par transmitido del volante al piñón de ataque, calcula la fuerza que se transmite a la cremallera.

10 (kgf · m)

3 (cm)

Solución Para calcular la fuerza, sabemos que el piñón trabaja como una palanca. Conocemos el par motriz y queremos calcular la resistencia: ¿R ?

10 kgf · m = 3 cm · R R=

10 kgf · m 10 kgf · 100 cm = = 333,3 kgf 3 cm 3 cm

a

Figura 1.99 Rueda y cremallera.

8.3. Tornillos sinfín EJEMPLO Dado el siguiente tornillo sinfín si conocemos el par aplicado al tornillo sinfín, calcula el peso que sube.

C1 = 10 kgf · m N1 = 120

Solución

r = 10 cm

La relación de transmisión del tornillo sinfín es:

¿C2? Z = 34

N (régimen de la conductora) Z R1 = 1 = 1 N2 (régimen de la conducida) En este tema tenemos otra relación entre pares, tal que: C Z = 2 RT = C1 1

rev min

¿v? a

Figura 1.100. Tornillo sinfín. C 2 = 340 kgf · m

De donde, tenemos: C2 = C1 · Z C2 = 10 kgf · m · 34 = 340 kgf · m

10 cm ¿R ?

Para calcular el peso que puede elevar el torno, consideramos que se trata de una palanca de la que conocemos el par de empuje C2 y queremos calcular la resistencia o peso que eleva. 340 kgf · m = 10 cm · R R=

u

340 kgf · m 34.000 kgf · cm = = 3.400 kgf 10 cm 10 cm

u

a

Figura 1.101. Torno.

ACTIVIDADES 44. Demuestra a partir de la actividad anterior la ley de la conservación de la energía: la potencia motriz, o que entra, es igual a la potencia resistente, que sale.


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8.4. Mecanismos de palancas EJEMPLO En el sistema de dirección de la figura 1.102, con los datos que aparecen, calcula la fuerza que debemos aplicar en el volante para vencer una resistencia al giro en cada rueda de 14 kgf.

caso práctico inicial En este ejemplo se da respuesta a la cuestión 3.

20 cm

Mangueta 20

cm

r = 25 cm

Barra de acoplamiento

Z = 14 dientes

Palanca de ataque 30 cm

A Palanca de acoplamiento

Barra de mando

15 cm

14 kgf

a

Palanca de mando

Figura 1.102. Sistema de dirección.

Solución Se trata de una cadena de transmisiones que iremos estudiando desde la rueda hasta el volante. Mangueta

Barra de mando

E E = 7 kgf

E = 7 kgf

30 cm

15 cm

14 kgf

E · 30 cm = 14 kgf · 15 cm E = 14 kgf · 15 cm = 7 kgf 30 cm Volante

C 1 = 10 (kgf · cm

)

25 cm

Mecanismo sin fin

E

¿C 1?

C 1 = E · 25 cm E= 20 cm

R

a

RT = Z =

7 kgf C1 =

C2 7 kgf · 20 cm = = 14 C1 C1

10 kgf · cm = 0,4 kgf 25 cm

7 kgf · 20 cm 140 kgf · cm = = 19 kgf · cm 14 14

C1 = 10 kgf · cm Figura 1.103. Esquema de los mecanismos.

Todos los cálculos se han hecho para la rueda izquierda. Para la derecha sería lo mismo, ya que gira en la misma medida y la fuerza sería la misma. Por tanto, al volante tenemos que aplicarle una fuerza del doble de la que calculamos: ETOTAL EN EL VOLANTE = 0,81 kgf


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EJEMPLO Con el tornillo tensor del tema anterior queremos tensar un cable con una fuerza de 2.500 kgf. ¿Qué fuerza debemos aplicar a la palanca con la que hacemos girar al tornillo?

Rosca derecha

Rosca izquierda

R = 2.500 kgf

Solución Sabemos que, con cada vuelta que da el tornillo, tira del cable la distancia que se contrae (el doble que el paso 2 · p). Si gira a un régimen N (rev/min), la velocidad a la que se contrae será: v = N rev/min · 2 · p mm/rev Aplicamos la ley de la conservación de la energía y sustituimos valores, con lo que nos queda:

50 cm

E a

Figura 1.104. Tornillo tensor.

Pmotriz = E · v = E · 2 · π · 50 cm/rev · N rev/min = E · 2 · π · 50 · N cm/min

u

u j E · 2 · π · 50 u N cm/min N · 2 mm/min u = 2.500 kgf · u u 2.500 kgf · 2 mm = 2.500 kgf · 2 mm u = 1,59 kgf 2 · π · 50 cm π · 1.000 mm u

Presistente = 2.500 kgf · N rev/min · 2 · 1 mm/rev = 2.500 kgf · N · 2 mm/min Pmotriz = Presistente E=

ACTIVIDADES 45. En la dirección de cremallera de la figura 1.105. Calcula la fuerza que tenemos que aplicar en el volante, para vencer la resistencia de giro, si para cada rueda la fuerza es de 14 kgf. 15 cm

Ø = 6 cm

Palanca de arranque

30 cm

Mangueta Bieleta

Piñón de ataque

Barra de mando

25 cm a


Nota: A medida que los vehículos van siendo más pesados, se necesita más fuerza para girar las ruedas, por lo que son necesarios volantes mayores, reducciones en la dirección mayores o direcciones asistidas hidráulicamente. Los volantes mayores no son cómodos y grandes reducciones disminuyen la velocidad de respuesta por lo que se tiende a utilizar direcciones asistidas.


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ACTIVIDADES FINALES 1. Localiza los elementos de guiado entre los componentes móviles: pistón-biela, biela-cigüeñal, cigüeñalbloque. Explica su forma de montaje y ajuste. 2. Calcula el módulo de una rueda dentada si tiene 50 dientes y un radio primitivo de 90 mm. 3. Si dos ruedas dentadas engranan, ¿tienen el mismo paso? Explícalo. 4. Demuestra que si dos ruedas dentadas tienen el mismo paso, también tienen el mismo módulo. 5. ¿Cómo extraerías un espárrago que no se desenrosca bien? 6. ¿Cuáles son las medidas nominales que caracterizan a cada una de las piezas siguientes? Si tuvieras que pedir una pieza de estas, ¿qué medida le darías al almacenista? Tornillo; tuerca; arandela; anillos seegers para ejes y agujeros; arandelas de retención; anillos de retención; tornillos prisioneros; pasadores; abrazaderas; casquillos elásticos; ejes ranurados; retenes; fuelles o guardapolvos; rodamientos 7. ¿Qué tipo de correa trapezial deberíamos emplear en una transmisión, donde la polea menor gira a 2.500 rpm y la potencia a transmitir es de 5,88 kW? ¿Y para 300 rpm y 20 CV? 8. ¿Qué diferencia hay entre una junta homocinética y no homocinética? ¿Cuáles conoces de un tipo u otro? 9. ¿Dónde encontrarías juntas elásticas en un vehículo? 10. ¿Dónde encontrarías juntas homocinéticas en un vehículo? ¿De qué tipo son? 11. Cambia a m/seg las siguientes velocidades: 23 km/h; 245 m/min; 23.400 m/h; 90 km/h; 346 m/min. 12. Sabemos que el tractor de la figura 1.106 se mueve en línea recta a 35 km/h. Calcula la velocidad angular de las ruedas delanteras y traseras.

v = 35 (km/h)

3,6 m

Ø 80 cm

Ø 150 cm

Ø 150 cm

Ø 80 cm a

Figura 1.106. Radio de giro (actividad 12).

C.I.R. 2,1 m Ry = 15 m


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13. Si el mismo tractor coge una curva de radio de giro de 15 metros y la rueda delantera izquierda gira a las mismas revoluciones que en el ejercicio anterior, calcula las revoluciones a las que giran las demás ruedas. (Sabemos que la velocidad a la que se desplaza el tractor es la media de la velocidad lineal de las cuatro ruedas).

1,5 m

90

cm

14. En la bicicleta de la figura 1.107 la rueda trasera gira a 200 rev/min. Calcula la velocidad a la que gira la rueda delantera, así como la velocidad a la que se desplaza la bicicleta.

90 cm

C.I.R.

a

20 m


b = 4,2 m

15. En el vehículo de la figura 1.108 la rueda delantera izquierda gira a 350 rev/min. Calcula la velocidad con que giran las demás ruedas y la velocidad a la que se desplaza el vehículo.

Ø = 55 cm

V = 2,1 m

R4 = 18 m

a



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ACTIVIDADES FINALES (cont.) 16. Para tensar un cable utilizamos un tornillo tensor como el de la figura 1.109. Se trata de dos tornillos, uno a derecha y otro a izquierda, de tal manera que ambos se enroscan o desenroscan al mismo tiempo. Considerando que el paso de rosca es de 1 mm, calcula con qué velocidad contraemos el cable si lo hacemos girar a una velocidad media de 25 rev/min.

Rosca derecha

a

Rosca izquierda

Figura 1.109. Tornillo tensor.

17. Pasa a CV las siguientes potencias: 18.000 W; 6 kW; 358 kgf · m/s 18. Un motor alternativo desarrolla una potencia de 120 CV a 5.500 rev/min. Calcula el par que transmite en kgf · m. 19. Si el motor del ejercicio anterior transmite un par de 110 kgf · m a 4.400 rev/min, ¿qué potencia desarrolla a este régimen? 20. El motor anterior tira del vehículo de 1.200 kg de masa a una velocidad de 70 km/h con una relación en el cambio tal que el motor gira a 5.500 rev/min y desarrolla la potencia máxima de 120 CV. Por otra parte, a esa velocidad la resistencia aerodinámica es de 50 kgf y la de rodadura de 26 kgf. Calcula: a) La fuerza con la que tira el motor del vehículo. b) La aceleración o reprís del vehículo en esas condiciones. 21. Un motor capaz de desarrollar una potencia máxima de 115 CV a 5.200 rev/min está acoplado a un vehículo con ruedas de 45 cm de diámetro, con la caja de cambios simplificada y el grupo cónico-reductor de la figura 1.110. Calcula: a) El par que desarrolla el motor.

1

3

5

7

Del motor C1

b) La velocidad máxima y la mínima alcanzadas por el vehículo (para el régimen de 5.200 rev/min).

9

c) El par máximo y el mínimo transmitidos a las ruedas.

2

d) Las fuerzas de impulsión máxima y mínima. e) La potencia de salida o resistente para los dos casos anteriores.

a

4

6

8

A las ruedas

Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10

= 15 = 45 = 20 = 40 = 25 = 35 = 30 = 30 = 15 = 60

10

Figura 1.110. Tren de engranajes.

22. Clasifica los siguientes elementos, según el esfuerzo principal al que están sometidos: remache, árbol de transmisión, pasadores, broca de taladro, viga de la construcción, destornillador, chaveta, cadena, pasador o rodillo de cadena, columna de la construcción, correa, cable, manivela, cuerda, bulón. 23. Los elementos enumerados en la actividad anterior, ¿cómo crees que se romperían, por fatiga o por rotura? Razona la respuesta.


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EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS Resuelve en tu cuaderno o bloc de notas

1. Un tornillo de cabeza hexagonal es un elemento: a) Estructural. b) De unión. c) De impermeabilización. d) De seguridad.

7. Para que dos ruedas engranen una con otra, es necesario que las dos tengan: a) El mismo módulo. b) El mismo número de dientes. c) El mismo diámetro primitivo. d) El mismo diámetro exterior.

2. Las arandelas grower, ¿de qué material están fabricadas? a) Cobre. b) Acero común. c) Aluminio. d) Acero elástico.

8. En el movimiento angular de un coche tomando una curva a la derecha, ¿qué rueda es la que tiene menor velocidad angular? a) Todas igual. b) Las dos del lado izquierdo. c) La delantera derecha. d) La trasera derecha.

3. Las uniones elásticas o silentblocs utilizan un vínculo intermedio flexible, ¿qué material se utiliza? a) Caucho o goma. b) Madera. c) Aleación de hierro. d) Amianto. 4. En las articulaciones de rótula siempre está presente: a) Una unión esférica. b) Una unión guiada de cola de milano. c) Una unión con soldadura. d) Todas las anteriores. 5. En la fabricación de cojinetes se utiliza material antifricción, ¿qué propiedad lo hace aconsejable? a) La resistencia al desgaste. b) La dureza. c) La resistencia a la tracción. d) El coeficiente de dilatación. 6. Si tenemos un rodamiento cuya denominación es 32203 ZZ, ¿qué significado tienen las ZZ? a) Que el elemento rodante son agujas. b) Que dispone de dos protecciones, una a cada lado del rodamiento. c) Que soporta perfectamente los esfuerzos axiales. d) Ninguna de las anteriores es correcta.

9. En un conjunto de piñón y ruedas dentadas que engranan entre sí, ¿cómo son las velocidades lineales de sus circunferencias primitivas? a) Mayor la del piñón. b) Mayor la de la rueda. c) Iguales las dos. d) Ninguna de las anteriores. 10. Si una pieza se parte con una carga muy inferior a la carga de rotura, cuando está sometida a esfuerzos variables, diremos que se ha roto por: a) Tracción. b) Torsión. c) Compresión. d) Fatiga. 11. Tenemos dos volantes de dirección, uno tiene el doble de diámetro que el otro. El esfuerzo que tenemos que hacer en el pequeño para producir el mismo momento o par será: a) Igual. b) Menor. c) Mayor. d) El doble. 12. ¿Cuál es la unidad de potencia en el S.I.? a) Vatio. b) CV. c) HP. d) kgf · m.


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PRÁCTICA PROFESIONAL HERRAMIENTAS

Sustitución de un rodamiento

• Prensa y extractores de rodamientos • Juego de alicates • Juego de llaves

OBJETIVOS

• Tubos de diferentes diámetros y longitudes

Practicar el desmontaje y montaje de rodamientos, utilizando los útiles apropiados y cumpliendo las normas de seguridad.

• Plancha eléctrica (placa de calentamiento)

PRECAUCIONES

• Aceitera

• No golpear directamente sobre las pistas de los rodamientos.

MATERIAL

• Utilizar equipo de seguridad individual.

• Mangueta de un vehículo

ACONSEJADO

PROHIBIDO

PRENSA

MONTAJE

Tubo apoyando sobre el anillo interior

Rotura escamas grietas en Punzón de bronce los anillos

Arandela gruesa apoyando sobre los 2 anillos

ACONSEJADO MONTAJE EN CALIENTE (80° A 90°)

Jaula deformada bolas dañadas

Tubo apoyando sobre el anillo exterior

PRENSA Tubo

MONTAJE EN FRÍO

Huellas de las bolas en las pistas

Tubo

Virutas en los rodamientos PROHIBIDO

Cuña

Mechero 80° a 90° Dilatación del anillo interior Aceite limpio

Revenido del acero y pérdida de la dureza COEFICIENTE DE DILATACIÓN DEL ACERO

100 C6:

11,9 . 10–6

Soporte aislante

Hornillo

Dilatación de todo el rodamiento Placa eléctrica con termostato regulada entre 80° y 90°

Ej.: un anillo interior del rodamiento de ø interior 40 mm se dilata, para 60° de: 40 x 11,9 x 10–6 x 60 = 3/100 mm Montaje k5: apriete medio 1,15/100 Juego de montaje 3/100 – 1,15/100 = 2/100

Eje

Nitrógeno líquido -196°

Con el frío el eje se contrae y permite la colocación del rodamiento Diámetro del eje a baja temperatura


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HERRAMIENTAS

Sustitución de una correa de servicios

• Equipo individual de herramientas • Equipo de aire comprimido • Tensiómetro

OBJETIVOS

MATERIAL

Saber realizar la sustitución y comprobación de las correas utilizadas en la transmisión de movimientos de los vehículos, utilizando los útiles de bloqueo, tensado y herramientas adecuadas, y cumpliendo las normas de seguridad.

• Vehículo a motor equipado con correas de servicio y distribución • Kit o conjunto de sustitución

PRECAUCIONES

• Documentación técnica

• No realizar tareas con el motor en funcionamiento.

• Manual de reparación

• Antes de desconectar el cable de masa de la batería, comprobar si el vehículo tiene montada una radio codificada. Si la tiene, asegurarse de que el propietario tenga constancia del código o que el aparato esté conectado a una fuente de alimentación auxiliar o protector de memoria. • Antes de comenzar el trabajo, desconectar siempre la conexión a masa de la batería. • Girar siempre el motor en el sentido de rotación normal a menos que se especifique lo contrario. • Cuando se gira el motor manualmente, hay que asegurarse de que no queden atrapados manos o dedos entre la correa y la polea o tensores. • Seguir las instrucciones de limpieza recomendadas por el fabricante. No se deben utilizar líquidos limpiadores sobre las correas, poleas, piñones o rodillos. • Respetar los intervalos de tiempo para la sustitución y procedimientos de reemplazo. • Mantener en su embalaje los materiales y piezas hasta que se necesiten. Almacenarlos en un ambiente sin humedad, buena temperatura y libre de contaminación de polvo, aceite y refrigerante. • Utilizar las herramientas adecuadas y en buen estado.

DESARROLLO 1. Realizar el desmontaje de las protecciones para acceder a la misma. 2. Efectuar el destensado y posterior desmontaje (véase la figura 1.111). 3. Realizar un examen visual de la correa, que nos indicará las condiciones de funcionamiento. La correa no debe presentar muestras de manchas de aceite, refrigerante, grietas, ni faltas de material, síntomas de rotura o de deshilachado (véase la figura 1.112).

a

Figura 1.112. Inspección visual.

a

Figura 1.111.


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PRÁCTICA PROFESIONAL 2 (cont.) 4. Antes de colocar una correa nueva, hay que asegurarse de que las poleas de transmisión están limpias y libres de daño o posible desgaste. Asegurarse de que la correa de repuesto tenga un perfil de dientes correcto e idéntico al retirado; en caso de ser distinto no es intercambiable. No torcer la correa de manera forzada, volver del revés o doblarla con un radio inferior a 25 mm. 5. Asegurarse de que las poleas giran libremente y están correctamente alineadas (véase la figura 1.113). 6. Comprobar el funcionamiento libre de los mecanismos anexos tales como la bomba de agua, la bomba de aceite y el eje equilibrador. Comprobar el funcionamiento libre del rodillo tensor (véase la figura 1.114) y del rodillo guía.

Desalineación angular a

Desalineación paralela

Desalineación angular y paralela

Figura 1.113. Desalineado de correas.

a

Figura 1.114. Rodillo tensor.

7. Respetar las flechas indicadoras de dirección y marcas sobre la superficie exterior para la colocación. En caso de utilizar la correa usada, antes de desmontarla, marcar siempre la correa con la dirección original de funcionamiento (véase la figura 1.115).

a

Figura 1.115.

8. Ajustar la tensión preescrita. Cuando la correa de tipo V se gasta mucho, la base de la V puede tocar la garganta de la polea, evitando que los costados de la correa hagan buen contacto lateral con la polea (véase la figura 1.116). Esto reduce la fricción y es causa de resbalamiento; una correa gastada que comienza a tocar fondo se debe reemplazar. Cuando la correa en multi-V controla varios componentes, los tensores se utilizan para guiar la correa y mantener la tensión en toda la longitud de la misma. El perfil del tensor se caracteriza en estos casos por una o más pestañas.

a

Figura 1.117. Tensado.

a

Posición correcta a

Posición incorrecta

Figura 1.116. Garganta.

Figura 1.118. Comprobación de tensado.


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El tensado se consigue actuando sobre el tensor de la correa (véase la figura 1.117). El control de la tensión de la correa se puede realizar de las formas siguientes: A) Visual, de tal manera que la correa pueda retorcerse manualmente 90º (véase la figura 1.118). Esta forma es orientativa y no está recomendada por ningún fabricante. B) Colocando el útil y midiendo la flecha, que debe coincidir con la prescrita por el fabricante (véase la figura 1.119). C) Midiendo la frecuencia (véase la figura 1.120). Para ello, se acerca el sensor a la correa y con un pequeño impacto se hace vibrar, cuanto más tensada se encuentre mayor frecuencia emitirá. Ajustar la tensión a la frecuencia con la prescrita por el fabricante.

a

Figura 1.119. Correa.

a

Figura 1.120. Comprobación de tensado.

9. No ejercer palanca ni forzar la correa en sus poleas o piñones. Respetar todos los pares de apriete. 10. Una vez ajustada la tensión, girar el motor manualmente dos vueltas accionando sobre la tuerca del cigüeñal (véase la figura 1.121) y verificar que el montaje y el tensado han sido correctos (véase la figura 1.122).

a

Figura 1.121. Giro de motor.

a Figura 1.122.

Comprobación de que la tensión es correcta.


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MUNDO TÉCNICO ¿Es mejor la distribución por correa o por cadena? 8 de septiembre, 2009 A nivel particular cada uno puede tener sus propias preferencias en este sentido, pero a nivel general y respondiendo a la pregunta que nos plantea un buen amigo, debéis saber que la mejor distribución es sin duda alguna por cadena. Hasta no hace mucho tiempo este tipo de distribución tenía la peculiaridad de que emitía un pequeño ruido en todo momento, hoy día son totalmente silenciosas. No obstante, en muchas ocasiones no se trata de poder elegir el tipo de distribución a la hora de comprar un coche nuevo, ya que esto siempre va unido al tipo de modelo en cuestión, y hoy día los coches que disponen de distribución por cadena no siempre están al alcance de todo el mundo. Por otro lado, como ya sabéis, la forma más usual de llevar el movimiento del cigüeñal hasta los árboles de levas que manejan la distribución es una correa dentada, que podemos destacar de entre sus ventajas que aparte de que su funcionamiento es silencioso, su coste de producción es bastante barato, pero no debemos olvidar que la duración de su vida está de alguna forma contada, por lo que necesitará sustitución cada cierto tiempo. Hay quien asegura que este tipo de correas pueden alcanzar de media 150.000 km, nosotros no aconsejamos para nada que se realicen estos kilómetros con este tipo de correas, de hecho en cualquier taller siempre os aconsejarán que la sustituyáis a partir de los 60, 70 o como mucho 80 mil kilómetros, intentar prolongar más la vida de este tipo de correas quizás nos pueda acarrear una reparación realmente importante y cuantiosa. La otra alternativa son las cadenas, que como sabéis son motores con cascadas de piñones, engranajes

que suceden para alcanzar desde la parte baja del motor a la culata, son hoy por decirlo de alguna manera marginales, ya que tienen menos posibilidades de romperse, y correctamente tensadas no provocan rozaduras en el motor y pueden perfectamente durar la vida completa del coche, y como ya hemos comentado antes, hoy día son considerablemente silenciosas. http://cocheslujo.net/author/adrian/page/11


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EN RESUMEN FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS Y MECANISMOS

Funciones mecánicas elementales

ESTRUCTURAL DE UNIÓN • Rígida permanente • Rígida desmontable • Elástica o silenblocs • Móvil DE ESTANQUEIDAD • Junta de estanqueidad • Obturadores • Fuelles o guardapolvos

Elementos de guiado y apoyo Movimientos

Mecanismos de transmisión

COJINETES DE DESLIZAMIENTO

ENGRANAJES CORREAS Y POLEAS

COJINETES DE RODADURA O RODAMIENTOS

CADENAS

LINEAL

HUSILLO

ANGULAR

ACOPLAMIENTO DE ÁRBOLES

COMPUESTO

PALANCAS

entra en internet 1. En las siguientes direcciones puedes encontrar cuanto precises sobre cojinetes: • http://www.es.schaeffler.com • http://www.fersa.com • http://www.e-cojinetes.com • http://www.skf.com

2. En esta página puedes encontrar innovaciones y archivos tecnológicos sobre los engranajes: • http://www.engranajesjuaristi.com 3. Busca en la siguiente dirección catálogos, noticias, notas de prensa y eventos sobre transmisión del movimiento: • http://www.transmisiones.com


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Unidad 4

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Leyes de hidráulica y neumática

vamos a conocer... 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática PRÁCTICA PROFESIONAL Realización de medidas de densidad, presión relativa y absoluta, caudal, vacío (depresión), temperaturas, etc. MUNDO TÉCNICO Experiencia de Torricelli

y al finalizar esta unidad... Establecerás equivalencias entre los múltiplos y submúltiplos del sistema métrico decimal. Analizarás las distintas magnitudes empleadas en los fluidos. Establecerás las diferencias entre densidad, viscosidad, presión absoluta y relativa. Determinarás la relación que existe entre estas magnitudes, con las distintas leyes que rigen a los fluidos. Resolverás ejercicios con cálculos de presión, caudal, potencia, pérdida de carga, etc.


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CASO PRÁCTICO INICIAL situación de partida Miguel trabaja como profesional en una empresa dedicada al mantenimiento y reparación de vehículos autopropulsados. Los trabajos que tiene que realizar implican: • Aplicar las leyes de hidráulica y neumática. • Determinar la relación que existe entre estas magnitudes con las distintas leyes que rigen a los fluidos. • Resolver ejercicios con cálculos de presión, caudal, potencia, pérdida de carga, etc. • Diseñar instalaciones neumáticas. • Realizar las comprobaciones: densidad, velocidad, pérdidas, etc.

Estos equipos como elevadores, grúas, gatos, prensas, etc., destinados a ayudar y hacer el trabajo más cómodo en la reparación de los vehículos, necesitan un mantenimiento. Para hacerlo de forma correcta, es necesario conocer su funcionamiento y tecnología. Para realizar estas tareas de mantenimiento, es necesario conocer los conceptos en los que están basados, para ello seguiremos este procedimiento: • Comprobar temperaturas y densidades. • Medir depresiones, presiones relativas y absolutas.

• Obtener la caída de presión en las instalaciones montadas, mediante ábacos y tablas.

• Verificar caudales.

Llegan a la empresa vehículos para efectuar reparaciones, en muchos casos hay que intervenir por la parte baja del vehículo planteándose la necesidad de elevarlos, y en otras, hay que desmontar elementos de un peso elevado. Para ello es necesario disponer de equipos y útiles. También llegan embalajes de recambios de gran peso que hay que transportar, por tanto, se plantea el problema: como elevar un gran peso realizando un pequeño esfuerzo.

• Determinar pérdidas de carga en las instalaciones y equipos de aire comprimido.

• Sustituir lubricantes con la densidad requerida en cada caso.

• Utilizar equipos de medidas. Por último, es necesario verificar el funcionamiento correcto mediante la realización de medidas de: densidad, presión relativa y absoluta, caudal, vacío y temperaturas.

estudio del caso Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial. 1. ¿Qué es la presión?

4. ¿Qué es el principio de continuidad?

2. ¿Qué es el caudal?

5. ¿Qué es el principio de Pascal?

3. ¿Qué es la potencia?


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1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática saber más Sistema métrico decimal Para pasar de cualquier unidad de longitud a otra menor tenemos que añadirle tantos ceros como escalones bajemos y para pasar a otra mayor tenemos que correr, a la izquierda, la coma tantos espacios como escalones subamos. Para pasar unidades de superficie (longitud al cuadrado), haremos lo mismo pero añadiendo o corriendo la coma el doble de veces. Para unidades de volumen (longitud al cubo) lo mismo pero el triple de veces. km

En este punto estudiaremos las magnitudes que influyen en los fluidos, así como las distintas unidades que se emplean en medirlas y la relación entre estas.

EJEMPLO El volumen del recipiente El volumen de un recipiente es una característica de este que podemos medir. Para medirlo comparamos su volumen con el número de litros que puede contener. En este caso hemos utilizado el litro como unidad. Por todo ello, deducimos que el volumen es una magnitud física y el litro una unidad de esta.

1.1. Densidad Se llama densidad de un cuerpo a la masa que dicho cuerpo tiene por unidad de volumen.

hm dam m dm cm mm a

Como sabemos, magnitudes son todas aquellas características que podemos medir, para lo cual las comparamos con una cantidad, a la que llamamos unidad.

Figura 2.1.

Un cuerpo de masa m kilogramos y volumen V litros tiene una densidad cuyo valor es: d = m (kg/litro) V La densidad se mide generalmente en: kg/m3 o kg/L

1.2. Viscosidad saber más Sistema anglosajón 1” pulgada = 25,4 mm Para pasar de pulgadas a milímetros, multiplicaremos por 25,4 mm/pulgada. Para pasar de milímetros a pulgadas, dividiremos entre 25,4 mm/pulgada.

La viscosidad es una propiedad de los fluidos, que se define como la resistencia que ofrecen las moléculas que configuran el fluido al deslizarse unas sobre otras. Cuanto mayor es la viscosidad de un líquido, mayor es también la resistencia que este presenta al fluir. La viscosidad se mide con un viscosímetro, que consiste en un sencillo tubo, terminado en un orificio calibrado, a través del cual se deja escurrir el líquido de prueba. Según el tipo de viscosímetro que empleemos tenemos distintas unidades de viscosidad. El viscosímetro Engler es el más utilizado por los fabricantes de aceites, sobre todo europeos. Consiste en un recipiente de 200 cc de capacidad en el cual se introduce el aceite a ensayar, se le hace alcanzar la temperatura correcta y se le deja entonces escurrir totalmente, a través de una abertura inferior cuidadosamente calibrada. El tiempo de escurrimiento se divide por el que emplean, en el mismo tipo de ensayo y en el mismo aparato, 200 cc de agua. El cociente se expresa en grados Engler. Si la viscosidad es demasiado alta, aumenta la fricción; y en caso contrario, si la viscosidad es demasiado baja, aumentan las fugas internas al perder el efecto de sellado, lo que hace disminuir la eficacia de la bomba y aumentar las temperaturas.


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En 1950, la Sociedad de Ingenieros Automovilistas (SAE), de Estados Unidos, estableció una escala de viscosidades. La mayoría de los fabricantes de aceites se ciñen a ella. Los aceites se designan por las siglas SAE seguidas de un número: 10, 20, 30, 40, 50, 60 o 70. A medida que el número es mayor el aceite es más viscoso. En hidráulica utilizaremos normalmente un SAE 10 o SAE 10W40 hidráulico. Y para engrasar, en neumática, emplearemos un SAE 10.

Obturador

Aceite

Agua Marca del nivel

Se define presión como la relación o cociente entre la fuerza y la superficie sobre la que actúa la misma: p= F S

Tobera calibrada Probeta Volumen de la probeta 200 cm3

a

1.3. Presión

Termómetro

Figura 2.2. Viscosímetro Engler.

caso práctico inicial Aquí se define el término presión.

Según el sistema de unidades empleado al valorar la fuerza, tenemos las siguientes unidades de presión: • Sistema Técnico: 1 kgf/cm2

saber más

• Sistema Internacional: 1 N/m2 =1 Pa Así pues, un fluido sometido a la presión de un pascal y en contacto con una superficie plana ejerce sobre cada m2 de dicha superficie una fuerza de 1 N.

1 kgf = 9,81 N 1kgf/cm2 = 105 N/m2 = 105 Pa

EJEMPLO Dada la figura siguiente, si el émbolo soporta un peso de 200 kgf, calcula la presión que soporta el líquido del cilindro. Solución Si nos centramos en el conjunto pistón-peso vemos que sobre este actúa la fuerza de la gravedad con que la Tierra atrae el peso hacia abajo, F1, que será igual a la fuerza con que el líquido empuja al pistón hacia arriba, F2. Al no moverse el peso: F1 – F2 = 0

200 kgf – F2 = 0

m = 200 kg F1

F2 = 200 kgf

Ø = 0,1 m

Por tanto, el líquido empuja hacia arriba al émbolo con una fuerza de 200 kgf uniformemente repartida por toda la superficie S del pistón en contacto con el líquido.

F2

Como sabemos: ¿p ?

F p= S a

Figura 2.3.

2 π · Ø2 = 3,14 · 0,1 = 0,00785 m2 S= 4 4

p=

200 kgf kgf 25.477 kgf = 25.477 (kgf/m2) = = 2,54 0,00785 m2 cm2 10.000 cm2

Lo que quiere decir que la fuerza que ejerce el líquido por cada cm2 de superficie del pistón es de 2,54 kgf.


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ACTIVIDADES 1. ¿Sabes cuál es la densidad del agua? 2. Clasifica de más a menos densos: el aire, el agua y el aceite. 3. Pasa a kg/litro las siguientes densidades: 1.000 kg/m3; 1.000.000 kg/dam3; 1.000.000 kg/hm3 4. Pasa a kg/m3 las siguientes densidades: 1 kg/dm3; 1.000 kg/cm3; 10.000 kg/mm3 5. Sabemos que el agua tiene más densidad que el aceite, ¿ocurre lo mismo para la viscosidad? 6. Calcula la presión que soporta el fluido en los siguientes casos. Exprésala en pascales y en kgf/cm2. P1 = 100 kgf

Ø1 = 10 cm

¿P1?

a

P3 = 1.000 kgf

P2 = 500 kgf

Ø2 = 15 cm

¿P2?

Ø3 = 20 cm

¿P3?

Figura 2.4. Émbolos.

7. Si la presión que soporta el fluido, en los casos anteriores, es de p1 = 200.000 kgf/m2; p2 = 5.000.000 N/m2 y p3 = 10.000 N/m2, respectivamente. Calcula el peso que sostienen en cada caso.

Presión atmosférica 1 cm

Como todos sabemos, la Tierra se halla envuelta de una masa de aire, a la que llamamos atmósfera.

La columna pesa 1,03 kg al nivel del mar. Luego la presión atmosférica es de 1,03 kg/cm2

Pues bien, toda esa masa de aire, en la que estamos sumergidos, ejerce una presión sobre la superficie de la tierra y el mar, debida a su propio peso.

2

Una columna de aire de 1 cm2 de sección y tan alta como la atmósfera

A 25 °C y al nivel del mar, la presión atmosférica vale 1,033 kg/cm2. La presión atmosférica varía con la altitud. Está claro que a alturas elevadas, al haber menos longitud de columna de aire, el peso del aire que hay por encima será menor, pues hay menos cantidad, y por tanto, la presión será menor. La atmósfera técnica y el bar

a Figura 2.5. La presión atmosférica.

Si expresamos la presión atmosférica en kgf/m2 o N/m2, obtenemos números muy grandes, que nos complicarían notablemente los cálculos. Por todo ello, en la práctica se utilizan múltiplos de estos, como son: • El kgf/cm2, al que llamamos la atmósfera técnica: 1 atmósfera técnica = 1 kgf/cm2

saber más Unidades de presión La presión de los ventiladores se mide en mm cda y la de las bombas en m cda. cda: columna de agua.

• El bar, que equivale a 100.000 pascales: 1 bar = 100.000 pascales Por otra parte, 1 bar es prácticamente igual a 1 kgf/cm2. A partir de ahora consideraremos el bar igual al kgf/cm2. 1 bar = 1 kg/cm2 = 1 atmósfera técnica


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Propiedades de la presión en los fluidos Entre las propiedades de la presión en los fluidos podemos enumerar: 1. La presión en todos los puntos de un mismo plano horizontal es la misma. 2. En un fluido en reposo, la fuerza debida a la presión es perpendicular a la superficie de contacto y hacia fuera. 3. Los fluidos solo trabajan a compresión. ¿Cómo se mide la presión atmosférica? La primera medición de la presión atmosférica se le atribuye al físico italiano Torricelli, basándose en el siguiente hecho: Consideremos un tubo abierto por los dos extremos y que contenga mercurio. Las presiones en los puntos C y D debidas al peso del mercurio son iguales, pues están en el mismo plano horizontal. En los puntos A y B la presión debida al peso del mercurio es cero porque están en la superficie del líquido. La única presión en esos puntos es debida al peso del aire, es decir, la misma, por la misma propiedad anterior. Tomemos un tubo cerrado por un extremo, de 1 metro de longitud y 1 cm de sección, lleno de mercurio y un recipiente también con mercurio.

A

C

Introducimos el tubo lleno de mercurio boca abajo en el recipiente y observamos que el mercurio del tubo baja un poco. La única presión en el punto A es debida al peso del aire, es decir, la atmosférica.

B

0,5 m

2

0,5 m

A continuación, desarrollamos un experimento con relación a este punto.

a

D

Figura 2.6. E. Torricelli.

pA = pATMOSFÉRICA (que en principio desconocemos). Las presiones en los puntos A y B serán iguales (están en el mismo plano horizontal). pA = pB Observa que, al estar el tubo cerrado por su parte superior, el peso del aire no actúa sobre el punto B y al mismo tiempo en la parte superior del tubo no hay aire, sino vacío. Para conocer la presión en el punto B, necesitamos conocer el peso del mercurio contenido en el tubo. Para ello tenemos: • Densidad del mercurio: d = 13,6 g/cm3 Por tanto, la masa de la columna de mercurio vale: 1m

m = d · V = 13,6 g/cm3 · 76 cm3 = 1.033,6 g = 1,033 kg

1 cm2 B

A

D

C

0,5 m

que al estar en el campo gravitatorio terrestre, tiene un peso de 1,033 kgf.

760 mm

• Volumen de la columna: V = 1 cm2 · 76 cm = 76 cm3

De la fórmula de la presión, nos queda: pB = F = 1,033 kgf/1cm2 = 1,033 kgf/cm2 S

a

Figura 2.7. E. Torricelli.


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Y, como vimos anteriormente: pB = pA = pATMOSFÉRICA = 1,033 kgf/cm2 La presión atmosférica, a nivel del mar, es 1 atmósfera y equivale al peso de una columna de mercurio de 760 milímetros. Otra unidad de presión es el mm de mercurio (mmHg), empleada para medir pequeñas presiones. 760 mmHg = 1 atmósfera EQUIVALENCIAS DE UNIDADES DE PRESIÓN kg/cm2

Presión Pascal

atm -5

psi -5

psf -5

Pascal -5

10

0,981 · 10

0,9678 · 10

14,22 · 10

2,045 · 10

1

1

0,981

0,9678

14,22

2.048

105

1 bar

1,019

1

0,987

14,50

2.088

1,0193 · 105

1 atmósfera

1,033

1,013

1

14,70

2.116

1,0332 · 105

0,07031

0,06896

0,06804

1

144

0,0703 · 105

48,826 · 10-5

47,888 · 10-5

47,26 · 10-5

69,44 · 10-4

1

47,876· 105

2

1 kg/cm

1 libra por pulgada cuadrada 1 libra por pie cuadrado a

bar

-5

Tabla 2.1.

EJEMPLO Los dos recipientes de la figura (de distinta sección) contienen petróleo, cuya densidad es 800 kg/m3. Calcula: a) La fuerza que soporta el fondo para cada uno de los casos.

3m

b) La presión que ejerce el petróleo en el fondo para cada uno de los casos. 5

2,

Solución a) La fuerza que soporta el fondo será el peso de las columnas de petróleo en cada caso.

3m Recipiente A a

m

3m 2

m

1m Recipiente B

Figura 2.8.

kg · 3 m · 2,5 m · 3 m = 18.000 kg m3

mA = d · VA = 800

FA = mA · g = 18.000 kg · 9,81 mB = d · VB = 800

m = 176.580 N s2

kg · 1 m · 2 m · 3 m = 4.800 kg m3

FB = mB · g = 4.800 kg · 9,81

m = 47.088 N s2

b) Para calcular la presión, sabemos que:

u u d·S ·h uS u

pA =

FA m g d · VA · g kg m = A = = d · SA · hA · g = d · hA · g = 800 3 · 3 m · 9,81 2 = 23.544 N/m2 m SA SA SA s SA

pB =

FB m g d · VB · g = B = = SB SB SB

B

B

·g

= d · hB · g = 800

B

kg m · 3 m · 9,81 2 = 23.544 N/m2 m3 s

De todo ello, sacamos que la presión no depende del fondo del líquido, sino de la profundidad y su densidad y de la gravedad. p=d·h·g


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Limitaciones en la aspiración de líquidos Supongamos que en el extremo superior del tubo de la figura 2.7, de 1 metro de longitud, colocamos una bomba aspirante muy potente y la hacemos funcionar. La bomba hace vacío y el mercurio empieza a subir, hasta que se hace el vacío total y el mercurio llega a los 760 mm. Cuando la presión de la columna de mercurio se iguala a la atmosférica local, es porque se ha hecho el vacío total, por lo que el mercurio dejará de subir. Con todo ello, a nivel del mar, no podemos aspirar mercurio en un desnivel mayor de 760 mm. La fuerza que hace subir al mercurio es el empuje de la presión de la columna de aire que está en la parte baja del tubo, punto B, y no la tracción del aire que extraemos con la bomba, según la tercera propiedad de la presión expresada anteriormente. Presiones absolutas y relativas En las mediciones de presión se ha de diferenciar entre presión absoluta o barométrica y presión relativa o manométrica, según donde situemos el cero en la escala. La presión absoluta se mide con relación al vacío y la presión relativa se mide con relación a la presión atmosférica local. En neumática e hidráulica se utilizan siempre valores de presión relativa, es decir, presiones por encima de la atmosférica del lugar en que se efectúa la medición. Se define como depresión (presión relativa negativa) a la diferencia entre el valor de la presión atmosférica y la presión absoluta, cuando esta es menor que la atmosférica.

Depresión

Presión atmosférica (p0)

Presión absoluta

(pr)

Presión relativa

(pABS) = p0 + pr

Cero absoluto a

Figura 2.9. Escalas de presión.

EJEMPLO Un fluido empuja al émbolo de la figura con una presión absoluta pABS = 6,033 kgf/cm2 a 3.000 metros de altitud, donde la presión atmosférica es p0 = 0,714 kgf/cm2. Calcula: a) La presión relativa del fluido. b) La fuerza con la que empuja al émbolo.


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Solución

¿F ? p0 = 0,714 kg/cm

a) Como sabemos: pABS = pO + pr → pr = pABS – pO

2

Puesto que la presión atmosférica pO varía según la altitud y condiciones meteorológicas, también variará la presión relativa pr para una misma presión absoluta.

Ø = 6 cm pABS = 6,033 kg/cm2

pr = 6,033 kgf/cm2 – 0,714 kgf/cm2 = 5,319 kgf/cm2

¿pr?

b) Para calcular la fuerza con la que empuja el émbolo, tenemos que considerar la presión que soporta este por cada una de sus caras:

A 3.000 metros de altitud a

Donde nos queda que la fuerza que actúa por cada una de las caras será:

Figura 2.10. Émbolo.

F = pABS · S F’ = p0 · S

p0 = 0,714 kg/cm2

La resultante de estas fuerzas será: FTOTAL = F – F’ = pABS · S – p0 · S Si sacamos como factor común la S. FTOTAL = ( pABS – p0) · S

pABS = 6,033 (kg/cm2) A 3.000 metros de altitud a

Como vemos, lo que hay dentro del paréntesis es la pr, y nos queda:

Figura 2.11. Presiones.

FTOTAL = pr · S A la hora de calcular la fuerza que ejerce un pistón, es suficiente con conocer la presión relativa, puesto que de utilizar la absoluta tendríamos que conocer la presión atmosférica en cada caso concreto.

F’

F A 300 metros de altitud a

Por todo ello, tanto en hidráulica como neumática, siempre se utilizarán manómetros para medir la presión relativa, que es la que nosotros emplearemos siempre.

Figura 2.12. Fuerzas.

ACTIVIDADES 8. Pasa a kgf/m 2 y N/m 2 la presión atmosférica que, como sabemos, vale 1,033 kgf/cm2. 9. Expresa la presión de 1 bar, que equivale a 100.000 pascales, en kgf/cm2. h

1

a

2

3

4

10. Con el dibujo de la figura 2.13, explica si la presión en todos los puntos de un mismo plano horizontal es la misma. ¿En qué propiedad te basas?

5

Figura 2.13. Vasos comunicantes.

11. Con el dibujo de la figura 2.14, ¿cuál será el sentido de la presión del líquido sobre el fondo? Razona la respuesta. 12. ¿Cuál sería la altura de la columna de mercurio si utilizáramos un tubo de 2 cm2 de sección? ¿Y si el tubo fuera de 15 cm2 de sección? ¿Depende la altura de la columna de la sección del tubo elegido?

F

F

F

F F a

13. Pasa la presión de las siguientes columnas de mercurio a kg/cm2: F

Figura 2.14. Recipiente.

748 mmHg

770 mmHg

760 mmHg


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14. Calcula la altura de una columna de agua cuya presión sea de una atmósfera. 15. ¿Cuál sería el desnivel máximo al que podríamos elevar agua por aspiración al nivel del mar? Razona la respuesta. 16. ¿Cómo se extrae el agua en perforaciones con una profundidad mayor de 10 metros? ¿Con una bomba aspirante o una impelente (sumergida)? Razona la respuesta. 17. ¿Cómo se extrae el petróleo a kilómetros de profundidad? Investiga la respuesta. 18. ¿Qué medimos con un barómetro? ¿Y con un manómetro? 19. ¿Qué presión consideraste cuando hiciste los ejercicios de las figuras 2.3 y 2.4? Razona la respuesta.

1.4. Caudal Se define como caudal a la cantidad de fluido que pasa por la sección de un conducto en la unidad de tiempo. Esta cantidad de fluido puede ser expresada en masa o en volumen, debiendo distinguir el caudal másico o el caudal volumétrico.

caso práctico inicial Definición de caudal.

• El caudal másico, Cm, se expresa en kg/s. • El caudal volumétrico, Cv, en m3/s, aunque otras veces se emplea el litro/minuto o el m3/h. Para pasar de un tipo de caudal a otro, si conocemos la densidad d = m del fluiv do, nos queda:

(

)

Cm = m t Cv = v t Si dividimos las dos expresiones entre sí: Cm = m = d → Cm = d → C = C · d m v Cv Cv v Si tenemos un tubo de sección S cm2, a través del cual fluye un líquido de densidad d g/cm3, con velocidad v cm/seg, al cabo de un segundo, el líquido que pasó a través de la sección S es un cilindro de base S cm2 y altura h cm. El volumen de líquido que pasa en un segundo vale: V = S (cm2) · v (cm/s) = S · v (cm3/s) Y la masa del líquido correspondiente a este volumen es:

u

u

m = S · v cm3/s · d g/cm3 = S · v · d (g/s) luego: Cv = S · v (cm3/s) ; Cm = S · v · d (g/s)

S (cm2)

V (cm/s)

a

Figura 2.15. Volumen.


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1.5. Potencia Consideremos una sección en el tubo de la figura, donde el fluido se desplaza a una velocidad v m/s y empuja a la sección que va delante de ella con una presión p kgf/cm2. Para calcular la potencia que transmite este fluido, aplicamos la fórmula de la potencia. Ya sabemos que: P=F·v De esta fórmula, conocemos la velocidad v a la que se desplaza el fluido y, para calcular la fuerza que ejerce sobre el fluido que va delante, al que empuja, sabemos que: p= F → F=p·S S p

S

Sustituimos en la expresión de la potencia: v

P=F·v=p·S·v a

Figura 2.16.

Por otro lado, sabemos que el caudal volumétrico es: Cv = S · v que sustituyendo en la expresión anterior:


P = p · Cv

Distintos conceptos de potencia.

La potencia desarrollada por una bomba o compresor es igual al caudal de fluido que bombea por la presión a la que lo bombea. La potencia consumida por un receptor es igual al caudal de fluido que recibe por la presión a la que lo recibe.

EJEMPLOS Por una tubería de 20 cm de diámetro, circula una corriente de agua de 10 L/s. Calcula la velocidad de la corriente. Solución Como sabemos, el caudal volumétrico es: Cv = S · v Si sustituimos valores, tenemos: Cv = 10 L/s S=

π · Ø2 = 315 cm2 4


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Despejamos v y nos queda: v=

Cv 10 dm3/s 10.000 cm3/s = = = 31,8 cm/s 2 S 314 cm 314 cm2

¿Qué caudal barre el émbolo de la figura si se mueve a una velocidad de 2 cm/s? v = 2 cm/s

Ø = 5 cm 2 cm

a

Figura 2.17. Desplazamiento del émbolo.

Solución Sabemos que, en un segundo, el émbolo se ha desplazado 2 cm, por lo que el volumen de líquido desplazado en un segundo equivale al del cilindro de 5 cm de diámetro y 2 de altura. Cv =

π · Ø2 · v 3,14 · 25 cm2 = · 2 cm/s = 39,25 cm3/s 4 4

ACTIVIDADES 20. Pasa a L/min, los siguientes caudales volumétricos: 3 m3/h

0,46 m3/s

0,32 L/s

40.000 g/min

0,35 g/s

25 L/h

21. Pasa a kg/min, los siguientes caudales másicos: 3.000 kg/h

22. La velocidad de la corriente de un río, en una zona en que su sección es de 60 m2, es de 0,15 m/s. Calcula el caudal en m3/min de agua que pasa por el río. 23. Calcula la potencia que transmite un caudal de aceite de 200 L/min a una presión de 200 kg/cm2. 24. Calcula la potencia que transmite un caudal de aire de 2 L/s a una presión de 6 kg/cm2. 25. Queremos comprimir aire a un caudal de 3 L/s con una presión de 8 kg/cm2, ¿qué potencia debe tener el compresor que empleemos? 26. Calcula la potencia consumida por un motor hidráulico que consume 250 L/min a una presión de 175 kg/cm2.


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2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática Tanto los circuitos hidráulicos como los neumáticos están regidos por leyes que establecen relaciones entre las distintas magnitudes estudiadas en el punto anterior.

2.1. Ley fundamental de los gases (ley de Boyle-Mariotte) Las tres magnitudes que determinan las condiciones en que se encuentra un gas son: • La presión • El volumen • La temperatura Cuando varía una de las magnitudes, dos o las tres a la vez, decimos que el gas sufre una transformación. Las transformaciones que sufre un gas, cuando varían la presión y el volumen manteniéndose constante la temperatura, se rigen por la ley de Boyle-Mariotte, que dice: A temperatura constante, consideramos el producto de la presión a que está sometido un gas por el volumen que ocupa se mantiene constante.

La fórmula que representa dicha ley es: p · V = cte. o bien p1 · V1 = p2 · V2 donde: • p1 es la presión antes de la transformación. • V1 es el volumen antes de la transformación. • p2 es la presión después de la transformación. • V2 es el volumen después de la transformación. Siempre que empleemos esta fórmula, expresaremos la presión absoluta.

EJEMPLO El pistón de la figura 2.18, en su posición de reposo, soporta una presión p0 = 1 atmósfera y el gas que contiene ocupa un volumen de V = 1 m3. Calcula el volumen que pasará a ocupar el gas, si aplicamos sobre el pistón una fuerza de 100 kgf.

100 kgf

Ø = 10 cm

V1 = 1 m3 a

¿V2?

Solución El gas contenido en el cilindro sufre una transformación, al variar la presión y el volumen que ocupa sin cambiar su temperatura, por lo que emplearemos la ley de Boyle-Mariotte:

Figura 2.18. Compresión de gases.

De donde conocemos p1 y V1 directamente. Pasamos a calcular p2.

p1 · V1 = p2 · V2


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Si, además de soportar la presión atmosférica, p0 = 1 atmósfera aplicamos una fuerza de 100 kgf: p=

· F 100 kgf 100 kgf = = = 1,27 kgf/cm2 S π · Ø2 78,5 cm2 cm2 4

p2 = p0 + p = 1,033 kgf/cm2 + 1,27 kgf/cm2 = 2,3 kgf/cm2 Si sustituimos los valores anteriores en la fórmula de Boyle-Mariotte: 2 3 V2 = 1,033 kgf/cm 21 m = 0,45 m3 2,3 kgf/cm

1,033 kgf/cm2 · 1 m3 = 2,3 kgf/cm2 · V2;

2.2. Principio de continuidad En un tubo cerrado, el caudal de fluido que circula por él es el mismo en cualquier punto o tramo de su recorrido, aunque estos sean de distintos diámetros. Consideremos el tubo representado en la figura 2.19 y en él las secciones S1 y S2. Al cabo de un tiempo t, las partículas contenidas en dichas superficies habrán recorrido unas distancias e1 y e2, respectivamente. Resulta evidente que los volúmenes barridos en ambos casos han de ser iguales. Es por ello que podemos expresar: V1 = V2

S1 · e1 = S2 · e2

Dividiendo por t los dos miembros de la igualdad: S1 · e1 = S2 · e2 t t y considerando que el cociente e1 es la velocidad v1 que posee el líquido cuando t atraviesa la superficie S1, en tanto que e2 es la velocidad v2 del mismo cuando t atraviesa la superficie S2, obtenemos la denominada ecuación de continuidad: S1 · v1 = S2 · v2 = cte.

Cv1 = Cv2

e1 e2 V1

V2 S2

S1 a

Figura 2.19.

caso práctico inicial En este apartado se explica la ecuación de continuidad.


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EJEMPLOS ¿La sección recta interior de un depósito es 0,25 m2 y la del orificio de salida 37 cm2. Calcula la velocidad con que sale el líquido cuando el nivel del mismo en el interior desciende a razón de 0,4 m/min. Solución Si el nivel baja a 0,4 m/min, en un minuto se desaloja el volumen contenido en un cilindro de base la sección del depósito y altura el desnivel, que baja 0,4 metros.

S = 0,25 m2

0,4 m

V1

V1 = S1 · 0,4 m/min = 0,25 m2 · 0,4 m/min = 0,1 m3/min Durante el mismo tiempo, todo ese volumen tiene que pasar por el orificio de salida, que equivale al contenido en un cilindro de base la sección del orificio de salida y altura el desplazamiento que sigue el agua en 1 minuto a través de dicho orificio.

V2

V2 = S2 · v2 = 37 cm2 · v2

S = 37 m2 a

Por el principio de continuidad, sabemos que:

Figura 2.20.

V1 = V2; → 0,1

m3 = 37 cm2 · v2 min

m3 cm3 cm m m min min v2 = 0,1 = 100.000 = 2.702 = 27,02 = 0,45 min min s 37 cm2 37 cm2

Los émbolos de la prensa hidráulica de la figura 2.21 tienen una superficie de 0,02 m2 y 1,2 m2. Si el émbolo pequeño se mueve hacia abajo a una velocidad de 4 m/s, calcula la velocidad a la que se eleva el grande. Solución v = 4 m/s

El volumen de aceite que barre el émbolo pequeño tiene que ser igual que el que barre el grande, puesto que el aceite es incompresible. V1 = S1 · v1 = 0,02 m2 · 4

0,02 m2

m m3 = 0,08 s s

V2 = S2 · v2 = 1,2 m2 · v2

1,2 m2

a

Figura 2.21.

Por el principio de continuidad, tenemos que: m3 m cm s m = 6,6 = 1,2 m2 · v2 → v2 = 0,08 → v2 = 0,066 V1 = V2 → 0,08 s s 1,2 m2 s 3


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2.3. Principio de Pascal La presión ejercida en un punto de un líquido se transmite íntegramente a todos sus puntos y en todas sus direcciones.

F1 (N)

v1 (m/seg)

v2 (m/seg)

¿F ?

Si en la prensa hidráulica de la figura 2.22, aplicamos una fuerza sobre el émbolo pequeño de F1 newton, la presión que soportará el líquido será: S1 (m2)

p = F1 N/m2 S1 Como esta presión es la misma en todos los puntos del circuito, también será la presión que soporta el líquido sobre el émbolo mayor. De la expresión de la presión calculamos la fuerza que ejerce el líquido sobre el émbolo mayor. 2 F = p · S2 = F1 (N/m ) · S2 (m2) = F1 S2(N) S1 S1 O lo que es lo mismo: Las fuerzas son inversamente proporcionales a las superficies sobre las que se aplican: F = F1 S1 S2

a

S2 (m2)

Figura 2.22. Principio de Pascal.

caso práctico inicial En este apartado se explica el principio de Pascal y una de sus aplicaciones.

2.4. Principio de conservación de la energía Se aplica sobre el émbolo menor de la figura 2.22 una fuerza de F1 kgf, a una velocidad de v1 m/s. La potencia motriz o de entrada será: Pmotriz = F1 · v1 kgf · m/s Para calcular la potencia de salida o resistente: Presistente = F · v2 Calculamos v2 por el principio de continuidad: v2 = S1 · v1 S2 Y F por el principio de Pascal, tal que: F = F1 · S2 S1 Si sustituimos en la expresión de la potencia, nos queda: Presistente = F · v2 = F1 · S2 · S1 · v1 = F1 · v1 = Pmotriz S1 S2 De todo ello deducimos que, como en los mecanismos mecánicos, en los hidráulicos también se cumple el principio de conservación de la energía. En un circuito neumático o hidráulico, al igual que en los mecanismos, la energía o potencia motriz (de entrada), es igual a la resistente (de salida). Pmotriz = Presistente

EJEMPLO Con un compresor que genera un caudal de 12 L/s a una presión de 8 atmósferas, queremos accionar un cilindro a una velocidad de 6 m/s. Calcula: a) La fuerza máxima que actúa sobre el pistón. b) El diámetro de dicho pistón.


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Solución a) Se trata de un mecanismo neumático que transmite potencia de un compresor a un cilindro. La potencia motriz o del compresor será: Pmotriz = p · Cv = 8 kgf/cm2 · 12 L/s = 8 kgf/cm2 · 12.000 cm3/s = = 8 · 12.000 kgf · cm/s = 96.000 kgf · cm/s = 960 kgf · m/s La potencia resistente o del cilindro será: Presistente = F · v = F · 6 m/s Por el principio de conservación de la energía, tenemos: 960 kgf · m/s = 160 kgf Pmotriz = Presistente → 960 kgf · m/s = F · 6 m/s → F = 6 m/s b) Si la presión del aire es de 8 kgf/cm2 y la fuerza que debe desarrollar de 160 kgf, la superficie del pistón será: F → S = F = 160 kgf 2 = 20 cm2 p= S p 8 kgf/cm Y por tanto, para el diámetro, nos queda: S =

π · Ø2 20 · 4 cm2 = 20 cm2 ; Ø2 = = 25,47 cm2 ; Ø G 5 cm 4 π

ACTIVIDADES 27. Calcula el volumen que pasará a ocupar el gas en el ejercicio anterior si aplicamos sobre el pistón una fuerza de 500 y 1.000 kgf. 28. Haz los cálculos de la actividad anterior expresando la presión en presión relativa. ¿A qué conclusión llegas? 29. A la hora de hacer el estudio sobre un circuito neumático, debemos distinguir entre caudal de aire libre y caudal de aire comprimido. Si el caudal de aire libre, antes de comprimir, es de 190 litros/minuto, calcula el caudal de aire comprimido a las siguientes presiones relativas: p2 = 4,9 kgf/cm; p2 = 10,5 kgf/cm2; p2 = 14 kgf/cm2 Estamos sobre el nivel del mar. 30. Por el conducto de la figura 2.23 sabemos que circula un caudal de 1.500 cm3/s. Calcula la velocidad del fluido en cada una de las secciones marcadas. 31. Si, en la prensa hidráulica del ejercicio anterior, el émbolo mayor se mueve hacia abajo con una velocidad de 4 m/s, calcula la velocidad con que se eleva el pequeño. 32. Dada la prensa hidráulica de la figura 2.22, calcula la fuerza que podemos elevar si aplicamos sobre el émbolo menor una fuerza, hacia abajo, de 80 kgf.

S3 = 0,1 m2 ¿V1?

¿V2?

¿V3?

¿V4?

S2 = 0,25 m2 2

S4 = 0,4 m

S1 = 0,5 m2 a

33. ¿Qué peso podemos elevar en la prensa anterior si aplicamos sobre el émbolo mayor una fuerza de 80 kgf? 34. Calcula, en la prensa hidráulica de la figura 2.24:

Figura 2.23.

a) La velocidad y la fuerza sobre el pistón conducido. V1 = 2 cm/seg

F1 = 50 N

S1 = 0,02 m2

a

Figura 2.24.

¿V2?

¿F2?

S2 = 1,2 m2

b) La potencia resistente. Comprueba que se cumple el principio de conservación de la energía. 35. Un elevador hidráulico para camiones consiste en un cilindro tipo buzo de 20 cm de diámetro. Si queremos elevar camiones de 20 toneladas a una altura de 2 metros en 30 segundos, calcula: a) El caudal y la presión necesaria. b) La potencia en caballos de la bomba necesaria.


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2.5. Velocidad de circulación Para que el fluido circule por la tubería es necesario que lleve una velocidad y una presión que compense los rozamientos que se producen cuando el fluido se traslada por ella, y al mismo tiempo, mantenga la velocidad de circulación. Las velocidades recomendadas en las conducciones para dimensionarse se facilitan en la tabla siguiente, para la circulación del aceite. A partir de estas velocidades y el caudal necesario se hallan los diámetros. VELOCIDADES DE CIRCULACIÓN DEL ACEITE, EN TUBERÍAS DE PRESIÓN

a

Presión kg /cm2

0 - 10

10 - 25

25 - 50

50 - 100

100 - 150

150 - 200

< 200

Velocidad m/s

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

Tabla 2.2.

Para tubería de retorno (sin presión), se toma v = 2 m/s. Para tuberías de aspiración o alimentación de la bomba se toma v = 0,5 a 1,5 m/s. La siguiente tabla nos facilita el caudal máximo recomendado en tuberías de aire a presión para longitudes no superiores a 15 m. CAUDAL MÁXIMO RECOMENDADO EN TUBERÍAS DE AIRE A PRESIÓN PARA LONGITUDES NO SUPERIORES A 15 M

a

Diámetro nominal en rosca gas de las tuberías estándar

Presión inicial kg/cm2

1/8”

0,7 1,4 2,1 2,8 3,5 4,2 4,9 5,6 6,3 7,0 8,7 10,5 12,3 14,0 18,0 20,0 25,0

14 25 34 42 57 65 76 85 93 105 119 142 173 190 232 256 317

1/4”

3/8”

1/2”

3/4”

1”

1 1/4”

1 1/2”

2”

3.539 5.946 9.061 10.619 12.742 15.574 18.406 19.822 22.653 25.845 28.317 31.148 36.812 42.475 58.252 66.600 85.125

7.079 12.743 16.990 21.238 25.483 29.783 32.564 36.812 42.475 50.970 59.465 67.960 76.456 84.950 116.504 132.540 169.500

Caudal máximo recomendado (litros-minuto de aire libre) 65 108 142 198 241 269 325 368 396 425 510 651 708 793 1.098 1.300 1.725

156 255 340 453 566 651 765 849 963 1.048 1.274 1.416 1.699 1.982 2.664 3.000 3.850

340 566 849 1.048 1.274 1.557 1.699 1.840 1.982 2.124 2.973 3.398 3.828 4.247 5.814 6.460 8.075

708 1.133 1.557 1.982 2.407 2.831 3.398 3.681 4.247 4.814 5.663 6.513 7.362 9.061 11.651 12.960 16.250

1.133 1.840 2.831 3.539 4.248 4.814 5.380 6.513 7.079 8.495 9.911 11.326 12.742 14.442 20.388 23.100 28.875

Tabla 2.3.

El caudal máximo mantenido no debe exceder del 75 % del indicado. Para longitudes mayores de 15 m, se debe elegir el diámetro inmediatamente superior. Los diámetros para hidráulica están normalizados y son los mismos que para neumática.

2.548 4.247 5.663 7.079 9.203 9.911 12.743 13.450 14.158 15.854 20.388 24.069 26.901 29.732 33.495 37.400 47.000


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Unidad 2

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2.6. Pérdidas de carga DIÁMETRO NOMINAL EN ROSCA GAS DE LAS TUBERÍAS ESTÁNDAR Diámetro de la tubería Pulgadas

Milímetros

1/8”

5 x 10

1/4”

8 x 13

3/8”

12 x 17

1/2”

15 x 21

Pérdidas de carga mayores, en tubos

3/4”

21 x 27

1”

26 x 34

1 1/4”

33 x 42

1 1/2”

40 x 49

Con ayuda del ábaco 1 de la figura 2.25, podemos calcular la pérdida de carga por metro en tuberías rectas de sección circular. Para ello, se traza una línea recta con los valores del diámetro interior del tubo y del caudal hasta que corte con la línea de pérdida de carga.

2”

50 x 60

2 1/2”

66 x 76

3”

80 x 90

Para calcular las pérdidas de carga en neumática, se emplea el ábaco 2. A partir de los valores de la presión de trabajo y del caudal se obtiene el punto 1. La intersección entre el diámetro nominal de la tubería, y la recta inclinada que parte del punto 1 da el punto 2. Por último, la recta horizontal que parte del punto 2 indica el valor de las pérdidas de carga.

saber más

CÁLCULO DE PÉRDIDA DE CARGA Y DIÁMETRO DE TUBERÍAS EN FUNCIÓN DE LA PRESIÓN DE TRABAJO Y CAUDAL DE AIRE LIBRE

Golpe de ariete

20

50 40 30

100

200

500 400 300

1.000

1

Ábaco 1 DIÁMETRO INTERIOR DEL TUBO mm 5 CAUDAL 6 l/min 800 8

PÉRDIDA DE CARGA bar Pa 10 5 2 1 0,5 0,1 0,05 0,01

500 100 50

600 500 400

10

300 200

20 30

100 80 60 50 40 30 20

10 9 8 7 6 5

40 50 60 80 100

0,5 0,4 0,3 0,1

0,2

2

0,1

0,2 0,3

0,05 0,04

0,4 0,5

0,03 0,02

0 0,01

1 2

0,005 0,004

3 4 5

PÉRDIDA DE CARGA EN kg/cm2 POR CADA 10 METROS DE TUBERÍA

2

1

Figura 2.25. Cálculo de tuberías.

5 4 3

10 5

d

50.000 40.000 30.000 20.000

100.000

Ábaco 2

PRESIÓN ABSOLUTA EN kg/cm2

El golpe de ariete se origina debido a que el fluido es ligeramente elástico. En consecuencia, cuando se cierra bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido.

CAUDAL DE AIRE LIBRE EN litros/minuto

PRESIÓN DE TRABAJO EN kg/cm2

Se llama golpe de ariete a una modificación de la presión en una conducción debida a la variación del estado dinámico del líquido. En las paradas de las bombas, en el cierre de las válvulas, etc., se produce esta variación de la velocidad de la circulación del líquido conducido en la tubería.

5.000 4.000 3.000 2.000

Tabla 2.4.

Las pérdidas de presión ocurren en los fluidos internos como resultado de la fricción. Estas pérdidas, que son importantes para el proyectista, pueden ocurrir en tubos rectos (pérdidas mayores) o en reductores, válvulas, codos, etc., (pérdidas menores).

10.000

a

Al circular un líquido por una tubería con sus longitudes, diámetros y accesorios, se produce un rozamiento de las moléculas entre sí y contra las paredes de la tubería, por lo cual se experimenta una pérdida de presión a medida que el fluido avanza en la conducción. A esta pérdida de presión es lo que llamamos pérdida de carga, pérdida de presión o caída de presión.

0,003

1

0,002

10 15

0,001

20 25 0,0005 8’’

6’’ 5’’

4’’

3’’

2’’ 11/2’’ 11/4’’

1’’

3/4’’ 1/2’’

DIÁMETRO NOMINAL DE LA TUBERÍA

3/8’’

1/4’’


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EJEMPLO Calcula la pérdida de carga de una tubería conociendo los siguientes datos: • Longitud de la tubería

45 m

• Diámetro interior de la tubería

26 mm

• Presión del aire

7 kgf/cm2

• Caudal del aire libre

4.000 L/min

Solución Para solucionar este problema hay que hacer uso del ábaco 2 de la figura 2.25, tal como se indica en línea continua sobre el mismo. La pérdida de carga hallada en la tabla es de 0,13 kgf/cm2 por cada 10 metros. Por cada metro será de 0,013 kgf/cm2. PCarga = 45 m ·

0,013 kgf kgf = 0,585 cm2 · m cm2

Pérdidas de carga menores, en singularidades La primera fuente de pérdida de carga localizada la constituyen las curvas, debiéndose, como regla general, evitar las curvas de radio excesivamente pequeñas. Los fabricantes suelen dar un valor que depende del tipo de accesorios, existiendo tablas y ábacos para este concepto. A veces, para simplificar, este valor se da en longitud equivalente de tubería, lo que significa equiparar la pérdida de presión que se produce en una resistencia simple a la que se produciría en una longitud de tramo recto de tubería. Un caso particular, en neumática, utilizando la tabla 2.5, lo podemos ver en el siguiente ejemplo. PÉRDIDAS POR ROZAMIENTO EN ELEMENTOS UTILIZADOS EN TUBERÍAS (METROS EQUIVALENTES) Diámetro de la tubería Elemento de la instalación

a

1/4”

3/8”

1/2”

3/4”

1”

1 1/4”

1 1/2”

2”

Válvula de compuesta

0,009

0,009

0,010

0,013

0,017

0,022

0,026

0,033

Válvula en ángulo

0,240

0,240

0,286

0,352

0,450

0,590

0,690

0,880

Válvula cónica

0,427

0,427

0,568

0,706

0,900

0,875

1,380

1,795

Codo a 45°

0,015

0,015

0,023

0,029

0,037

0,048

0,057

0,073

Codo a 90°

0,042

0,042

0,051

0,064

0,079

0,107

0,125

0,158

T (recta en el interior)

0,015

0,015

0,021

0,033

0,046

0,055

0,067

0,090

T (salida lateral)

0,076

0,096

0,100

0,128

0,162

0,214

0,246

0,317

Tabla 2.5.


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Unidad 2

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Pérdida de carga total La pérdida total de presión en un circuito es evidentemente la suma algebraica de las pérdidas de carga distribuidas y localizadas que aparecen en él, es decir, de las pérdidas de carga existentes en los tramos de tubería, en las uniones, las ramificaciones, los cambios de sección, etc. En una instalación bien proyectada, las pérdidas de carga totales, desde la bomba o compresor al actuador, no deben rebasar del 3 % si es hidráulica y del 5 % si es neumática.

EJEMPLO Calcula la pérdida de carga en un codo de 45°, situado en la tubería de la última actividad resuelta. Solución Para realizar el cálculo debe hacerse uso del ábaco 2 de la figura 2.25, donde se establecerá la pérdida de carga por cada 10 metros de tubería. En la tabla 2.5 se toma el factor correspondiente a un codo de 45° y diámetro de 1”, correspondiente en este caso a 0,037. Para calcular la pérdida de carga, se multiplica la pérdida de carga por cada 10 m de tubería por el factor de la tabla 2.5, dando en este caso el siguiente valor: pCarga = 0,13 · 0,037 = 0,00048 kgf/cm2

ACTIVIDADES 36. Queremos transmitir 12 L/s de aire a 8 atmósferas de presión por un conducto de 45 metros. Calcula el diámetro de la tubería que necesitaríamos. A la hora de utilizar las tablas tenemos que considerar que los caudales son de aire libre y, como dato, tenemos el caudal de aire comprimido. 37. Determina el diámetro del tubo para el elevador hidráulico de la actividad 35. 38. En el elevador hidráulico de la actividad 35, calcula: a) La pérdida de carga en el tubo si se trata de un tramo recto de 7 metros de longitud. b) Si consideramos esta pérdida, ¿qué presión tiene que salir de la bomba y cuál será su potencia? 39. Haciendo uso del ábaco 2 de la figura 2.25, determina el diámetro de una tubería de la que conocemos los siguientes datos: • Longitud de la tubería

50 m

• Presión del aire

7 kgf/cm2

• Caudal del aire libre

1.500 L/min

• Pérdida de carga en los 50 metros 0,5 kgf/cm2 40. Calcula la pérdida de carga en una válvula cónica, situada en la tubería de la actividad 39. 41. Rediseña la instalación neumática de tu taller, con la misma distribución, recorrido de tubos y tomas que la actual para un caso extremo como es el siguiente:


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a) El consumo de aire será el máximo que nos proporcione el compresor, a la presión tarada. b) Habrá una simultaneidad del 25%. Se dará servicio al mismo tiempo al 25% de las tomas, repartiendo por igual el caudal máximo entre todas ellas. Debemos considerar los siguientes detalles: a) La pérdida de carga entre el compresor y cualquier toma no debe superar al 15% de la presión tarada. b) Por comodidad utilizaremos para todos los tramos el mismo tubo y las mismas válvulas. c) Consideramos la válvula de cierre, a la salida del compresor, de compuerta y las válvulas al final de cada toma de servicio cónicas. d) Despreciaremos las pérdidas de carga de las unidades de mantenimiento, si las hubiera, ya que no tenemos datos disponibles sobre ellas. e) Para todo ello, emplearemos los datos disponibles en la tabla 2.3, el ábaco 2 de la figura 2.25 y la tabla 4. 1.º Hacer en una cartulina un croquis a escala de la instalación del taller. Acotar todos los tramos.

Válvulas cónicas d

Válvula de cierre

Te a

b

c

f

X tomas en esta rama Y tomas en esta rama Acumulador

Codo a 90°

a

Figura 2.26. Instalación neumática.

2.º Con la tabla 2.3 deducimos el diámetro mínimo de la tubería para el caudal máximo admisible, entre el acumulador y las últimas válvulas simultáneas que funcionen en la rama más larga. 3.º Partiendo de este diámetro, hacemos todos los cálculos de pérdida de carga y comprobamos que la pérdida en el tramo más alejado es menor del 15%. 4.º De ser mayor, tendríamos que recurrir al tubo inmediatamente más grande hasta que la pérdida fuese menor.


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Unidad 2

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ACTIVIDADES FINALES 1. Calcula la presión a la que se encontrará un buzo a las siguientes profundidades: – 5 metros

– 15 metros

– 20 metros

2. Pasa los distintos caudales de aire libre a los caudales comprimidos a sus correspondientes presiones. – 1.000 L/min a 8 kgf/cm2

– 3.000 L/min a 8 kgf/cm2



3. La sección recta interior de una botella de sifón es 50 cm2 y la del orificio de salida 0,7 cm2. Calcula la velocidad con que sale el líquido cuando el nivel del mismo en el interior desciende a razón de 4 mm/s. 4. En las prensas hidráulicas de la figura 2.27, calcula los valores que aparecen entre interrogaciones. V1 = 5 m/min F1 = 5 kgf

¿V2? ¿F2?

1

Ø2 = 10 cm

Ø1 = 10 cm

¿ Ø2?

Ø1 = 5 cm

¿P? F2 = 200 kgf V1 = 0,5 (m/min) 3

V1 = 5 m/min F1 = 5 kN

V2 = 0,5 m/min ¿F2? 2

¿P?

V1 = 5 m/min F1 = 5 kgf

Ø2 = 15 cm

F2 = 150 kgf ¿V2? 4

¿ Ø1?

Ø2 = 15 cm

V1 = 5 m/min F1 = 5 kgf

¿ Ø1?

¿P? a

Figura 2.27. Prensas hidráulicas.

5. Comprueba en los casos de la actividad anterior que se cumple la ley de conservación de la energía. 6. En una instalación hidráulica queremos transmitir un caudal a una determinada presión por una tubería adecuada. Si conocemos dos de estos tres valores, calcula el tercero que le corresponda. Presión

Caudal del aire libre 2

a

Tipo de tubería

30 kgf/cm

¿—?

1 1/4’’

75 kgf/cm2

0,00715 m3/s

¿––?

¿—?

950 L/min

2 1/2’’

Tabla 2.6.


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7. Calcula la pérdida de carga en cada uno de los casos anteriores si en todos ellos el tramo de tubo mide 9 metros y la potencia necesaria de la bomba en CV. 8. En una instalación neumática queremos transmitir un caudal de aire libre a una determinada presión por una tubería adecuada de más de 15 metros. Si conocemos dos de estos tres valores, calcula el tercero que le corresponda. Presión

Caudal del aire libre

6 kgf/cm2 2

a

Tipo de tubería

¿—?

3/4’’

3

10 kgf/cm

6,5 m /s

¿––?

¿—?

11.200 L/min

1’’

Tabla 2.7.

9. Calcula la pérdida de carga en cada uno de los casos anteriores si en todos ellos el tramo de tubo mide 35 metros. Calcula también los CV de las bombas necesarias. 10. Si en cada uno de los casos anteriores intercalamos una T (salida lateral), calcula la pérdida de carga en dicho elemento para cada uno de los tres casos. 11. ¿Cuál sería la pérdida de carga total en cada uno de los casos anteriores? ¿Qué presión necesitaríamos en el compresor? 12. Tenemos un cilindro de doble efecto y vástago simple como el de la figura 2.28:

5 cm

Ø = 20 cm

P = 150 kgf/cm2 CV = 1,5 a

litros min

CV = 1,5

litros min

P = 150 kgf/cm2

Figura 2.28. Cilindro doble efecto.

Si lo accionamos con un caudal de 1,5 L/min a una presión de 150 kgf/cm2, halla: a) La fuerza y velocidad que actúan sobre el émbolo en cada uno de los sentidos, hacia izquierda y derecha. b) La potencia que desarrolla el pistón en cada uno de los casos anteriores. ¿Se cumple el principio de conservación de la energía? 13. Rediseña la instalación neumática de tu taller, considerando una simultaneidad del 100%. En un caso extremo, extraeríamos la totalidad de aire que genera el compresor por todas las tomas al mismo tiempo y la misma cantidad en cada una de ellas. Tendremos las mismas consideraciones que en el último ejemplo de la presente unidad.


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ACTIVIDADES FINALES (cont.) 14. Haz lo mismo que en la actividad anterior, pero en este caso cualquier toma debe de estar preparada para recibir la totalidad del aire comprimido. Tendremos en cuenta las mismas consideraciones anteriores. 15. En el embrague hidráulico de la figura 2.29, halla: a) La fuerza F2 aplicada sobre la bomba de embrague cuando se aplica una fuerza de 20 kgf sobre el pedal. b) La presión en kgf/cm2 sobre la bomba del embrague. c) La fuerza F1 aplicada sobre el bombín de accionamiento del cojinete de empuje. d) La fuerza Fc transmitida al cojinete de empuje. F20 kg 300 22 mm Ø 50

27 mm Ø

F2

F1 180 Bomba

a

Bombín

FC

45

Figura 2.29. Esquema de embrague.

16. En la dirección hidráulica de la figura 2.30 la resistencia al giro para cada rueda es de 14 kgf. Los demás datos son los mismos que la actividad 25 de la unidad 4, con la diferencia de que a esta le añadimos un sistema hidráulico, que consiste en un cilindro de doble efecto, con doble vástago en la barra de mando, siendo el diámetro de la barra de 18 mm y el del émbolo de 3 cm. Si, por otro lado, la presión que actúa por cada lado, según el sentido de giro, es de 2 kgf/cm2, calcula: a) La fuerza que tenemos que ejercer sobre el volante para girar la dirección. b) Compara los resultados con los de la dirección primera. 15 cm

30

Ø = 6 cm

cm

14 kgf

Ø = 3 cm

Ø = 18 mm

25 cm a



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1. ¿Cuál de estas unidades es de densidad? 2

a) L/min, kg/cm .

c) El caudal de fluido que recibe por la presión a la que lo bombea. d) El caudal de fluido que bombea por la presión a la que lo bombea.

b) kg/s. c) g/cm3, kg/L, libra/pulgada cúbica.

7. La ley de Boyle-Mariotte dice que:

d) m/s. 2. ¿Qué presión ejerce una fuerza de 100 kg al aplicarla sobre la superficie de un émbolo de 100 mm de diámetro?

a) A presión constante, la presión por el volumen se mantiene constante, pV = cte., o p1V1 = p2V2. b) A temperatura constante, la presión por el volumen se mantiene constante, pV = cte., o p1V1 = p2V2.

a) 1,27 kg/cm2.

b) 127 kg/cm2.

c) 1,27 kg/cm3.

d) 12,7 kg.

c) A volumen constante, la presión por el volumen se mantiene constante, pV = cte., o p1V1 = p2V2.

3. ¿Qué presión miden los manómetros?

d) Se pueden relacionar los gases, el volumen, la temperatura.

a) La absoluta.

b) La residual.

c) La relativa.

d) La de contacto.

4. La presión absoluta es igual a:

8. En una tubería sin pérdidas con 3 diámetros diferentes, el caudal que pasa por cada uno es: a) El mismo.

a) La presión atmosférica + la presión relativa.

b) A más diámetro más caudal.

b) La presión atmosférica – la presión relativa. c) La presión manométrica + la presión relativa.

c) Cuanto más pequeño es el diámetro más caudal pasa.

d) La presión manométrica – la presión relativa.

d) No tienen influencia los diámetros.

5. El caudal se mide en: a) kg/m3, L/m2, m2/s. b) kg/cm2, m2/h, m2/s.

9. ¿Qué entiendes por pérdida de carga? a) La pérdida de fluido en la tubería. b) La pérdida de peso en la tubería.

c) Galones, barriles.

c) La pérdida de presión del fluido a lo largo de la tubería.

d) kg/s, L/min, m3/h, m3/s.

d) Ninguna de las tres es correcta.

6. La potencia desarrollada por una bomba es igual a: a) El caudal de fluido que recibe por la presión a la que lo recibe. b) El caudal de fluido que bombea por la presión a la que lo recibe.

10. Según el principio de Pascal, al aplicar sobre un émbolo de 2 cm2 de superficie una fuerza de 10 kg, comunicado con otro émbolo de 200 cm2, la fuerza desarrollada es de: a) 200 kg.

b) 1.000 kg.

c) 2.000 kg.

d) 100 kg.


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Unidad 2

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PRÁCTICA PROFESIONAL HERRAMIENTAS • Equipo individual de herramientas

MATERIAL • Fuente e instalación de aire comprimido • Lubricantes • Manómetros de medidas de presión aplicados a compresión de motores de gasolina y diesel, aceite, combustible, turbo, etc. • Termómetro • Vacuómetro, bomba de vacío • Equipo de diagnosis

Realización de medidas de densidad, presión relativa y absoluta, caudal, vacío (depresión), temperaturas, etc. OBJETIVOS • Conocer las magnitudes de densidad, presión relativa y absoluta, caudal, depresión y temperatura. • Utilizar equipos de medida de presión relativa y absoluta, caudal, depresión, temperatura (se realizarán distintas mediciones con los equipos y material disponible, en ningún caso se realizará el estudio de los sistemas sobre los que se harán las mediciones, éstos se estudiarán en los módulos correspondientes). • Interpretar las características de los lubricantes según su aplicación. • Cumplir las normas de seguridad.

PRECAUCIONES • Colocar el manómetro de medida sin presión en el sistema. • Realizar la medición según las condiciones especificadas. • Evitar posibles fugas.

DESARROLLO Medida de la densidad del anticongelante y viscosidad de los aceites 1. Medir la densidad del anticongelante de los motores que tengas en el aula taller. Prueba importante para determinar el estado del mismo y evitar que obstruyan las canalizaciones del circuito.

a

Figura 2.31. Comprobando densidad.


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2. Interpretar la viscosidad de los aceites según la aplicación de los mismos. La viscosidad es la principal característica de los productos lubricantes. Es la medida de la fluidez a determinadas temperaturas.

VISCOSIDAD El aceite al escurrir, encuentra una resistencia que se define como viscosidad o resistencia a fluir.

ÍNDICE DE VISCOSIDAD El índice de viscosidad es un valor numérico, indicativo de la variación de la viscosidad con respecto de la temperatura. Cuanto más alto es el índice, más estable es la viscosidad del aceite.

En igual tiempo

+100°C

+50°C

+50°C

+20°C

a

Carter del cigüeñal

Trasmisión y eje

75 80 90 140 250

Fluido de transmisión automática

Bajo índice

Número de viscosidad SAE 5W 10W 20W 20 30 40 50

+20°C

Alto índice +100°C

Tipo de lubricante

Tipo A

Figura 2.32. Ensayo.

Presión de un cilindro 1. Medir la presión de compresión de un cilindro es fundamental cuando se presentan síntomas de pérdida de potencia del motor. Esta comprobación se debe realizar de la siguiente forma: quitar la bujía, inyector o bujía de precalentamiento. 2. Verificar a presión la estanqueidad del circuito (manguitos, abrazaderas, bombas, radiadores, juntas de culata). Es necesario aplicar presión de aire a través del orificio de la bujía, inyector o bujía de precalentamiento, para localizar averías.

a

Figura 2.33. Presión del cilindro.

3. Medir la presión de soplado de un turbo. 4. Medir la presión de tarado de un inyector.

a

Figura 2.34. Fugas.


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Unidad 2

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PRÁCTICA PROFESIONAL (cont.)

a

Figura 2.35.

a

Figura 2.36. Presión de inyección.

5. Realizar alguna medida de presión absoluta con el equipo de diagnosis. 6. Verificar la depresión y estanqueidad de las electroválvulas y pulmones neumáticos.

a

Figura 2.37.

a

Figura 2.38.

7. Medir la temperatura de ebullición del líquido de freno, prueba importante para determinar el estado del mismo, para ello es necesario obtener una muestra de las pinzas de frenos a través del purgador, que es donde está más degradado. 8. La humedad presente en el líquido de freno puede, en el curso de frenadas violentas o repetidas, transformarse en vapor y hacer ineficaz la acción sobre el pedal de freno. 9. Los líquidos de freno deben respetar una temperatura de ebullición límite:

a

Figura 2.39.


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10. Medir la temperatura del sensor NTC o PTC y verificar su funcionamiento según datos. Los medidores láser de temperatura hacen posible una medición sin contacto por medio de la radiación infrarroja de un cuerpo. Todos estos medidores láser para temperatura poseen un rayo de luz piloto para su mejor orientación. 11. Medir la presión y caudal de combustible. 650 cm3 / 30 s.

a

Figura 2.40. Medida de la temperatura.

20° C

2,3 ÷ 2,7 K

40° C

1,1 ÷ 1,3 K

60° C

560 ÷ 630 K

V 5 4 3 2

80° C

310 ÷ 340 K

100° C

180 ÷ 195 K

a

Figura 2.41.

a

Figura 2.42.

1 °C 10

20

30

40

50

60

Pérdida de carga 1. Midiendo la presión en dos puntos distintos de la red de distribución de aire del taller, cuanto más nos alejamos de la salida del compresor menor es la presión. Si colocamos un manómetro a la salida del compresor y otro en el extremo más alejado, la diferencia entre las 2 mediciones nos dará la pérdida de carga que tenemos en esa conducción.


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MUNDO TÉCNICO Experiencia de Torricelli En 1643, el físico italiano Evangelista Torricelli ideó un procedimiento para medir la presión atmosférica. ¿Por qué el mercurio no descendió más? El tubo no se vació porque el aire exterior presionaba sobre el mercurio de la cubeta (en cambio, en la parte superior del tubo se produjo vacío). La presión ejercida por la atmósfera en el punto Q es igual a la presión en R, ya que ambos puntos están al mismo nivel en el mismo fluido. Es decir, que la presión que la columna de aire ejerce sobre la superficie libre del mercurio (PQ) es igual a la que ejerce la columna de 76 cm de mercurio (Pa), entonces: patm = pHg hHg = 13,6 g/cm3 · 76 cm = = 1.033,6 g/cm2 = 101.293 N/m2 = 101.293 Pa Este valor, que corresponde a la presión atmosférica normal, se llama atmósfera (atm). También se acostumbra a dar la presión atmosférica en milímetros de mercurio (torr) o en milibares (1mb = 0,75 torr). 1 atm = 760 mmHg = 760 torr Esta experiencia logró explicar por qué había un límite de profundidad para extraer el agua de las minas: la atmósfera no ejerce una presión ilimitada, solo alcanza a sostener una determinada altura de agua.

1. Llenó con mercurio un tubo de 1 m de longitud cerrado en un extremo, y lo tapó con el dedo.

La presión atmosférica varía según la altitud y también debido a los vientos y tormentas. Suele tomar valores entre 720 y 770 mmHg. Una presión alta generalmente pronostica buen tiempo; y una baja presión atmosférica promete lo contrario. El aparato que permite medirla se llama barómetro. Poco después de la experiencia de Torricelli, Blaise Pascal predijo que la presión atmosférica debe disminuir cuando se asciende por una montaña, ya que la columna de aire soportada es cada vez menor. Su cuñado se encargó de hacer la experiencia y comprobar la hipótesis en 1658. A medida que ascendía al monte Puy-de Dome observó el descenso de la columna mercurial del barómetro (que desde entonces pudo ser usado también como altímetro). Pero, ¿cuál es la relación entre la presión atmosférica y la altura? Si la densidad del aire fuera uniforme, la presión disminuiría proporcionalmente con la altura. Podríamos afirmar, por ejemplo, que «la presión disminuye 1 torr por cada 11 metros que nos elevamos». Pero tengamos presente que las capas más bajas de la atmósfera están más comprimidas por lo que, conforme subimos, el aire se va enrareciendo (se hace menos denso). Por lo tanto, cuanto más alto estemos, más se necesitará subir para que la presión disminuya 1 torr. http://www.portalplanetasedna.com.ar/presion.htm

2. Lo invirtió, lo sumergió dentro de una cubeta con mercurio y retiró el dedo, cuidando que no entrara aire en el tubo.

3. El mercurio descendió hasta una altura de 76 cm. En la parte superior del tubo quedó vacío.

R·Q


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EN RESUMEN LEYES FUNDAMENTALES DE HIDRÁULICA Y NEUMÁTICA

Magnitudes

Densidad


Dimensionado para conductos de fluidos


Velocidad de circulación

Pérdidas de carga

Viscosidad Boyle-Mariotte

Presión Principio de continuidad

• Absoluta • Relativa

Potencia

• En tubos • En curvas o accesorios

Principio de Pascal

Principio de conservación de la energía

entra en internet 1. En la siguiente dirección puedes encontrar información sobre el funcionamiento de los compresores: • http://www.sapiens.itgo.com/neumatica 2. Busca en la siguiente dirección catálogos, noticias, notas de prensa y eventos sobre transmisión del movimiento:

• http://www.hotfrog.es 3. Busca en la siguiente dirección catálogos, noticias, notas de prensa y eventos sobre el sector. También puedes realizar descargas de documentos de equipos didácticos: • http://www.inncomex.com.mx/

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Elementos de neumática e hidráulica

vamos a conocer... 1. Elementos de neumática 2. Elementos de hidráulica PRÁCTICA PROFESIONAL Mantenimiento de una instalación de aire comprimido MUNDO TÉCNICO Blaise Pascal

y al finalizar esta unidad... Analizarás características, constitución y funcionamiento de los elementos hidráulicos y neumáticos. Identificarás los elementos utilizados en los circuitos hidráulicos y neumáticos. Establecerás las diferencias entre los diversos elementos hidráulicos y neumáticos. Relacionarás los elementos hidráulicos y neumáticos con la simbología. Seleccionarás e interpretarás las características de elementos hidráulicos y neumáticos.


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CASO PRÁCTICO INICIAL situación de partida

• Mantener y reparar los circuitos hidráulicos y neumáticos.

proporcionar aire a presión a múltiples herramientas neumáticas como pistolas de limpieza, conjuntos diversos de llaves, destornilladores, extractores, elevadores, equipos de sustitución y reparación de neumáticos.

• Seleccionar la documentación técnica y manuales de funcionamiento para la identificación, comprobación, mantenimiento y reparación de los circuitos hidráulicos y neumáticos.

Para realizar este trabajo, se procede a revisar la instalación de aire comprimido partiendo del puesto de trabajo hacia la fuente de presión, siguiendo el proceso siguiente:

• Utilizar los equipos y herramientas necesarios para la realización de las reparaciones y/o mantenimiento en los circuitos hidráulicos y neumáticos.

• Realizar una inspección visual de que no existen: roturas, estrangulamientos o deformaciones de la manguera.

Manuel trabaja como profesional en una empresa dedicada al mantenimiento y reparación de vehículos autopropulsados. Los trabajos que tiene que realizar implican:

• Realizar de forma correcta las reparaciones o mantenimientos en los procesos descritos.

• Verificar si la herramienta funciona en otra toma de aire para descartar si es avería de la herramienta o no funciona por falta de alimentación de aire.

• Cumplir las normas de seguridad, salud laboral y medioambiental para las reparaciones y/o mantenimiento de los circuitos hidráulicos y neumáticos.

• Observar la presión de la instalación en la unidad de mantenimiento. Si es correcta, comprobar el enchufe rápido y, si no es correcta, seguir el proceso.

En la empresa se ha producido una avería que se manifiesta por la falta de presión en las herramientas neumáticas que impide realizar el trabajo de forma correcta con la consiguiente pérdida de tiempo e inseguridad.

• Comprobar la presión de aire del compresor, en caso de ser correcta existirá una fuga en la instalación, por tanto, hay que revisar las canalizaciones de forma visual o midiendo presiones poniendo especial interés en las uniones, por otra parte, si no existe presión en el compresor se procede a revisar el mantenimiento y verificar el compresor.

En una empresa dedicada al mantenimiento y reparación de vehículos, existe una o varias instalaciones de aire comprimido para

estudio del caso Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial.

2. ¿Qué función cumple la válvula limitadora de presión?

4. ¿Qué sistema se utiliza para conectar los equipos y herramientas a la red de aire comprimido?

3. ¿Cómo debe realizarse el montaje de la tomas de servicio?

5. ¿Por qué elementos está constituida una unidad de mantenimiento?

1. ¿Dónde se encuentra el filtro de aspiración?


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1. Elementos de neumática La neumática es la tecnología que utiliza la energía acumulada en el aire comprimido. Esta energía se transforma en energía mecánica mediante los actuadores (cilindros, motores, etc.). En la actualidad, la neumática se utiliza masivamente en aplicaciones industriales debido a las excelentes cualidades que presenta, entre las que destacan:

saber más

• El aire atmosférico es un elemento abundante en la naturaleza.

Símbolos neumáticos

• Puede ser fácilmente transportado por canalizaciones, incluso a grandes distancias, siendo innecesarios los conductos de retorno.

En el anexo puedes encontrar los símbolos neumáticos más utilizados en automoción.

• Es compresible, lo que facilita el almacenaje y transporte en depósitos. • No existe riesgo de explosión ni incendio en ambientes peligrosos. • No hay problemas por las fugas, debido a la limpieza del aire, lo que lo hace especialmente importante en la industria alimenticia y farmacéutica. • Un manejo fácil de sus elementos sin que entrañen peligrosidad. Sin embargo, este tipo de mecanismos también presentan serias limitaciones: • El aire comprimido debe ser tratado antes de su utilización, eliminando las impurezas y humedad. • La compresibilidad del aire impide obtener velocidades regulares y constantes en los elementos de trabajo. • Cuando el aire ha realizado el trabajo, se vierte al exterior, produciendo ruido que, en algunos casos, resulta molesto. En un circuito neumático podemos distinguir los siguientes grupos funcionales: grupo compresor, red de distribución, unidad de mantenimiento, válvulas y actuadores o elementos de trabajo.

1.1. Grupo compresor El grupo compresor ha sido diseñado para ofrecer un caudal de aire limpio y seco a una presión preestablecida, con el objeto de asegurar un funcionamiento eficiente de todas las máquinas y mecanismos. Las presiones ideales de empleo del aire comprimido oscilan entre 4 y 8 bar, siendo lo habitual 6 bar. El corazón de cualquier circuito neumático es el grupo compresor. El compresor Es una máquina encargada de aspirar el aire a la presión atmosférica y comprimirlo a una presión más elevada. El compresor recibe movimiento de un motor eléctrico por medio de poleas y correas de diversos tipos, se utiliza en aplicaciones industriales, o de un motor de combustión, en maquinaria móvil. Tipos de compresores Los podemos clasificar en: a) Compresor de émbolo: • De pistón. • De diafragma.


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b) Compresores rotativos: • De paletas o multicelular. • De tornillo helicoidal. • Compresores roots. c) Turbocompresores: • Axiales. • Radiales. 6

9

3 4 5 8 7 2

1

1. Filtro de aire aspirado. 2. Grupo motocompresor. 3. Refrigerador. 4. Válvula antirretorno. 5. Acumulador de aire, depósito. a

6. Válvula de seguridad. Limitador de presión. 7. Purgador manual. 8. Presostato. 9. Conjunto de filtro, indicador de presión, engrasado.

Figura 3.1. Grupo compresor de aire.

Compresores de pistón Su funcionamiento se basa en tomar aire por la válvula de aspiración en la carrera descendente del pistón, accionado por un cigüeñal, y expulsarlo a la zona de alta presión, a través de la válvula de escape, mientras la de aspiración permanece cerrada. Suelen tener uno o varios cilindros.

a

Figura 3.2. Compresor de pistón.

De todos los tipos de compresores destacan los de pistón, que son los más empleados. El cárter inferior, donde se aloja el mecanismo de biela y manivela, contiene aceite para la refrigeración y engrase de este mecanismo. En la boca de entrada del compresor hay un filtro de aire. Consiste en una fina malla, o un fieltro, que garantiza que las pequeñas partículas de polvo abrasivo o viruta no entren en los cilindros. El filtro de entrada sirve para prevenir un desgaste excesivo de las paredes de los cilindros, los segmentos y las válvulas. Durante el trabajo de compresión del aire, se produce un aumento de la temperatura de este. Posteriormente el aire es vertido a la red y en su circulación se produce un descenso de temperatura que conlleva una caída de la presión en esta,

a Figura 3.3. Compresores de pistón.


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perdiéndose así la capacidad de trabajo, lo que obliga a una refrigeración del cilindro. En los compresores pequeños bastan las aletas que lleva el cilindro por la parte exterior. En los que son mayores, se instala además un ventilador, y en los de alta presión, es necesaria la refrigeración por agua. Cuando el aire entra desde la atmósfera y se comprime en un solo recorrrido, entonces el mecanismo se conoce como compresor de una sola etapa. Los grupos de una sola etapa suelen admitir una presión de hasta 14 bar (1.400 kPa). Figura 3.4. Compresor de diafragma. a

En la figura 3.3 aparece un compresor de pistón de dos etapas y montaje en V. El aire comprimido en el primer pistón, después de ser refrigerado, se introduce en un segundo cilindro de volumen inferior que lo vuelve a comprimir. Así se obtienen presiones de hasta 20 bar y, con tres etapas, se puede llegar hasta 220 bar (22.000 kPa). Existen dos tipos de configuración para los compresores utilizados normalmente: los portáliles y los estáticos. Un compresor portátil está diseñado para porporcionar movilidad al usuario y está equipado con asas y ruedas. La configuración estática está provista de un depósito de aire más grande que el portátil y está fijado al suelo con tacos elásticos o silenbloc que absorban las vibraciones.

a

Figura 3.5. Compresor estáticos.

Compresor de diafragma o membrana a

Figura 3.6. Compresor de paletas.

Su funcionamiento es similar al anterior, pero en vez de pistón utiliza una membrana sintética flexible de goma para producir la acción de bombeo. Su principal ventaja reside en la imposibilidad de que el aceite lubricante pase al aire, al estar interpuesta la membrana. Se emplea en la industria alimenticia, farmacéutica, etc. Compresor rotativo de paletas o multicelular Está constituido por un cárter cilíndrico en cuyo interior gira un rotor excéntrico provisto de un cierto número de paletas deslizables en el interior de unas ranuras.

a Figura 3.7. Compresor de tornillos.

Cuando el rotor gira, la inercia mantiene a las paletas pegadas a la pared, mientras que la excentricidad hace que el volumen de las células varíe constantemente, comprimiendo el aire a medida que se acerca al orificio de salida.


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Las principales ventajas de este tipo de compresor son sus reducidas dimensiones, su funcionamiento silencioso y un suministro de un caudal prácticamente uniforme (sin impulsos). Estos compresores suministran menores presiones, pero mayores caudales que los de émbolo. Compresor de tornillos Está formado por dos tornillos helicoidales, engranados entre sí, que arrastran en su giro el aire (entre el hueco de sus dientes y el cilindro de recubrimiento) axialmente. Se utilizan en los equipos de aire acondicionado domésticos.

a

Figura 3.8. Compresores roots.

Compresor root Como se ve en la figura 3.8, el aire es simplemente transportado de derecha a izquierda, sin modificar su volumen en el hueco comprendido entre ambos rotores y la carcasa exterior. Se utilizaron en los primeros motores sobrealimentados o turbo. Turbocompresores Existen dos modelos de turbocompresores, ambos aptos para tratar grandes caudales. Uno es el turbocompresor radial, llamado así porque aspira el aire en su parte central para lanzarlo radialmente hacia la periferia por la acción de la fuerza centrífuga. La aceleración del aire se produce en sentido radial. Una posterior disminución de su velocidad hace que su presión aumente hasta el límite deseado. El segundo es el turbocompresor axial, en el que el aire circula paralelamente al eje del mismo. Ambos compresores pueden disponer de varios alabes en serie, especialmente diseñados para aumentar progresivamente la velocidad del aire. Depósito o acumulador de aire A la salida del compresor, se dispone de un depósito de acero y forma cilíndrica, capaz de albergar una buena cantidad de aire comprimido. Esto supone una reserva de aire a presión necesaria para abastecer a los diferentes consumidores cuando la demanda es superior a la producción del compresor, evitando caídas de presión de la red. Al mismo tiempo que amortigua las pulsaciones del caudal de salida del compresor, estas pulsaciones generan ondas de presión que pueden resultar perjudiciales para los aparatos consumidores. Por lo general, los acumuladores están provistos de diversos accesorios, tales como termómetro y manómetro, válvula de cierre y de vaciado del agua y válvula limitadora de presión. Con el termómetro y el manómetro controlaremos la temperatura y presión del aire en el acumulador. Si no se cierra, el compresor funcionará toda la noche en caso de que una manguera se rompa o tenga pérdida de aire. Para evitar esto, disponemos de una válvula de cierre del depósito que aisla el depósito de la red de distribución. Válvula limitadora de presión Termómetro Manómetro

Válvula de cierre Compuerta Válvula de vaciado de agua

a

Figura 3.10. Depósito de aire.

a Figura 3.9. Compresores radial y axial.

caso práctico inicial Todos los compresores están dotados con un filtro de aspiración de aire para impedir la entrada de las impurezas del aire.

caso práctico inicial La válvula limitadora, también llamada válvula seguridad, es la encargada de proteger el compresor en caso de sobrepresión.


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Debido al riesgo que supone una sobrepresión en el depósito, este dispone de una válvula de seguridad, tarada a una determinada presión a partir de la cual se abre la válvula por la que sale el aire y evita posibles explosiones. Gracias a su gran superficie, el aire encerrado en el acumulador se refrigera, con lo que la humedad se condensa en la parte inferior de él, acumulándose agua. Conviene eliminar dicha humedad periódicamente para evitar que penetre en la red de distribución. Para ello disponemos de la válvula de purga del depósito, que accionaremos manualmente, o de un colector automático de agua que se abre automáticamente para descargar una cantidad de agua preestablecida. Para evitar pérdidas de presión del aire, el colector se abre y se cierra rápidamente. La característica principal a la hora de decidirnos por un acumulador es su capacidad o volumen, que se mide en litros. Sistemas de regulación La presión suministrada por un compresor debe mantenerse dentro de unos límites prefijados de antemano, cualquiera que sea el caudal demandado por la instalación. Para realizar esta función, se dispone de un regulador de presión, cuya acción se ejecuta actuando sobre el propio compresor, sobre el motor de arrastre o sobre el circuito. En los compresores arrastrados por un motor de combustión, cuando no resulte práctico arrancar y parar el motor continuamente, es corriente el empleo de una válvula presostática, que actúa cuando se alcanza la presión máxima en el depósito, abriéndose dicha válvula, que permite el paso del aire a través de un pequeño tubo que conduce al mecanismo de descarga. Este mantiene abierta la válvula de admisión del compresor, haciéndolo funcionar en vacío. Cuando la presión desciende al mínimo, la válvula tarada se cierra, cortando el paso del aire por el tubo y cerrando así la válvula de admisión, que queda liberada nuevamente permitiendo su funcionamiento normal. En los compresores arrastrados por un motor eléctrico, el sistema de regulación más empleado es el que actúa sobre el motor eléctrico. Para ello se dispone de un presostato o interruptor de presión. Cuando la presión del sistema alcanza su nivel máximo, el interruptor se abre y corta la corriente que va al motor del compresor. Cuando la presión desciende a un nivel dado, el interruptor se cierra para volver a arrancar el compresor.

caso práctico inicial Función de la válvula limitadora de presión.

En otros casos, se dispone de una válvula limitadora de presión, que permite el vertido del aire hacia la atmósfera cuando se supera el valor de presión establecido.

ACTIVIDADES 1. Identifica los distintos componentes del grupo compresor de la instalación neumática del taller. 2. Busca en la placa de características o en el manual las características del grupo compresor. 3. ¿Qué sistema de regulación emplea el grupo compresor? 4. ¿Qué volumen o capacidad tiene el acumulador? 5. Haz una tabla de mantenimiento de un grupo compresor con el manual de este.


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1.2. Red de distribución El sistema de distribución de aire conduce el aire comprimido del depósito del compresor a distintos lugares de servicio (figura 3.12). La red debe tener una inclinación del 2 al 3 % en dirección al acumulador o de lo contrario en los bajantes hay que añadir pequeños depósitos auxiliares de purgado provistos de grifo. Las tomas de servicio se efectúan siempre por encima de ellos (figura 3.11).

caso práctico inicial Las tomas de servicio se deben montar en circuito cerrado para evitar pérdidas de carga.

Las conexiones de los bajantes se harán por la parte superior de la conducción principal para impedir, en lo posible, el paso de agua condensada. En grandes instalaciones, la red de distribución debe ser del tipo cerrado o de doble circuito. Para este tipo de instalación se recomienda incluir un depósito de aire adicional en el extremo opuesto del compresor, para así conseguir una presión más estable.

Representación Representación práctica simbólica

Sentido de circulación

Sistema de tuberías

Receptor de aire extra

Tomas del sistema

Recipiente para condensación

Compresor

a

Figura 3.11. Red de distribución en circuito cerrado.

a Figura 3.12. Bajantes de la red de distribución.

Tuberías Las tuberías se utilizan para la conducción de fluidos a más o menos presión, constituyéndose de diversos materiales, según sea la presión y el fluido transportado. El material empleado suele ser el plástico, el cobre y el acero. El cobre y el plástico se suelen comercializar en rollos y el acero en barras de 6 metros. Progreso del perfil 1

4 3

2

3

4

5

6

2 1

Fabricación de tubos por perfilado y soldadura eléctrica por costura.

Fabricación de tubos por extrusión en caliente.

1. Rodillos perfiladores; 2.Rodillos soldadores; 3. Rodillos de presión; 4.Tubo soldado.

1. Portamatriz; 2. Matriz; 3. Contenedor; 4. Tocho perforado; 5. Pistón; 6. Émbolo.

a

Figura 3.13. Fabricación de tubos.

Conexión para utilización


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Los tubos pueden construirse por extrusión en caliente o por soldado, siendo los primeros los que ofrecen mejores cualidades. En los soldados se aprecia la costura por soldadura eléctrica continua a lo largo del tubo. Las tuberías se designan por su diámetro exterior, estando ampliamente normalizadas según tres normas: la métrica, la whitworth y la de gas. Mangueras Las mangueras flexibles se reservan para las derivaciones finales. Sirven de unión entre las tomas de servicio de la red de distribución y las herramientas o elementos de trabajo móviles a las que da servicio. Figura 3.14. Mangueras con uno y dos trenzados.

a

Las mangueras más simples suelen consistir en un conducto de goma recubierto de un trenzado textil y una capa externa. Para mangueras más resistentes se utilizará un trenzado de acero y, a medida que se necesite que sean más resistentes, se les añadirán más trenzados. Elementos de conexión Las uniones de los tubos entre sí y de los tubos a los actuadores, válvulas y accesorios, pueden hacerse por soldadura o por roscado, siendo el roscado la técnica más empleada:

Figura 3.15. Tubos unidos por casquillo. a

• Uniones entre los tubos En instalaciones neumáticas, cuando el material y el espesor del tubo lo permiten, los extremos de los tubos pueden roscarse por su exterior para unirlos entre sí por medio de manguitos roscados interiormente a ambos extremos del tubo. En instalaciones hidráulicas, un roscado en el tubo limita la resistencia a las altas presiones; por tanto, empleamos las tuercas de unión, como indican las figuras siguientes. ANTES de apretar la tuerca

Tope a

Cono interior

DESPUÉS de apretar la tuerca

Anillo de corte

Figura 3.16. Tuercas de unión.

Forma de codo

Forma de «te» Forma de «ele»

a

Rebaba visible


Forma de cruz


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Hay una gran variedad de uniones basadas en el mismo principio que las tuercas de unión, que se emplearán según se necesiten. Las medidas, tanto de la rosca macho como de la hembra, están normalizadas, siendo sus diámetros las medidas nominales. Cuando es necesario unir dos trozos de tubería flexible, puede efectuarse dicha unión con piezas cilíndricas dotadas de unos resaltes adecuados para la sujeción del tubo, tal como se ve en la figura 3.19. Estas piezas se conocen con el nombre de cánulas y se colocan entre los dos tubos asegurándose su unión con abrazaderas o bridas. Para determinar el tipo de rosca medir el diámetro de las roscas exteriores o el diámetro de las roscas interiores.

Diámetro exterior

a

Diámetro interior


Cuando hay que efectuar conexiones de tubos flexibles con tubos rígidos se utilizan unos accesorios llamados cánulas con espiga roscada, como se muestra en la figura 3.19.

Bridas de engatillar

Cánulas Cánulas con espiga roscada Racor Sentido de rosca

Cuerpo de válvula

a

Figura 3.19. Conexiones de mangueras.

a

Figura 3.20. Roscas.


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• Uniones de los tubos a los actuadores y las válvulas Los tubos se acoplan a los demás elementos del circuito mediante los racores. Estos enroscan en un agujero roscado del elemento.

A

B C

A la hora de unir el otro extremo del racor al tubo, empleamos varios procedimientos. E

D

A B C

Para tubos de plástico: D

E

A. Junta tórica de estanqueidad B. Diente de cierre C. Contrapendiente de bloqueo D. Casquillo elástico E. Tubo de plástico a Figura 3.21. Racores de conexión rápida.

– Racores de conexión rápida. El sistema de funcionamiento es sencillo: el tubo de plástico se introduce a presión dentro del racor hasta sobrepasar la junta tórica de estanqueidad, haciendo tope en el encaje interior del accesorio. Al llegar al citado punto, el tubo está ya en disposición de trabajo, ya que el diente de cierre le impide retroceder al estar sujeto por la contrapendiente de bloqueo, la cual lo aprieta con mayor firmeza al recibir una presión contraria a la de entrada del tubo. Cuando es necesario extraer el tubo del interior del racor se efectúa una presión hacia el interior sobre el casquillo elástico, el cual, al avanzar, produce una apertura del diente de cierre dejando al tubo libre, con lo cual su extracción es sumamente fácil. En otros racores, para asegurar la estanqueidad, una vez colocado el tubo, tiramos del casquillo elástico hacia fuera, gracias al anillo del que disponen. – Racores cónicos para tubos de plástico. Hay que tener cuidado a la hora de apretar la tuerca moleteada, aunque la forma especial del cono de conducción impide posibles cortes de tubo. Macho

Hembra

30

a

Figura 3.22. Racores.

Casquillo a

Figura 3.23. Racores cónicos.

a

Nipple

Figura 3.24. Racores macho y hembra.

– Racores desmontables para mangueras. Se unen a la manguera por el lado del casquillo, encajándola entre este y el nipple o vástago, que a su vez están roscados entre sí. Por el lado opuesto al casquillo, se une a la herramienta o actuador móvil mediante un roscado macho o hembra. – Racores fijos para mangueras. Para uniones fijas de mangueras utilizamos también las cánulas con espiga roscada, que vimos en la figura 3.19. – Racores grapados o engatillados. Se unen rígidamente a la manguera con un grapado o engatillado mediante máquinas para grapar. Para tubos de acero: a

Figura 3.25. Engatilladora.

• Racores cónicos para tubos metálicos. Están compuestos de tres piezas: cuerpo, tuerca y férula.


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• Enchufes rápidos Para la conexión a los distintos aparatos y herramientas, se dispone de enchufes rápidos en la red a intervalos regulares, que toman la forma representada en la figura 3.27. En su posición de reposo, una válvula interior impide la salida del aire; pero cuando se conecta el terminal macho, se desplaza esta válvula permitiendo la salida del aire. El terminal hembra dispone de un sistema de anclaje y fijación de la espira que impide que se suelte accidentalmente una vez conectados. Para separarlos, es preciso desplazar axialmente la carcasa de cierre de la base, liberando así las patillas de fijación del terminal macho.

a

La tuerca gira sobre la férula en este punto El tubo no es arrastrado Férula auto-centrante

Figura 3.26. Racor para tubos abocardados.

a

Figura 3.27. Enchufe rápido neumático.

En circuitos hidráulicos donde es necesaria la hermeticidad de los dos terminales, para no chorrear aceite, empleamos un enchufe rápido como el de la figura 3.28: Cuerpo hembra

a

Cuerpo macho

Figura 3.28. Enchufe rápido neumático.

ACTIVIDADES 6. Sobre el circuito neumático del taller, comenta todos los detalles que puedes apreciar y que hemos tratado en este punto. 7. Explica el proceso de montaje de los racores de conexión rápida y los cónicos para los tubos de plástico. 8. Explica el funcionamiento de los enchufes rápidos para circuitos hidráulicos.


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EJEMPLOS Explica el proceso de montaje de las uniones roscadas. Solución Para montajes en serie, tener en cuenta que los extremos del tubo tengan colocado previamente el anillo de corte. a

Sujetar y cortar el tubo con el útil adecuado que facilite el corte a escuadra.

d

Realizar el roscado del tubo, utilizando la terraja y portaterrajas adecuado, durante el proceso de roscado engrasar adecuadamente.

g

Efectuar el apriete final al par correspondiente con la llave adecuada. a

b

Eliminar las rebabas del tubo interior y exteriormente.

e

Finalizar el roscado, extraer la terraja y limpiar las virutas.

h

Resultado de la unión de ambos tubos.

Figura 3.29. Proceso de montaje de uniones roscadas.

c

Engrasar bien para facilitar la operación de roscado.

f

Aproximar la tuerca de unión y apretar manualmente.

j

Equipo de útiles para la realización de roscado a mano.


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Explica el proceso de montaje de los racores desmontables en las mangueras. Solución Tubos de un trenzado Fase 1. Corta la tubería a la longitud deseada mediante una sierra fina, muela de tronzar o cuchillo circular. Procura obtener un corte perfectamente a escuadra. Sujeta el casquillo a un tornillo de banco e introduce la tubería en sentido de rotación a izquierda, hasta que haga tope. Afloja 1/4 de vuelta. 1

Fase 2. Lubrica abundantemente el exterior del nipple o vástago, el mandril de montaje y el interior de la tubería.

2

Fase 3. Raccords macho: Introduce el mandril de montaje en el nipple y lubrícalo. Mete el útil de montaje en el flexible, imprimiéndole un movimiento de vaivén longitudinal hasta que no ofrezca resistencia. Atornilla el nipple al casquillo mediante llave aplicada al hexagonal del raccord macho, hasta que haga tope con el casquillo. 3

Fase 4. Tuerca giratoria: Bloquea la tuerca giratoria mediante el mandril una vez introducido en el nipple. Lubrícalo. Atornilla el nipple al casquillo aplicando la llave sobre el hexagonal del útilmandril de montaje, dejando una holgura de 1 a 1,5 mm entre la tuerca y el casquillo para que dicha tuerca pueda girar libremente. 4

Tubos de dos trenzados Fase 1. Corta la tubería a la longitud deseada. Tal como figura en el grabado, debe colocarse el casquillo en posición paralela al flexible con el fin de determinar fácilmente la longitud de cubierta de caucho que debe quitarse para el montaje. Haz una incisión circular y luego otra longitudinal, procurando no dañar el trenzado de alambre de acero. Quita esta parte de cubierta de caucho mediante 5 unos alicates. Limpia las partículas de caucho adheridas al trenzado, mediante cepillo de alambre. Fase 2. Sujeta el casquillo a un tornillo de banco. Introduce la tubería en sentido de rotación a izquierda, hasta que haga tope. Afloja 1/4 de vuelta.

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Fase 3. Lubrica abundantemente la rosca del nipple y el interior de la manguera. No es necesario utilizar mandril en las mangueras de doble trenzado de alambre de acero. Para los tubos de mayor diámetro interior deberá utilizarse grasa en lugar de aceite. 7

Fase 4. Atornilla el nipple al casquillo, dejando una holgura de 1 a 1,5 mm, especialmente en las tuercas, para que estas puedan girar libremente.

8

Nota: El mandril no es necesario para el montaje de raccords a tubos flexibles de un diámetro interior a partir de 1’’. El nipple puede ser roscado directamente al casquillo aplicando la llave en el hexagonal del raccord. a

Figura 3.30.

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1.3. Unidad de mantenimiento

Todos los equipos y herramientas se conectan a la red de aire comprimido mediante la unidad de mantenimiento.

Antes de la conexión a una máquina o circuito, el aire debe ser acondicionado, instalando la llamada unidad de mantenimiento en cada toma de servicio de la red de distribución.


La unidad de mantenimiento estará constituida por un filtro, un regulador y un engrasador. Los tres elementos se conectan uno a continuación del otro.

La unidad de mantenimiento está formada por un filtro de aire con decantador de agua, una válvula reguladora de presión y un lubricador.

Con frecuencia, el filtro y la válvula reguladora de presión van agrupados en una sola unidad, ofreciendo la unidad de mantenimiento un aspecto más compacto.

Unidad de mantenimiento simplificada a

Unidad de mantenimiento en detalle

Figura 3.31. Unidad de mantenimiento.

El funcionamiento de sus componentes es como sigue: Salida

Entrada

Filtro separador de agua A

Sirve para eliminar impurezas que aún puede llevar el aire comprimido. Este circula a través de un cartucho filtrante que retiene las partículas en suspensión y deposita el agua, que se acumula en el fondo del depósito, de donde se elimina periódicamente por medio de la purga manual o automática.

D V P

Como es lógico, hay que realizar la limpieza periódica del filtro o proceder a su sustitución, según los casos, para garantizar el correcto funcionamiento del aparato.

G T

Reductor de presión Filtro

Flitro con separador de agua

a Figura 3.32. Filtro separador de agua.

Una vez filtrado, el aire pasa por el regulador de presión donde la presión es reducida a un valor constante. El valor ajustado puede leerse en un manómetro. Para permitir un funcionamiento uniforme, la presión ajustada debe ser ligeramente inferior a la presión mínima de la red.


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Mediante el tornillo de ajuste (2) (véase la página 333) se aprieta más o menos el resorte (8), el cual actúa sobre la membrana (3), levantando el vástago (6) y con él la junta (5), venciendo al mismo tiempo la acción del resorte (1). El aire a presión que entra por P1 circula libremente hacia el punto P2. Si por cualquier motivo aumenta la presión en el lado del consumo más allá del valor previsto, este aumento de presión impulsa hacia abajo la membrana (3), cerrando el paso del aire. Cuando la presión disminuya, se volverá a abrir el paso de aire del primario al secundario. Engrasador Los elementos neumáticos, al tener piezas móviles, deben recibir una pequeña dosis de aceite para su lubricación constante. Para ello se utiliza el mismo aire comprimido, que actúa de vehículo portador. El aparato lubricador que realiza esta función actúa según el efecto Venturi. El engrasador va provisto de una mirilla y un tornillo de regulación para controlar el goteo. Es importante que el nivel de aceite de alimentación esté dentro de los límites indicados por el constructor del aparato. No obstante, no debe exagerarse la lubricación, ya que podrían obstruirse los conductos más pequeños de los elementos. Para simplificar, en los esquemas de cualquier circuito, al grupo compresor, a los correspondientes conductos de aire comprimido, a la unidad de mantenimiento y a la conexión del correspondiente circuito los representamos con un pequeño círculo con un punto en el centro. 1

V

C

7

5

D 1.0

P1

P2

E

S

R

T

6 3 4 1.1 (2)

8

(1) P

2 a

Figura 3.33. Reductor de presión.

A

a

Figura 3.34. Engrasador.

a

R (3)

Figura 3.35. Toma de aire.

ACTIVIDADES 9. De los tres elementos de la unidad de mantenimiento de un circuito neumático, ¿cuáles no crees necesarios en un circuito hidráulico? 10. ¿Sabrías explicar en qué consiste el efecto Venturi y cómo se aplica en un engrasador? 11. Comprueba en un engrasador del taller sobre qué actúa el tornillo de regulación para controlar el goteo.


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1.4. Válvulas o elementos de control Las válvulas se emplean en cualquier circuito hidráulico o neumático para controlar las presiones, los caudales y las direcciones que debe tomar el fluido en cada fase. Podemos distinguir las válvulas distribuidoras, las reguladoras de caudal y las reguladoras de presión. Válvulas distribuidoras Con ellas desviamos el camino que ha de seguir el fluido, dependiendo de su posición, hacia uno u otro de los elementos receptores.

saber más Directiva 98/12/CE Según directiva 98/12/CE. Denominación de las bocas de las válvulas de frenos neumáticos. 1 (V) ..... Alimentación 11 (V1) 1.ª Alimentación. 12 (V2) 2.ª Alimentación. 2 (Z) ..... Salida

Las válvulas distribuidoras se designan según el número de vías y según el número de posiciones. Se consideran vías a las conexiones u orificios que tiene la válvula o distribuidor, por los que puede circular el fluido. Las posiciones son las combinaciones o posturas que puede adoptar la válvula. Cada válvula tiene generalmente dos o tres posiciones. Para designar y representar las válvulas en los esquemas de circuitos se emplean símbolos normalizados, según las normas CETOP (Comité Europeo de Transmisiones Oleohidráulicas y Neumáticas).

21 (Z1) Salida 1. 22 (Z2) Salida 2. 4 (S) ..... Señal 41 (S1) Señal o pilotaje 1 42 (S2) Señal o pilotaje 2 3 (E) ..... Escape

Como ejemplo, consideraremos la válvula de la figura 3.35 de tres vías y dos posiciones. Se designa de forma abreviada, como válvula 3/2 (tres vías, dos posiciones). Para representarla, empleamos un bloque con tantos cuadros como posiciones tenga (en nuestro caso dos). Dentro de cada cuadro representamos por flechas las distintas direcciones del fluido. Las conexiones bloqueadas se señalan mediante líneas transversales dentro de los cuadros. Las conexiones con el exterior se indican en el cuadro de la posición de reposo. Estas se señalan con letras mayúsculas (números): • Para los conductos de trabajo y alimentación a los cilindros: A, B, C, … (2, 2.1, 2.2...) • Alimentación del aire comprimido: P; (1)

1.0

• Escapes: R, S (3, 5) • Líneas de pilotaje: Z, Y, X

1.1

(2) A

(1) P a

R (3)

Figura 3.36. Toma de aire.

La conexión de escape se representa por un triángulo, si este está adosado al cuadro. Y si está separado, posee rosca de conexión donde poder montar silenciadores, aparte de los elementos neumáticos. Para ver el comportamiento de la válvula a partir del esquema, basta con desplazar el bloque en horizontal, dejando inmóviles las conexiones o trazos exteriores, hasta confrontar las conexiones con los conductos de otro cuadro, que nos presentará otra nueva distribución de flujo (figura 3.36) para el avance del cilindro. Los accionamientos que hacen que se modifique la posición de las válvulas pueden ser manuales, mecánicos, neumáticos o eléctricos. Estos dos últimos procedimientos permiten un accionamiento a distancia.


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Los símbolos de los accionamientos se dibujan en la parte lateral de los cuadros como sigue: • Accionamiento manual: por pulsador, palanca, pedal y pedal con enclavamiento.

a

a

a

c

Pulsador

Pedal

ab

a d

b Palanca a

Pedal con enclavamiento

Figura 3.37. Accionamiento manual.

• Accionamiento mecánico: por leva, rodillo y rodillo escamoteable.

Leva Rodillo escamoteable

Rodillo a b c a

Figura 3.38. Accionamiento mecánico.

En el accionamiento por rodillo, este es empujado por una leva. En el de rodillo escamoteable, el accionamiento del rodillo es posible solamente en un sentido. • Accionamiento neumático: en este caso, las válvulas cambian de posición cuando se hace llegar presión a un conducto lateral, lo que produce el desplazamiento del distribuidor. • Accionamiento eléctrico: las electroválvulas o válvulas electromagnéticas son elementos mixtos que, mediante una señal eléctrica exterior, efectúan el desplazamiento del distribuidor.

A

B Y

Z

S R

P A

B

Z

Y

R R

R P

S

a Figura 3.39. Accionamiento neumático.

P a

A Figura 3.40. Accionamiento eléctrico.

P

A


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La parte fundamental de la electroválvula es el electroimán, capaz de mover directamente el pistón. Se trata de un accionamiento directo.

R

R A

B

B

P

P a

A

Figura 3.41. Accionamiento eléctrico y neumático.

Para gobernar grandes caudales de paso, se requieren conductos amplios y los electroimanes necesarios para accionar los émbolos resultarían excesivamente grandes. En este caso, se utiliza otro tipo de válvulas, de accionamiento electro-neumático o servopilotadas. Disponen de una derivación interna desde el conducto de presión (P) hacia el asiento de la electroválvula, de manera que, al excitar el electroimán, se da paso a la presión hacia el émbolo principal, que es accionado por medios neumáticos. Válvulas reguladoras de caudal Sirven para impedir o reducir el paso del fluido en los dos sentidos o en uno solo, dejándolo libre en el contrario. Las más importantes de este grupo son: a) Válvulas de cierre. b) Válvulas de retención. c) Válvulas estranguladoras. d) Válvulas estranguladoras de retención. e) Válvulas de purga rápida. f) Válvulas selectoras de retención. a

Figura 3.42. Válvula de cierre.

g) Válvulas de simultaneidad. • Válvulas de cierre. Sirven para abrir o cerrar, de forma total, el paso del aire. Se emplean generalmente a la salida del grupo compresor. • Válvulas de retención o antirretorno. Son válvulas de bloqueo que impiden el paso del fluido en un sentido determinado, permitiendo que circule libremente en el otro sentido. La obturación puede lograrse por bola, disco, cono, etc., impulsada por la propia presión de trabajo o bien con la ayuda complementaria de un muelle.


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a

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Figura 3.43. Válvula antirretorno.

• Válvulas estranguladoras. Permiten modificar el caudal del fluido en cualquier sentido de circulación por medio de un dispositivo regulable de estrangulación. • Válvulas estranguladoras de retención. Trabajan como una válvula de retención y otra estranguladora en paralelo, como indica su símbolo. En un sentido, el fluido pasa libremente por la válvula de retención y, en el sentido contrario, esta válvula lo retiene obligándolo a pasar por la válvula estranguladora, que puede ser regulada por un tornillo.

Figura 3.44. Válvula estranguladora.

a

A

A

P

R

P1 A

P2 a

Figura 3.45. Válvula estranguladora de retención.

R a

Figura 3.46. Válvula de purga rápida.

Este tipo de válvula se utiliza fundamentalmente en la regulación de la velocidad de los cilindros, lo cual puede lograrse regulando el flujo de alimentación o el de escape, si bien este último es lo más adecuado, puesto que lo primero tiene el inconveniente de que cualquier variación de carga supone una sensible modificación de la velocidad. • Válvulas de purga rápida. Se instalan entre la válvula de mando y el correspondiente cilindro sobre el que esta actúa. Su misión es que la purga de los cilindros se efectúe de forma rápida, sin pasar por la vía de la válvula de mando (normalmente de poca sección). Su funcionamiento (figura 3.46) es el siguiente: el aire que entra por el orificio de alimentación (P) desplaza a la membrana de obturación, lo que bloquea el escape (R) y conecta el orificio (A) para accionar al cilindro. Cuando cesa la alimentación en (P), el aire a presión acumulado mueve la membrana hacia (P) y escapa con rapidez por (R). • Válvulas selectoras de retención (figura 3.47). Tienen dos conductos de entrada (X e Y) y uno de salida (A), dispuestos de manera que, cuando se aplica presión por cualquiera de los conductos de entrada, el otro queda bloqueado.

P


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Esta válvula se emplea en los casos de mando doble de un cilindro para aislar el conducto que no funciona en un determinado momento. Normalmente se les llama válvulas O. • Válvulas de simultaneidad. Como las anteriores, tienen dos entradas y una salida. El aire no podrá pasar por la válvula a no ser que estén conectadas bajo presión ambas entradas. Para que el aire salga, debe mandarse presión por las entradas P1 y P2, al mismo tiempo. A estas válvulas se les llama válvulas Y. A

P1

A

P2 P1

A

P2

X

Válvula «Y» a

A

Y X

Y

Válvula «O»

Figura 3.47. Válvulas selectoras de retención y de simultaneidad.

Se utilizan cuando se necesitan dos condiciones para que entre en funcionamiento el actuador que gobierna y se emplean frecuentemente en dispositivos de seguridad. Válvulas reguladoras de presión Están concebidas para mantener la presión entre límites preestablecidos. Entre los tipos más extendidos hay que destacar: • Válvula limitadora de presión. Esta válvula, llamada también de seguridad, impide la elevación de la presión por encima del valor nominal admisible por el sistema donde está conectada. En caso de sobrepresión procede a liberar, hacia la atmósfera o al depósito del fluido, según sea aire o aceite respectivamente. • Válvula de secuencia. Se emplea en los circuitos para dar preferencia a ciertos consumidores, haciendo que los restantes solo puedan suministrarse cuando haya suficiente presión. Se utilizan en el circuito neumático de los camiones, donde, al arranque, se van llenando los calderines o acumuladores de los frenos de mano, los frenos delanteros y los frenos traseros, en este orden. • Válvula reductora de presión. Ya la nombramos en el apartado 1.3 donde hablamos de la unidad de mantenimiento. Ajusta la presión a un valor determinado de trabajo en el circuito generalmente más bajo que la red general.


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EJEMPLO La válvula rotativa de la dirección asistida de cualquier vehículo consiste en una válvula distribuidora como se representa en la figura. a) Deduce de qué tipo de válvula se trata. b) Haz un esquema para cada posición y explica el funcionamiento del circuito. c) Represéntala según las normas.

A

P

A

B

P

A

B

P

B

7

R A. Trayectoria recta a

R

R B. Giro a la izquierda

C. Giro a la derecha

Figura 3.48. Válvula rotativa de dirección.

Solución Al girar el volante se tuerce la barra de torsión (7) adoptando la válvula las siguientes posiciones: (A) cuando no se gira; (B) cuando se gira a la izquierda y (C) cuando se gira a la derecha. a) Se trata de una válvula de 4 vías y 3 posiciones, 4/3. b) A la hora de representarla dibujamos un bloque con 3 cuadros (ya que tiene tres posiciones). Las vías o conexiones con el exterior las representamos en el cuadro del medio (abajo ponemos la de alimentación (P) y, la de retorno, (R). Y arriba las otras dos (A y B), una para cada lado del cilindro de la dirección). – Trayectoria recta

(1) P a

R (3)

Figura 3.49. Válvula en posición central.

En el cuadro central, posición de reposo, unimos entre sí las vías según vemos que pasa el aceite para esta posición; todas están unidas entre sí con una H.


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– Giro a la izquierda Ponemos la válvula en otra posición y unimos las vías según vemos que pasa el aceite, entra por un lado del cilindro y sale por otro, representado con dos flechas en paralelo.

A

B

– Giro a la derecha P

Volvemos a poner la válvula en el lado contrario y hacemos que el aceite accione al cilindro en sentido contrario, representado con dos flechas cruzadas.

Figura 3.50. Posición a la izquierda.

a

c) La representación de la válvula según las normas será:

A

B

P a

R

Figura 3.51. Posición a la derecha.

a

R

A

B

P

R

Figura 3.52. Símbolo de la válvula.

ACTIVIDADES 12. Copia las figuras en tu cuaderno y de los símbolos normalizados de las siguientes válvulas, designa a cada una de forma abreviada, número de vías/número de posiciones.

a

Figura 3.53.

13. Copia los dibujos y figuras en tu cuaderno y relaciona a cada una de las válvulas siguientes con su correspondiente símbolo. 1.

2.

4.

3.

R R

A A

A

R A P

P P P (2)

(1) (3) a. a

Figura 3.54. Válvulas.

(2)

(1) (3) b.

2

2

1 3

1 c.

d.


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14. Haz el esquema de un circuito neumático para un cilindro de simple efecto y otro de doble efecto, donde podamos regular las velocidades de avance y retroceso independientemente. 15. Dadas las siguientes válvulas distribuidoras, deduce de qué tipo se trata cada una y represéntalas esquemáticamente. Z

R R A A P P

a

Figura 3.55.

a

Figura 3.56.

A

B

A

R

B

R

Z P

A

R

P

Z

R

P

A

P

A

Y

B

Z

P

S

P S

a

R

R

A

B

Figura 3.57. Válvulas distribuidoras.

16. Haz el esquema de un circuito neumático para un cilindro de simple efecto, con un retroceso rápido, empleando una válvula de purga rápida.


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1.5. Elementos receptores o de trabajo Son todos aquellos que, recogido el fluido a una presión determinada y con el caudal preciso, realizan el trabajo mecánico deseado. Podemos distinguir los cilindros y los motores, existiendo múltiples variedades de uno y otro. Cilindros Los cilindros se pueden dividir en dos grandes grupos: de simple efecto y de doble efecto. Los primeros realizan el esfuerzo activo en un solo sentido y el retorno depende de un muelle o membrana que devuelve el émbolo a su posición inicial. Los cilindros de doble efecto actúan de modo activo en los dos sentidos. Además, existen numerosas ejecuciones especiales que pueden considerarse variantes de los dos tipos básicos, destinadas a empleos muy particulares: cilindro de membrana, cilindro en tándem, cilindro multiposicional, cilindro de impacto, etc. • Cilindros de simple efecto: los más comunes tienen el retorno por muelle. El aire comprimido alimenta la cámara posterior, lo que hace avanzar el pistón, venciendo la resistencia del muelle. El retroceso se verifica al evacuar el aire a presión de la parte posterior, lo que permite al muelle comprimido devolver libremente el vástago a su posición de partida. En algunos casos particulares, la carrera de trabajo se confía al muelle comprimido, empleándose la presión del aire solo para lograr esta compresión. Se utiliza cuando la interrupción brusca de la energía neumática puede resultar peligrosa, tal como en los frenos de camiones y trenes. En aplicaciones hidráulicas se utiliza frecuentemente el cilindro de tipo buzo, donde la entrada y el retorno del aceite se realiza a través del mismo conducto en el que se acopla una válvula adecuada. Se utilizan en elevadores y gatos para levantamiento de automóviles. El movimiento de subida del émbolo es debido a la presión hidráulica, mientras que el de bajada lo realiza la acción del peso elevado. Culata anterior Casquillo guía

Muelle

Culata posterior Alimentación Pistón

carga símbolo De la bomba

Vástago

Fuga

Camisa

Cilindro de simple efecto a

carga

Al tanque

Salida

Entrada

Cilindro de tipo buzo

Figura 3.58. Cilindros de simple efecto.

• Cilindros de doble efecto: al dar aire a la cámara posterior del cilindro y evacuar simultáneamente el aire de la cámara anterior, el vástago del cilindro avanza y, cuando se realiza la función inversa, el vástago retrocede. En los cilindros de doble efecto, debido a la presencia del vástago en una de las cámaras, la superficie eficaz del émbolo queda reducida, por lo cual el esfuerzo obtenido es mayor en la carrera de avance que en la de retroceso, por lo que se les llama también cilindros diferenciales. Por la misma causa, el movimiento del émbolo es más lento en el avance.


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Una variante de estos cilindros son los de doble vástago, en los que el émbolo tiene dos vástagos, uno a cada lado, de modo que cuando uno avanza el otro retrocede. Estos cilindros se utilizan en casos en los que es necesario obtener la misma fuerza en los dos sentidos de movimiento. Otras veces, por razones de espacio, la detección de fin de carrera debe hacerse sobre el vástago auxiliar y no sobre el de trabajo. Un problema que se presenta en el funcionamiento de los cilindros, cuando se trabaja con velocidades considerables, es el choque del émbolo contra la culata cuando llega al final del recorrido. Para evitar estos choques se utiliza un sistema de amortiguación de fin de carrera, que puede realizarse de manera interna o externa al cilindro. 6

5

1 1. 2. 3. 4. 5. 6. a

2

3 4

Casquillo guía Camisa de cilindro Émbolo Anillo guía del émbolo Vástago Cabezas

Cilindro doble vástago

Figura 3.59. Cilindros de doble efecto.

La amortiguación interna se realiza por medio de un émbolo amortiguador situado sobre el vástago, y un cilindro adicional, así como el sistema de regulación del fluido de escape, que actúa como colchón. Cuando el émbolo amortiguador penetra en el cilindro amortiguador, cierra el aire residual contenido en este, que se ve obligado a salir por un regulador de caudal que permite el escape controlado del fluido para conseguir que el émbolo llegue lentamente al final del recorrido. Para permitir que el cilindro pueda realizar la carrera contraria, se instala una válvula de retención de forma que durante el escape esté cerrada y en la admisión se abra para permitir la entrada del fluido. La amortiguación externa se realiza por medio de muelles, amortiguadores hidráulicos, estrangulamiento de conductos de escape, etc. Como es lógico, la amortiguación puede hacerse en uno o los dos sentidos. Los esquemas de la figura 3.60 representan cada uno de los casos posibles.

Amortiguación simple fija

a

Amortiguación doble fija

Figura 3.60. Cilindro con amortiguación.

Amortiguación simple regulable

Amortiguación doble regulable


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• Cilindros especiales. Con esta denominación se agrupan los cilindros para aplicaciones específicas tanto hidráulicas como neumáticas. Pueden destacarse los siguientes tipos: – Cilindro de membrana. El pistón es sustituido por una membrana fijada a la camisa en su periferia y al vástago en su parte central, de manera que, en posición de reposo, quede plegada dicha membrana, para extenderse en el accionamiento, como se muestra en la figura 3.61. Figura 3.61. Cilindro de membrana. a

Se utiliza principalmente en neumática y concretamente en la industria alimentaria o farmacéutica, para evitar el aceite de lubricación que transporta el aire. – Cilindro en tándem. Está constituido por dos cilindros de doble efecto acoplados en serie, formando una sola unidad. Con ello, aplicando la misma presión simultáneamente sobre los dos émbolos, se obtiene una fuerza doble a la del cilindro del mismo diámetro. Se utiliza cuando se requieren fuerzas considerables de accionamiento y no es posible utilizar cilindros de un diámetro mayor, debido al espacio disponible en la máquina.

Posiciones de maniobra 1 2 3 4

P PP

P

P

P P

P

a

Figura 3.62. Cilindro en tándem.

– Cilindro multiposicional. Está formado por una combinación de al menos dos cilindros de doble efecto, dispuestos con las tapas posteriores encaradas.

P

P PP

Figura 3.63. Cilindro multiposicional.

a

En ellos son posibles más de dos posiciones definidas de maniobra, según el émbolo y la cara del mismo a la que se aplique presión, pudiendo hacerse combinaciones que permitan cuatro, seis u ocho posiciones. En la figura 3.63 se ha representado uno de cuatro posiciones. – Cilindro de impacto (figura 3.64). Se emplea cuando se desea que el pistón produzca un fuerte impacto sobre la pieza a actuar. Consiste en un cilindro de doble efecto al que se ha añadido una cámara de aire.

C C'

A a

B

Figura 3.64. Cilindro de impacto.

Al dar presión a la cámara A el émbolo se traslada hacia la izquierda. Al dar presión a la cámara B, si la fuerza que actúa sobre la superficie C es mayor que la actuante en la cámara A, el émbolo se mueve hacia la derecha. En ese instante, queda libre toda la superficie del émbolo en su cara de accionamiento y la fuerza de empuje aumenta, haciendo que el pistón se mueva bruscamente hacia la derecha. Con el aumento de velocidad se desarrolla una importante energía cinética, que se aprovecha en el impacto.


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– Cilindro de cable (figura 3.65). Como se ve, los extremos del cable están fijados a ambos lados del émbolo. Con este tipo de cilindro es fácil conseguir grandes desplazamientos y se utiliza preferentemente para el gobierno de puertas correderas. – Cilindro de eje giratorio. Es un tipo de cilindro que convierte el movimiento lineal del émbolo en giratorio de un eje. En el vástago del émbolo se forma una cremallera que acciona el piñón que gira con el eje.

a

Figura 3.65. Cilindro de cable.

Motores Su funcionamiento y tipos son exactamente iguales a los compresores: transforman la energía de presión del fluido en movimiento circular. El efecto es el contrario al obtenido con las bombas y compresores y su construcción resulta similar a ellos, fabricándose motores de paletas, pistones, engranajes, etc. Los motores de paletas son los más empleados, siendo su utilidad muy extendida como órgano de transmisión en maquinaria de obras públicas. Estos motores permiten una variación continua de la velocidad de rotación y del par, ocupan poco espacio, son muy fiables, tienen un amplio campo de velocidades, exigen poco mantenimiento, etc.

a Figura 3.66. Cilindro de eje giratorio.

saber más Aire comprimido Puedes encontrar información sobre el primer vehículo de aire comprimido en la página web www.motordeaire.com. Motor radial Motor de paletas

Trivella

Autobetonier a

Dúmper

Figura 3.67. Motores neumáticos.

ACTIVIDADES 17. ¿Por qué en los cilindros de un solo vástago la fuerza en un sentido es menor que en el otro? ¿Y la velocidad? 18. Explica el funcionamiento de los cilindros con amortiguación regulable.


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2. Elementos de hidráulica La hidráulica es el conjunto de aplicaciones técnicas que utiliza el agua para transmitir fuerzas y movimientos. En aplicaciones industriales, el líquido generalmente empleado es el aceite, del que deriva el nombre de oleohidráulica. Aunque generalmente por extensión se les llama también circuitos hidráulicos. La hidráulica ha encontrado una gran acogida dentro de la transmisión de potencia y accionamiento de mecanismos en innumerables aplicaciones. Ello se debe a las claras ventajas que ofrece frente a los mecanismos mecánicos. Las ventajas de los sistemas hidráulicos son: • Transmisión de grandes fuerzas en espacios reducidos. • Es posible el almacenamiento de energía. • Fácil regulación de las fuerzas y velocidades. • Control a distancia de los elementos de mando (mediante electroválvulas). • Fiabilidad o larga duración de los elementos (debido a la autolubricación). • Protección contra sobrecargas (mediante limitadores de presión). Como inconvenientes en la utilización de la hidráulica pueden citarse entre otros: • Las altas presiones del fluido (100, 200 y más kg/cm2), en caso de avería y rotura de conducciones, pueden causar accidentes graves a las personas. • El rendimiento energético es normalmente bajo, menor que en neumática, debido a pérdidas de carga, por lo que se aplica en la transmisión de altas potencias. • Es más lenta y sucia que la neumática. • Posibilidad de impactos bruscos en los cilindros al final de carrera (golpes de ariete). En un circuito hidráulico podemos distinguir los siguientes grupos funcionales: grupo bomba, red de distribución, válvulas y actuadores o elementos de trabajo.

Grupo bomba o toma de fuerza Lo forman un conjunto compacto de elementos capaces de proporcionar un caudal a la presión necesaria para mover los distintos actuadores. Está formado por un tanque o depósito, una bomba, el motor de arrastre, filtros, un manómetro, las válvulas precisas, etc. Tanque o depósito Fabricado en chapa de acero, almacena fluido requerido. En general, su capacidad es de dos o tres veces la cantidad que mueve la bomba en un minuto. Al mismo tiempo, dispone de un espacio suficiente para que el aire pueda separarse del fluido, permitiendo igualmente que los contaminantes se sedimenten y se disipe el calor generado en el sistema.


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En el fondo del depósito se dispone de un tapón de drenaje (6) para el vaciado total del mismo. En una de sus paredes laterales, dispone de unos visores de máximo y mínimo (8 y 9), y de una tapa desmontable (3) que facilita la limpieza. En la parte superior se sitúan un respiradero (1) provisto de filtro de aire, con objeto de evitar el vacío, los conductos de aspiración (5) y retorno (2), así como el tapón de llenado (4) provisto de tamiz. 4

1 retorno

bomba

8 5 2 3

7

6

cámara de retorno 1. Respiradero 2. Conducto de retorno 3. Tapa desmontable 4. Tapón de llenado a

Figura 3.68. Grupo bomba.

a

Figura 3.69. Depósito.

Bomba La bomba se encarga de aportar el caudal necesario a todo el sistema. La fuerza de giro la toman de un motor, eléctrico o térmico, que hace girar al eje y este a su vez a todo el mecanismo interno, encargado de impulsar el líquido. Atendiendo al caudal que bombean, las bombas hidráulicas se dividen en dos tipos: • Bombas de caudal fijo Estas bombas suministran una cantidad determinada de fluido en cada carrera o revolución. Su caudal es independiente de la presión de salida, lo que las hace muy adecuadas para la transmisión de potencia. Estrangulando la salida de una bomba de caudal fijo, la presión del aceite alcanza valores tales que provocarían la parada del motor de arrastre o la rotura de cualquier órgano de la bomba, si no colocaramos una válvula limitadora de presión. El caudal que es capaz de suministrar es constante para un determinado régimen de giro.

10

cámara de aspiración cesta de tamiz 5. Conducto de aspiración 6. Tapón de drenaje 7. Visor de mínimo 8. Visor de máximo


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• Bombas de caudal variable Las bombas de caudal variable tienen la propiedad de poder variar el caudal emitido sin disminuir la velocidad de giro. Son las más empleadas en los sistemas hidráulicos modernos. Se utilizan para presiones superiores a las que pueden otorgar las bombas de caudal fijo. Atendiendo a su forma constructiva, las bombas hidráulicas se dividen en tres tipos: • Bombas de engranajes Engranaje conducido

Al puerto de entrada S

Engranaje impulsor

P

Hacia el puerto de salida Presión de bomba

Presión atmosférica

Figura 3.70. Bomba de engranajes con dentado exterior.

a

Son las más difundidas, sencillas y económicas, pudiendo distinguirse las de engranaje con dentado exterior o dentado interior. La bomba de engranajes con dentado exterior trabaja según el principio de desplazamiento. El engranaje A, al ser accionado en la dirección de la flecha, hace que el engranaje B gire en sentido contrario. El espacio S (cámara de aspiración) está unido al depósito. Al girar, los dientes se separan dejando huecos entre ellos y la carcasa (cámara de dientes). La depresión que se produce, hace que se absorba líquido del depósito, el cual llena las cámaras de dientes, que lo transportan, rozando la pared interior de la carcasa, al espacio P (cámara de presión). En la bomba de engranajes con dentado interior, el piñón se acopla al eje de arrastre, montado excéntrico sobre la carcasa. Con este piñón engrana la corona dentada, que es arrastrada por él, girando libre en la carcasa. Con esta disposición, las cámaras de bombeo se forman en los huecos entre dientes, de manera que con el giro de los engranajes el aceite es aspirado por un conducto e impulsado por el otro. • Bomba de paletas Trabaja como los compresores de paletas, vistos en el punto anterior. • Bomba de pistones Esta bomba destaca por su capacidad para proporcionar altas presiones. Las hay de dos clases, dependiendo de cuál sea la posición de los émbolos o pistones: – De pistones axiales. – De pistones radiales. Las bombas de pistones radiales trabajan como los motores de pistones radiales vistos en el punto anterior. Las bombas de pistones axiales se utilizan más que las anteriores. Están constituidas por una serie de pistones alojados en sendos cilindros formados en la carcasa o cuerpo de la bomba y unidos por su extremo inferior a una placa basculante, empujada por una plataforma situada oblicuamente respecto al eje de arrastre, al que está solidario. Para conjugar el giro de la plataforma con el no giro de la placa, se intercalan entre ellas bolas que ruedan sobre unas pistas circulares de la plataforma, como si fuera un rodamiento axial. Con el giro del eje, y debido a la colocación oblicua de la placa de arrastre, los pistones son animados de un movimiento alternativo en el interior de sus correspondientes cilindros.


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La carrera de los pistones depende del ángulo que forma la plataforma de arrastre con respecto al eje. En otro tipo de bomba, más evolucionada, podemos variar el ángulo de la plataforma, consiguiéndose con ello modificar el caudal. Este tipo de bombas de caudal variable mantienen la presión constante independientemente del régimen de giro y del caudal demandado. Las bombas axiales, tanto de caudal fijo como variable, son muy empleadas en todos los sistemas de aire acondicionado de los vehículos. En la tabla que se ofrece a continuación están indicados los parámetros de las bombas de caudal fijo más difundidas en el mercado.

a

Tipo de bomba

Margen de revoluciones r.p.m.

Volumen de expulsión (cm2/rev)

Presión nominal (bar)

Bomba de engranajes exteriores

500 - 3.500

1,2 - 250

63 - 160

Bomba de engranajes interiores

500 - 3.500

4 - 250

160 - 250

Bomba helicoidal

500 - 4.000

4 - 630

25 - 160

Bomba de aletas celulares

960 - 3.000

5 - 160

100 - 160

Bomba de émbolos axiales

. . . - 3.000

100

200

750 - 3.000

25 - 800

160 - 250

750 - 3.000

25 - 800

160 - 320

Bomba de émbolos radiales

960 - 3.000

5 - 160

160 - 320

Tabla 3.1. Bombas hidráulicas.


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Unidad 3

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Acumulador El acumulador hidráulico tiene por función absorber un determinado volumen de fluido y devolverlo al circuito en el momento que este lo precise. Al acumulador hidráulico puede encontrársele en el circuito hidráulico bajo diferentes formas, como son: 1. Acumulador de peso. 2. Acumulador de resorte. 3. Acumulador de pistón. 4. Acumulador de vejiga. 5. Acumulador de membrana. Nitrógeno 2

3

4

1 5

a

Figura 3.71. Tipos de acumuladores.

Las funciones que el acumulador hidráulico realiza en un circuito pueden ser estas:

a

Acumulador de energía

Acumulador de suspensión

Anti-pulsaciones

Amortiguador de golpe de ariete

Figura 3.72.


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1. Acumulador de energía: acumular energía, conservarla sin pérdida y distribuirla con la potencia deseada. 2. Acumulador de suspensión: suprimir los choques y vibraciones en los vehículos asegurando una suspensión verdadera del peso sobre un colchón de aire. 3. Anti-pulsaciones: absorber las sobrepresiones producidas por las pulsaciones de una bomba u otro órgano regulando el caudal y la presión en el circuito. 4. Amortiguador del golpe de ariete: absorber la energía transmitida por el líquido en los choques hidráulicos producidos, por ejemplo, por el cierre de una válvula, frenando bruscamente un líquido que se estaba desplazando a gran velocidad en una canalización. A la hora de catalogar un acumulador hidráulico, los clasificamos según la capacidad de aceite en litros que puede alojar y la presión a la que puede mantener dicho aceite. Simbología Esta es la simbología existente sobre todos los tipos de acumuladores hidráulicos:

Símbolo del acumulador tipo peso

Símbolo del acumulador tipo muelle

Símbolo del acumulador general de gas

Símbolo del acumulador tipo vejiga

Símbolo del acumulador tipo cilindro neumático

Símbolo del acumulador tipo membrana

a

Figura 3.73. Simbología de tipos de acumuladores.

ACTIVIDADES 19. Identifica los distintos componentes de la toma de fuerza de la dirección asistida de un vehículo y de la maqueta de hidráulica, si la hay en los talleres. 20. ¿Qué tipo de bomba emplea cada una?


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Unidad 3

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ACTIVIDADES FINALES 1. Haz una clasificación de los distintos compresores y ordénalos de mayor a menor presión y de mayor a menor caudal. 2. Explica el funcionamiento de los distintos sistemas de regulación y en qué casos se utilizan cada uno de ellos. 3. Haz una clasificación de las conexiones entre tubos y demás componentes. 4. Explica el proceso de montaje de las siguientes uniones roscadas y, si dispones de medios, realízalas. evW

evW evT ge-ed

we

te evT

evW

evL evW evL evW

a

Figura 3.74.

5. Si dispones de medios, realiza el montaje de racores para mangueras, tanto desmontables como fijos. 6. Si dispones de medios, realiza el montaje de racores de conexión rápidos y cónicos para tubos de plástico. 7. Haz una clasificación de los distintos tipos de válvulas. 8. ¿Para qué funciones emplearías las siguientes válvulas? Represéntalas según las normas. a) Válvula 2/2, normalmente cerrada. Sirve como válvula de paso y cierre de un conducto (accionamiento eléctrico). b) Válvula 3/2, normalmente cerrada. Se emplea para mandar cilindros de simple efecto (accionada con pedal). c) Válvula 4/2. Se utiliza para gobernar cilindros de doble efecto (accionada con palanca). d) Válvula 5/2. Tiene el mismo empleo que la anterior. e) Válvula 4/3, posición central de bloqueo. Se emplea cuando un cilindro de doble efecto debe quedar bloqueado en un punto intermedio de su recorrido (accionada con palanca). f) Válvula 4/3, posición central de desbloqueo. Se emplea cuando un cilindro de doble efecto debe quedar desbloqueado en un momento de su actuación. ¿Dónde has visto que se emplea esta válvula? 9. Haz una clasificación de los distintos acumuladores. Como acumulador de peso, ¿qué tipo de cilindro podríamos emplear empotrándolo en el suelo? 10. Queremos construir una bomba de émbolo. a) ¿Cómo podríamos hacerla de simple efecto, si disponemos de un cilindro de simple efecto, dos válvulas de retención, una T y demás elementos de unión? b) ¿Cómo podríamos hacerla de doble efecto, si disponemos de un cilindro de doble efecto, 4 válvulas de retención, 4 Tes y demás elementos de unión? Haz el esquema de cada una. Nota: Una bomba de simple efecto aspira en una carrera e impele en la otra. Una de doble efecto aspira e impele en una carrera y en la otra.


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1. ¿Qué elementos transforman la energía acumulada en el aire en energía mecánica? a) Las válvulas. b) Los depósitos. c) Las tuberías. d) Los actuadores. 2. ¿Qué tipo de compresor aspira aire por la válvula de aspiración y lo envía al circuito de alta presión a través de la válvula de escape? a) De tornillo. b) De roots. c) De paletas. d) De pistón. 3. Los compresores accionados por motor térmico están previstos de un sistema que evita superar la presión de trabajo, ¿de cuál se trata? a) Válvula de seguridad. b) Válvula de timbrado. c) Válvula de purga. d) Válvula presostática. 4. La red de distribución de aire comprimido en su trazado será: a) Horizontal. b) Inclinada hacia el acumulador. c) Inclinada hacia el lugar de servicio. d) Es independiente de cualquier posición. 5. La unidad de mantenimiento general está constituida por: a) Filtro, válvula de retención y engrasador. b) Filtros, distribuidores y actuadores. c) Filtro, regulador y reductor de presión. d) Filtro, regulador y engrasador.

6. ¿Qué elementos neumáticos se utilizan para controlar la dirección que debe tomar el fluido en cada fase? a) Reguladores. b) Limitadores de presión. c) Distribuidores. d) Ninguna de las anteriores. 7. ¿Qué números se utilizan para señalar en los esquemas la presión y el escape? a) 4; 4, 8. b) 2, 3, 5. c) 1; 3, 5. d) 1, 2, 3. 8. ¿Qué pictograma se utiliza para simbolizar un accionamiento manual por pulsador de una válvula? a) b) c) d) 9. En los cilindros que funcionan a velocidades considerables, ¿qué sistema se utiliza para evitar que el pistón golpee con las culatas? a) Válvula antirretorno. b) Cilindro de doble efecto. c) Válvulas reguladoras de caudal. d) Amortiguadores de fin de carrera. 10. ¿Qué tipo de bombas hidráulicas son las más utilizadas y sencillas? a) Engranajes. b) Paletas. c) Pistones. d) Tornillos.


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Unidad 3

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MATERIAL

Mantenimiento de una instalación de aire comprimido

• Aula taller equipada con instalación y distribución de aire comprimido

OBJETIVO

• Equipo individual de herramientas

Saber mantener en óptimas condiciones la instalación de aire comprimido (de la aspiración del compresor a las herramientas neumáticas), siguiendo las normas de seguridad.

PRECAUCIONES • Desconectar la corriente eléctrica para manipular en el compresor.

DESARROLLO Mantenimiento de la unidad compresora y de almacenamiento:

Filtro de aspiración

Presostato y manómetro

Nivel de aceite Placa identificativa

Válvula de seguridad a

Válvula de descarga

Figura 3.75.

1. Comprobar el estado y la tensión de las correas. 2. Comprobar el nivel de aceite del compresor. 3. Comprobar la marcha y paro con el presostato. 4. Realizar purgas periódicas del condensado en el depósito. 5. Realizar la limpieza o sustitución de los filtros de aspiración. 6. Comprobar la estanqueidad del depósito. 7. Comprobar el accionamiento de la válvula de seguridad. La válvula de seguridad con muelle funciona automáticamente, en caso de sobrepresión el asiento de la válvula se levanta, abriendo el orificio de escape; se vuelve a cerrar cuando las condiciones de presión vuelven a la normalidad. El caudal de la válvula debe ser superior al caudal del compresor.


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8. Comprobar que se realizan las revisiones oficiales y el retimbrado periódico R. D. 1244/1979. 9. Comprobar que dispone de placa identificativa del aparato con: a. Presión de diseño o máxima de servicio. b. N.º de registro del aparato. c. Fecha de la 1ª prueba y sucesivas. Mantenimiento de la red de distribución

a

Figura 3.76.

1. Comprobar la válvula de descarga: a) Que gira suavemente en todo su recorrido. b) Que la estanqueidad es perfecta. 2. Comprobar la estanqueidad de los conductos, especialmente en las curvas, empalmes, reducciones, tapones, conectores rápidos, abrazaderas y enrolladores de tubo, etc. Palpando con el dedo húmedo. 3. Realizar las purgas de condensados en los purgadores de red colocados en las zonas más bajas. 4. Las tuberías que conducen aire comprimido deben de estar pintadas en color verde discreto (UNE 48103). 5. La canalización principal debe tener una pendiente del 1 al 3 % hacia los puntos más bajos. 6. Comprobar que los conductos no están en contacto con cables eléctricos o piezas metálicas. Mantenimiento de las unidades de tratamiento 1. Filtro del aire comprimido: debe revisarse periódicamente el nivel de agua condensada, que no debe sobrepasar nunca la altura marcada; sustituir o lavar el elemento filtrante. 2. Comprobar que el regulador de presión regula en todo el rango de presiones desde 0 a el máximo 3. Lubricador. Verificar el nivel de aceite y, si es necesario, añadir hasta el nivel marcado. Los filtros de plástico y los recipientes de los lubricadores no deben limpiarse con disolventes, dado que pueden dañarlos. Para los lubricadores, utilizar únicamente aceites minerales de la viscosidad y componentes adecuados. 4. Regular mediante el tornillo de ajuste, el n.º de gotas que se suministra al aire que circula por el lubricador. 5. Comprobar la ausencia de fugas en la unidad.

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Unidad 3

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MUNDO TÉCNICO Blaise Pascal

(Clermont-Ferrand, Francia, 1623-París, 1662) Filósofo, físico y matemático francés. Su madre falleció cuando él contaba tres años, a raíz de lo cual su padre se trasladó a París con su familia (1630). Fue un genio precoz a quien su padre inició muy pronto en la geometría e introdujo en el círculo de Mersenne, la Academia, a la que él mismo pertenecía. Allí Pascal se familiarizó con las ideas de Girard Desargues y en 1640 redactó su Ensayo sobre las cónicas (Essai pour les coniques), que contenía lo que hoy se conoce como teorema del hexágono de Pascal. La designación de su padre como comisario del impuesto real supuso el traslado a Ruán, donde Pascal desarrolló un nuevo interés por el diseño y la construcción de una máquina de sumar; se conservan todavía varios ejemplares del modelo que ideó, algunos de cuyos principios se utilizaron luego en las modernas calculadoras mecánicas. En Ruán, Pascal comenzó también a interesarse por la Física, y en especial por la hidrostática, y emprendió sus primeras experiencias sobre el vacío; intervino en la polémica en torno a la existencia del horror vacui en la naturaleza y realizó importantes experimentos (en especial el de Puy de Dôme en 1647) en apoyo de la explicación dada por Torricelli al funcionamiento del barómetro. La enfermedad indujo a Pascal a regresar a París en el verano de 1647; los médicos le aconsejaron distracción e inició un período mundano. Pocos meses antes, como testimonia su correspondencia con Fermat, se había ocupado de las propiedades del triángulo aritmético hoy llamado de Pascal y que da los coeficientes de los desarrollos de las sucesivas potencias de un binomio; su tratamiento de dicho triángulo en términos de una «geometría del azar» lo convirtió en uno de los fundadores del cálculo matemático de probabilidades. En 1658, al parecer con el objeto de olvidarse de un dolor de muelas, Pascal elaboró su estudio de la cicloide, que resultó un importante estímulo en el de-

sarrollo del cálculo diferencial. Desde 1655 frecuentó Port-Royal, donde se había retirado su hermana Jacqueline en 1652. Adatado de http://www.biografiasyvidas.com/biografia/p/pascal.htm

a

Máquina de calculat de Pascal


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EN RESUMEN ELEMENTOS DE NEUMÁTICA E HIDRÁULICA GRUPO COMPRESOR • Compresor • Depósito o acumulador de aire • Sistema de regulación RED DE DISTRIBUCIÓN • Tuberías • Mangueras • Elementos de conexión

NEUMÁTICA

UNIDAD DE MANTENIMIENTO • Filtro separador de agua • Reductor de presión • Engrasador VÁLVULAS O ELEMENTOS DE CONTROL • Distribuidoras • Reguladoras de caudal • Reguladoras de presión ELEMENTOS RECEPTORES O DE TRABAJO • Cilindros • Motores

HIDRÁULICA

BOMBA O TOMA DE FUERZA • Bomba • Depósito

entra en internet 1. En la página siguiente puedes encontrar información de noticias y productos del sector. • http://www.cepsa.com 2. Busca en la siguiente dirección catálogos, noticias y eventos acerca de los elementos hidráulicos. • http://www.repsolypf.com

3. En las siguientes direcciones puedes encontrar y realizar descargas de documentos acerca desmontaje, montaje y verificación de elementos hidráulicos. • http://www.monografias.com • http://www.hre.es


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Unidad 4

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Circuitos hidráulicos y neumáticos básicos

vamos a conocer... 1. Estructura de circuitos hidráulicos y neumáticos básicos 2. Tipos de mandos en circuitos neumáticos o hidráulicos 3. Diseño de circuitos hidráulicos y neumáticos secuenciales PRÁCTICA PROFESIONAL Realización del montaje de un circuito neumático MUNDO TÉCNICO Los últimos segundos antes del accidente

y al finalizar esta unidad... Establecerás la relación entre los distintos elementos o grupos funcionales que forman un circuito. Analizarás las distintas posibilidades de mando para gobernar un circuito. Interpretarás los esquemas de cualquier circuito. Diseñarás circuitos partiendo del diagrama de fases de trabajo. Resolverás problemas prácticos con el circuito que convenga.


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CASO PRÁCTICO INICIAL situación de partida

Los trabajos que tiene que realizar implican:

Para realizar este circuito, es necesario llevar a cabo una serie de operaciones para desarrollar la solución más adecuada, para ello seguiremos este procedimiento:

• Mantener y reparar los circuitos hidráulicos y neumáticos.

• Plantear el problema a resolver.

• Interpretar esquemas de circuitos de hidráulica y neumática básica para descubrir su funcionamiento.

• Diseñar el circuito con la estructura y ubicación correcta de los elementos.

• Resolver problemas prácticos.

• Designar los elementos del circuito con la numeración normalizada.

Antonio trabaja como profesional en una empresa dedicada al mantenimiento y reparación de vehículos autopropulsados.

• Diseñar circuitos partiendo del diagrama de fases y trabajo.

• Representar el diagrama de fases de trabajo de forma gráfica.

• Realizar el montaje del circuito utilizando las herramientas y utillaje específico necesario.

• Desarrollar el diagrama de fases de trabajo de forma simbólica. • Determinar el tipo de rodillo a colocar en los fines de carrera de los elementos de trabajo.

• Efectuar los montajes, pruebas, comprobaciones de funcionamiento y diseños propuestos de los circuitos. Como ejemplo, en la empresa hay que realizar una tarea, para ello, es necesario diseñar el siguiente circuito neumático:

2.2

1.0

2.3

2.1

1.1

1.3

1.3

2.0

1.2

2.3

2.2

estudio del caso Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial. 1. ¿Cómo se estructura el circuito? 2. ¿Cómo se representan los distintos elementos neumáticos del circuito? 3. ¿Para qué se utiliza el diagrama simbólico?

4. ¿Que representa el diagrama de fases de trabajo de forma gráfica? 5. ¿Qué diferencia hay entre las válvulas 1.3 y 2.3?


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Unidad 4

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1. Estructura de circuitos hidráulicos y neumáticos básicos 1.0

1.2

1.3 1.1

Al mismo tiempo podemos clasificar los componentes de cada uno de estos circuitos según la función que realizan en los grupos funcionales que ahora exponemos.

0.1 a

En el mecanismo neumático o hidráulico pueden distinguirse el circuito de mando y el circuito de trabajo o potencia. En el circuito de mando se procesa la información, mientras que en el de trabajo se transforma la energía.

Figura 4.1.

1.1. Elementos de producción y distribución del fluido Son los elementos que producen y transportan el aire o aceite comprimido, y están formados por bombas, compresores y tuberías de diferentes tipos. En los circuitos neumáticos estos elementos se simbolizan con un círculo y un punto en su interior, como en la figura 4.1. En los circuitos hidráulicos se simbolizan con un motor acoplado a una bomba y un tanque o depósito debajo. Los conductos de retorno se sustituyen por un tanque a la salida de cada conducto o bien por la letra R, como en las figuras 4.2 y 4.3. M

a

1.2. Elementos de mando Son las válvulas distribuidoras, accionadas manualmente, que pilotan las válvulas de gobierno (mando indirecto) o actúan directamente sobre el elemento de trabajo (mando directo).

Figura 4.2.

1.3. Elementos de entrada de señales Son un conjunto de elementos que recogen señales exteriores que definen la situación de la máquina o equipo en cada momento, y las convierten en señales neumáticas o hidráulicas que son enviadas bien a los elementos de tratamiento, bien directamente a los elementos de gobierno. Estos elementos son los finales de carrera, los detectores de proximidad, etc. Los elementos de entrada se sitúan en las posiciones precisas de la máquina, en función de las condiciones particulares de cada caso.

1.4. Tratamiento de señales M

Son un conjunto de elementos que permiten combinar diferentes señales procedentes de los elementos de entrada o mando para producir otras de salida. a

Figura 4.3.

Las señales de salida actúan directamente sobre los elementos de gobierno. Aparte de esta misión, los elementos de tratamiento también se ocupan de la regulación de caudal, presión, etc. Los elementos que componen este grupo son las válvulas limitadoras de presión, antirretorno, selectoras, de simultaneidad, etc.


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1.5. Elemento de gobierno Es el elemento que, accionado por los elementos de entrada de señales, de mando o de tratamiento de la información, actúa directamente sobre el elemento neumático de trabajo. Está constituido por válvulas distribuidoras. Normalmente, el elemento de gobierno se sitúa directamente acoplado al elemento de trabajo o en sus proximidades.

1.6. Elemento de trabajo Es el elemento acoplado al sistema a accionar, encargado de aplicar físicamente la energía acumulada en el fluido para realizar las operaciones correspondientes. Lo forman los motores o cilindros.

1.7. Sistema a accionar Es la parte de la máquina que debe asumir el cambio o movimiento bajo los efectos del correspondiente elemento de trabajo. Ejemplos de esto son: palancas, barras de acoplamiento, palas, cintas transportadoras, etc. El circuito de mando puede trabajar con presiones más bajas que las aplicadas al circuito de potencia, disponiéndose en estos casos de los correspondientes reguladores de presión en el circuito de mando. Elementos de trabajo

caso práctico inicial Para realizar cualquier circuito los elementos deben de colocarse de forma ordenada.

Tratamiento de señales

Mando

Elementos de gobierno

Señales

Producción y distribución a

Figura 4.4.

ACTIVIDADES 1. De los distintos grupos funcionales enunciados en esta unidad, ¿cuáles forman el circuito de potencia y cuáles el de mando? 2. Clasifica todos los elementos de la unidad 3, según pertenezcan a cada uno de los grupos funcionales mencionados.


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Unidad 4

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2. Tipos de mandos en circuitos neumáticos o hidráulicos • Atendiendo a la acción de mando, este se divide en directo e indirecto: – El mando es directo cuando la acción del operador incide directamente sobre los elementos de mando o de gobierno que actúan sobre los distintos órganos de trabajo. – El mando es indirecto cuando la acción del operador se aplica sobre unos órganos de mando que gobiernan (pilotan), a su vez, a los elementos de gobierno. • Según el grado de autonomía, el mando puede ser manual, semiautomático y automático: – En el mando manual, todas las señales de entrada son introducidas por el operario, a base de pulsadores, palancas o pedales. Cada movimiento del órgano de trabajo se efectúa por separado, tras la correspondiente señal previa. – En el mando semiautomático, el ciclo de trabajo se efectúa sin interrupción, aunque su repetición depende de una acción de mando del operador. – El mando automático permite la repetición indefinida del ciclo de trabajo. A continuación se van a mostrar algunos circuitos básicos, gobernados manualmente, para el mando de cilindros de simple y doble efecto, que nos ayudarán a entender circuitos más complejos, semiautomáticos y automáticos, que estudiaremos posteriormente.

2.1. Circuitos de mando manual Mando de cilindros de simple efecto • Mando directo:

1.0

– Desde un punto • Mando indirecto: 1.1

A (2)

– Desde un punto – Desde dos puntos distintos

(1) P a

Figura 4.5.

R (3)

– Desde dos puntos simultáneamente • Mando con regulación de velocidad: – Regulación del avance – Regulación del retroceso – Regulación de avance y retroceso – Retroceso rápido a) Mando directo Por medio de una válvula 3/2, de accionamiento por pulsador, como se muestra en la figura 4.5, el pistón avanza mientras se presiona el pulsador. Al soltarlo, retorna a su posición de partida empujado por el resorte.


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b) Mando indirecto – Desde un punto En la figura 4.6 se muestra un ejemplo de mando indirecto por medio de una válvula 3/2 que pilota a otra 3/2. De esta forma, el mando del cilindro puede estar muy lejos del cilindro. 1.1

– Desde dos puntos En la figura 4.7 se presenta un ejemplo de mando de un cilindro de simple efecto desde un pulsador o desde un pedal, indistintamente, intercalando una válvula selectora de circuito. En la figura 4.8 el cilindro se mueve solo cuando sean presionados, simultáneamente, los dos pulsadores. Este mando se emplea como mecanismo de seguridad en prensas, guillotinas, etc., para obligar a que el operario tenga que ocupar sus dos manos y evitar accidentes.

1.0

(1) P a

Figura 4.6.

1.6

1.2

1.4

P

P a

1.2

Figura 4.7.

a

Figura 4.8.

c) Mando con regulación de velocidad La figura 4.9 muestra el circuito básico para la regulación de la velocidad de avance del pistón de un cilindro de simple efecto, haciendo pasar el aire a través de una estrangulación variable. El retroceso es más rápido al pasar el aire por la válvula de retención. La figura 4.10 presenta la regulación de la velocidad de retroceso del pistón, y la figura 4.11 la regulación de la velocidad de avance y retroceso. La figura 4.12 muestra el mecanismo para retroceso rápido de un cilindro de simple efecto, que intercala entre el distribuidor y el cilindro una válvula de escape rápido (el aire de escape no tiene que pasar por el conducto estrecho del distribuidor). 1.0

1.0

1.0

1.0

1.1

P a

Figura 4.9.

1.1

A

A

P

R a

Figura 4.10.

1.1

R

P a

Figura 4.11.

1.1

A

A

P

R a

Figura 4.12.

R


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Unidad 4

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Mando de cilindros de doble efecto 1.0

• Mando directo: – Desde un punto • Mando indirecto:

1.1

– Desde un punto – Desde dos puntos (1) P

a

– Desde dos puntos simultáneamente

Figura 4.13. 1.0

• Mando con regulación de velocidad: – Regulación de la velocidad – Aumento de la velocidad a) Mando directo

1.1

Las figuras presentan algunos ejemplos que no precisan explicación. – Por medio de una válvula 4/2 (figura 4.13).

(1) P a

Figura 4.14.

– Por medio de una válvula 5/2 (figura 4.14). 1.0

– Por medio de una válvula 4/3, con posición intermedia de bloqueo (figura 4.15). – Por medio de una válvula 4/3, con posición intermedia de desbloqueo (figura 4.16).

1.1

b) Mando indirecto (1) P a

El mando del cilindro desde un punto se efectúa como en la figura 4.17, con el empleo lógico de dos válvulas 4/2 y 3/2, pilotada y de mando respectivamente.

Figura 4.15. 1.0

La figura 4.18 presenta un circuito en el que el retroceso del vástago puede mandarse desde dos puntos distintos, mediante dos pulsadores. La figura 4.19 presenta el mando de un cilindro de doble efecto en el que la salida del vástago puede mandarse desde un pedal o desde un pulsador.

1.1

El mando condicional o desde dos puntos simultáneamente se puede obtener mediante el montaje de dos válvulas 3/2 que pilotan una válvula 4/2, intercalando una válvula de simultaneidad (figura 4.20).

(1) P a

Figura 4.16.

X

(1) a

Figura 4.17.

a

Figura 4.18.

(1)

(1) P a

Figura 4.19.

Y


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145

P (1) a

Figura 4.20.

a

P (1)

Figura 4.21.

c) Mando con regulación de velocidad Al igual que los cilindros de simple efecto, en los cilindros de doble efecto, la velocidad puede regularse a distintos valores, por medio de válvulas de estrangulación del caudal, colocadas en la alimentación o en el escape y combinadas convenientemente con válvulas antirretorno.

1.1

Asimismo, la velocidad puede ser regulada en los dos sentidos del movimiento o en uno solo de ellos. La figura 4.21 presenta los casos de estrangulación sencilla (en una sola carrera) de la alimentación y del escape.

1.0

La figura 4.22 representa una estrangulación del escape en los dos sentidos de marcha (en ambos casos, la estrangulación variable permite elegir entre diferentes gamas de velocidades).

P (1) a

Figura 4.22.

a

Figura 4.23.

El aumento de la velocidad de avance en ambos sentidos se puede lograr con la aplicación de válvulas de escape rápido. Estos elementos permiten obtener el vaciado más rápido de la cámara correspondiente y, por consiguiente, al ofrecer menor resistencia al avance del émbolo, crece la velocidad de este.

2.2. Circuitos de mando semiautomático o automático Mando de un cilindro de doble efecto con retroceso automático a) Por final de carrera Al accionar el pulsador, se pilota la válvula de gobierno y el vástago sale. Al llegar a su final, acciona por medio de la leva la válvula final de carrera, la cual pilota a la válvula de gobierno en sentido contrario, iniciándose el retroceso del vástago hasta la posición de partida, en la cual permanece hasta que recibe de nuevo la orden de marcha por medio del pulsador (figura 4.23). b) Por válvula de secuencia En algunas aplicaciones, la inversión del movimiento del émbolo se obtiene por medio de un dispositivo que sustituye a la válvula de fin de carrera. Dicho dispositivo actúa en función de la presión y su principal componente es una válvula de secuencia. La figura 4.24 muestra un esquema de ubicación de esta válvula 1.5, conectada con la carrera activa del cilindro. Al actuar sobre 1.2, se activa el distribuidor 1.1, que aplica la presión a la cámara trasera del cilindro, comenzando su movimiento de


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avance con la presión necesaria para vencer los rozamientos. Al final de su recorrido, la presión aumenta hasta el valor máximo, alcanzando el valor de tarado de la válvula de secuencia 1.5, la cual activa la 1.3, quien a su vez acciona el distribuidor 1.1 que conmuta su posición poniendo la cámara trasera a escape y aplicando la presión a la cámara delantera para invertir el movimiento del émbolo. Movimiento de vaivén de un cilindro de doble efecto a) Por final de carrera Al dar aire al sistema con el accionamieno de la válvula de palanca, y al estar accionado el final de carrera (de replegado), se pilota la válvula de gobierno y el vástago sale. Al llegar al final, se acciona el final de carrera (de desplegado), el cual pilota el distribuidor en sentido contrario, iniciándose el retroceso del vástago hasta la posición de partida y comenzando a continuación un nuevo ciclo (figura 4.25). 1.0

1.5

1.3

1.2 1.1

0.1

a

Figura 4.24.

a

Figura 4.25.

ACTIVIDADES 3. En tu cuaderno, haz un organigrama, con sus grupos funcionales, como el de la figura 4.4, para un circuito manual con mando directo y otro manual con mando indirecto.

a

4. ¿Se podría accionar directamente un cilindro de simple efecto desde dos puntos distintos con solo dos válvulas 3/2? Razona la respuesta. 5. Explica el funcionamiento de los circuitos de las figuras 4.13, 4.14, 4.15 y 4.17. 6. ¿Cuál de estos circuitos se emplea en la dirección asistida de un coche? 7. ¿En qué tipo de circuitos clasificarías a los dos circuitos siguientes (figura 4.26)? Explica cómo funcionan. 8. En la figura 4.22, explica cómo conseguir el aumento de la velocidad en un sentido o en ambos con la aplicación de válvulas de escape rápido que permitan obtener un vaciado más rápido.

a

Figura 4.26.

b


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3. Diseño de circuitos hidráulicos y neumáticos secuenciales Hasta ahora hemos estudiado circuitos hidráulicos y neumáticos simples con un solo actuador (cilindro o motor). Se dice que un automatismo es secuencial cuando dispone de varios actuadores (cilindros motores) cuyos movimientos se efectúan en un orden determinado.

3.1. Representación de los circuitos En general, los esquemas normalizados dibujan los cilindros en posición horizontal, uno a continuación del otro, siguiendo la secuencia de trabajo sin tener en cuenta la posición real en la máquina. Debajo de cada cilindro se coloca su correspondiente válvula de gobierno. Normalmente cada cilindro tiene su propia válvula de gobierno. Se debe a que cada cilindro puede tener tamaños muy diferentes y precisar su propia regulación de velocidad, lo que resultaría casi imposible con una válvula de gobierno común. Asimismo es corriente que cada cilindro tenga dos finales de carrera, uno para detectar la posición replegado «–» y otro la de desplegado «+». El accionamiento por los vástagos de los correspondientes finales de carrera se señala con un trazo y la numeración de la válvula accionada. Todos los componentes han de quedar perfectamente identificados y la forma más usual de hacerlo es la numeración decimal de los mismos. En principio, se clasifican los elementos en dos grandes grupos: – Grupo 0: elementos comunes para todo el circuito (compresor, unidad de mantenimiento, etc.).

caso práctico inicial Todos los elementos existentes en el circuito deben de estar ordenados y numerados correctamente.

– Grupos 1, 2, 3: elementos asociados a cada cilindro o motor. A su vez, los elementos asociados a cada cilindro o motor se subdividen en 4 grupos, colocados en el esquema de arriba abajo: Para el cilindro 1, por ejemplo: 1.0:

Elemento de trabajo (el cilindro en cuestión).

saber más

1.1:

Órgano de gobierno.

Señalización de cambios

1.2, 1.4:

Elementos de mando de la fase de salida del vástago (elementos pares).

1.3, 1.5:

Elementos de mando de la fase de entrada del vástago (elementos impares).

Cuando en una misma fase cambian de posición dos o más cilindros, se indicará entre paréntesis las maniobras que se inician simultáneamente.

1.01, 1.02:

Elementos de tratamiento de señal.

3.2. Diagrama de fases de trabajo Se entiende por fase al cambio de estado de un componente cualquiera (cilindros o válvulas), a partir de su posición de reposo a la opuesta. La representación del cambio de estado de los componentes neumáticos o hidráulicos puede hacerse de varias maneras.


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a) Forma simbólica 1+, 2+, 2–, 1–, 3+, 3–


En este ciclo o secuencia hay 6 fases:

Es muy importante conocer el diagrama de fases de trabajo para desarrollar la secuencia de trabajo de todos los elementos y ubicar las válvulas correctamente.

1.ª El cilindro 1 se despliega.

4.ª El cilindro 1 se repliega.





1.0

3.2

2.2

1.1


1.3

2.3

3.0

3.3

2.1

1.3

a

2.0

1.2

2.3

2.2

Figura 4.27.

b) Forma gráfica Representamos para cada cilindro en unos ejes coordenados. En abscisas se ponen las fases totales de trabajo, 6 en este caso, y en ordenadas el estado, – o +. Se dibujan los diagramas de cada cilindro uno debajo de otro (figura 4.28).

El diagrama de fases de trabajo de forma gráfica nos muestra la secuencia de trabajo de todos los elementos.

1

2

3

4

5

6

7=1

1

1

A

A 0 1

0 1

B

B 0 1

0 1

C

C 0

0 Espacio-fase

a

Espacio-tiempo

Figura 4.28. Diagramas.

EJEMPLO Dado el circuito de la figura 4.30, desarrolla el diagrama de fases de dicho circuito. Solución Se trata de un circuito de 3 cilindros con una válvula de gobierno cada uno, 5 finales de carrera y una válvula de mando, la 1.2. El pulsado de 1.2 inicia la primera fase (avance del cilindro 1.0, actuando sobre sus finales de carrera, que prepararán a otro cilindro para la siguiente fase): • 1.ª fase: 1.2+, 1.0+, 2.3–, 2.2+ En la segunda fase, avance del cilindro 2.0, que actúa sobre sus finales de carrera: • 2.ª fase: 2.0+, 3.3–, 3.2+ En la tercera fase, avance del cilindro 3.0, que actúa sobre sus finales de carrera: • 3.ª fase: 3.0+, 1.3+ En la cuarta fase, retroceso del cilindro 1.0, que actúa sobre sus finales de carrera: • 4.ª fase: 1.0–, 2.2–, 2.3+


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En la quinta fase, retrocede el cilindro 2.0, que actúa sobre sus finales de carrera: • 5.ª fase: 2.0–, 3.2–, 3.3+ En la sexta fase, retrocede el cilindro 3.0, que actúa sobre sus finales de carrera: • 6.ª fase: 3.0–, 1.3– Al final de esta fase, termina la secuencia. Pulsando el mando 1.2, iniciaríamos otra nueva. El diagrama de fases de cada uno de los cilindros quedaría de la forma siguiente:

+

1+, 2+, 3+, 1–, 2–, 3–

1.0 + 2.0 + 3.0 -

Fases

Fases

1 a

2

3

4

5

6

Fases

Figura 4.29.

ACTIVIDADES 9. De los circuitos de las figuras 4.23, 4.24 y 4.25, ¿cuáles son semiautomáticos y cuáles automáticos? Explica por qué. 10. Haz un circuito con movimiento de vaivén de un cilindro de doble efecto con dos válvulas de secuencia de presión, en lugar de dos finales de carrera. Explica el funcionamiento. 11. En tu cuaderno copia las figuras e identifica cada uno de los componentes del siguiente circuito, según la numeración decimal. 1.0

2.3

1.1

2.0

3.3

2.1

1.3

a

2.2

1.2

3.2

3.0

1.3

3.1

2.3

2.2

3.3

3.2

Figura 4.30.

12. Enumera a cada uno de los componentes de todos los circuitos vistos hasta ahora, empleando el criterio de la numeración decimal. 13. Realiza el diagrama de fases de cada uno de los circuitos automáticos o semiautomáticos estudiados en el punto anterior.


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14. Dado el circuito de las figuras 4.31, 4.32 y 4.33. Copia las figuras en tu cuaderno y desarrolla el diagrama de fases de cada circuito.

1.0

2.3

2.2

2.0

1.3

1.1

2.1

1.3

a

1.2

2.2

2.3

Figura 4.31.

1.0

1.4

2.0

2.2

1.6

1.3

2.1

1.1

1.6

1.3

2.2

1.4

1.2 a

Figura 4.32.

1.0

3.3

3.2

2.0

3.5

3.0

3.4

2.1

1.1

3.1

3.3

1.3

Figura 4.33.

3.2

1.2 3.6

a

1.3

3.4


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3.3. Obtención de esquemas Como hemos visto en el punto anterior, la obtención del diagrama de fases de un circuito a partir del esquema de dicho circuito no entraña gran dificultad, y nos servirá como un entrenamiento para el proceso inverso, la obtención del esquema a partir del diagrama de fases, que es precisamente donde pueden surgir dificultades. A la hora de diseñar un circuito, determinamos las fases de trabajo y su desarrollo (movimiento de cada cilindro y relaciones entre los mismos). A partir de ahí, obtendremos el esquema con un método intuitivo y sistemático, como se detalla a continuación, para un ejemplo práctico. En la obtención de esquemas pueden surgir dificultades añadidas como veremos en la actividad siguiente.

EJEMPLOS Diseñar el esquema de un circuito con dos cilindros que nos produzca la secuencia 1+, 2–, 1–, 2+. Solución En primer lugar se dibujan los elementos de trabajo (dos cilindros en este caso) en la posición que corresponda al comienzo del ciclo (posición de reposo). A continuación dibujamos los distribuidores de gobierno, que controlan los movimientos de estos cilindros conectados a ellos, y dos finales de carrera por cada cilindro, enumerados según la figura 4.34. El cilindro 2.0 está desplegado en reposo, puesto que la primera fase que experimenta es de repliegue. El conexionado entre cilindros, válvulas de gobierno y finales de carrera se hace tal y como si estuvieran en reposo.

1.0

2.0

1.1

1.3

a

2.1

1.2

2.3

2.2

Figura 4.34.

En segundo lugar, conociendo la secuencia de fases de los cilindros 1+, 2–, 1–, 2+, deducimos también la secuencia de fases de los finales de carrera, que hagan compatible su funcionamiento con el de los cilindros. Nos ayudaremos de la última actividad resuelta. Hemos de pulsar 1.2 (que será un pulsador manual), pero 1.1 recibe presión por el otro lado por lo que no se acciona el cilindro 1.0. Así hemos de partir con el final de carrera 1.3 desactivado (figura 4.35) e iniciar la primera fase (avance del cilindro 1.0) actuando sobre sus finales de carrera (que prepararán el retroceso del cilindro 2.0). • 1.ª fase: 1.2+, 1.0+, 2.2–, 2.3+ En la segunda fase, retrocede el cilindro 2.0, que actúa sobre sus finales de carrera (que prepararán el retroceso del cilindro 1.0). • 2.ª fase: 2.0–, 1.3+ En la tercera fase, se produce el retroceso del cilindro 1.0, que actúa sobre sus finales de carrera (que prepararán el avance del cilindro 2.0). • 3.ª fase: 1.0–, 2.3–, 2.2+ En la cuarta fase, se termina la secuencia con el avance del cilindro 2.0, que desactivará el final 1.3 para poder gobernar al distribuidor 1.1 con el pulsador 1.2 e iniciar el ciclo otra vez. • 4.ª fase: 2.0+, 1.3–


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El esquema sería el siguiente: 2.2

1.0

2.3

2.0

2.1

1.1

1.3

a

1.3

1.2

2.2

2.3

Figura 4.35.

El esquema dispone de un pulsador y tres finales de carrera, y corremos el riesgo el alterar la secuencia si pulsamos 1.2 durante el proceso. Para evitar este inconveniente, nos valdremos de otro final de carrera que anule al pulsador durante el funcionamiento del circuito. El pulsador solo funcionará cuando haya terminado la última fase de la secuencia (cilindro 2.0 desplegado). 2.2

1.0

2.3

1.3

1.4

2.1

1.1

1.3

2.0

1.4

2.3

2.2

1.2

a

Figura 4.36.

Con esto nos quedaría la siguiente secuencia de fases: (1.2+, 1.0+, 2.2–, 2.3+), (2.0–, 1.4–, 1.3+), (1.0–, 2.3–, 2.2+), (2.0+, 1.3–, 1.4+)

Obtén el esquema de la secuencia: 1+, 2+, 2–, 1– 1.0

Solución

2.0

Dibujamos los elementos de trabajo, de gobierno y finales de carrera y los unimos entre sí para la posición de reposo (figura 4.37). 2.1

1.1

1.3

a

Figura 4.37.

1.2

2.3

2.2

En segundo lugar, conociendo la secuencia de fases de los cilindros, 1+, 2+, 2–, 1–, deducimos también la secuencia de fases de los finales de carrera, que haga compatible su funcionamiento con el de los cilindros. con lo que nos queda la siguiente secuencia: (1.2+, 1.0+, 2.2+, 2.3–) (2.0+, 2.3+, 2.2–) (2.0–, 1.3+) (1.0–, 2.2–)


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1.0

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2.2

2.0

a

2.3

2.3

1.2

caso práctico inicial El rodillo abatible detecta las posiciones ligeramente adelantadas a las extremas

2.1

1.1

1.3

1.3

2.2

Figura 4.38.

Esta secuencia es compatible con el funcionamiento correcto del circuito, pero conviene comentar dos particularidades: 1. ¿Cómo podemos pasar de 2.2+ a 2.2- solo con el avance del cilindro 2.0 si este cilindro no actúa sobre este fin de carrera?

a

Figura 4.39.

Para resolver este problema, sustituiremos este final de carrera normal por otro final de carrera con rodillo abatible, situado de modo que detecte posiciones ligeramente adelantadas a las extremas. Con este ligero adelanto conseguimos que el final de carrera envíe su señal correspondiente casi en su posición extrema, pero que en esta ya no envíe ninguna señal. Además, cuando el cilindro inicia su movimiento opuesto, no activará al final de carrera, porque es de rodillo abatible (figura 4.39).

ACTIVIDADES 15. Diseña el esquema de un circuito con la secuencia: 1–, 2–, 1+, 2+ 16. Diseña el esquema de un circuito con la secuencia: 1+, 2–, 3–, 1–, 2+, 3+ 17. Obtén el esquema de la secuencia: 1–, 2+, 1+, 2– 18. Obtén el esquema de la secuencia: 1+, 2+, 3+, 2–, 3–, 1–


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ACTIVIDADES FINALES Dibuja el esquema de los siguientes circuitos y su diagrama de fases: 1. Un cilindro de simple efecto, con avance lento y su retroceso a toda la velocidad posible. El mando es manual por pulsadores y es posible dar la orden de marcha desde dos lugares diferentes. 2. Un cilindro de doble efecto que puede hacerse avanzar desde dos lugares diferentes. El retroceso se produce automáticamente cuando ha alcanzado su posición desplegada. 3. Dos cilindros actúan simultáneamente por medio de un mando manual por pulsadores. A través de un pulsador, se produce el avance lento de uno de ellos y rápido del otro. Por medio de otro pulsador se produce el retroceso a la inversa. Cada cilindro tiene su propia válvula de gobierno. 4. Un cilindro realiza una secuencia 1+, 1–, cuyo inicio puede ordenarse desde dos pulsadores diferentes. El avance es rápido y el retroceso lento. 5. Dos cilindros inician su avance simultáneamente por medio de un pulsador. El avance de uno de ellos es lento y el del otro es normal. Cuando han alcanzado los dos su posición extrema, retroceden automáticamente a velocidad lenta. 6. Dos cilindros inician su avance simultáneamente a velocidad lenta por medio de una señal de mando procedente de un pulsador. Cuando han alcanzado ambos su posición extrema, inicia su retroceso uno de ellos. Al acabar este, lo inicia el otro. Dibuja el esquema y el diagrama de fases de las siguientes secuencias: 7. Dos cilindros realizan la secuencia 1+, 1–, 2+, 2–. La señal de inicio puede provenir de dos lugares diferentes. El retroceso será rápido en ambos cilindros. Los finales de carrera podrán ser del tipo de rodillo abatible, si fuera necesario. 8. Tres cilindros con la secuencia 1+, 3+, 2+, 3–, 2–, 1–. 9. Dos cilindros con la secuencia 1+, 2+, 2–, 1–. 10. Dos cilindros con la secuencia 1+, 1–, 2+, 2–. Realiza el diagrama de fases y el esquema de los siguientes mecanismos: A

a

Figura 4.40.

11. Un objeto A es empujado lentamente hasta un tope y prensado por un cilindro. Allí, una barra pivotante, accionada por otro cilindro, le realiza una marca con un punzón y retrocede. Cuando este cilindro ha vuelto a su posición inicial, inicia su rápido retorno el otro (figura 4.40).


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12. Un objeto A se sitúa en el fondo de dos rampas, como se ve en la figura 4.41. Tras una señal, se produce la siguiente secuencia: los dos cilindros inician simultáneamente un avance lento y comprimen durante cierto tiempo a dicho objeto. Luego inicia su retroceso rápido uno de ellos y, cuando ha llegado a su posición inicial, el otro retrocede a velocidad normal.

A

a

Figura 4.41.

13. Para que unos rodillos desciendan uno a uno se ha construido el sistema de la figura 4.42. Tras una señal de inicio, avanza el cilindro 2.0 y es seleccionado un rodillo. Luego retrocede el 1.0 y el rodillo desciende hasta un tope con amortiguador. A continuación el 3.0 retrocede y cae el rodillo. Posteriormente, la plataforma vuelve a subir y los otros cilindros toman su posición inicial de modo adecuado.

2.0

1.0 3.0

a

Figura 4.42.

14. Un cilindro acerca hacia la derecha un soporte en el que hay colocada una pieza de cobre en forma de L. Allí, dos cilindros le harán en cada cara una marca por presión. Primero se la hace el vertical y luego el horizontal. Hechas las dos marcas, el cilindro grande hace retroceder el soporte con la pieza (figura 4.43).

Pieza

a

Figura 4.43.


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ACTIVIDADES FINALES (cont.) 15. Se desea estampar unas piezas regulares y prismáticas, contenidas en un almacén vertical. Una vez efectuada la operación, se deben depositar en un recipiente (figura 4.44). Cilindro B Estampado Cilindro A Alimentación/Sujección

a

Cilindro C Expulsión

Figura 4.44.

16. Una aplicación de la hidráulica, muy extendida en actividades agrícolas, es el empleo de una catapulta para cargar un remolque o camión de pacas. Cuando cargamos una plataforma con una paca, un brazo articulado la lanza a gran velocidad a lo alto del camión, donde habrá otro operario que las vaya apilando. A continuación, el brazo retrocede hasta volver a ser cargado por otra persona.

Resortes

Cilindro a

Figura 4.45.

Diseña el circuito hidráulico del mecanismo. Lista de componentes: – Cilindro de simple efecto.....................1 – Válvula distribuidora pilotada 3/2 ........1 – Final de carrera con válvula 3/2............2 – Válvula estranguladora de retención....1

Resortes

Cilindro


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1. Un circuito neumático o hidráulico está formado por... a) Un circuito de mando y un circuito de trabajo. b) Un circuito de mando. c) Por elementos indistintamente. d) Un circuito de trabajo. 2. Los elementos de mando son…

a) Válvula estranguladora. b) Válvula mando. c) Válvula gobierno. d) Válvula selectora. 7. En algunas aplicaciones de circuitos automáticos, la válvula de final de carrera se puede sustituir por una válvula de...

a) Válvulas distribuidoras accionadas manualmente.

a) Secuencia.

b) Válvulas distribuidoras pilotadas.

b) Final de carrera con rodillo abatible.

c) Las válvulas que actúan directamente sobre el elemento de mando.

c) Limitadora de presión.

d) Las válvulas que actúan directamente sobre el elemento neumático. 3. Los elementos de gobierno son… a) Válvulas que actúan directamente sobre el elemento neumático. b) Válvulas distribuidoras accionadas manualmente. c) Válvulas de mando accionadas automáticamente. d) Válvulas distribuidoras pilotadas. 4. Los elementos de trabajo son los encargados de.. a) Aplicar físicamente la energía acumulada en el fluido para realizar operaciones. b) Realizar la puesta en funcionamiento del circuito neumático. c) Accionar las bombas o cilindros de trabajo. d) Regular la presión de trabajo del circuito neumático. 5. Que válvula se emplea en los mecanismos de seguridad? a) Simultaneidad.

d) Reguladora de presión. 8. ¿Qué significa en la representación de un circuito la numeración 1.2? a) El elemento de mando de la fase de salida del vástago. b) El elemento de mando de la fase de entrada del vástago. c) El elemento de trabajo. d) El elemento de tratamiento de señal. 9. ¿Qué significa en el diagrama simbólico de fases el signo +? a) Que el elemento de trabajo se despliega. b) Que el elemento de trabajo se repliega. c) Que el elemento de trabajo permanece en reposo. d) Que el elemento de trabajo funciona automáticamente. 10. ¿Cómo realiza el rodillo abatible el accionamiento de la válvula de final de carrera?

b) Selectora.

a) Detecta las posiciones ligeramente adelantadas a las extremas.

c) Estrangulación.

b) Detecta las posiciones extremas.

d) Limitadora.

c) Detecta las posiciones extremas de la misma forma que el rodillo normal.

6. La velocidad del elemento de trabajo se regula mediante una...

d) No detecta las posiciones.


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MATERIAL

Realización del montaje de un circuito neumático

• Fuente e instalación de aire comprimido

OBJETIVOS

• Equipo individual de herramientas

• Panel de simulación con su respectivo conjunto de componentes y canalizaciones • Conjunto de elementos con su respectivo conexionado

• Interpretar un esquema neumático, reconociendo cada uno de los elementos que lo integran y el funcionamiento del mismo. • Aplicar normas y simbología correcta para representar circuitos. • Resolver el problema utilizando el menor número de elementos posibles. • Seleccionar los elementos de forma correcta aplicando la simbología del circuito. • Ubicar y distribuir los elementos de forma correcta respetando las normas. • Realizar el conexionado de los elementos neumáticos respetando las normas establecidas. • Verificar el funcionamiento de un circuito. • Cumplir las normas de seguridad.

PRECAUCIONES • Regular correctamente el regulador de la fuente de presión. • Realizar la unión de elementos correctamente. • No accionar nunca los rodillos de las válvulas con las manos al tratar de localizar averías ya que se corre el peligro de dañarse los dedos. • Poner en funcionamiento el circuito respetando la distancia de seguridad.

DESARROLLO 1. Planteamiento del problema Es necesario doblar los bordes de una chapa mediante una herramienta de forma (troquel), accionada neumáticamente. Después de la sujeción de la pieza, el cilindro de doble efecto 1.0 efectúa el doblado inicial y, a continuación, el cilindro 2.0 efectúa el doblado final. El mecanismo se pone en funcionamiento mediante un pulsador. Diseñar el circuito de tal forma que, después de la orden de puesta en marcha, se efectúe un ciclo completo resultando que cada vez que pulsemos el botón obtengamos una pieza. El vástago del cilindro 1.0 y 2.0 debe salir lentamente y entrar rápidamente (figura 4.46). Esquema de situación Doblado inicial 1.0

Doblado inicial 2.0

a

Figura 4.46.


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2. Analizar el problema a resolver Partiendo del resultado que deseamos obtener buscaremos posibles soluciones. 3. Diseñar el circuito para resolver el problema Diagrama de fases de forma simbólica y gráfica. 1+,1-,2+,2-

a

Figura 4.47.

Colocación de las válvulas 1 fase cilindro 1.0 se despliega de forma manual mediante 1.2+. 2 fase cilindro 1.0 se repliega de forma automática con 1.3+. 1 fase cilindro 2.0 se despliega de forma automática mediante 2.2+. 2 fase cilindro 2.0 se repliega de forma automática con 2.3+. Por tanto, colocamos: 1.3+ al final del elemento de trabajo 1.0 para replegarlo. 2.2+ al principio del elemento de trabajo 1.0 para desplegar elemento de trabajo 2.0. 2.3+ al final del elemento de trabajo 2.0 para replegar elemento de trabajo 2.0. Verificar el funcionamiento teórico desarrollando el diagrama de fases. 1.2+ (1.0+1,3+), (1.0-, 2.2+, 2.3-), (2.0+,2.2-,2.3+), (2.0-, 2,3- ) En la fase de despliegue del 2.0, la válvula 2.2- debe quedar libre porque si está ocupada, se produciría el bloqueo y parada del circuito; así no sería posible la siguiente fase con el repliegue del 2.0. En ese caso hay que recurrir a un accionamiento abatible o rodillo escamoteable. 1.0

Al ser accionada en esta dirección, la válvula actúa

2.2

1.3

2.0

1.02

2.3

2.02

Al ser accionada en esta dirección, la válvula no actúa Z

1.1 A B a b P

1.2 A a b P

a

Figura 4.48.

R

R

2.1 A B a b

Z

Y

P

P

A 2.2 a b

A 1.3 a b R

P

R

Y R 2.3 a

A b


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PRÁCTICA PROFESIONAL (cont.) 4. Seleccionar los elementos Preparar el material y seleccionarlo de forma ordenada. 1 Fuente de aire comprimido. 1 Unidad de mantenimiento. 2 Cilindros de doble efecto. 2 Válvulas de estrangulación con antirretorno. 2 Válvulas distribuidoras 4/2. 1 Válvula distribuidora 3/2, cerrada en reposo. 1 Válvula distribuidora 3/2, cerrada en reposo. 2 Válvulas distribuidoras 3/2, cerradas en reposo. 5. Colocarlos sobre el panel simulador Colocar los elementos y realizar la distribución según el esquema de montaje (figura 4.49).

3

3 2

1

2

3

1 2 2.0

1.0 F=0

F=0

2

3 2

1

3

2

1

3 5

a

Figura 4.49.

100%

100%

4

4

2

3

1


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6. Realizar el conexionado de los elementos neumáticos (figura 4.50). Realizar el circuito mediante el conexionado de los elementos neumáticos respetando las normas establecidas.

3

3 2

1

2

3

1 2 2.0

1.0 F=0

F=0

2

3 2

1

1

3

3

5

a

Figura 4.50.

7. Poner en funcionamiento el circuito Verificar el funcionamiento mediante 1.2.

100%

100%

4

4

2

3

1


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MUNDO TÉCNICO Los últimos segundos antes del accidente En los pocos instantes antes de un inminente accidente se puede hacer mucho para impedir el accidente o por lo menos evitar que el accidente tenga consecuencias graves. Con la denominación de «Predictive Safety Systems» (PSS) Bosch ha desarrollado sistemas de seguridad para el tráfico, previsores, que reaccionan inmediatamente, para proteger a los ocupantes del vehículo y los demás usuarios de la carretera.

Seguridad previsora ¿Cómo se pueden evitar los accidentes graves? ¿Qué posibilidades existen para asistir al conductor por parte de la técnica? Los investigadores en Bosch se ocupan de forma intensa de estas preguntas.

1. En una primera fase constructiva del PSS (PBA), se prepara el equipo de los frenos del coche para un inminente frenado a fondo, para que el recorrido hasta la parada sea lo mas corto posible.

Un conocimiento básico de la investigación de los accidentes es:

2. Si el conductor no percibe el peligro por sí mismo y no reacciona, la técnica le advierte del peligro, mediante un breve frenazo sensible y / o señales acústicas / ópticas y / o un breve tensado del cinturón de seguridad. Esta función estará disponible en una segunda fase constructiva (PCW).

cuanto antes se reconozca el peligro de un accidente, tantas más posibilidades tiene el conductor para reaccionar. Y otro conocimiento: muchos conductores no son capaces de hacer todo «bien» en el segundo de reacción. Por ejemplo no frenan con suficiente rapidez y regalan así valiosos metros del recorrido necesario para el frenado. Para estas situaciones, la solución de Bosch se llama PSS Predictive Safety Systems. La técnica inteligente alerta temprano al conductor, lo asiste y, en casos de emergencia interviene de forma autónoma, para suavizar las consecuencias del accidente. Los Predictive Safety Systems (PSS) de un vistazo Un sensor de radar, altamente desarrollado, supervisa continuamente la zona delante del coche. El software de PSS analiza las informaciones del «ojo electrónico» y reconoce temprano una situación peligrosa. Cuando se produce el peligro de accidente, el sistema inicia, más rápidamente de lo que podría hacerlo un automovilista, medidas de seguridad eficaces en tres pasos.

3. En una tercera fase constructiva, en caso de un accidente inevitable, el sistema inicia automáticamente un frenado de emergencia, si el conductor no reacciona a tiempo. (PEB) El futuro ya está aquí Algunos dirán que ésta es música del porvenir, pero los «ángeles de la guarda» electrónicos del Predictive Safety System de Bosch procurarán pronto que haya más seguridad en las carreteras y calles de Europa: la primera fase constructiva del sistema, el Predictive Brake Assist (PBA), se estará empleando por primera vez ya a comienzos de este año. La ulterior fase del desarrollo Predictive Collision Warning (PCW), pronto estará madura para la fabricación en serie. http://www.robert-bosch-espana.es/content/language1/ html/ 734_2924.htm?section= CDAF31A468D9483198ED8577060384B3


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EN RESUMEN

CIRCUITOS HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS BÁSICOS

Estructura

• Distribución y producción del fluido • Elementos de mando • Entrada de señales • Elementos de gobierno • Elementos de trabajo

Tipos de mandos

Según la acción de mando

• Directo • Indirecto

Diseño

Según la autonomía

Representación de los circuitos

• Manual • Semiautomático • Automático

Diagrama fasorial de fases de trabajo

• Forma simbólica • Forma gráfica

Obtención de esquemas

entra en internet 1. Busca en la siguiente dirección el simulador didáctico FluidSIM en versión demo, descárgalo para realizar los ejercicios de la unidad. • http://www.festo.com 2. En esta página puedes encontrar y realizar descargas de documentos relacionados de equipos didácticos. • http://www.alecop.es

3. En la página siguiente puedes encontrar información de noticias, productos, reportajes, foros, eventos, recursos y empleo. • http://www.rodacid.es


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Suspensión convencional

vamos a conocer... 1. Principios físicos 2. Elementos de suspensión 3. Tipos de suspensión 4. Intervenciones en el sistema de suspensión PRÁCTICA PROFESIONAL Sustitución de un amortiguador en una suspensión McPherson MUNDO TÉCNICO LosamortiguadoresSalvanVidas.com

y al finalizar esta unidad... Analizarás los elementos elásticos y de amortiguación. Identificarás los elementos que integran las suspensiones convencionales. Establecerás las diferencias constructivas entre los diferentes sistemas de suspensión convencional. Interpretarás la documentación técnica y los manuales de funcionamiento necesarios para la realización de procesos y comprobaciones de los sistemas de suspensión, cumpliendo las normas de seguridad.


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CASO PRÁCTICO INICIAL situación de partida Juan trabaja como profesional en una empresa dedicada al mantenimiento y reparación de vehículos autopropulsados.

Un vehículo con algún elemento de suspensión en mal estado manifiesta falta de confort e inseguridad durante la conducción.

Los trabajos que tiene que realizar implican:

Además se produce un progresivo deterioro de los amortiguadores lo que conlleva una reducción de adherencia.

• Mantener y reparar los sistemas de suspensiones convencionales. • Seleccionar la documentación técnica y manuales de funcionamiento para la identificación, comprobación y procesos de reparación y/o mantenimiento en los elementos de suspensión. • Utilizar el equipo y herramientas necesarios para la realización de las reparaciones y/o mantenimiento en los sistemas de suspensión. • Realizar de forma correcta las reparaciones o mantenimientos en los procesos descritos para los sistemas de suspensión. • Cumplir las normas de seguridad, salud laboral y medioambiental para las de reparaciones y/o mantenimiento de los elementos elásticos y de amortiguación y de los sistemas de suspensión convencionales. A la empresa llega el usuario de un vehículo que se queja de la incomodidad, ruido e inestabilidad del mismo. El conductor percibe en el vehículo, equipado con suspensión McPherson, un comportamiento incómodo que aumenta al circular por pavimento irregular, durante la frenada y los giros.

Los amortiguadores en mal estado aumentan el desgaste de las piezas mecánicas del vehículo: muelles de suspensión, dirección, rótulas, diferencial, neumáticos, cojinetes elásticos de goma de la suspensión, caja de dirección, cojinetes de las ruedas, conjunto suspensión, rótulas de dirección, etc. Las consecuencias directas de conducir con amortiguadores en mal estado son: aumento de la distancia de frenado, disminución de la visibilidad nocturna, fatiga del conductor, mayor riesgo de aquaplaning y menos adherencia al suelo. Para determinar su estado, en la unidad se detallan algunas pruebas sencillas que podemos realizar para saber el estado de los amortiguadores y del conjunto de suspensión. En caso de no superar alguna de las pruebas anteriores se procederá a realizar la sustitución de un amortiguador en una suspensión McPherson, tal y como se realiza en la Práctica Profesional de esta unidad.

estudio del caso Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial. 1. ¿Qué absorbe la suspensión?

4. ¿Cómo funciona el amortiguador de doble efecto?

2. ¿Qué hace el amortiguador cuando la rueda encuentra un obstáculo?

5. ¿Qué pruebas se pueden realizar para determinar el estado de los amortiguadores?

3. ¿Cómo se consigue la estanqueidad en un amortiguador?


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1. Principios físicos saber más Cargas que actúan sobre el vehículo

Los elementos de suspensión han de soportar todo el peso del vehículo, por lo que deben ser suficientemente fuertes para que las cargas que actúan sobre ellos no produzcan deformaciones permanentes (figura 5.2).

1

3

2 4 a

Figura 5.1. Cargas.

Otras fuerzas que intervienen en un vehículo son:

a

• La fuerza motriz (1).

Parte de los mecanismos del automóvil están soportados por la carrocería y se denominan pesos suspendidos. Estos configuran el conjunto chasis: carrocería, grupo motor-propulsor, pasajeros y carga. Otros mecanismos están apoyados directamente en el firme, como son: el eje y las ruedas, y se denominan pesos no suspendidos.

• La fuerza de frenado (2). • Fuerzas de guiado lateral (3). • Fuerzas de adherencia (4).

caso práctico inicial Aquí puedes ver los elementos de suspensión intercalados entre las ruedas y la carrocería capaces de absorber las irregularidades del pavimento para conseguir un vehículo cómodo.

Figura 5.2. Función de la suspensión.

La suspensión consiste en interponer entre el chasis-carrocería y las ruedas ciertos elementos deformables capaces de absorber las irregularidades del pavimento (figura 5.3).

Peso suspendido

Suspensión

Peso no suspendido. Ruedas

a

Figura 5.3. Ubicación de la suspensión.


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Su misión es la de evitar al máximo que las incidencias de la carretera se trasmitan a los órganos del vehículo y que se mantenga siempre el contacto del neumático con el pavimento, a fin de: • Proteger a los ocupantes y al vehículo de las irregularidades. • Mejorar el funcionamiento de la dirección permitiendo una buena estabilidad. • Contribuir a la seguridad activa del vehículo.

Cálculo de las oscilaciones

Por tanto, en función del peso soportado, se produce una deformación, según el coeficiente elástico del resorte (figura 5.4). La energía que ocasiona la deformación del resorte es devuelta como reacción elástica en forma de oscilaciones (figura 5.5), cuyo periodo (T) es: T=2·π

saber más Periodo El periodo es el tiempo que una oscilación tarda en volver a la posición que ocupaba al principio. Carga (N)

Los distintos ensayos realizados demuestran que el margen de comodidad para una persona está en torno a una oscilación por segundo. Una cifra superior excita el sistema nervioso y una cifra muy inferior provoca el mareo. Por tanto, para disponer de una supensión ideal el número de oscilaciones debe de estar comprendido entre 30 y 60 períodos por minuto. Para ello se tienen en cuenta dos variables: el peso que soporta el elemento elástico y el coeficiente de elasticidad del mismo.

K muelle duro K´ muelle blando

P´ P

sllhg

h1 h2 h3 P´ = plena carga

h4 deformación (h) P = vacío

Figura 5.4. Diagrama elástico de un resorte.

a

h

Tiempo de oscilación

T a

Figura 5.5. Curva oscilante de un resorte.

T = periodo o tiempo de oscilación, en segundos h = deformación producida, en metros g = gravedad (9,81 m/s2) Sabiendo que el coeficiente elástico es K = P/h, conociendo la carga del resorte (P) y la deformación que produce (h), se obtiene: T=2·π

ll P m =2·π s slllll K·g K

m = masa suspendida, en kg K = coeficiente elástico del resorte, en N/m


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Como la frecuencia (f ) es la inversa del periodo (T), se deduce que: 1

f= 2·π

m slll K

EJEMPLO Calcula el número de oscilaciones por segundo que produce un muelle cargado con un peso de 200 N, sabiendo que el coeficiente de elasticidad es K = 6 N/cm = 600 N/m. Solución P = m · g;

1

f= 2·π

m lll K

s

m=

P 200 = = 20,4 kg g 9,8 1

= 6,28

= 0,87 Hz

lllll 20,4 600

s

f = 52 oscilaciones por minuto Muelle blando Muelle duro

P > P'

P

P P'

a

Figura 5.6. Influencia de la dureza de un resorte.

P'

a

Figura 5.7. Influencia de la carga de un resorte.

Un muelle blando tiene mucho recorrido y pocas oscilaciones bajo carga (figura 5.6), sin embargo, un muelle duro tiene menos recorrido y mayor número de oscilaciones (figura 5.7). Este efecto se manifiesta al variar la carga que soporta el muelle.

ACTIVIDADES 1. ¿Qué produce las reacciones oscilantes y cómo se trasmiten a la carrocería? 2. ¿Cuál es la frecuencia óptima para el buen funcionamiento de una suspensión y de qué factores depende? 3. ¿Por qué conviene tener menor peso suspendido en la suspensión? 4. Calcular la frecuencia que produce un resorte cargado con 500 kg sabiendo que K = 8 N/cm.


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2. Elementos de suspensión 2.1. Resortes Son unos elementos construidos de acero especial para resortes (acero al manganeso, al silicio, al silicio manganeso o al vanadio), a los que se le aplican diferentes tratamientos térmicos para mejorar sus propiedades, tales como elasticidad, resistencia mecánica... Por su forma constructiva, pueden ser: muelles, ballestas o barras de torsión. Muelles Están constituidos por una varilla cilíndrica (10 a 14 milímetros de diámetro) de acero especial, arrollado en hélice. El muelle helicoidal trabaja a torsión retorciéndose con los esfuerzos exteriores que soporta. Esta torsión se traduce en una disminución de la longitud del muelle al ser cargado, volviendo a su posición primitiva, por su elasticidad, cuando cesa la fuerza que actúa sobre él (figura 5.8). Los muelles tienen excelentes cualidades elásticas, pero poca capacidad para almacenar energía, de ahí la necesidad del amortiguador que absorbe la reacción del muelle. Elemento de muelle

Masa suspendida

Masa no suspendida

Elemento de muelle

P.S. P

a

P.S.

Figura 5.8. Funcionamiento de un muelle.

P.S.

P.S.

P.S.

P.S.

P.S. P.S.

P.S.

P.S.


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Ballestas Están compuestas por una serie de láminas superpuestas, de diferentes longitudes, construidas en acero elástico para muelles. Este tipo de resorte tiene un rendimiento bastante débil en elasticidad. Las láminas son unidas por un perno central que las atraviesa, y unas abrazaderas que permiten que las láminas se deslicen al cargar un peso sobre ellas (figura 5.10).

1

2

3

4

6

5

1 2

9

8 7

1. Ballesta bajo carga 2. Ballesta sin carga a Figura 5.9. Principio funcionamiento.

a

1. Cuerpo de eje trasero 2. Amortiguador 3. Ballesta 4. Soporte de ballesta con compensación longitudinal a

b

5. Chapa guía 6. Brida en U 7. Tope de goma 8. Amortiguador 9. Soporte de amortiguador

Figura 5.10. Construcción de una ballesta.

La lámina más larga tiene en sus extremos unos orificios denominados ojos, para sujetarlas al chasis con unos pasadores. Uno de los apoyos es fijo, o punto de reacción, y el otro es móvil, y va unido al chasis a través de una pieza llamada gemela, que permite aumentar o disminuir la longitud para favorecer los movimientos de flexión (figura 5.9). Las ballestas se montan en los vehículos de forma longitudinal o transversal respecto al sentido de marcha.

Figura 5.11. Montaje de una ballesta. a) Longitudinal. b) Transversal.

a

El montaje en vehículos industriales es longitudinal (figura 5.11a): van sujetas al eje de las ruedas mediante abrazaderas atornilladas. Sin embargo, en los turismos se utiliza el montaje transversal (figura 5.11b): soportan la carga en el punto medio y están unidas a los brazos por los extremos.


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Barras de torsión Si sujetamos fuertemente por uno de sus extremos una barra de acero de cierta longitud, y por el otro le aplicamos un par de giro exterior, se retuerce ligeramente a causa de su elasticidad, oponiendo un par de reacción de igual valor y sentido contrario: tenemos así una barra de torsión (figura 5.12). Anclaje fijo Barra de torsión Apoyo libre de goma

c

Brazo de suspensión

Figura 5.12. Barra de torsión.

Son barras macizas fabricadas de un material elástico que le confiere una elasticidad excepcional. Poseen en los extremos una forma particular (estriado), que sirve de anclaje. Un extremo va unido al chasis y el otro al brazo de suspensión. En funcionamiento, el brazo oscila y hace trabajar a la barra dándole un movimiento de torsión. De este modo, constituye un resorte que ocupa poco espacio y tiene un montaje más simple.

2.2. Amortiguadores Cuando la rueda encuentra un obstáculo, el amortiguador absorbe las acciones producidas por el peso y la rueda, así como las reacciones del resorte (figura 5.13).

El amortiguador es el encargado de amortiguar la amplitud de las oscilaciones convirtiéndolas en más suaves.

4

1


5

Sentido de marcha 4 5 2 Irregularidad del suelo 3 Oscilación amortiguada Oscilación no amortiguada

1. Masa del vehículo 2. Masa de la rueda 3. Altura sobre el suelo

4. Oscilaciones sin amortiguador 5. Oscilaciones con amortiguador

c Figura 5.13. Oscilaciones del vehículo.


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Su funcionamiento se basa en un pistón que se desliza en un cilindro. El cilindro está lleno de aceite (figura 5.14). Es necesario permitir el paso del aceite entre un lado y otro del pistón para que este pueda moverse.

Fluido

Pistón

Fluido

Cilindro

En funcionamiento, el pistón sigue los movimientos alternativos de subida y bajada de la rueda, si bien resulta más o menos frenado dependiendo de lo difícil que sea el paso de aceite entre ambas cámaras colocadas en cada lado del pistón. Además del paso de aceite que pueda existir entre la periferia, del pistón y cilindro, el pistón tiene varios orificios llamados orificios calibrados o válvulas de paso. Gracias a estas el pistón resulta mejor guiado, debido a que encuentra menos dificultad. Para que el principio de funcionamiento del amortiguador sea completo, debemos tener en cuenta el volumen de la varilla que se desplaza con el pistón; según se mueve el pistón, los volúmenes de fluido a ocupar en ambas cámaras no son iguales; según el desplazamiento, hay que sumar o restar el volumen de la varilla que entra o sale en la cámara Para compensar la diferencia de volumen, los amortiguadores, en su parte superior, están llenos de gas, que absorbe las diferencias de volumen entre las cámaras (véanse las figuras 5.15 y 5.16).

Figura 5.14. Funcionamiento del amortiguador.

a

Carga de gas Cámara de reservas de aceite

saber más

Cilindro de trabajo

Cámara de aire

Amortiguadores de gas Son amortiguadores monotubo o bitubo, dotados de una pequeña cámara de gas estática en la parte inferior o superior.

Unidad de válvula amortiguadora (válvula del émbolo) Unidad de válvula amortiguadora (válvula de la base) Válvula de amortiguación Válvula de retención Figura 5.15. Amortiguador con orificios en el pistón y cámara de aire.

a

a

Figura 5.16. Funcionamiento del amortiguador.

En el montaje, el cilindro va fijado al chasis y el pistón al eje o brazo de suspensión. De esta forma, el volumen de aire queda siempre en la parte superior del cilindro (figura 5.17). Esto permite absorber los movimientos lentos de la carrocería, a la vez que al encontrarse en la parte superior, no se emulsiona con el aceite (mezcla). El aceite utilizado en los amortiguadores debe cumplir las características siguientes: • La fluidez debe ser la adecuada para pasar a través de los orificios calibrados. a Figura 5.17. Colocación en el vehículo.

caso práctico inicial La falta de estanqueidad ocasiona una pérdida de aceite y por consiguiente el deterioro del amortiguador.

• El movimiento de aceite a través de los orificios produce un aumento de su temperatura. La viscosidad, por ello, deberá ser poco variable a los cambios de temperatura. La estanqueidad está asegurada por una junta tórica y el vástago está protegido por un tubo telescópico o un fuelle de goma en forma de acordeón (figura 5.18). La sujección a la carrocería o brazos de suspensión se realiza por cojinetes elásticos (silentblocs) o arandelas de caucho (figura 5.19).


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a Figura 5.18. Estanqueidad del amortiguador.

173

a Figura 5.19. Sujeción del amortiguador

Figura 5.20. Amortiguador monotubo. Detalle de las válvulas de doble efecto.

a

al bastidor.

Amortiguador de doble efecto Este amortiguador constituye una válvula de doble efecto (figura 5.20) a un determinado nivel de aceite. Esta válvula dispone de agujeros calibrados provistos a su vez de válvulas, dispuestas en sentido opuesto. La mitad de ellas funciona a expansión y la otra mitad a compresión. La ventaja de este sistema es que, variando el diámetro de una u otra válvula, podemos conseguir distinto efecto en cada sentido. Otra disposición de un amortiguador de doble efecto es la formada por tres tubos concéntricos (figura 5.21), donde cada tubo realiza una función: • El primero (6) constituye el cilindro principal. • El segundo (5) permite una reserva de aceite y el volumen de aire adicional. • El tercero (4) solamente actúa como protección. El funcionamiento es análogo al anterior, la única diferencia es la forma de las válvulas. a

Etapa de compresión/contracción

Etapa extens./tracción

b

1

caso práctico inicial Aquí puedes ver cómo está constituido y cómo funciona el amortiguador de doble efecto en las fases de comprensión y distensión.

A. Carrera de compresión B. Carrera de distensión 1. Gas 2. Pistón de amortiguador 3. Cámara de reserva de aceite 4. Tubo protector 5. Tubo de depósito 6. Cilindro de trabajo 7. Aceite 8. Válvula del pistón 9. Válvula inferior

A

2 3 4 5

Válvula del émbolo

6

Cámara de reservas de aceite

7 8 9

Válvula de la base a

Válvula de amortiguación Válvula de retención

Figura 5.21. a) Amortiguador de doble efecto. b) Amortiguador telescópico.

B


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2.3. Tirantes También llamados estabilizadores longitudinales, son brazos de acero muy resistentes, con articulaciones elásticas en sus extremos, colocadas entre la estructura del vehículo y los sistemas de suspensión (figura 5.22). Tienen la misión de unir longitudinalmente la suspensión al chasis para absorber los desplazamientos longitudinales y esfuerzos de reacción en las frenadas y aceleraciones del vehículo. 2

3 4

5 6

1

7 8

1. Bastidor auxiliar 2. Bieleta de amortiguador a barra estabilizadora

3. Barra estabilizadora 4. Brazo de suspensión

5. Amortiguador McPherson 6. Portamanguetas

7. Cubo de rueda 8. Tirante longitudinal para brazo de suspensión

a Figura 5.22. Tirante longitudinal.

2.4. Barras estabilizadoras Durante la marcha es difícil mantener el vehículo paralelo al suelo, sobre todo al tomar una curva, ya que este tiende a inclinarse con el consiguiente peligro de vuelco y gran molestia para los ocupantes. Para evitar este efecto, se montan barras estabilizadoras sobre los trenes delantero y trasero. Estas están formadas por una barra de acero elástico que realiza su oposición a estos desplazamientos mediante rigidez torsional. Las barras estabilizadoras tienen por misión compensar los esfuerzos de una rueda sobre la otra en el mismo eje. Su montaje en el vehículo depende del tipo de suspensión, pudiendo adoptar las formas siguientes: • En vehículos equipados con ruedas independientes, va colocada transversalmente, unida al chasis por dos cojinetes elásticos. Cada extremo está fijado a un brazo de suspensión a través de un cojinete elástico de caucho (figura 5.23). • En otros casos se utiliza una disposición parecida a la anterior con la diferencia de que intercala una bieleta de conexión entre los extremos de la barra estabilizadora y los brazos de suspensión, de tal forma que un extremo de la bieleta de conexión está fijado al extremo de la barra estabilizadora mediante una rótula y el otro se une al brazo superior de suspensión (figura 5.24).


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1 2 1 2 4

3 6

5 4

1. Amortiguador 2. Barra estabilizadora 3. Brazo de suspensión 4. Mecanismo de la dirección 5. Travesaño 6. Barra de acoplamiento a

1. Barra estabilizadora 2. Brida de fijación barra estabilizadora al travesaño delantero 3. Travesaño delantero 4. Bieleta conexión barra estabilizadora al amortiguador 5. Brazo oscilante

3

Figura 5.23. Barra estabilizadora.

5

a

Figura 5.24. Barra estabilizadora accionada mediante bieleta.

• En vehículos con eje rígido, va colocada transversalmente, unida al eje por un extremo y al chasis por el otro extremo. Esta barra se caracteriza por ser totalmente recta con sujeciones elásticas en cada extremo y también es conocida por el nombre de su inventor: barra Panhard (figura 5.25). Sirve para evitar el desplazamiento transversal del eje, actuando de tirante transversal.

8

1

2 7 6 a

5

3

Figura 5.25. Barra estabilizadora recta.

Los elementos de suspensión están unidos a las manguetas de las ruedas por rótulas de articulación (figura 5.26) y al bastidor por cojinetes elásticos, también llamados silentblocs (figura 5.27). Los cojinetes elásticos pueden estar construidos de tres formas: • Exclusivamente a base de caucho. • Con dos cojinetes (casquillos guía) metálicos entre los que va colocado el caucho. • Mediante silentblocs rellenos de aceite. En las cargas originadas por las fuerzas laterales, el aceite debe pasar de un lado a otro.

4

1. Posible movimiento giratorio 2. Brida de unión 3. Cono 4. Posible movimiento basculante 5. Fuelle de estanqueizado 6. Llenado de grasa lubricante 7. Pivote esférico 8. Casquillo de plástico a

Figura 5.26. Rótula.


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Sección transversal

Sección longitudinal

Casquillo metálico interior

Casquillo metálico exterior

Cojinete con brida metálica

Cojinete con carga de aceite

Figura 5.27. Cojinetes elásticos.

a

Estos trabajan a torsión de la forma siguiente: • Realizando una pequeña amortiguación. • Absorbiendo las leves vibraciones que producen las ruedas sobre la carrocería.

2.5. Brazos de suspensión recuerda En la suspensión rígida ante una inclinación el c.d.g. se desplaza.

Cuando el vehículo está equipado con eje rígido, los elementos de suspensión van colocados entre el mismo eje y la carrocería. Sin embargo, los vehículos con ruedas independientes utilizan los brazos de suspensión (figura 5.28). Su misión es: • Realizar la unión entre el bastidor y las ruedas. Por un extremo están unidos al bastidor y por el otro, a las ruedas independientes. • Sirven de elemento soporte para el resorte y el amortiguador. Los brazos de suspensión realizan el arrastre del vehículo; para ello deben estar elaborados de material altamente resistente (figura 5.29).

A

2 1

c.d.g.

c.d.g.

3 4

5 1. Tubo interno cilíndrico 2. Silentbloc trasero 3. Tubo interno convexo 4. Pasador guía de rótula 5. Silentbloc delantero

B c.d.g.

c.d.g.

A = Eje rígido B = Ruedas independientes c.d.g. = Centro de gravedad a

Figura 5.28. Rótula.

Tren delantero: brazo de acero a

Figura 5.29. Brazos de suspensión.

Tren delantero: brazo de fundición


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Disposición de los brazos Los brazos de suspensión pueden estar colocados de dos formas diferentes (figura 5.30). • Brazos transversales • Brazos longitudinales c Figura 5.30. Montaje de los brazos de suspensión.

Topes de caucho

Mangueta

Brazos transversales

Brazos longitudinales

Los brazos transversales, también llamados brazos oscilantes, realizan la unión del bastidor con la mangueta y pueden estar constituidos por uno o varios brazos dependiendo del tipo de suspensión. Esta disposición se utiliza en la suspensión de paralelogramo deformable, pudiendo adoptar la forma de dos triángulos superpuestos o varios brazos oscilantes, dando lugar a una suspensión multibrazo y también, como brazo inferior y único en la suspensión McPherson. Esta disposición se puede emplear en trenes delanteros o traseros. Con este montaje de brazos transversales se puede emplear cualquier resorte acompañado de un amortiguador. En esta disposición, para limitar los movimientos del brazo y evitar golpes en la carrocería, se coloca un tope elástico, construido de caucho (figura 5.30). Los brazos longitudinales varían la forma de montaje, pero el funcionamiento es el mismo. Este montaje se utiliza solo para el tren trasero. A esta disposición, también denominada brazos o ruedas tirados pueden dar lugar a dos variaciones. • Brazos tirados o arrastrados. En este tipo, apenas se producen variaciones de vía, caída o avance de la rueda (figura 5.31). Con esta disposición existen casos en los que los brazos están unidos por un extremo a un eje tubular que, a su vez, está anclado al bastidor. En algunos casos, a través del interior del eje pasa la barra estabilizadora que une los dos brazos (figura 5.32).

Eje anclado en la carrocería

Brazo tirado

Carrocería

a

Figura 5.31. Brazos tirados.

a Figura 5.32. Brazos tirados unidos al eje.


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• Brazos tirados oblicuos o semiarrastrados. En este montaje los brazos pivotan sobre ejes oblicuos respecto al plano longitudinal del vehículo (figura 5.33). Tienen la ventaja de que no precisan barra estabilizadora, debido a la componente longitudinal que tiene el propio brazo; en este caso, las variaciones de vía, caída o avance de la rueda, dependen de la posición e inclinación de los brazos.

a

Figura 5.33. Brazos tirados y semitirados.

EJEMPLO ¿Cuáles son las consecuencias de un amortiguador en mal estado? Solución • Al circular por un pavimento en mal estado las irregularidades del mismo se transmiten a los ocupantes. • Se produce un desgaste irregular de los neumáticos. • Hay inestabilidad en la conducción por pérdida de estabilidad del vehículo, que se manifiesta sobre todo en las curvas originando una gran inseguridad con el consiguiente riesgo de accidente.

ACTIVIDADES 5. Explica los tipos de resortes empleados en la suspensión y cómo funciona cada uno de ellos. 6. Explica la misión del amortiguador y cómo funciona. 7. Expón la diferencia entre un brazo tirado y uno semitirado. 8 Explica la diferencia entre una barra de torsión y una barra estabilizadora.


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3. Tipos de suspensión Existen varias disposiciones de suspensión. Se utilizan en los vehículos en función de: • Las prestaciones como confort y estabilidad • El accionamiento de las ruedas delanteras o traseras • El propio diseño del vehículo Las suspensiones mecánicas o convencionales se clasifican en tres grupos: • Suspensiones rígidas • Suspensiones semirrígidas • Suspensiones independientes

3.1. Suspensión rígida Las dos ruedas van montadas sobre un mismo eje (figura 5.28a). Todo movimiento de una rueda, al pasar un accidente del terreno, repercute en la otra rueda y sobre los pasajeros, produciendo una incomodidad y una oscilación de la carrocería. Actualmente, el eje rígido está siendo reemplazado en los turismos por el sistema de suspensión de ruedas independientes, en el cual las oscilaciones de una rueda no influyen sobre la otra. Uno de los inconvenientes más importantes de la suspensión rígida es que cuando la rueda pasa un obstáculo, la carrocería no conserva su posición horizontal. En la figura 5.34 se muestra un eje rígido de un tren trasero actuando de eje propulsor. Está compuesto por la unión de dos tubos de forma cónica, denominados trompetas, que sirven de alojamiento a los palieres, con una gran cavidad central que alojan al diferencial. Como elemento elástico, utiliza la ballesta y el amortiguador telescópico. En la figura 5.35 se muestra un eje rígido de un tren trasero para un vehículo de tracción delantera. Está constituido por un eje unido a los cubos de las ruedas a través de las manguetas y rodamientos. Sobre este eje se apoyan los elementos de suspensión. En este caso, se suele utilizar el muelle como elemento elástico.

a

Figura 5.34. Eje rígido propulsor y ballestas.

a

Figura 5.35. Eje rígido y muelles.


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3.2. Suspensión semirrígida Esta suspensión se caracterizan porque las ruedas están unidas entre sí, como en el eje rígido, pero transmiten menos las irregularidades recibidas del firme al resto del vehículo. Suspensión semirrígida con eje de Dion En el eje de Dion (figura 5.36), las ruedas están unidas mediante semiejes articulados al diferencial, el cual es parte de la masa suspendida, ya que está unido al chasis del vehículo. El giro se transmite a las ruedas por semiejes como en la suspensión independiente. Las dos ruedas están unidas de forma rígida, mediante una traviesa o eje de Dion, anclado al chasis.

3 2

1

10

11 5 4

6 9 a

8

7

1. Amortiguador 2. Barra estabilizadora 3. Soporte de montaje del cárter del diferencial 4. Placa guía para el travesaño del eje trasero 5. Soporte de goma interior Brazo de suspensión 6. Travesaño del eje trasero o Eje de Dión 7. Soporte de goma para el travesaño del eje trasero 8. Soporte de goma exterior del brazo de suspensión 9. Semibrazo de arrastre 10. Bieleta de la barra estabilizadora 11. Muelle helicoidal

Figura 5.36. Eje de Dion.

Este sistema, respecto al eje rígido, tiene la ventaja de tener menos peso no suspendido, ya que el eje de Dion pesa menos que el conjunto diferencial. Tiene como elemento elástico el muelle y va acompañado de dos tirantes longitudinales para limitar el desplazamiento longitudinal del vehículo. Suspensión semirrígida con eje Deltalink Este sistema es de ruedas tiradas mediante dos brazos longitudinales, unidos al eje Deltalink (figura 5.37). Este eje está formado por dos brazos transversales unidos entre sí mediante cojinetes elásticos. El guiado de los brazos se realiza con tirantes transversales y, como elemento elástico, utiliza el muelle. a

Figura 5.37. Deltalink.

También se denomina suspensión semi-independiente porque el eje va anclado de una forma elástica y no totalmente rígida.

recuerda Peso suspendido y no suspendido El peso no suspendido está formado por el eje o brazos de suspensión y las ruedas. El peso suspendido es el peso soportado por el eje o los brazos y las ruedas. Los elementos de suspensión están intercalados entre el peso no suspendido y el peso suspendido.

3.3. Suspensiones independientes El montaje de suspensiones independientes (figura 5.28b) en cada una de las cuatro ruedas es la tendencia actual de los fabricantes de turismos. Su objetivo es mejorar el confort y la estabilidad y, al mismo tiempo, reducir las oscilaciones recibidas del firme y no transmitirlas de una rueda a otra. Además se consigue menor desplazamiento de la carrocería, favoreciendo el agarre de las ruedas al suelo al tener menor peso no suspendido, puesto que se sustituye el eje rígido por los brazos, de menor peso. Por tanto, se reduce


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el efecto que se produce sobre el peso suspendido, es decir, hay menos peso unido a las ruedas y como consecuencia menor movimiento transmitido a la carrocería. Existen los siguientes tipos de suspensiones independientes: • Eje oscilante • Brazos tirados y barras de torsión • Brazos tirados y muelles • McPherson • Paralelogramo deformable • Multibrazo Suspensión independiente de eje oscilante En este sistema los elementos de rodadura y el semieje son solidarios, de manera que el conjunto oscila alrededor de una o dos articulaciones próximas al punto medio de la vía del vehículo. Estos dos modelos se utilizan de la forma siguiente: • Si un eje es propulsor, el montaje se realiza sobre una articulación (figura 5.38). • Si el eje es arrastrado, sobre dos articulaciones (figura 5.39).

a

Figura 5.38. Eje oscilante de una articulación.

a Figura 5.39. Eje oscilante de dos articulaciones.

Esta suspensión no se puede utilizar en el eje directriz, porque este altera mucho la caída en sus movimientos oscilantes, sobre todo en las curvas, provocando un desgaste irregular de neumáticos. Como elementos elásticos utilizan muelles con amortiguador telescópico. Suspensión independiente de brazos tirados Este sistema de suspensión se caracteriza por tener los brazos unidos por un extremo a la carrocería y el otro extremo a la rueda. Si el eje es de tracción, las ruedas son tiradas o arrastradas por los brazos que pivotan en la unión con la carrocería. Este sistema utiliza barras de torsión y muelles como elementos elásticos. El elemento elástico que más se emplea en suspensiones de brazos tirados, es la barra de torsión. Esta puede adoptar dos montajes según su aplicación: • En el tren delantero, las barras de torsión están colocadas de forma longitudinal. • En el tren trasero, las barras de torsión están colocadas de forma transversal.


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Brazos tirados y barras de torsión. Tren delantero Este sistema tiende a utilizarse cada vez menos. Está formado por: • Ruedas independientes. • Brazos transversales superior e inferior unidos a la carrocería por cojinetes elásticos. • Las barras de torsión dispuestas longitudinalmente. Están unidas por un extremo al brazo longitudinal inferior, y por el otro extremo, mediante un estriado fino a un soporte anclado en la carrocería (figura 5.40). 2

5

1 4 3

6

9 8

a

7

1. Brazo de control de vía superior 2. Amortiguador 3. Junta de rótula superior 4. Barra de torsión 5. Fijación posterior de la barra de torsión 6. Portamanguetas 7. Junta de rótula inferior 8. Brazo de control de vía inferior 9. Barra estabilizadora transversal

Figura 5.40. Montaje longitudinal de las barras.

Entre ambos brazos va colocado el amortiguador telescópico de doble efecto. Este montaje requiere un reglaje equilibrado para obtener un plano correcto del vehículo. Se obtiene mediante unas excéntricas que actúan sobre la palanca de fijación de la barra a la carrocería. Brazos tirados y barras de torsión. Tren trasero Es uno de los sistemas más empleados en el eje trasero. Se caracteriza por: • Las barras de torsión traseras llevan una colocación transversal con respecto al eje longitudinal del vehículo. • El anclaje de las barras traseras se encuentra en el brazo de suspensión y en un soporte con estriado fino, anclado en la carrocería (figura 5.41). • Cada barra es torsionada de forma independiente para cada rueda, de forma que cada movimiento del brazo longitudinal realiza una torsión en la barra. Amortiguador Brazo longitudinal normal

Brazo oblicuo suplementario o tirante a

Figura 5.41. Montaje transversal de las barras.

Barra estabilizadora

Barras de torsión


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En algunos casos, este sistema permite hacer del tren trasero un eje autodireccional con un pequeño ángulo de giro entre 1 y 2 grados. Este se consigue mediante unos cojinetes elásticos colocados en la unión del eje con el bastidor. Esta unión elástica se deforma según la velocidad y el radio de la curva (figura 5.42). En algún caso, aplicado en vehículos pequeños, las dos barras de torsión pueden estar unidas en su punto medio a través de una gemela especial, dando lugar a una disposición denominada tren de cuatro barras (figura 5.43).

saber más Ejes torsionales Son ejes que cuentan con elementos elásticos que permiten adaptar en cierta medida la geometría de las ruedas en las curvas, generando así un efecto autodireccional en apoyos.

1 4 2

3 a

1. Cuerpo del eje trasero 2. Brazo de arrastre soldado al eje 3. Soporte delantero del eje 4. Amortiguador

Semibarras de torsión

Gemela

a Figura 5.43. Tren de cuatro barras.

Figura 5.42. Eje trasero autodireccional.

Brazos tirados y muelles Este sistema está formado por ruedas independientes y brazos tirados longitudinales, unidos por un extremo al bastidor y, por el otro, a la mangueta de la rueda. Utiliza muelles y amortiguadores hidráulicos telescópicos de doble efecto, además, cuenta con un brazo superior y otro inferior que unen el brazo tirado con el bastidor mediante cojinetes elásticos (figura 5.44). Suspensión independiente McPherson Es uno de los sistemas más empleados en el eje delantero. Este sistema solamente lleva un brazo oscilante, unido por un extremo al bastidor mediante cojinetes elásticos, y por el otro extremo a la mangueta a través de una rótula. La mangueta por su parte superior está unida al amortiguador vertical. Este está dotado de una plataforma en la cual se apoya el muelle que lo rodea y, por el extremo superior, se apoyan la carrocería en el conjunto muelle y amortiguador (figura 5.45). Esta disposición, además de cumplir su función como suspensión y amortiguación, también sirve como eje vertical de giro de las ruedas. Por tanto, el conjunto describe un ángulo proporcional al efectuado en el volante. 1

3

2 1. Columna de suspensión 2. Brazo de suspensión 3. Anclaje a la carrocería a

Figura 5.44. Brazo tirado y muelle helicoidal.

a

Figura 5.45. La suspensión McPherson.

saber más McPherson La suspensión McPherson conforma un triángulo articulado formado por el bastidor, el brazo inferior y el conjunto muelle-amortiguador.


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Suspensión independiente de paralelogramo deformable

saber más Suspensión de trapecio articulado La suspensión de paralelogramo deformable también es llamada de trapecio articulado o de triángulos superpuestos.

La suspensión independiente de paralelogramo deformable, junto a la McPherson, es de las más utilizadas, tanto en tren delantero como trasero. El paralelogramo está formado por dos brazos en forma de triángulo, uno superior y otro inferior unidos al bastidor mediante cojinetes elásticos. Cerrando el paralelogramo, ambos se unen a la mangueta, que va articulada mediante rótulas (figura 5.46). Brazo oscilante superior

Arandela Tuerca

Casquillo elástico

Perno

Tope goma Arandela

Tubito revestimiento muelle

Rótula completa Anillo aislante Muelle helicoidal

Suplementos de regulación Travesaño

Separador

Arandela

Mangueta

Tuerca

Tuerca autoblocante

Cazoleta Casquillo elástico

Perno

Arandela a

Pivote

Rótula completa

Arandela Tuerca

Tapón roscado

Figura 5.46. Paralelogramo deformable.

Como elemento elástico utiliza un muelle, que va colocado entre el brazo inferior y el bastidor. Unos bloques de choque sirven de tope elástico para evitar que el brazo inferior suba en exceso y limitar la carrera de compresión del amortiguador. Suspensión independiente multibrazo Es una evolución de la suspensión de paralelogramo deformable. Como acabamos de ver, el paralelogramo está formado por los dos brazos tranversales, la mangueta y el bastidor (figura 5.47).

saber más Suspensión multibrazo Una suspensión multibrazo debe estar formada por tres o más brazos.

Suspensión delantera a

Figura 5.47. Paralelogramo deformable multibrazo.

Suspensión trasera


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La diferencia fundamental de este sistema es que los elementos de guía (brazos) de la suspensión multibrazo tienen varios brazos oscilantes anclados mediante cojinetes elásticos (figura 5.48). Esto permite modificar los parámetros de la rueda, como caída o convergencia, de la forma más apropiada para conseguir un mayor contacto de las ruedas con el pavimento. En caso de su utilización, en el tren trasero permite ruedas autodireccionables para mejorar la estabilidad en las distintas situaciones de uso del automóvil. Está construida de acero ligero que permite un significativo ahorro de peso y garantiza un equilibrio de peso prácticamente perfecto. El resultado es una mayor agilidad y mejores prestaciones deportivas. A pesar de su poco peso, ofrece una extraordinaria rigidez.

Brazo superior

Brazo intermedio Trapecio inferior a

Figura 5.48. Suspensión multibrazo con brazo intermedio.

EJEMPLO ¿Qué ventajas tiene la suspensión independiente? Solución • Que cada rueda tiene una suspensión independiente de las demás ruedas de tal forma que no se transmiten las vibraciones, ni entre las ruedas ni entre los ejes. • Sencillez en el montaje, lo que facilita cualquier intervención práctica. • Mediante apoyos elásticos especiales deformables se pueden conseguir en el eje trasero suspensiones autodireccionables aportando gran seguridad al vehículo.

ACTIVIDADES 9. Enumera los elementos que componen la suspensión. 10. ¿Qué distingue una suspensión con eje rígido propulsor de una de eje rígido arrastrado? 11. Diferencia entre una suspensión rígida y semirrígida. 12. ¿Qué tipo de suspensión se emplea más en el eje delantero?, ¿y en el trasero?


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4. Intervenciones en el sistema de suspensión 4.1. Precauciones saber más Seguridad activa del vehículo Entre los elementos de seguridad activa del vehículo se encuentra la suspensión. Junto con frenos y dirección, ocupa un lugar primordial. Por tanto, es muy importante vigilar el correcto funcionamiento de este conjunto para cuidar la seguridad activa.

Para realizar cualquier intervención hay que seguir las indicaciones dadas por el fabricante en cuanto a proceso de trabajo y utillaje especial requerido. No olvidemos que una manipulación incorrecta en los elementos elásticos puede ocasionar accidentes graves.

4.2. Mantenimiento En los sistemas de suspensión no es necesario realizar un mantenimiento periódico, excepto en aquellos equipados con ballestas, en los que es conveniente lubricar los puntos de giro de las ballestas con grasa a base de litio o calcio.

4.3. Verificaciones Banco de suspensiones Principio de funcionamiento: Cuando el vehículo se encuentra en reposo ejerce una presión uniforme contra su base de apoyo. En condiciones de marcha por un firme con irregularidades, estas se transforman en oscilaciones en la suspensión o variaciones de presión desde un valor máximo a un mínimo. En consecuencia, cada oscilación representa una reducción instantánea del contacto de la rueda con el firme. Cuando la oscilación alcanza su valor máximo, el contacto de la rueda con el firme es mínimo, hasta el punto de que puede perderse (contacto de la rueda con el firme igual a cero). El sistema electrónico mide los valores de contacto mínimo y los compara automáticamente con el valor de contacto obtenido en condiciones estáticas (con el vehículo detenido). Condiciones de prueba: • Presión de neumáticos. • Condiciones de carga, solamente con el conductor. • Ruedas en buen estado. • Marcha introducida para evitar desplazamientos. Para realizar la prueba, se colocan las dos ruedas de un mismo eje en dos plataformas de medida que empiezan a vibrar, y al final del ciclo nos indican el resultado del análisis. A continuación se desplaza el vehículo para realizar la medida del eje trasero. El ciclo de trabajo para cada eje es de unos 40 segundos. Interpretación de resultados: 45 a 100 % = Buenas condiciones 25 a 45 % = Condiciones regulares, se aconseja el cambio de amortiguadores 0 a 25 % = Condiciones peligrosas, imprescindible el cambio de los amortiguadores Banco de holguras Su funcionamiento se basa en la aplicación de movimientos en sentido longitudinal y transversal a dos plataformas, sobre las que se apoyan las ruedas de un mismo eje.


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De esta forma, y mediante una inspección visual, se observa la existencia de posibles holguras en los cojinetes elásticos, rótulas de articulación y rodamientos del cubo de las ruedas. Control de alturas Condiciones de prueba: • Con el vehículo en posición horizontal (figura 5.49). • Depósito lleno de carburante o según indicación del fabricante. • Presión de los neumáticos correcta. • Freno de mano libre. • Mover el vehículo para eliminar las tensiones mecánicas. c Figura 5.49. Control de la altura del vehículo.

L2 L1 H2

R1

H1

R2

En estas condiciones: • Medir los radios de las ruedas R1 y R2 con los útiles. • También se pueden determinar los radios con una cinta métrica o una regla. • Esta medida es muy importante, pues tiene en cuenta el desgaste del neumático o un cambio indebido del mismo.

a

Altura del eje delantero: H1 = R1 – L1 H1 es la altura entre el suelo y la superficie de apoyo de fijación del brazo de suspensión en el punto (a) indicado por el fabricante (figura 5.50). Altura del eje trasero: H2 = R2 + L2 H2 es la altura entre el suelo y el brazo delantero de fijación al eje trasero en los puntos (b) y (c), indicados por el fabricante (figura 5.51).

H1

a Figura 5.50. Puntos de medición para el eje delantero.

c b

H2 H2

Eje

a

Figura 5.51. Puntos de medición para el eje trasero.

Delantero

Trasero

Cota

L1

L2

Valor (mm)

42 ± 10

118 ± 10

a

Tabla 5.1. Cotas de reglaje.


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Con las cotas medidas, H1 y H2 deben de ser iguales a las cotas calculadas H1 y H2. Si estas no están en las tolerancias indicadas, se debe proceder a efectuar el reglaje. Los trenes dotados de barras de torsión: • En muchos casos el eje delantero no es regulable, su altura varía al reglar la altura trasera. • El eje trasero es regulable mediante la rotación de las barras de torsión. • Tras cualquier modificación de altura bajo casco, es conveniente verificar el reglaje de faros. Los trenes dotados de muelles: • Si una vez realizado el control de alturas este no se encuentra en las tolerancias dadas por el fabricante, se procede a sustituir los muelles. El reglaje de las alturas traseras Trenes dotados de barras de torsión: x

El reglaje se obtiene mediante rotación de las barras de torsión. Es imprescindible consultar el manual del fabricante por tres razones: 1. Este nos indicará el sentido de rotación si estamos situados frente al brazo correspondiente. 2. Nos informa en qué medida el reglaje efectuado en un lado modifica la altura del lado opuesto.

a

Figura 5.52. Útil de pre-reglaje.

Sentido de la variación

Sentido de rotación Barra Barra izquierda derecha

Aumentar la altura del vehículo Disminuir la altura del vehículo

x

Pasos a seguir: • Consultar el manual de reparación. • Utilizar el útil de pre-reglaje con la longitud indicada. • Las alturas se miden entre el plano de apoyo de las ruedas y el bajo del brazo de suspensión en el punto indicado por el fabricante.

X

• La diferencia de altura entre los dos lados debe de estar dentro de las tolerancias establecidas (no debe de superar 10 mm). X

x

NOTA: Las flechas situadas frente al brazo del lado correspondiente indican el sentido de rotación de las barras. El reglaje efectuado en un lado afecta al lado opuesto. a

3. En algunos casos se necesita un útil preconizado de reglaje (figura 5.52, útil regulable en longitud, que se coloca sustituyendo al amortiguador, previamente desmontado.)

Tabla 5.2.

• Desmontar el amortiguador, posicionar el útil de pre-reglaje sin forzarlo; a continuación, desmontar la barra de torsión, señalando previamente su posición (figura 5.53). • A partir de la longitud X del útil, el reglaje de las alturas se obtiene rotando la barra de torsión, simultáneamente, en la caja fija al bastidor y el brazo. • El decalado de un diente origina una variación de altura de 3 mm, que equivale a una variación de 2 mm entre el eje y el amortiguador.

4.4. Localización de averías B A

a

Figura 5.53. Marcas a realizar.

La suspensión tiene una gran influencia en la seguridad activa. Los brazos y tirantes sirven de unión de las ruedas al bastidor. Los muelles, barras de torsión o ballestas (poco utilizadas en turismos) y el amortiguador controlan las oscilaciones durante la marcha del vehículo proporcionando la estabilidad adecuada para el vehículo. La barra estabilizadora limita el balanceo de la carrocería.


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¿Cómo se manifiesta el desgaste de la suspensión? • • • • •

Los neumáticos se desgastan de forma irregular. El balanceo de la carrocería es elevado. El coche cabecea en las aceleraciones y frenadas. Presencia de ruidos extraños en firmes irregulares y curvas. Sensación de inestabilidad.

Cuando el automóvil circula por terrenos poco lisos es el amortiguador el principal protagonista. ¿Cómo podemos saber si el amortiguador se encuentra en mal estado? Al empujar hacia abajo en las cuatro esquinas la carrocería, debe retroceder de forma suave sin producir rebotes. Si no cumple esta condición, observa los puntos siguientes y la figura 5.54. 1. Las zonas de unión entre el amortiguador y el vehículo, que no deben estar rotas o deterioradas por rozamiento, corrosión, etc. 2. Que no exista deformación en el cuerpo del amortiguador que pueda frenar o bloquear el movimiento del pistón. 3. La existencia de huellas de fugas de aceite, ya que esta pérdida ocasiona un funcionamiento en vacío, es decir, pérdida de amortiguación. 4. Los cojinetes elásticos (o silentbloc) de caucho, no deben estar deformados o agrietados, ya que esto provocaría ruidos en los momentos de aceleración, frenadas y al circular por terreno irregular. 5. Que el vástago no esté oxidado porque las juntas se deteriorarían rápidamente con la consiguiente pérdida de aceite.

caso práctico inicial Con esta tabla aprenderás a diagnosticar el estado de los amortiguadores. En caso de no cumplirse algunas de las pruebas anteriores, se procede a sustituir el amortiguador.

Con el vehículo en un elevador, observar: • La inexistencia de alguna deformación causada por golpes. • Que los cojinetes elásticos no presentan síntomas de desgaste o deformación. • Con la ayuda de una palanca, comprobar que no existen holguras en las articulaciones. b

1

1. Si al mirar las fijaciones (zonas de unión entre el amortiguador y el vehículo), vemos que están rotas o deterioradas, ya sea por roce o corrosión, corremos el peligro de que se produzca la rotura del amortiguador.

2

2. Una deformación en el cuerpo del amortiguador puede frenar, incluso bloquear el pistón.

3

3. La fuga o pérdida de aceite del amortiguador da lugar al llamado vacío de funcionamiento, es decir, a una pérdida de amortiguación.

Figura 5.54.

4

4. Cuando los silentblocs (gomas de fijaciones) de caucho están agrietados o deformados, oímos unos ruidos de suspensión en el momento de la aceleración, del frenado o al encontrarnos con irregularidades en el pavimento.

5

5. Si el vástago está oxidado, se produce un deterioro rápido de las juntas y la consiguiente pérdida de aceite. Cuando el vástado se rompe, el amortiguador no funciona.


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ACTIVIDADES FINALES 1. ¿Qué ocurre si montamos un amortiguador al revés? 2. Enumera los tipos de barras estabilizadoras.

3. Busca información acerca de la evolución de los sistemas de suspensión. 4. ¿Qué sucede cuando se desgasta el apoyo elástico de una barra estabilizadora? 5. ¿Cómo se manifiesta el desgaste de un apoyo elástico de un brazo de suspensión? 6. ¿Cómo se verifica la holgura de los apoyos elásticos de los elementos de suspensión? 7. ¿Cómo influye en el vehículo un amortiguador en mal estado? 8. Explica cómo se verifica el estado de un amortiguador.


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1. Los elementos de suspensión en un vehículo....

6. Los brazos de suspensión…

a) Permiten alcanzar mayor velocidad.

a) Sirven de elemento soporte solo para el resorte.

b) Han de soportar todo el peso.

b) Siempre son transversales.

c) Contribuyen a la seguridad pasiva.

c) Realizan la unión entre el bastidor y las ruedas.

d) Protegen solamente a los ocupantes.

d) Sirven de elemento soporte sólo para el amortiguador.

2. Los resortes, por su forma constructiva, pueden ser…

7. En la suspensión rígida...

a) Silentblocs elásticos.

a) Cada rueda va montada en un brazo transversal.

b) Láminas unidas por un perno central.

b) Las dos ruedas van montadas sobre un mismo eje.

c) Muelles, ballestas o barras de torsión. d) Muelle con su correspondiente amortiguador.

c) Ambas ruedas van colocadas en brazos oscilantes.

3. La ventaja del amortiguador de doble efecto es que...

d) Cada rueda va montada en un brazo longitudinal.

a) El movimiento del aceite a través de los orificios es más rápido. b) Solo trabaja en un sentido. c) La sujeción a la carrocería y brazos de suspensión se realiza sin cojinetes elásticos. d) Variando el diámetro de una u otra válvula se consigue distinto efecto. 4. Los tirantes son brazos de acero muy resistentes, con articulaciones elásticas en sus extremos, colocados entre... a) Los brazos de suspensión del mismo eje. b) Las ruedas motrices para absorber las reacciones en las aceleraciones y frenadas. c) La estructura del vehículo y los sistemas de suspensión. d) Los brazos de suspensión de los ejes delantero y trasero. 5. ¿Qué elemento de suspensión impide que el vehículo se incline en una curva?

8. En la suspensión semirrígida... a) Ambas ruedas se unen mediante un eje rígido y brazos transversales. b) Las ruedas están unidas mediante semiejes articulados al diferencial. c) Cada rueda va montada de forma independiente. d) Las dos ruedas están unidas entre sí pero transmiten menos irregularidades. 9. En la suspensión independiente se consigue... a) Menor desplazamiento de la carrocería y más comodidad. b) Mayor comodidad para los ocupantes. c) Repartir en partes iguales la masa suspendida del vehículo. d) Alejar el centro de gravedad del suelo. 10. La suspensión independiente multibrazo es una evolución de la suspensión de...

a) La barra estabilizadora.

a) McPherson.

b) El amortiguador.

b) Eje rígido.

c) El resorte elástico.

c) Paralelogramo deformable.

d) El tirante longitudinal.

d) Eje semirrígido.


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Sustitución de un amortiguador en una suspensión McPherson

• Banco de holguras • Banco de comprobación de amortiguadores • Útil de sujeción y compresor de muelles

OBJETIVOS Realizar el montaje, desmontaje y comprobación de cada uno de los elementos de una suspensión McPherson, utilizando los útiles y herramientas adecuadas y cumpliendo las normas de seguridad.

• Equipo individual de herramientas • Extractor de rótulas • Pistola neumática

PRECAUCIONES

MATERIAL

• Elevar el vehículo para realizar el proceso de desmontaje y montaje colocando los apoyos de seguridad. • Sujetar de forma correcta el conjunto muelle-amortiguador. Una sujeción incorrecta puede provocar graves lesiones. • Utilizar las herramientas adecuadas y en buen estado.

• Vehículo equipado suspensión McPherson • Documentación técnica • Manual de reparación

DESARROLLO Colocar el vehículo en un elevador adecuado, respetando los puntos de apoyo indicados por el fabricante, retirar las ruedas para poder acceder a las suspensiones y proceder de la forma siguiente: 1. Desmontaje de la parte inferior: aflojar y retirar la tuerca de sujeción de la rótula (véase la figura 5.55). Retirar la bieleta de conexión de la barra estabilizadora (véase la figura 5.56) y, posteriormente, el tubo de amortiguación que está fijado firmemente al brazo transversal articulado mediante unos pasadores y unas tuercas (véase la figura 5.57). Colocar un apoyo debajo del brazo de suspensión para evitar que la transmisión se desencaje. Quitar los tornillos o sacar (según los casos) del portamanguetas y, seguidamente, hacer palanca para extraer el tubo amortiguador del brazo transversal articulado mediante un desmontable (véanse las figuras 5.58 y 5.59). Con ello, el amortiguador queda libre de sujeción en la parte inferior.

a

Figura 5.55.

a

Figura 5.56.

a

Figura 5.57.

a

Figura 5.58.

a

Figura 5.59.

2. Desmontaje de la parte superior: Posteriormente, quitar desde arriba las tuercas de soporte del compartimento motor (A) (véase la figura 5.60) y extraer el conjunto (véase la figura 5.61).


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En caso de necesidad, marcar la posición del elemento superior de fijación con respecto a la caja antes de desmontar las tuercas de la fijación superior. En caso de que la fijación superior esté realizada por la tuerca del amortiguador directamente, desbloquearla (sin retirarla) e inmovilizar el vástago del amortiguador con una llave.

a

Figura 5.60.

a

Figura 5.61.

3. Extracción del amortiguador: seguir el proceso que se muestra en las figuras 5.62, 5.63, 5.64 y 5.65. Utilizar siempre el compresor de resortes adecuado (figura 5.66), observando previamente su correcto funcionamiento. No utilizar ningún otro tipo de herramienta o utensilio para comprimir los resortes de la suspensión. Recordar que un resorte mal comprimido con un elemento inadecuado puede originar graves heridas.

a

Figura 5.62.

a

Figura 5.63.

a

Figura 5.64.

a

Figura 5.65. Inicio de la compresión.

a

Figura 5.66. Muelle comprimido.

a Figura 5.67. Separación del amortiguador y muelle.

4. Cebar el amortiguador nuevo en la posición de trabajo del vehículo al menos 3 veces antes de su montaje; expandir y comprimir favorece el correcto funcionamiento del mismo.


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PRÁCTICA PROFESIONAL (cont.) 5. Utilizar topes y fuelles protectores para mayor duración de los amortiguadores, si el modelo lo requiere. Lubricar el rodamiento que permite que el muelle en espiral o toda la suspensión gire con un par de fricción bajo y constante durante los movimientos de la dirección y de la suspensión (figura 5.67). 6. En el caso de columnas McPherson que permitan la sustitución del amortiguador cartucho, se debe tener en cuenta que después de sustituir el cartucho gastado y antes de colocar el nuevo, es necesario verter un poco de aceite de motor en la columna vacía. Este aceite permitirá la disipación del calor del amortiguador cartucho (véase la figura 5.68).

a

Figura 5.68. Rodamiento McPherson.

a

Figura 5.69.

7. Montaje de todo el conjunto muelle amortiguador: Para ello se comprime el muelle y se realiza el montaje en sentido inverso (véanse las figuras 5.70 y 5.71).

Tuerca del vástago

Tornillo de fijación a carrocería

Tapa de fijación

Platillo superior Manguito de goma

Muelle

Amortiguador Platillo inferior Tubo de amortiguador

a

Figura 5.70.


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a

195

Figura 5.71.

8. Realizar el montaje de todo el conjunto de suspensión sin apretar las tuercas y tornillos, solamente aproximándolas de forma tal que todo el conjunto quede montado pero que puedan moverse libremente. Posteriormente, dejar que el vehículo apoye en sus cuatro ruedas para que la suspensión quede en la posición de trabajo, de esta forma la suspensión se comprime y acomoda hasta su posición estática normal, evitando una torsión y compresión excesiva en los cojinetes elásticos de goma de suspensión. Una vez apoyado el vehículo sobre sus cuatro ruedas, se procede al ajuste final de los componentes de la forma indicada y conforme al valor establecido para cada vehículo según datos del fabricante (siempre que el fabricante lo requiera, utilizar una llave dinamométrica para apretar las tuercas y tornillos al par de apriete especificado). 9. Una vez sustituidos los amortiguadores, comprobar la correcta presión de los neumáticos, el balanceado y el correcto reglaje de las cotas de dirección: convergencia o divergencia, avance y caída. 10. Verificar en el banco de amortiguadores (figura 5.72).

a

Figura 5.72. Banco de amortiguadores.


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MUNDO TÉCNICO LosamortiguadoresSalvanVidas.com Educar y concienciar a los condutores es el principal objetivo de la iniciativa ¿Cómo convencer al usuario final de que un correcto funcionamiento de los amortiguadores es tan esencial para el control del vehículo como el de los frenos o los neumáticos, especialmente a altas velocidades y en situaciones de riesgo? A esta y a otras preguntas pretenden dar respuesta Sernauto y el Gabinete de Estudios para la Seguridad del Automóvil de los Fabricantes de Amortiguadores, Gesafa, con la creación de la web: www.LosAmortiguadoresSalvanVidas.com. Motivados por la inquietud derivada del desconocimiento que rodea a los amortiguadores por parte de los usuarios, Sernauto y el Gabinete de Estudios para la Seguridad del Automóvil de los Fabricantes de Amortiguadores, Gesafa, han presentado la página web www. LosAmortiguadoresSalvanVidas.com. La iniciativa, que es el resultado de cuatro años de investigaciones y acciones llevadas a cabo con el apoyo del Ministerio de Industria, tiene como principal objetivo el de concienciar a la sociedad sobre la importancia que los amortiguadores tienen para la seguridad vial. Máxime una vez comprobados algunos de los resultados de una encuesta realizada a los automovilistas de la que se desprende que, en palabras del portavoz de Gesafa, Carlos Casaus, «el 90 % de los encuestados desconocían la importancia de los amortiguadores, mientras que el 92 % no consideraba que hubiera que revisarlos». A la vista de dichos resultados, Applus Idiada, ingeniería especializada en automoción, fue el encargado de realizar un estudio para evaluar los efectos que tienen unos amortiguadores desgastados sobre el comportamiento del vehículo y que demostraba que con unos amortiguadores desgastados se prolonga la distancia de frenado y afecta a la estabilidad del vehículo especialmente en curvas y giros bruscos, representando un riesgo para el vehículo y sus ocupantes. Dicha constatación fue la que llevó a Gesafa a solicitar a las ITV que resolvieran considerar como falta grave la presencia de pérdidas de aceite en el amortiguador. Un paso más Una vez transmitido el mensaje a los especialistas, era el turno de dar a conocer a los usuarios las conclusiones obtenidas, para lo cual se ha elegido como soporte la página web www.LosAmortiguadoresSalvanVidas.com, he-

rramienta visual que incide en la importancia de los amortiguadores como parte del denominado Triángulo de Seguridad del Automóvil junto con los frenos y los neumáticos. Entre las diferentes secciones del nuevo portal destacan los vídeos que muestran los resultados de las pruebas encargadas a Idiada, de los que se desprende que el mal estado de los amortiguadores puede producir un accidente o prolongar de manera alarmante la frenada, además de un test que permite a los usuarios conocer, en función de una serie de variantes, si sus amortiguadores deben ser revisados o incluso reemplazados. Tal y como afirmó en el acto de presentación de la web el portavoz de Gesafa, el gabinete ha desarrollado una campaña informativa dirigida especialmente al conductor, pero sin perder de vista a los talleres, compañías de seguros, ITV, concesionarios y demás profesionales vinculados al mundo del motor. autotaller/SP 08


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EN RESUMEN SUSPENSIÓN CONVENCIONAL

Principios físicos

Elementos de suspensión

Tipos de suspensión

Resortes • Muelles • Ballestas • Barras de torsión Amortiguador Tirantes Barra estabilizadora Brazos de suspensión Disposición de los brazos

Intervenciones en el sistema de suspensión

Suspensión rígida

Precauciones

Suspensión semirrígida

Mantenimiento

• Con ejes de Dion • Con ejes de Deltalink

Verificaciones

Localización de averías Suspensiones independientes • Eje oscilante • Brazos tirados • McPherson • Paralelogramo deformable • Multibrazo

• Transversales • Longitudinales

entra en internet 1. Busca en la siguiente dirección catálogos, noticias y eventos acerca de los elementos de suspensión. • http://www.monroe.com 2. En la página siguiente puedes encontrar información sobre el sector. • http://www.autoprofesional.com

3. En estas páginas puedes encontrar y realizar descargas de documentos acerca desmontaje, montaje y verificación de elementos se suspensión y dirección. • http://www.todomecanica.com • http://www.mecanicavirtual.com


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Suspensión con regulación de altura

vamos a conocer... 1. Suspensión hidroneumática 2. Suspensión neumática 3. Intervención sobre el sistema PRÁCTICA PROFESIONAL Sustitución de un fuelle neumático MUNDO TÉCNICO Un sistema de suspensión de cabina de Massey Ferguson gana la medalla de oro en Sima

y al finalizar esta unidad... Analizarás los elementos elásticos y de amortiguación utilizados en la suspensión hidroneumática, neumática y autonivelante. Interpretarás los circuitos de suspensión neumática e hidroneumática. Manejarás la documentación técnica y manuales de funcionamiento necesarios para la identificación, procesos y comprobaciones de los sistemas de suspensión neumática, hidroneumática y autonivelante. Realizarás los procesos de desmontaje, comprobación, montaje y reglaje sobre el vehículo para la reparación o el mantenimiento, aplicando las normas de seguridad y medioambiente.


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CASO PRÁCTICO INICIAL situación de partida José trabaja como profesional autónomo en una empresa dedicada al mantenimiento y reparación de vehículos autopropulsados. Los trabajos que tiene que realizar implican: • Mantener y reparar los sistemas de suspensión con regulación de altura. • Manejar la documentación técnica y manuales de funcionamiento necesarios para la identificación, procesos y comprobaciones de los sistemas de suspensión neumática e hidroneumática. • Realizar los procesos de desmontaje, comprobación, montaje y reglaje sobre el vehículo, para la reparación o mantenimiento. • Verificar presiones de mando y tarado de acumuladores, en los sistemas hidráulicos y neumáticos. • Realizar el control de los distintos parámetros de ajuste de altura manual y automática. • Cumplir las normas de seguridad, salud laboral y medioambiental para las reparaciones y/o mantenimiento de los elementos elásticos y de amortiguación, de los sistemas de suspensión con regulación de altura. A la empresa llega el usuario de un vehículo industrial que muestra inestabilidad y con una nivelación incorrecta de la plataforma.

El vehículo industrial está equipado con suspensión neumática. El conductor percibe que existe una nivelación defectuosa de la plataforma y que no varía de altura en un punto determinado. Al realizar una carga o descarga (por ejemplo la parte delantera izquierda), la plataforma del vehículo no queda horizontal resultando peligroso e inseguro para la conducción. El indicador de presión de aire ubicado en el salpicadero muestra una presión correcta. Por otra parte, al accionar el mando desde la cabina, tampoco se modifica la altura a petición del conductor. Seguidamente se procede a una inspección visual sobre el lugar en el que la plataforma no varía de altura (por ejemplo, parte delantera izquierda), para observar que: • En las canalizaciones de aire que no existen roturas o algún defecto que provoque posibles fugas de aire. • En las válvulas de nivel no existen roturas o deformaciones, que al ser accionadas por el efecto de la carga o descarga del vehículo regulan la cantidad de aire que entra y sale del fuelle de cada rueda. • En el estado de fuelle no presente grietas, roturas o algún síntoma que presente escape del aire y por tanto no realice la función de elevar y bajar la plataforma. Finalmente se procede a la sustitución del fuelle neumático, tal y como se realiza en la Práctica Profesional de esta unidad.

estudio del caso Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial. 1. ¿Qué fuente de energía utiliza la suspensión neumática?

4. ¿Cómo se procede para verificar el funcionamiento correcto del fuelle?

2. ¿Qué es un resorte neumático?

5. ¿Qué elemento permite la entrada y salida de aire del fuelle?

3. ¿Cómo se puede modificar el llenado del fuelle?


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1. Suspensión hidroneumática saber más Pascal Blaise Pascal formuló en el siglo XVII el principio que lleva su nombre.

Su funcionamiento se basa en una misma estructura (muelle, amortiguador), pero no se concibe de forma mecánica, sino hidroneumática, compuesta por un líquido (hidro) y un gas (neumática). Las irregularidades del pavimento se transmiten a través del líquido al gas, el cual absorbe las oscilaciones de los elementos mecánicos.

saber más Equivalencias 1 Pascal (Pa) =

Los resortes utilizados en la suspensión convencional son sustituidos en la suspensión hidroneumática por dos fluidos que aseguran su funcionamiento: un líquido y un gas.

1 Newton (N) 1m2

1 Bar = 105 Pa 1 kPa = 1.000 Pa 1 Bar = 100 kPa

Por tanto, el gas, generalmente nitrógeno, constituye el elemento elástico de la suspensión, es decir, el resorte. El líquido se frena al pasar a través de un orificio, efectuando la amortiguación y permitiendo así una suspensión de gran flexibilidad de funcionamiento.

1.1. Principio de funcionamiento El elemento básico de un sistema hidráulico está formado por el conjunto cilindro-pistón (figuras 6.1 y 6.2), que puede desempeñar dos funciones diferentes: generador de presión y receptor de presión (figura 6.3).

Camisa Pistón

Receptor de presión

Figura 6.1. El pistón se desplaza en el interior del cilindro.

a

Generador de presión Líquido bajo presión

F1

F2

S1

S2 Presión p generada por F1

S

S es la superficie de la base del pistón

Figura 6.2. Superficie de la base del pistón. a

p=

F2 = p1 · S2

F1 S1

M1 (Desplazamiento) a

Fuerza originada por p

Presión p

M2 = M1 · M2 (Desplazamiento)

S1 S2

Figura 6.3. Generador y receptor de presión.

Sobre el generador de presión es conveniente saber que: • Una fuerza aplicada sobre una superficie genera una presión. • Cuanto menor es la superficie de aplicación, mayor es la presión generada. Por otro lado, nociones importantes sobre el receptor de presión son: • Una presión aplicada sobre una superficie genera una fuerza. • Cuanto mayor es la superficie sobre la que se ejerce la presión, mayor es la fuerza generada. Si disponemos de una fuente de presión y necesitamos una fuerza importante para accionar un sistema, es preferible elegir una gran superficie sobre la que aplicar la presión. Como se muestra en el esquema, la presión sirve para transmitir una acción mecánica entre el generador y el receptor. La presión de líquido generada por la acción de la fuerza permite crear una fuerza superior.


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El bloque de suspensión Sustituye al conjunto resorte-amortiguador del sistema de suspensión convencional. Está formado por un cilindro unido a la carrocería. Este cilindro lleva una esfera en un extremo que a su vez incorpora el amortiguador. En el interior del cilindro se desplaza un pistón, el cual va unido al brazo de suspensión a través de una bieleta. En su funcionamiento, la esfera actúa como un acumulador principal. El nitrógeno que contiene se comprime o expande absorbiendo los choques en función de la presión del líquido originada por el movimiento del pistón. El amortiguador está equipado con válvulas de láminas deformables para frenar la llegada de líquido a la esfera y viceversa. De esta forma se obtiene una gran flexibilidad de funcionamiento en el conjunto esfera/cilindro (figuras 6.4 y 6.5).

Realce Realce

Bache

a Figura 6.4. Funcionamiento del bloque de a Figura 6.5. Funcionamiento del bloque de sussuspensión en una elevación. pensión en una hendidura.

El corrector de altura permite, mediante un sistema de eje distribuidor, alimentar con líquido la esfera y el cilindro o enviar el líquido hacia el depósito. La llegada del líquido a presión a los cilindros eleva el vehículo. Esto se produce automáticamente en función de la carga, a través del mando unido a la barra estabilizadora, o bien manualmente, cuando el conductor acciona un mando. El retorno de líquido hacia el depósito hace descender el vehículo (figura 6.6).

Llegada de presión

Corrector de altura Posición «neutra» eje distribución

a

Figura 6.6. Accionamiento del corrector de altura.

Retorno al depósito


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1.2. Disposición de los elementos en el vehículo La suspensión hidroneumática se compone, por cada eje (figura 6.7), de: • Dos cilindros, uno por cada rueda, con un pistón unido al brazo de suspensión por una biela que se desplaza en función de las irregularidades que pueden sufrir las ruedas contra el suelo. • Dos esferas, una por cada rueda, unidas a la extremidad del cilindro. Estas esferas desempeñan la función de muelle neumático. • Dos amortiguadores para absorber las oscilaciones y evitar los reajustes bruscos del par esfera-cilindro frente a las irregularidades de la superficie de la carretera. • Un corrector de altura para conservar una altura constante o variable a voluntad del conductor. • Una válvula anticaída. Su función consiste en mantener la altura constante con respecto al suelo evitando que el vehículo baje de altura durante un largo tiempo sin funcionar. • Líquido hidráulico, fluido especial para circuitos hidráulicos, cuyas características pueden ser de origen mineral LMH (líquido hidráulico mineral) o sintético LHS (líquido hidráulico sintético).

8

7

5

1

6

3

2

4

10 9

14

12

11

Figura 6.7. Elementos de una suspensión hidroneumática.

d

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Depósito Bomba de alta presión Conjuntor disyuntor Válvula de seguridad Válvula anticaída delantera Corrector de altura delantero

13

7. Bloque de suspensión delantero izquierdo 8. Bloque de suspensión delantero derecho 9. Válvula anticaída trasera 10. Corrector de altura trasero

11. Bloque de suspensión trasero izquierdo 12. Bloque de suspensión trasero derecho 13. Dosificador de freno 14. Acumulador de freno


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Las canalizaciones que se utilizan para unir los distintos elementos del circuito hidráulico, según su aplicación, pueden ser: metálicas, de goma, goma reforzada o plásticos. Las más utilizadas son: • Tuberías de goma que se utilizan para los retornos del líquido de los órganos, así como para la aspiración de la bomba del depósito y en algunos retornos de fugas. • Tuberías de plásticos para algunos retornos y tomas de atmósfera. • Tuberías metálicas cuando los elementos a unir funcionan bajo una presión elevada. Para asegurar la estanqueidad entre los elementos y las canalizaciones se utilizan bridas de apriete, guarnecidos de goma, juntas tóricas y juntas tóricas con retén de teflón (figura 6.8). Retén de protección

Tubería de goma

Brida de apriete

Tubería de acero

Posición reposo Presión

Junta tórica Posición trabajo

Figura 6.8. Uniones de estanqueidad.

c

EJEMPLOS Aplicamos una fuerza de 50 newtons sobre el pistón del generador de presión, que tiene una superficie de 1 cm2. Calcular la fuerza obtenida en el receptor sabiendo que el pistón tiene una superficie de 10 cm2. Solución P=

F = S

50 newtons 0,0001 m2

= 500.000 Pa = 50 kPa

F = P · S = 500.000 · 0,001 m2 = 500 newtons ¿Qué elementos realizan la estanqueidad entre la unión de canalizaciones? Solución Los elementos que realizan esta función son las juntas tóricas, juntas tóricas con retén, bridas de apriete y guarnecidos de goma.

ACTIVIDADES 1. Explica la diferencia entre un resorte elástico y un muelle de gas. 2. Enumera los elementos que componen una suspensión hidroneumática. 3. ¿En qué unidades se expresa la fuerza? ¿Y la presión? 4. ¿Cómo se transmite una fuerza a través de un líquido? 5. Si aplicamos una fuerza de 100 newtons sobre el pistón del generador de presión, que tiene una superficie de 2 cm2, ¿cuál es la fuerza obtenida en el receptor sabiendo que el pistón tiene una superficie de 5 cm2?


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1.3. Órganos constructivos Fuente de presión Para suministrar líquido a presión a todos los órganos hidráulicos del vehículo se dispone de una fuente de alta presión. Además, esta asegura una presión mínima y regulada en el circuito. Está compuesta por cinco órganos (figura 6.9): • Depósito • Bomba de alta presión • Válvula de regulación o conjuntor-disyuntor • Acumulador principal • Válvula de seguridad

Acumulador principal

Suspensión Frenos eje delantero

Depósito

Bomba de presión

a

Conjuntor disyuntor

Válvula de seguridad Suspensión eje trasero

Figura 6.9. Fuente de alta presión.

Depósito Está construido de chapa embutida (figura 6.10). Realiza varias funciones: 10 3

Maxi Mini

2 1

4

9 5 6

9 7 8

a

1.2. Retorno de fugas 3.4. Retorno de utilización 5. Aspiración de la bomba AP 6. Filtro de aspiración de la bomba AP 7. Deflector 8. Filtro de retorno de fugas y de utilización 9. Flotador de indicador de nivel 10. Puesta a la atmósfera del depósito


• Almacena el líquido necesario para un buen funcionamiento de los órganos. • Recoge el líquido suministrado por la bomba cuando esta se encuentra desconectada del circuito. • Recoge los retornos de utilización para su almacenamiento y posterior utilización.


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• Purifica el líquido mediante la decantación de las impurezas que pueda contener. • Refrigera el líquido. • Reposa el líquido espumoso. • Visualiza el nivel de líquido. Bomba de alta presión Es una bomba mecánica que es arrastrada por el motor mediante una correa. Aspira el líquido hidráulico contenido en el depósito para enviarlo a presión a los elementos necesarios. Puede ser de dos tipos según la disposición de los pistones: • Paralelos al eje. La bomba de alta presión está formada por 5 o 6 pistones de aspiración central (figura 6.11), dispuestos circularmente, accionados por un plato oscilante. El plato, al no estar perpendicular al eje general, cuando gira, se apoya sucesivamente en los pistones, a los que transmite un movimiento rectilíneo alterno central (figura 6.12). Los cilindros están mecanizados directamente en el cuerpo de la bomba. Aspiración

1

8

2

6

1

Aspiración 3

7 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. a

Orificio central del pistón Válvula de bola Válvula de descarga Asiento válvula de descarga Muelle Campana Plato oscilante Muelle de retroceso

4

3

2

5

Salida alta presión

Figura 6.11. Bomba de presión de seis pistones.

• Perpendiculares al eje. Esta bomba está formada por 8 pistones dispuestos en dos sectores de presión (figura 6.13): – Un sector con 6 pistones para proporcionar mucho caudal y poca presión al circuito hidráulico de la dirección (figura 6.14). – Un sector con 2 pistones para proporcionar mucha presión y poco caudal al circuito hidráulico de suspensión y frenos (figura 6.15). Los ocho pistones que componen la bomba son idénticos.

Expulsión 1. Entrada de líquido 2. Cierre de válvula de admisión 3. Expulsión del líquido a presión a Figura 6.12. Funcionamiento de las válvulas.


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Salida «suspensión-frenos»

Aspiración Salida «dirección»

2 3 4 5 6

1

12 11 10 13 7 8 9 Sector 2 pistones a

Salida «dirección»

1. Polea 2. Cuerpo de bomba 3. Válvula de descarga 4. Muelle 5. Pistón 6. Válvula 7. Válvula 8. Pistón 9. Muelle 10. Válvula estrellada 11. Válvula de descarga 12. Campana 13. Árbol

Sector 6 pistones

Figura 6.13. Bomba de presión 6 + 2 pistones.

Aspiración

Salida «Suspensión-frenos» Compresión descarga

6 3

4

7 8 10

9

7. Válvula de bola (aspiración) 8. Pistón a

Admisión llenado

5

9. Muelle 10. Válvula de bola (expulsión)

Figura 6.14. Sector de 6 pistones.

a

Aspiración Admisión llenado 3. Válvula de bola (expulsión) 4. Muelle 5. Pistón 6. Válvula de bola (aspiración)

Figura 6.15. Sector de 2 pistones.

Conjuntor disyuntor Es el dispositivo de regulación de presión formado por dos válvulas de pistón con sus respectivos muelles tarados (figura 6.16), que van alojadas en un mecanismo llamado conjuntor-disyuntor (figura 6.17). Tiene la misión de mantener la presión constante de acuerdo con los valores establecidos por el fabricante, comprendidos entre 145 bares como mínimo y 170 como máximo.

140 bares

Su funcionamiento consta de dos fases: Utilización

Alta presión

Tornillo de purga Depósito

170 bares

Figura 6.16. Principio de funcionamiento del conjuntor disyuntor.

a

• Fase de conjunción. Cuando la bomba de alta presión arrastrada por el motor alcanza una presión capaz de vencer el muelle de conjunción (145 bares), permite el abastecimiento de los circuitos de suspensión y frenos. • Fase de disyunción. Cuando en el circuito de abastecimiento de suspensión y frenos existe una presión capaz de vencer el muelle de disyunción (170 bares), permite la salida de líquido hacia el depósito.


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1

2

207

3

4

5

6

7

8 9

10 11 12

1. 2. 3. 4. 5. 6. a

Acumulador principal Junta tórica sección cuadrada Base de muelle Alojamiento de muelle Muelle de disyunción Arandelas del reglaje del muelle

7. 8. 9. 10. 11. 12.

Copela del muelle Muelle de conjunción Tapón de muelle Arandelas de reglaje del muelle Junta tórica Frenillo

Figura 6.17. Sección del conjuntor disyuntor.

Acumulador principal El acumulador principal es un depósito que almacena líquido a presión y lo libera en función de las necesidades del circuito.

Reserva de líquido a presión

Nitrógeno a la presión de tarado

Presión en el acumulador (bares)

Está formado por una esfera de chapa embutida dividida en dos por una membrana deformable de caucho flexible. Una parte está llena de nitrógeno a presión y, la otra, unida a la salida, recibe el líquido a presión (figura 6.18).

170

Disyunción 1

145 3 0 Inflado del acumulador

c

2 Conjunción Tiempo Desinflado

Figura 6.18. Acumulador. Funcionamiento del acumulador.

La capacidad total del acumulador es de 400 cm3. Debemos de tener en cuenta que: • El líquido hidráulico es incompresible. • El gas es un fluido comprimible y puede ser acumulado bajo presión.


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En el funcionamiento del acumulador se cumple el principio de las acciones recíprocas: • Un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro cuerpo. • Si este último ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el primero ambos cuerpos se encuentran en equilibrio. Válvula de seguridad La válvula de seguridad está formada por un pistón con su correspondiente muelle tarado e incorpora un manocontacto que detecta la falta de presión de líquido (figura 6.19). Interviene para suministrar prioritariamente la presión necesaria a los órganos que deben permitir la parada urgente del vehículo. En caso de fallo en el circuito hidráulico, la válvula concede preferencia a la alimentación de aquellos órganos que intervienen en la seguridad de los pasajeros (frenos).

Corredor delantero

A (Alimentación del dosificador de frenos)

Retorno de fugas al depósito

Manocontacto de presión Corredor trastero

a

Figura 6.19. Válvula de seguridad.

EJEMPLO ¿Qué gas se utiliza en las esferas? Solución El gas utilizado es el nitrógeno.

ACTIVIDADES 6. ¿A qué presión se encuentra el líquido en el depósito? 7. ¿Cómo se produce la admisión y la compresión del líquido en la bomba de presión? 8. En un circuito hidráulico no es válida cualquier presión, ¿por qué? 9. Expón qué ocurre en cada parte de la membrana deformable del acumulador principal. 10. Explica la diferencia que existe entre el depósito y el acumulador principal.

Llegada alta presión


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Sistema de suspensión El sistema de suspensión hidroneumática (figura 6.20) está formado por los órganos siguientes: • Cilindro • Esfera • Amortiguador • Corrector de altura • Válvula anticaída • Mando de alturas Bloque de suspensión

Bloque de suspensión T.D.

D.D.

Válvula de anticaída

Frenos Acumulador principal

Depósito Bomba de presión Corrector altura delantero

Conjuntor disyuntor

Válvula de seguridad Válvula de anticaída Corrector altura trasero

Bloque de suspensión D.F. a

Bloque de suspensión T.I.

Figura 6.20. Fuente de presión y suspensión.

El cilindro Se trata de un cilindro de asistencia que permite el desplazamiento de la rueda y el reglaje de la altura. Está compuesto por: • Cuerpo de cilindro. • Pistón, unido a un vástago protegido mediante un guardapolvo de protección. • Tope hidráulico de compresión. • Tope de expansión. • Juntas de estanqueidad. En el vehículo podemos encontrar dos disposiciones de montaje: 1. El cilindro se une a la rueda siguiendo sus movimientos verticales, y el pistón, por su parte, a través del vástago, a la carrocería. Esta disposición es más utilizada en el tren delantero (figuras 6.21 y 6.22). El cilindro a su vez hace de eje directriz determinando las cotas de dirección. 2. El cilindro es soportado por la carrocería y el pistón sigue los movimientos del brazo de suspensión a través de una biela. Esta disposición se emplea en el tren trasero (figuras 6.23 y 6.24).


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8 1 CA

Sin tope hidráulico

Con tope hidráulico

E y CA

E y CA

1 2

2 1. Vástago 2. Junta de estanqueidad 3. Palier 4. Cilindro 5. Cuerpo del cilindro 6. Tope de expansión 7. Pistón 8. Junta teflón 9. Tope hidráulico de compresión E. Esfera CA. Salida al corrector de altura

3 4

4

7 6

5

a

5

1. Esfera 2. Bloque de suspensión 3. Bieleta de unión 4. Pivote 5. Rótula 6. Barra estabilizadora 7. Brazo de suspensión 8. Amortiguador CA. Unión con el corrector con altura

3

Figura 6.21. Conjunto de suspensión delantero.

6 7 8

9

a

Figura 6.22. Sección del cilindro delantero.

2

9

6

5

4

3

6 8 1

3 4 1. Brazo de suspensión 2. Puente 3. Articulación 4. Cilindro de suspensión 5. Rampa de unión a

7 5 6. Esfera 7. Grapa de fijación 8. Tope de expansión 9. Tope de compresión

Figura 6.23. Conjunto de suspensión trasero.

Fuelle 1. Cuerpo de cilindro 2. Pistón 3. Bieleta a

1

2

4. Retorno de fugas 5. Puesta a la atmósfera del fuelle de protección

Figura 6.24. Sección del cilindro trasero.

Los topes sirven para limitar los desplazamientos de las ruedas y se encuentran integrados en el bloque de suspensión. Los movimientos de distensión son limitados por un tope interior de goma guiado por el vástago. Los movimientos de compresión son limitados por una arandela que lleva un orificio en el que se encaja un tetón (figura 6.25). Este deja pasar el líquido y crea un laminado que permite que el pistón llegue a tope de forma progresiva. La esfera

a

Figura 6.25. Tope de compresión.

La esfera es similar a un acumulador principal con la incorporación del amortiguador. El gas que contiene es nitrógeno. Este constituye el elemento elástico de la suspensión. La esfera cumple la función de muelle neumático.


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La presión de tarado y el volumen de las esferas son determinadas en función de los parámetros siguientes:

saber más

• Los pesos soportados por el eje.

Materiales de las membranas

• Las posibilidades de desplazamiento del pistón en los dos sentidos.

Las membranas están fabricadas de: U Urepan

• La temperatura máxima de funcionamiento.

D Desmopan

• El confort.

M Multicapa

La presión de tarado es la misma en los bloques de suspensión de un mismo eje. En cambio, es diferente, entre la parte delantera y la trasera, ya que los pesos suspendidos son diferentes. Las membranas utilizadas están fabricadas con material sintético y flexible. Tienen una capacidad de 400 o 450 cm3. Funcionamiento. El gas utilizado es el nitrógeno y hace de elemento elástico de la suspensión. El líquido asegura la unión entre el gas y los órganos suspendidos del vehículo y las ruedas. El líquido circula, a la vez, por la esfera y por el cilindro. Cuando no hay solicitudes, gas y líquido están sometidos, por ambas partes de la membrana a la misma presión. En funcionamiento, se pueden dar dos situaciones (figura 6.26): 1. Ante una elevación del firme, el líquido que contiene el cilindro es desplazado hacia la esfera y el gas se comprime. 2. Con un bache, una parte de líquido contenido en la esfera pasa al cilindro, para compensar el gas que expande.

saber más Esfera

a

Esfera

Amortiguador

Amortiguador

Cilindro

Cilindro

Mantenimiento óptimo El amortiguador y la esfera son dos elementos indisociables determinados para cada eje y cada vehículo. Por tanto, es necesario sustituir una esfera por otra idéntica, correspondiente al vehículo. De lo contrario, la amortiguación y la flexibilidad sufrirán alteraciones.

Figura 6.26. Funcionamiento de las esferas.

Amortiguador El amortiguador realiza la misma función que en la suspensión convencional, pero es constructivamente diferente. Está compuesto por una arandela de acero sinterizado en cuya periferia se han efectuado unos orificios. Las caras superiores e inferiores están cerradas por medio de las válvulas de láminas. En el centro hay un orificio calibrado. Su diámetro es diferente, así como el tarado de las esferas, varía según los modelos (figura 6.27). Está situado entre la esfera y el cilindro. Su función es absorber la variación de las oscilaciones debidas a las irregularidades del pavimento reduciendo la frecuencia y la amplitud de dichas oscilaciones. De esta forma, el amortiguador evitará que estas últimas se sumen a las producidas por nuevos desniveles.

1

2

a

4 3 1. Orificios calibrados 2. Válvulas 3. Engaste 4. Orificio de fuga

Figura 6.27. Amortiguador.


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Los amortiguadores son de doble efecto. La amortiguación se obtiene frenando el paso de líquido entre el cilindro y la esfera o viceversa, a través de un sistema de válvulas deformables de laminillas que obturan los orificios de paso del líquido (figuras 6.28 y 6.29). El orificio central calibrado, perforado en el cuerpo de amortiguador, permite el paso directo del líquido del circuito a la esfera o viceversa. Tiene por objeto disminuir el efecto del amortiguador en movimientos débiles. Corrector de altura Es un distribuidor de presión, formado por un eje distribuidor que se desplaza en un cilindro de 3 orificios (figura 6.30). Su funcionamiento es como un grifo que permite la entrada o salida de líquido para variar el volumen de líquido en los cilindros de suspensión de un mismo eje. Por tanto, existe un corrector por eje.

Figura 6.28. Funcionamiento del amortiguador en compresión.

a

Escape

Admisión

Camisa

Eje Utilización

Figura 6.29. Funcionamiento del amortiguador en distensión.

a

a

Figura 6.30. Distribuidor de presión.

Funcionamiento del corrector Su funcionamiento está en función de la carga impuesta al vehículo. El corrector de altura permite la llegada o la evacuación de un determinado volumen de líquido para mantener una altura constante sobre el suelo. Por tanto, realiza la función de una válvula autoniveladora. Es un distribuidor que actúa según la posición del eje (figura 6.31). 1. Para subir, pone en comunicación los cilindros de suspensión y la admisión de líquido. 2. Para bajar, pone en comunicación los cilindros de suspensión y el depósito. 3. En posición neutra aisla los cilindros de suspensión de la admisión y del escape. Eje del corrector de altura Varilla de torsión D.P.

Carga

R.D.

A.P. R.D.

D.P. R.D.

Barra estabilizadora Brazo de suspensión Carga: Entrada de líquido a

Figura 6.31. Principio de funcionamiento de corrector de altura.

Descarga: Evacuación de líquido al depósito


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El eje del corrector está unido a la barra estabilizadora mediante una varilla metálica flexible. En el caso de desplazamiento de la suspensión, la barra estabilizadora se retuerce y arrastra consigo la varilla. Esta ejercerá una tracción o empuje sobre el eje del corrector. La flexibilidad de la varilla permite que el conducto de orificio reducido disponga del tiempo necesario de funcionamiento. Este mando automático está unido a una palanca en el interior del vehículo, lo que le permite tener diferentes alturas a voluntad del conductor. Las cámaras laterales cerradas por membranas de goma (reforzadas por copelas metálicas) están llenas de líquido que procede de las fugas entre el eje distribuidor y el cilindro. Un retorno de fugas devuelve el sobrante de líquido al depósito. Las dos cámaras del corrector se comunican por: • Un conducto libre, perforado en la camisa del distribuidor, cerrado en sus extremos por válvulas. Estas son accionadas por los desplazamientos del eje distribuidor. En la posición neutra, cada válvula está en contacto con una cara de la camisa, oprimida por muelle de tarado muy débil (figura 6.32). Un conducto atraviesa el cuerpo del corrector (orificio de paso reducido) y limita el caudal de paso de líquido entre las dos cámaras. Este conducto está en comunicación con el retorno de fugas. Válvula anticaída Está constituida por un cilindro en el que se encuentra alojado un pistón con su correspondiente muelle tarado (figura 6.33). Su función es evitar que en una parada prolongada del vehículo, este pierda presión, a través de los correctores de alturas y el dosificador de frenos. Por tanto, evitar de esta forma la caída del vehículo, y como consecuencia en el arranque del vehículo, el llenado de la suspensión para adquirir la posición de carretera, es lento con la consiguiente pérdida de tiempo. AP

RP

5

5

4

4

1

1

1. Muelle 2. Válvula 3. Eje distribuidor 4. Arandelas metálicas 5. Membrana de goma AP. Llegada alta presión RD. Retorno depósito CS. Cilindro de suspensión

b

a. Alimentación general b. Presión de suspensión (lado elemento de suspensión izqdo.) c. Alimentación del corrector de altura d. Presión de suspensión (lado corrector de altura y esfera «SC/MAC») e. Presión de suspensión (lado elemento de suspensión dcho.)

e

d

3

17 2

C

D

2

c

a

CS a

Figura 6.32. Corrector de altura.

Figura 6.33. Válvula anticaído o M.A.C. (Mantenimiento de Altura Constante).

a


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Su funcionamiento es el siguiente: La válvula anticaída pone en comunicación la alimentación general con los correctores de alturas (figura 6.34). Cuando la válvula está en reposo, es decir, el motor parado y la presión de alimentación baja, el eje es empujado, por su muelle y por la propia presión de suspensión, sobre su asiento, cerrando la comunicación entre corrector y cilindro. De este modo, se produce: • En el eje delantero, el aislamiento entre la suspensión y el corrector de altura delantero. • En el eje trasero, aislamiento entre la suspensión y el corrector de altura y el dosificador de frenos. Cuando la presión general es suficiente con el motor en marcha, el pistón empuja al eje prolongado, venciendo la fuerza del muelle y de la presión de suspensión, dejando libre la comunicación.

1

2

saber más Suspensión hidroneumática Paul Magés fue el inventor de la suspensión hidroneumática en 1953.

a M

4 3 Alta presión

a

a. 1-2. 3. 4.

Al dosificador de freno Bloques de suspensión Corrector de altura Válvula anticaída

Figura 6.34. Funcionamiento de la válvula anticaída.

Mando de alturas Está formado por un mando manual y un mando automático que transmiten el movimiento al corrector de altura de ambos ejes para permitir la modificación de la altura (figura 6.35). El mando automático. Una rótula unida al eje del corrector de altura está accionada por una biela soldada a una varilla de acción flexible unida mediante una brida al centro de la barra estabilizadora, por tanto, todo movimiento que esta produce en su rotación es transmitido al eje. Mando manual. Los correctores son accionados por el conductor, que modifica la posición del eje del corrector y permite seleccionar varias posiciones con relación al suelo. Por ejemplo: • Posición de carretera, que es, además, la posición de funcionamiento. • Posición extrema alta, que sirve también para el control de los niveles y cambiar una rueda. • Posición extrema baja, utilizada para los vaciados del depósito o en las intervenciones sobre la suspensión.


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• Posición intermedia, que ofrece una suspensión más dura, ya que entra en contacto con el tope y el centro de gravedad más alto. Se utiliza para rodar por carreteras en mal estado. El mando manual de alturas se compone de: • Una palanca accionada por el conductor (figura 6.36). • Un conjunto de varillas delanteras y traseras unidas a la palanca de mando, que transmiten el movimiento al eje del corrector. 1

B

R

I

H

6 4 5

3 2 8 7 9

1. Corrector de altura 2. Barra estabilizadora 3. Brida de barra estabilizadora 4. Bieleta de mando automático a

5. Palanca de mando automático 6. Palanca de rótula de mando del eje de corrector 7. Soporte de mando manual 8. Palanca de mando manual 9. Varilla de mando manual

Figura 6.35. Mando manual y automático.

B. Posición baja R. Posición carretera a

I. Posición intermedia H. Posición alta

Figura 6.36. Mando manual.

EJEMPLO ¿Qué elemento permite la entrada y salida de líquido de los bloques de suspensión de un mismo eje? Solución El corrector de altura.

ACTIVIDADES 11. Dibuja de forma esquemática los órganos que componen la suspensión hidroneumática y realiza la unión hidráulica entre ellos. 12. Explica la diferencia entre los topes empleados en la suspensión convencional y la suspensión hidroneumática. 13. ¿Cuál es la diferencia entre las esferas y amortiguadores montados en distintos ejes? 14. ¿Qué elemento de la suspensión acciona el corrector de altura? 15. ¿Qué órganos son aislados por la válvula anticaída cuando el vehículo está parado?


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2. Suspensión neumática caso práctico inicial Aquí puedes ver los elementos de suspensión que utilizan la energía de aire para realizar sus funciones.

Esta suspensión se basa en el mismo principio que la suspensión convencional o hidroneumática. Consiste en intercalar, entre el bastidor y el eje de las ruedas o los brazos de suspensión, un resorte neumático (figura 6.37). Utiliza como fuente de energía el aire. 1 1

1

2 4

a

caso práctico inicial En esta ilustración puedes ver cómo está formado y cómo va colocado en el vehículo el resorte neumático.

3

1. Válvula de nivelación 2. Soporte del eje 3. Depósito de reserva 4. Fuelles neumáticos

Figura 6.37. Órganos de la suspensión neumática.

El resorte neumático está formado por una estructura de goma sintética reforzada con fibra de nailon que forma un cojín o balón vacío en su interior (figura 6.38). En la parte inferior está unido a un émbolo, sobre el eje o los brazos de suspensión. El fuelle de caucho va cerrado en su parte superior por una placa unida al bastidor (figura 6.39).

7 1

2

3 4 5

6 a

Figura 6.38. Fuelle neumático.

1. Suspensión 2. Cámara de aire 3. Anillo de apriete 4. Fuelle enrollable 5. Émbolo 6. Brazo de suspensión 7. Fuelle redondo o de acotación a

Figura 6.39. Situación de un resorte neumático en un vehículo.


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2.1. Principio de funcionamiento Cuando una rueda sube o baja debido a la desigualdad del firme, el resorte se comprime comportándose como un fuelle. La variación de volumen provoca una variación de presión en el interior del resorte que le obliga a recuperar su posición inicial después de pasar el obstáculo, resultando un efecto de cojín elástico (figura 6.40).

saber más La rueda Funciona a modo de cojín entre la carretera y el vehículo.

La capacidad de carga F de un muelle neumático viene definida por la superficie eficaz S y la presión en el muelle P. F=P·S Émbolo y cilindro

Balona tubular arrollable F

F Capacidad de carga

Capacidad de carga

p d

p d

saber más Aire La suspensión neumática utiliza el aire que se encuentra en la naturaleza.

Capacidad de carga

9 bar 8 bar 7 bar 6 bar

Cargado Vacío

–5

+0 –

+5

Recorrido del muelle a

Figura 6.40. Funcionamiento del resorte neumático.

Los movimientos de la rueda se transmiten al émbolo, que se desplaza variando la altura del resorte obteniendo así diferentes presiones en su interior. Por tanto, la fuerza de reacción está en función del desplazamiento del émbolo y de la presión interna, que permiten conseguir un resorte de flexibilidad variable progresiva con una frecuencia de oscilaciones inferior a 1 Hz.


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Este sistema, para su funcionamiento, necesita de una fuente de aire comprimido. Por tanto, solamente puede ser utilizado en vehículos equipados con frenos de aire comprimido, ya que aprovecha la instalación del aire para el funcionamiento de los frenos y de la suspensión neumática (figura 6.41). La suspensión neumática es usada fundamentalmente en el eje trasero de vehículos grandes de tipo familiar, industriales, autobuses y camiones. Filtro

Resorte neumático T.D.

Compresor

Válvula niveladora

Válvula de alivio Depósito auxiliar

Depósito calderín

Depósito húmedo

Válvula niveladora Circuito frenos de aire comprimido

a

Resorte neumático T.I.

Figura 6.41. Esquema de una suspensión neumática (eje trasero).

2.2. Disposición de los elementos en el vehículo La suspensión neumática consta de dos partes: • Parte mecánica de la suspensión neumática. • Circuito de aire comprimido. La parte mecánica de la suspensión neumática está diseñada en función del peso que se va a transportar y del número de ejes del vehículo, pudiendo adoptar distintas disposiciones: Un solo eje propulsor Como se muestra en la figura 6.42, el fuelle neumático (1) se encuentra apoyado en su parte inferior al eje (3) y unido por la parte superior al bastidor. Entre los dos anclajes del resorte neumático va colocado el amortiguador (9) para absorber las reacciones producidas por las irregularidades del pavimento. 10

8

3

2

6

9

5 4 a

4

7

1

Figura 6.42. Suspensión con un eje y un fuelle neumático.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Fuelles neumáticos Largueros del bastidor Eje Soportes de fijación del fuelle Tirantes de reacción Soporte de anclaje del fuelle neumático Barra estabilizadora Tirante transversal Amortiguador Soporte del tirante transversal


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En grandes camiones, la suspensión neumática va equipada con dos fuelles en cada lado del eje de propulsión (figura 6.43). El bastidor dispone de dos soportes que reciben el empuje de los resortes neumáticos por la parte superior. Por la parte inferior, los émbolos de los fuelles se apoyan sobre una pieza especial que consiste en un soporte en forma de balanza en cuyo centro se apoya el eje trasero. 1

2

A

B

C

2

D

3 6 7

3

5 4

B 1. Larguero del bastidor 2. Soportes anclados al bastidor para sustentación del fuelle 3. Fuelles neumáticos 4. Soporte en forma de balanza o soporte balancín 5. Barra de reacción 6. Anclaje delantero de la barra de reacción 7. Barra estabilizadora 8. Amortiguador A. Conducto de aire acondicionado B. Válvula de mando C. Válvula de nivelación D. Válvula limitadora de la altura máxima de elevación

Figura 6.43. Suspensión con un eje y dos fuelles neumáticos.

c

Dos ejes Esta disposición está formada por un eje delantero propulsor y un eje trasero conducido y elevable (figura 6.44). 1

11

12

10

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

7

4 2 2 7 3 5 6

9

8

Eje delantero propulsor Fuelles neumáticos delanteros Soporte en forma de balancín Barra estabilizadora delantera Barras de reacción Abrazaderas de anclaje al bastidor Fuelle neumático trasero Amortiguadores Barra estabilizadora trasera Tirantes en V Travesaño Elevador neumático de las ruedas traseras

c Figura 6.44. Eje propulsor con dos fuelles neumáticos. Eje conducido con un solo fuelle neumático.

Los dos fuelles neumáticos actúan en cada uno de los lados del soporte balancín que se apoya sobre el eje propulsor. El eje conducido está equipado con un solo resorte neumático por cada lado, pero de mayor capacidad. Dos ejes propulsores Este sistema consiste en la adopción de dos fuelles por cada lado y en cada eje (figura 6.45). 4 7

c

1. Eje delantero propulsor 2. Eje trasero propulsor 3. Soporte central 4. Amortiguadores 5. Barras de reacción 6. Barras estabilizadoras

3

6 1

5

2

6

7. Tirantes

Figura 6.45. Dos ejes propulsores.


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2.3. Circuito de aire comprimido La acción llevada a cabo por los fuelles neumáticos implica un control constante del aire comprimido que se encuentra dentro de ellos. Esta condición es la que hace posible que la suspensión se adapte a diferentes estados de carga, a diferentes repartos de peso entre ambos lados del mismo eje y la posibilidad de elevar la altura del bastidor a un determinado nivel. Circuito de alimentación La alimentación del aire comprimido es proporcionada por el compresor para el circuito general de frenos y suspensión neumática (figura 6.46).

Filtro

Compresor

Depósito húmedo

Depósito de frenos

Válvula de alivio

Sistema de suspensión neumática

Circuito de frenos de aire comprimido a

Figura 6.46. Esquema del circuito de alimentación.

El compresor, accionado por el motor térmico, comprime el aire y lo envía a través de unos conductos al depósito húmedo que se encuentra a la salida del compresor, en el que se elimina la humedad existente en el aire. El aire libre de humedad proporcionado por el depósito húmedo circula hasta el depósito de frenos hasta que alcanza una presión de alrededor de 770 kPa (es prioritario por razones de seguridad). Una vez alcanzada la presión necesaria para el correcto funcionamiento del circuito de frenos, una válvula limitadora interrumpe la entrada de aire hacia el depósito de frenos. Cuando se ha alcanzado la presión en el depósito de frenos, se abre una válvula de alivio que deriva el aire para permitir el abastecimiento a los dos depósitos auxiliares de suspensión, donde es almacenado a una presión preestablecida por el fabricante alrededor de 1.200 kPa. Mando de control de nivel de altura

caso práctico inicial En el texto se explica cómo se puede modificar el llenado del fuelle y en la ilustración puedes ver el mando empleado.

Es un dispositivo que permite mantener siempre el mismo nivel de la plataforma, independientemente de la carga. Cuando aumenta la carga, se produce una reacción de la válvula de nivel que permite el paso de aire desde los depósitos de suspensión hacia los fuelles y produce un aumento de presión para compensar el hundimiento y recuperar el nivel como si estuviese descargado. Al producirse la descarga, la válvula de nivel permite la salida del aire de los fuelles con lo que baja la presión hasta alcanzar la altura correcta. Para conseguir la nivelación completa de la plataforma, el circuito neumático dispone de tres válvulas de nivel colocadas una en el tren delantero y las otras dos en cada lado del tren trasero (figura 6.47). En la suspensión neumática el control de nivel se puede conseguir de forma manual o automática.


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Resorte neumático D.D.


Filtro Válvula niveladora

Válvula de alivio

Depósito de frenos

Compresor

Depósito de suspensión

Depósito húmedo Circuito de frenos de aire comprimido

Válvula niveladora Resorte neumático D.I. a

Válvula niveladora


Figura 6.47. Suspensión neumática. Ejes delantero y trasero.

De forma manual, el conductor puede accionar los botones situados en una caja de mandos colocada en el interior de la cabina (figura 6.48). El funcionamiento de forma automática se produce en la nivelación sin intervención del conductor. El aire pasa por la válvula solenoide a la válvula de nivel y de esta a los fuelles neumáticos.

1 4 2

1. Mando para seleccionar la posición de automático a manual 2. Botón de accionamiento para elevar

3 5

a

3. Botón de accionamiento para descender 4. Interruptor para determinar los ejes 5. Interruptor para determinar la altura

Figura 6.48. Caja de mandos de accionamiento de alturas.

Funcionamiento del circuito neumático Como se muestra en la figura 6.49, el aire procedente del compresor (1) llega al depósito húmedo (2), una vez secado alimenta a los frenos y la suspensión. En primer lugar, a través de la válvula limitadora (4) y la válvula de cuatro vías (5), alimenta al circuito neumático de frenos. Las válvulas de seguridad (6) y (7) permiten el mantenimiento de presión en el circuito, el manómetro de presión (9) colocado en la cabina, indica en todo momento al conductor la presión existente en el circuito. En segundo lugar, a través del conducto (10) abastece de aire a los depósitos auxiliares de suspensión (3) pasando previamente por la válvula de alivio (8), cuya función es dar prioridad al circuito de frenos y permitir el paso de aire cuando este alcanza una presión de alrededor de 1.000 kPa. A la entrada de los depósitos (3),


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existe una segunda válvula de alivio (11) para controlar la presión de entrada y el llenado de los mismos, y a su vez, uno de ellos está dotado de una válvula antirretorno (12). Al mismo tiempo que el aire llena los depósitos, puede alcanzar la válvula solenoide (14) a través del conducto (13), en determinadas condiciones el aire alimenta las válvulas de nivel (15) desde la válvula solenoide para permitir la entrada o salida de aire de los fuelles neumáticos (16). La válvula de accionamiento manual (17) está controlada eléctricamente a través de los botones de mando, situados en la cabina y accionados por el conductor.

caso práctico inicial En el esquema de suspensión neumática encontrarás las tomas de conexión de los manómetros para verificar las presiones de trabajo y el funcionamiento correcto del mismo.

Además, la instalación está dotada de unos racores (21) para conectar manométros y realizar comprobaciones de presión, unos grifos de vaciado de depósitos (22), un filtro de aire (23) colocado en la válvula de accionamiento manual, una válvula del corrector de frenado (24) para efectuar la regulación de frenada en función de la carga soportada y un silenciado (25) que absorbe los ruidos producidos por los cambios de presión. 6 8

21

4 5

7 9

2

1 22

15

16

10 21 19 3

3

22

22 11

12

24 25

13

17

20 18

21 16

23

1. Entrada del aire procedente del compresor 2. Depósito húmedo 3. Depósitos de aire para la suspensión 4. Válvula limitadora de presión 5. Válvula de cuatro vías del circuito neumático de los frenos 6 y 7. Válvulas de seguridad 8. Válvula de alivio

14

15

9. Manómetro 10. Conducto de alimentación 11. Válvula de alivio 12. Válvula antirretorno 13. Conducto hacia la válvula solenoide 14. Válvula de solenoide 15. Válvula de nivel 16. Fuelles neumáticos 17. Válvula de acceso manual

18. Mando eléctrico de la válvula manual 19. Válvula limitadora de altura 20. Válvula de seguridad 21. Racores de presión 22. Grifos de vaciado de los depósitos 23. Filtro de aire 24. Válvula del corrector de frenada 25. Silenciador

a Figura 6.49. Instalación neumática de un vehículo equipado con suspensión neumática en el eje trasero.


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2.4. Órganos constructivos Válvula de alivio Está formada por una válvula de paso con su correspondiente muelle tarado. Se encuentra colocada a la entrada del circuito de suspensión. Su función consiste en permitir el paso de aire cuando este alcanza una determinada presión, alrededor de 700 kPa. Por debajo de este valor, alimenta prioritariamente el circuito de frenos (figuras 6.50 y 6.51). c

8

1. 2. 3. 4.

7

9

6 14

5. 6. 7. 8.

10 3

5

4

11

1

9.

13 12

2

10. 11. 12. 13. 14.

Zona de entrada del aire Cámara de entrada Cámara de distribución Orificio de entrada a la cámara de distribución Válvula de paso Muelle antagonista Émbolo Tornillo de ajuste de la presión del muelle Plaqueta de apoyo del muelle y el tornillo de ajuste Cámara de salida Orificio de salida Cámara de salida Sentido de circulación del aire Válvula antirretorno

Figura 6.51. Funcionamiento de la válvula de alivio.

c

1 1

2

2 4.3 24 22

23 21

Figura 6.50. Válvula de alivio.

5.1

5.1

1

7.1 4 1 2

2

1 3

Válvula solenoide La válvula solenoide (figuras 6.52 y 6.53) está formada por un cuerpo con unos orificios (1) por los que circula el aire controlados mediante un inducido (2) combinado con la acción de una bobina (3). En funcionamiento, según sea la corriente recibida por la bobina, crea un campo magnético que desplaza el inducido hasta una posición determinada modificando el paso de aire por el interior de las válvulas.


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En el circuito neumático de suspensión existen agrupadas varias válvulas solenoides formando un bloque, tantas como válvulas de nivel. Su misión consiste en distribuir el aire hacia los fuelles neumáticos a través de las válvulas niveladoras.

1 2 3 1 1

2

4

1. 2. 3. 4.

1. Válvula solenoide 2. Junta tórica a

Figura 6.52. Válvula solenoide.

a

Cuerpo de la válvula Inducido Bobina eléctrica Conector

Figura 6.53. Detalle de la válvula solenoide.

Válvula de nivel Está formada por una válvula de paso fijada al bastidor y unida mediante una varilla al eje de la rueda. A través de esta varilla, la válvula es accionada por el efecto de la carga o descarga del vehículo regulando la cantidad de aire que entra y sale del fuelle de cada rueda. En algunos casos regula además la cantidad de aire que entra y sale de los fuelles de las dos ruedas del mismo eje (figura 6.54). 4

2

3

1

5

caso práctico inicial En esta ilustración verás cómo se coloca la válvula de nivel y cómo se realiza el ajuste para obtener la cota de reglaje dada por el fabricante. A

1. Válvula de nivel 2. Palanca de la válvula 3. Varilla de mando 4. Tope sobre el eje 5. Válvula limitadora de altura máxima A. Cota de reglaje de la altura a

Figura 6.54. Válvula de nivel anclada entre el larguero y el eje.


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Válvula limitadora de presión Está formada por un cuerpo y un émbolo con su correspondiente muelle antagonista. Su misión consiste en mantener la presión constante dentro de unos márgenes entre 400 y 600 kPa (figuras 6.55 y 6.56). 1 2 3

8

4

7

1. Cuerpo de la válvula 2. Émbolo 3. Resalte en forma de acoplamiento 4. Asiento de la parte cónica del émbolo 5. Muelle antagonista 6. Tornillo de ajuste 7. Entrada del aire a baja presión 8. Entrada o salida del aire a alta presión

5 6

a

Figura 6.55. Válvula limitadora de presión. Posición de abertura.

9

10

2 8

11 7

12

a

2. Émbolo 7. Entrada del aire a baja presión 8. Entrada o salida del aire a alta presión 9. Cámara superior de empuje del émbolo 10. Orificio de transferencia 12. Válvula antirretorno

Figura 6.56. Válvula limitadora de presión. Posición de cerrada.


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Válvula limitadora de altura La válvula limitadora (figura 6.57) está formada por una válvula de paso de aire (1) anclada al bastidor, que lleva sujeta una varilla o cable móvil (2) unido al eje (3). Su misión consiste en impedir que la elevación de la plataforma resulte excesiva y pueda perjudicar el sistema. Su funcionamiento se produce cuando la varilla se encuentra en posición baja: la válvula permite el paso de aire hacia los fuelles neumáticos y de esta forma se modifica la distancia entre la válvula limitadora de altura (1) anclada al bastidor y la varilla unida al eje (3), de forma que el extremo de la varilla acciona la válvula cerrando el paso de aire al alcanzar la elevación máxima. Su accionamiento es manual o automático en función de la carga. 1

7

5

4

2

3

6

a

1. Válvula limitadora 2. Cable de control de altura 3. Fijación del cable al cuerpo del eje 4. Conducto de entrada del aire 5. Caja de mando de elevación 6. Conducto de paso de aire a la caja de mando 7. Palanca de la caja de mando

Figura 6.57. Válvula limitadora de presión. Posición de abertura.

EJEMPLO ¿Qué elemento permite la entrada y salida de líquido de los bloques de suspensión de un mismo eje? Solución El corrector de altura.

ACTIVIDADES 16. Dibujar de forma esquemática los órganos que componen la suspensión neumática y realizar la unión neumática entre ellos. 17. ¿Qué gas emplea la suspensión neumática? 18. ¿Cómo funciona un resorte neumático? 19. ¿Cómo se realiza la amortiguación? 20. ¿Cómo se realiza la nivelación?


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3. Intervención sobre el sistema 3.1. Suspensión hidroneumática Precauciones El funcionamiento correcto de toda instalación hidráulica exige una limpieza perfecta de los elementos hidráulicos. Por tanto, es necesario tomar precauciones meticulosas durante el trabajo y antes de cualquier intervención en el circuito hidráulico: Limpiar cuidadosamente la zona de trabajo, los órganos y las canalizaciones sobre los cuales vamos a intervenir.

saber más Precaución Antes de realizar cualquier intervención sobre algún órgano del sistema hidráulico se debe descargar la presión a través del tornillo de purga.

Mantenimiento Comprobación del nivel de líquido. El nivel hidráulico se controla con el motor en marcha y la palanca de mando manual de alturas en posición alta. En estas condiciones, la referencia (pequeña seta de color naranja) debe situarse entre las marcas mínimo y máximo (figura 6.58). Limpieza del depósito. Debe de realizarse cada 30.000 km. Para ello, se procede de la forma siguiente:

saber más Normas Para cualquier intervención en un sistema de suspensión autonivelante se siguen las mismas normas que en la suspensión hidroneumática.

1. Vaciado. Dejar el circuito sin presión y proceder de la forma siguiente: Para quitar la presión al circuito: • Mantener el motor en funcionamiento para accionar las válvulas anticaída. • Colocar el mando de regulación de altura en posición baja para vaciar los elementos de suspensión.

Máximo

• Esperar la caída completa del vehículo antes de parar el motor. Correcto

• Aflojar el tornillo de purga del conjuntor-disyuntor (figura 6.59). Mínimo

Desmontar el depósito, vaciar el líquido y limpiar cuidadosamente el interior, en particular la cámara de decantación.

Figura 6.58. Marcas de verificación del nivel de líquido hidráulico.

a

2. Llenado. Verter el líquido en el depósito en la cantidad asignada por el fabricante (2,5 l). Cebar la bomba de la forma siguiente: • Aflojar el tornillo de purga del conjuntor-disyuntor. • Llenar la bomba de líquido hidráulico por el tubo de aspiración. • Poner el motor en marcha. • Acoplar rápidamente el tubo de aspiración en cuanto la bomba parezca cebarse. • Apretar el tornillo de purga del conjuntor-disyuntor al sentir el impulso en el tubo de retorno. Después de quedar estabilizado el vehículo en posición alta, completar el líquido en el depósito hasta que el indicador de nivel esté en la altura correcta. 3. Sustitución del líquido. Se sustituye el líquido cada 60.000 km y se procede de la misma forma que para la limpieza del depósito.

Tornillo de purga a Figura 6.59. Ubicación del tornillo de purga.


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Comprobaciones Control de alturas Condiciones generales: • Comprobación de la presión de los neumáticos. • Vehículo colocado en posición horizontal (elevador de 4 columnas). • Mando de alturas en posición normal de carretera. • Motor en marcha ralentí. En estas condiciones, se verifican las alturas de cada eje en los puntos indicados por el fabricante. Calibre para medir el radio de rueda. Cuatro puntos de fijación

Control por eje • Levantar el vehículo a mano. • Soltar cuando el peso sea importante. • El vehículo desciende, sube y se estabiliza. • Colocar calibre de medición del radio de la rueda (figura 6.60). • Medir la altura. – Bajar el vehículo a mano. – Mantener el vehículo en esta posición, soltar cuando ascienda.

a Figura 6.60. Medición del radio de la rueda.

– El vehículo sube, baja y se estabiliza. • Medir la altura. – Hacer la media de las dos mediciones. Comprobar con las medidas dadas por el fabricante (véanse figuras 6.61 y 6.62). C

L2

L1

H2

R1

R2

H1

D

H1

H2 H1 H1 R1 L1

a

= = = =

H2 H2 R2 L1

R1 – L1 Altura delantera Radio de la rueda delantera Cota entre el plano delantero y el eje de la rueda. Ver características

Figura 6.61. Altura delantera.

a

= = = =

R2 - L2 Altura trasera Radio de la rueda trasera Cota entre el plano trasero y el eje de la rueda. Ver características

Figura 6.62. Altura trasera.


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Reglaje Se obtiene desplazando en rotación la brida de mando automático sobre la barra estabilizadora. Para realizar el reglaje, seguir estrictamente las normas del fabricante (figura 6.63). B

R I

H

1

1

1 1

2 B. Posición baja R. Posición carretera I. Posición intermedia H. Posición alta 1. Varilla de mando manual 2. Brida de barra estabilizadora

a

Figura 6.63. Puntos de reglaje.

Localización de averías La lámpara testigo permanece encendida Se deberá seguramente a la falta de presión o la falta de líquido.

saber más

Verificar la bomba o pérdida por algún órgano o tubería.

Síntomas de deterioro

Colocar el vehículo en un elevador y proceder a la localización de fugas.

El desgaste de la suspensión hidroneumática se manifiesta por una gran dureza.

¿Cómo se manifiesta el desgaste de la suspensión? Después de un largo periodo de funcionamiento, se produce un envejecimiento de las membranas de las esferas que conlleva una pérdida de gas y, por consiguiente, una pérdida de presión. Por tanto, la suspensión se queda sin resorte neumático que pueda absorber las irregularidades del pavimento manifestándose con gran dureza. Al empujar la carrocería en las cuatro esquinas hacia abajo, debe de subir y bajar de forma suave. Si esta condición no se cumple, sustituir las esferas (comprobar la presión en un banco hidráulico). Desgaste de algún elemento Con el motor en marcha observar los conductos de fugas que llegan al depósito. Por estos conductos solamente deben llegar unas gotas de líquido. Si a través de alguno de los conductos de fugas llega líquido de forma continua, verificar de qué órgano procede y comprobar dicho órgano.

saber más Manipulación del sistema hidráulico En cualquier intervención sobre el sistema hidráulico se recomienda la sustitución de las juntas de estanqueidad y humedecerlas con líquido.

saber más Porosidad Como todos los materiales, igualmente el caucho, los materiales sintéticos no son totalmente estancos, siempre existe una pequeña porosidad.


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La suspensión no sube o no baja 1. Verificar el varillaje de accionamiento del corrector de altura. 2. Comprobar que no exista agarrotamiento en el eje del corrector. 3. Colocar el vehículo con las cuatro ruedas suspendidas y mover cada una de ellas hacia arriba y abajo para comprobar que no existe agarrotamiento en los elementos de suspensión (tornillo de purga flojo).

3.2. Suspensión neumática Precauciones Para el buen funcionamiento de la instalación neumática es conveniente realizar una limpieza perfecta de los elementos neumáticos, por tanto, es necesario tomar precauciones meticulosas durante el trabajo. Antes de cualquier intervención en el circuito neumático limpiar cuidadosamente la zona de trabajo, los órganos y las canalizaciones sobre los cuales vamos a intervenir. Mantenimiento • Comprobación del nivel de aceite del compresor. • Sustitución del aceite del compresor. • Limpieza y sustitución del filtro de aire. • Comprobación de que la presión se encuentra en el valor establecido. Comprobaciones Para la realización de cualquier comprobación es conveniente seguir las instrucciones del fabricante. Control de alturas Para realizar el control de altura se procede de la forma siguiente: 1. Colocar el vehículo en una superficie horizontal. 2. Comprobar que la presión de aire se encuentra en los valores correctos (9,5 bares). 3. Medir la distancia entre los puntos indicados por el fabricante como se muestra en la figura 6.64 (cota 1, S, 2).

1

S 2

Figura 6.64. Control de altura de suspensión neumática para un solo eje.

d


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Reglaje de la válvula de nivel Si el control de alturas no es correcto, se procederá a efectuar el reglaje de la válvula de nivel. Esto se consigue modificando la longitud de la varilla (2) e inmovilizándola con las contratuercas (3) (figura 6.65). Reglaje de la válvula de altura máxima Para efectuar el reglaje de la válvula de altura máxima se procede de la forma siguiente: 1. Colocar el vehículo sobre una superficie horizontal. 2. Verificar que la presión en el circuito neumático sea la correcta. 3. Accionar el mando manual de altura hasta alcanzar el punto máximo. Una vez alcanzada la altura máxima, se procede a medir la altura (cota S) y el valor obtenido debe de ser el máximo permitido por el fabricante del vehículo. Si este valor no es correcto se efectuará el reglaje de la válvula limitadora de altura modificando la tensión del cable (1) mediante el tensor (2). Tensor 6

4 3 1

2 4

1. Tensores 2. Varilla 3. Contratuercas de ajuste 4. Sujeción de los tensores 5. Eje 6. Palanca de accionamiento unida a la válvula de nivel

Cable

5

Figura 6.65. Disposición de la varilla de accionamiento de la válvula de nivel.

a

Figura 6.66. Reglaje de la válvula de altura máxima.

a

Localización de averías Control de los fuelles El desgaste de los fuelles producido por el envejecimiento provoca pequeñas fugas de aire que impiden a estos alcanzar la altura máxima. La comprobación se consigue efectuando el control de altura como hemos visto anteriormente. Verificación de la válvula de nivel La válvula de nivel suele estar defectuosa cuando se observa una irregularidad en el funcionamiento de la suspensión, de tal forma que un lado de la plataforma no queda nivelado con respecto al contrario independientemente de que la carga se encuentre repartida o descentrada. Para solucionar este problema, se realiza el reglaje de la válvula de nivel del lado en el que la altura no sea correcta.


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ACTIVIDADES FINALES 1. En un vehículo equipado con suspensión hidroneumática, al circular por un pavimento con irregularidades, ¿qué elemento de la suspensión absorbe estas irregularidades?

Realce Realce

Bache

2. La presión de tarado de las esferas de cada eje es diferente, ¿por qué? 3. ¿Qué ocurre en el corrector de altura al introducir una carga de peso importante? 4. ¿Qué sucede si una esfera pierde presión de nitrógeno? 5. Cuando un vehículo equipado con suspensión neumática circula por un pavimento con irregularidades, ¿qué elemento de la suspensión absorbe dichas irregularidades? 6. ¿Cuándo se produce el cebado de la bomba de alta presión? 7. ¿Cuándo se produce la caída de presión en el acumulador principal? 8. ¿Qué sucede si en un mismo eje las esferas tienen distinto tarado? 9. ¿Cómo se manifiesta una suspensión neumática cuando existe una fuga de aire en un fuelle? 10. ¿Qué elemento determina la altura máxima alcanzada en un vehículo con suspensión neumática?


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1. Los resortes utilizados en la suspensión convencional son sustituidos en la suspensión hidroneumática por:

5. La suspensión neumática consiste en intercalar, entre el bastidor y el eje de la ruedas o los brazos de suspensión, un:

a) Un líquido y un gas.

a) Resorte neumático.

b) Muelles helicoidales.

b) Amortiguador.

c) Láminas.

c) Resorte elástico.

d) Fuelles neumáticos.

d) Bloque hidroneumático.

2. El bloque de suspensión sustituye a: a) Los muelles, ballestas y barras de torsión. b) Amortiguador. c) Sistema de unión de cojinetes elásticos. d) Conjunto muelle amortiguador.

6. La alimentación de aire comprimido en la suspensión neumática es proporcionada por: a) Una bomba. b) Un compresor. c) Directamente de la atmósfera. d) Un depósito.

3. El gas que utilizan los acumuladores es: a) Hidrógeno. b) Nitrógeno. c) Oxígeno. d) Ninguno. 4. En caso de fallo en el circuito hidráulico, la válvula de seguridad interviene para: a) Conceder prioritariamente la alimentación del sistema de suspensión. b) Distribuir el líquido para cada bloque de suspensión. c) Suministrar prioritariamente la alimentación a los frenos. d) Suministrar el líquido solamente al sistema de suspensión.

7. Para realizar las comprobaciones de presión: a) Se intercala el manómetro en cualquier punto. b) Se conecta el manómetro en el elemento defectuoso. c) No es necesario realizar comprobaciones porque se visualizan en el cuadro de abordo. d) La instalación está dotada de unos racores para conectar manómetros. 8 ¿Qué válvula accionada por el efecto de la carga y descarga regula la cantidad de aire que entra y sale del fuelle? a) Válvula de alivio. b) Válvula limitadora de presión. c) Válvula de nivel. d) Válvula limitadora de altura.


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PRÁCTICA PROFESIONAL HERRAMIENTAS • Equipo individual de herramientas • Gato hidráulico

MATERIAL • Vehículo o maqueta equipada con fuelles neumáticos • Documentación técnica • Manual de reparación

Sustitución de un fuelle neumático OBJETIVOS Saber efectuar el desmontaje, montaje y comprobación de cada uno de los elementos de una suspensión neumática, realizando la sustitución de los fuelles utilizando los útiles y herramientas adecuados y cumpliendo las normas de seguridad.

PRECAUCIONES • Extraer emisiones contaminantes. • Utilizar las herramientas adecuadas y en buen estado.

DESARROLLO 1. Revisar el área alrededor del anclaje del colchón neumático para garantizar que no hay obstáculos ni bordes cortantes que puedan dañar el colchón neumático nuevo. Normalmente bastará un juego de 36 mm para compensar el incremento de diámetro que se produce cuando tienen lugar movimientos fuertes (véase la figura 6.67). 2. Colocar el gato hidráulico entre la semiballesta o eje y el bastidor para iniciar el desmontaje del fuelle (véase la figura 6.68). Expandir el gato hasta una longitud mayor que el fuelle para que soporte el peso del bastidor. Retirar el aire del interior del fuelle; mediante el accionamiento del mando se provoca una bajada y se produce una evacuación de gran parte del aire existente en el interior del mismo. 3. Desmontaje del tornillo de sujeción del émbolo sobre la brida de sujeción (véase la figura 6.69).

a

Figura 6.67. Eje equipado con fuelles.

a

Figura 6.68.

a

Figura 6.69.


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4. Comprimir el émbolo para retirar el conjunto (véase la figura 6.70). A veces, la causa del fallo de un colchón neumático es visible o fácilmente detectable; en cambio, otras veces no lo es tanto. En este caso, inspeccionar el colchón neumático después de haberlo extraído y tratar de averiguar la causa del fallo; luego, atajar de raíz la causa del problema. 5. Para realizar el montaje del nuevo fuelle, impregnar de grasa la superficie de contacto superior (véase la figura 6.71).

a

Figura 6.70.

a

Figura 6.71.

6. Colocación del nuevo fuelle neumático (véase la figura 6.72). 7. Sujeción del fuelle sobre la brida mediante la colocación del tornillo. Utilizar siempre tornillos nuevos (véase la figura 6.73).

a

Figura 6.72.

a

Figura 6.73.


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PRÁCTICA PROFESIONAL (cont.) 8. Comprobación de la altura máxima del fuelle. Para conocer el funcionamiento correcto de extensión de los fuelles neumáticos, algunos fabricantes aconsejan realizar el proceso siguiente: • Medición de la altura máxima del fuelle accionado desde el mando a distancia. • Medición de la altura mínima del fuelle accionado desde el mando a distancia. • Restar al valor de altura máxima el valor de altura mínima y la cifra resultante debe de corresponder con la especificada por el fabricante. Esta dimensión debe mantenerse en +/-7 mm a fin de proteger los colchones y los amortiguadores contra el estiramiento excesivo o la compresión brusca que, frecuentemente, hacen que llegue al tope la suspensión (véase la figura 6.74). 9. En caso de no estar dentro de la tolerancia indicada por el fabricante, proceder a efectuar la regulación de las válvulas de nivel y limitadora de altura máxima, modificando la tensión del cable mediante el tensor o la longitud de la varilla (véase la figura 6.75). La longitud de la palanca es ajustada según las instrucciones del fabricante. B

E

C A

D

F

A. Cota de alzada y lugares desde donde se debe efectuar la medición de la misma B. Tubería flexible de alimentación de aire C. Fuelle neumático D. Semiballesta E. Soporte superior F. Soporte o brida inferior a

Figura 6.74.

a

Figura 6.75.


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En la figura 6.76 se muestran diversos mecanismos que trabajan junto a las válvulas de control de altura. Las longitudes fijas facilitan la instalación y reducen las modificaciones de altura de la suspensión. Los mecanismos ajustables se adaptan casi a cualquier unidad en servicio.

a

Figura 6.76.

10. Comprobar el brazo de nivelación para ver si funciona correctamente (véase la figura 6.77). En carga, el brazo de nivelación debería desplazarse desde la posición neutra hasta la posición de toma de aire. Esto permite la entrada de aire en los colchones, lo que devuelve el brazo a su posición neutra. Cuando se elimina la carga, el brazo de nivelación debería descender hacia la posición de salida de aire. Esto abre la válvula de evacuación, lo que permite al aire salir hasta que el brazo recupera la posición neutra. Observar visualmente el estado de los manguitos de aire y los conectores con objeto de evitar fugas. Verificar la estanqueidad del sistema observando que la presión de trabajo indicada en el manómetro se mantiene constante.

a

Figura 6.77. Brazos de nivelación.

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MUNDO TÉCNICO Un sistema de suspensión de cabina de Massey Ferguson gana la medalla de oro en Sima

El sistema de suspensión de cabina OptiRide Plus instalado en la serie MF 8600 de Massey Ferguson ha logrado la medalla de oro en el concurso de premios a la innovación celebrado en París dentro del marco del Salón Sima 2009. Según la valoración de los jueces, el sistema representa «un significativo paso adelante en el confort de la conducción».

avanzados», comenta Laurent Pernin, gerente de marketing de MF para tractores de potencia media y alta. «También confirma la posición de la empresa como el líder en tecnología avanzada de cabinas. De hecho, este premio se cimienta en el éxito de los modelos precedentes a la Serie MF 8600, que también lograron medallas en el anterior salón Sima, así como en la Fima de España».

Redacción Interempresas

Los jueces consideraron que el avanzado sistema de suspensión dinámica OptiRide Plus, que se instala de serie en todos los modelos de la serie MF 8600 con especificación Excellence, «representa un significativo paso adelante en términos de confort del conductor».

Con este galardón, Massey Ferguson (MF) ha logrado cinco prestigiosos premios recientemente. Esta medalla de oro se une al éxito del MF 8690 al conseguir los premios al diseño «Tractor del año 2009» y «Tractor de oro» en la feria Eima de Bolonia, Italia, junto con el MF 3655F que recibió un premio de finalista en la categoría de tractores especialistas. Y, finalmente, en diciembre, la cosechadora de cereales MF 7280 Centora recibió una medalla de plata en la primera feria AgroSalon celebrada en Moscú, Rusia. El sistema de suspensión dinámica OptiRide Plus se instala de serie en todos los modelos de la serie MF 8600. El sistema de suspensión OptiRide Plus es una de las tres innovaciones elegidas de entre 154 candidatas para recibir la prestigiosa medalla de oro en Sima. Los premios fueron concedidos por un panel de 15 expertos procedentes de seis países distintos. Confort para el conductor «Esta Medalla de Oro es el resultado de la inversión continua de Massey Ferguson en el desarrollo de diseños

http://www.interempresas.net/Agricola/Articulos/Articulo.asp?A=27544


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EN RESUMEN SUSPENSIÓN CON REGULACIÓN DE ALTURA

Suspensión hidráulica

Suspensión neumática

Órganos constructivos

Órganos constructivos

Sistema de suspensión

Fuente de aire comprimido

Sistema de suspensión

• Bloques de suspensión – Cilindro – Esfera – Amortiguador • Corrector de altura • Válvula anticaída • Sistema de mando de alturas – Manual – Automático

• Filtro • Compresor • Depósito húmedo • Acumulador principal • Depósito de frenos

• Válvula de alivio • Depósitos auxiliares de suspensión • Mando de control de nivel de altura • Válvula de nivel • Válvula solenoide-fuelles • Válvula limitadora de presión • Válvula limitadora de altura • Amortiguador - tirantes

Fuente de presión

• El depósito • Bomba de alta presión • Conjuntor disyuntor • Acumulador principal • Válvula de seguridad

Intervenciones del sistema

Precauciones

Mantenimiento

Comprobación

Localización de averías

entra en internet 1. En esta página puedes encontrar innovaciones tecnológicas sobre los sistemas de seguridad activa. • http://www.citroen.es 2. Busca en la siguiente dirección métodos de diagnosis, además de versiones demo de funcionamiento de la suspensión neumática.

• http://www.wabco-auto.com 3. Busca en la siguiente dirección catálogos, noticias, notas de prensas y eventos. • http://www.volvo.com


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Unidad 4

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Suspensión pilotada electrónicamente

vamos a conocer... 1. Suspensión convencional pilotada 2. Suspensión convencional autonivelante 3. Suspensión hidroneumática (hidractiva) 4. Suspensión neumática 5. Control antibalanceo activo 6. Intervenciones sobre el sistema PRÁCTICA PROFESIONAL Mantenimiento y diagnosis de la suspensión hidractiva 3+ MUNDO TÉCNICO Máximo agarre en curvas. BMW Dynamic Drive

y al finalizar esta unidad... Analizarás los elementos elásticos y de amortiguación utilizados en la suspensión pilotada. Interpretarás los circuitos hidráulicos y eléctricos de la suspensión pilotada. Manejarás la documentación técnica y los manuales de funcionamiento necesarios para la identificación, procesos y comprobaciones de los sistemas de suspensión pilotada. Realizarás el desmontaje, comprobación, montaje y reglaje, para la reparación o mantenimiento.


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Suspensón pilotada electrónicamente

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CASO PRÁCTICO INICIAL situación de partida Jaime trabaja como profesional autónomo en una empresa dedicada al mantenimiento y reparación de vehículos autopropulsados. Los trabajos que tiene que realizar implican: • Mantener, reparar y diagnosticar la suspensión pilotada electrónicamente. • Manejar la documentación técnica, e interpretar los circuitos hidráulicos, neumáticos y eléctricos de la suspensión pilotada. • Realizar los procesos de desmontaje, comprobación, montaje y reglaje sobre el vehículo para la reparación o mantenimiento. • Realizar el control de los distintos parámetros en una suspensión pilotada electrónicamente. • Reconocer y efectuar el borrado de los códigos de averías en los distintos sistemas de suspensión pilotada. • Cumplir las normas de seguridad, salud laboral y medioambiental para las reparaciones y/o mantenimiento de los sistemas de suspensión pilotada electrónicamente. A la empresa llega el usuario de un vehículo equipado con suspensión hidractiva 3+. El conductor percibe que no existe varia-

ción de dureza ni de altura en las diferentes condiciones de funcionamiento del vehículo. • En primer lugar observa que no exista en el cuadro de abordo ninguna lámpara encendida o mensaje que indique la causa del posible fallo. • Por otra parte, procede a una inspección visual del nivel de líquido hidráulico, para ello, localiza el depósito en el vano motor. En caso de nivel bajo procederá a buscar por dónde se ha producido la fuga, para ello observa en el vano motor posibles huellas en los elementos de suspensión y canalizaciones en él. Por otra parte, eleva el vehículo y realiza una inspección visual por la parte inferior. Una vez encontrada la fuga y reparada la misma rellena de líquido, teniendo en cuenta que este se encuentra almacenado de forma presurizada, para lo cual toma las precauciones adecuadas. Con el vehículo elevado, realiza una inspección visual de los sensores de altura ubicados en cada eje para observar la ausencia de deformaciones, la correcta sujeción a la carrocería y a la brida de la barra estabilizadora, y la no presencia de giro. Por último, realiza una prueba con equipo de diagnosis.

estudio del caso Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial. 1. ¿Qué función realiza la suspensión hidractiva 3+?

4. ¿Qué elementos informan de la altura del vehículo?

2. ¿Cómo sabe el conductor que existe alguna anomalía en el sistema de suspensión?

5. ¿Qué información utiliza el calculador de suspensión hidractiva 3+?

3. ¿Cómo se verifica el nivel de líquido hidráulico?


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1. Suspensión convencional pilotada Hay vehículos que disponen de amortiguadores con tarados blandos para absorber al máximo las oscilaciones de la carrocería debidas a las irregularidades del pavimento. Sin embargo, otros vehículos con conducción más deportiva disponen de amortiguadores de tarados duros para obtener mayor estabilidad en curvas y altas velocidades. Por tanto, la situación ideal sería obtener una amortiguación variable de forma continua sin intervención del conductor. Esta se consigue con una suspensión pilotada e inteligente que ofrece distintos niveles de rigidez. La suspensión controlada La suspensión controlada consta de un amortiguador convencional que incorpora dos electroválvulas accionadas por un calculador electrónico. Su funcionamiento está basado en el tarado variable del amortiguador. Este se consigue actuando sobre las válvulas electromagnéticas colocadas en el amortiguador, que modifican los pasos calibrados que de forma mecánica frenan el movimiento de aceite a su paso por los orificios, permitiendo hasta tres tipos de tarado variable. Cuanto más pequeño sea el orificio, más le cuesta pasar al aceite, oponiéndose al movimiento vertical de la rueda. De esta forma se obtienen distintas respuestas de amortiguación. La suspensión controlada electrónicamente permite al conductor la elección entre tres tipos de amortiguación: suave, media y firme. Con este tipo de suspensión se puede alcanzar, en la posición confort o suave, una frecuencia de hasta 22 Hz/min, proporcionando una gran comodidad. Está compuesta por los elementos electrónicos (sensores) colocados en distintos puntos del automóvil que proporcionan información a una centralita electrónica. Esta, mediante un programa preestablecido, analiza las distintas circunstancias de marcha del vehículo y, de forma automática, sin intervención del conductor, actúa sobre los amortiguadores y modifica el tarado entre suave, medio y firme, en función del tipo de conducción, del firme del pavimento o el estado de carga. Esta suspensión llega a alcanzar un grado de comodidad de 18 Hz/min, permaneciendo inalterada en cualquier situación.

1.1. Principio de funcionamiento El funcionamiento de la amortiguación de tarado variable se divide en dos partes (figura 7.1): • La electrónica. • La parte mecánica, compuesta por los amortiguadores que incorporan dos electroválvulas. La parte electrónica analiza las condiciones de la carretera y la forma de conducción.


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Para ello utiliza la información proporcionada por unos sensores que analizan: • El ángulo de giro y la velocidad de rotación del volante. • La posición acelerador. • La velocidad del vehículo. • La frenada. • El desplazamiento vertical de la carrocería. Estas informaciones son analizadas por el calculador electrónico, que compara los valores suministrados por los captadores con los valores que tiene almacenados el calculador en su interior. Cuando sobrepasa algunos de estos valores, provoca una toma de decisiones según el programa preestablecido, que actúa sobre las electroválvulas. Estas aplican las decisiones tomadas al vehículo, a través de la modificación de los orificios calibrados del amortiguador. Interruptor de mando Selección de posición

Ev 1 Ev 2

U.E.C. (CALCULADOR)

Captador volante de dirección Captador de velocidad vehículo (km/h) Captador de recorrido pedal del acelerador Captador de freno Captador de desplazamiento vertical de la carrocería

Ev 1 Ev 2

Interruptores de puertas

Amortiguador delantero derecho

Ev 1 Ev 2

Amortiguador trasero derecho

Ev 1 Ev 2

Amortiguador trasero izquierdo

Amortiguador delantero izquierdo

Toma de diagnosis

Contactor maletero

Testigo

2

6

1

7 4

6

6

5 8 3 a

6

Figura 7.1. Suspensión convencional pilotada electrónicamente.

1. Centralita de control de la amortiguación 2. Interruptor de selección del programa y testigos luminosos correspondientes 3. Sensor de velocidad de vehículo 4. Caja de fusibles 5. Sensor de volante 6. Electroválvulas (integradas en los amortiguadores) 7. Señalización anomalías 8. Sensor de aceleración vertical


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Unidad 7

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1.2. Estudio de los órganos constructivos Está formado por cuatro elementos de suspensión McPherson con la única diferencia de que el amortiguador cambia su resistencia al movimiento del muelle. Para ello, incorpora dos electroválvulas y de esta forma se obtiene el amortiguador de tarado variable. Funcionamiento del amortiguador de tarado variable

saber más Rigidez de la suspensión convencional La suspensión convencional pilotada se caracteriza por ser de rigidez variable de forma continua, sin intervención del conductor.

El funcionamiento del paso de un tipo de suspensión a otra se realiza mediante el control de las electroválvulas que tienen los amortiguadores. Como se muestra en la figura 7.2, el amortiguador está formado por dos cámaras A y B que están unidas a través de los orificios pequeños, H e I, que permiten el paso de aceite del amortiguador cuando el émbolo 2 avanza longitudinalmente en fase de compresión o de distensión. Además existe una tercera cámara de compensación C que está unida con B mediante los orificios pequeños, J y K, que permiten un paso muy pequeño de aceite. También existen dos electroválvulas, EV1 y EV2, que conectan la cámara A del amortiguador con la cámara C de compensación. La diferencia entre las electroválvulas está en la cantidad de aceite que permiten pasar en su apertura. La EV2 permite mayor paso de caudal de aceite que la EV1. Las electroválvulas están pilotadas por el calculador electrónico, que ordena su apertura y cierre en función de los parámetros que recibe de los sensores, permitiendo la elección entre un tipo de suspensión u otro. C A 1 2

EV2

EV1

3 2 H

I B

Calculador J

K

1. Amortiguador 2. Válvula solenoide 3. Mangueta a

Figura 7.2. Amortiguador de tarado variable.

La comunicación entre las cámaras mediante las dos electroválvulas permite un tarado diferente: • Suave gran confort: la electroválvula EV2 está abierta y permite gran paso de aceite de forma que en estado de compresión o distensión del amortiguador, el aceite pasa desde la cámara A a la cámara B (o viceversa) por los pasos calibrados H e I y de la cámara A a la cámara de compensación C, a través de la electroválvula EV2 en posición abierta. Además existe un paso muy pequeño de aceite entre las cámaras B y C a través de los pasos J y K.


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Mientras la electroválvula EV1 se mantiene cerrada. De esta forma se consigue mayor flexibilidad en la suspensión consiguiendo el mayor confort del vehículo. • Medio o normal: esta suspensión es un poco más dura que la anterior. En funcionamiento, la electroválvula EV2 está cerrada, mientras que la electroválvula EV1 está abierta. Pero permite el paso de aceite de la cámara A a la cámara de compensación C con mayor dificultad. De esta forma se consigue una suspensión de tarado medio, menos confortable, pero de mayor estabilidad. • Deportiva o firme: se trata de conseguir el tarado más rígido. Las dos electroválvulas permanecen cerradas. De tal forma que cortan la comunicación entre la cámara A y la cámara B con la cámara de compensación C. De esta forma el recorrido del émbolo es frenado en sus movimientos de compresión y distensión debido a la dificultad del paso de aceite por los orificios H e I entre las cámaras A y B y entre la cámara B y C a través de los orificios calibrados J y K. Existe una gran resistencia al desplazamiento del aceite a través del recorrido longitudinal del émbolo. Por tanto, se consigue un tarado muy duro consiguiendo gran estabilidad, pero con gran disminución de confort.

1.3. Captadores y calculador Cinco captadores proporcionan información al calculador. Captador de ángulo y velocidad de rotación del volante Se trata de un captador de ángulo, de tipo óptico-electrónico colocado en la columna de dirección (figuras 7.3 y 7.4). 1 4 3

1 1. Captador 2. Rueda tórica a

Figura 7.3. Captador del volante.

2 3. Eje del volante 4. Columna de dirección a

Figura 7.4.

Su misión es medir en qué tiempo se produce el ángulo de rotación del volante. El calculador determina la velocidad, el sentido de rotación y el punto de línea recta del volante y acciona el paso al estado firme en función de la amplitud de los giros, consiguiendo que el vehículo no adquiera excesivo balanceo.


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Captador de recorrido del pedal acelerador Este captador es una resistencia variable, cuyo cursor es accionado por el pedal del acelerador (figuras 7.5 y 7.6). Su misión es determinar las variaciones de la posición del acelerador. Los movimientos bruscos al pisar y soltar el acelerador indican al calculador el paso a estado firme, con el fin de limitar las oscilaciones del vehículo hacia arriba y hacia abajo.

1

2 Pista del cursor de contacto Transmisor

3

Transmisor 1 para posición del acelerador Transmisor 2 para posición del acelerador

4

Recorrido del pedal acelerador

1. Hacia el calculador 2. Resistencia variable 3. Captador de pedal 4. Pedal acelerador a

Figura 7.5. Captador del acelerador.

Tensión de señal en voltios

5,0

0

20%

40%

60%

80%

100%

a Figura 7.6. Señal del captador del acelerador.

Captador de presión de los frenos Es un manocontacto accionado por el pedal de freno (figura 7.7). En una frenada en seco, informa al calculador, el cual impone el estado firme con el fin de evitar que la parte delantera del vehículo se hunda. 2,2 KΩ

1

+V

a

3

2

1. Cable del velocímetro 2. Bobinado 3. Imán a Figura 7.8. Captador de la velocidad.

Figura 7.7. Captador del freno.

Captador de velocidad Este captador está montado sobre el cable del velocímetro (figura 7.8). Es de tipo de efecto Hall o generador de impulsos. Su misión es informar de las reacciones del vehículo en términos de confort y estabilidad en marcha, en función de la velocidad. Estas informaciones permiten al calculador realizar cambios de estado de la suspensión.


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Captador de desplazamiento de carrocería

4

2

1

3

Está basado en el mismo principio que el captador del volante. Señala el estado de la carretera. Si esta es irregular, el captador selecciona o no el paso al estado firme para conceder prioridad al confort (figura 7.9). Interruptor de información suplementaria

3

Está colocado en el salpicadero y permite al conductor imponer un estado permanente. Calculador El calculador electrónico (figura 7.10), a partir de los datos que recibe de los captadores, permite: – En la suspensión controlada, la elección de la amortiguación deseada por el conductor mediante un interruptor. – En la suspensión inteligente, analiza las distintas circunstancias de marcha del vehículo y, de forma automática, modifica el tarado de los amortiguadores.

1

2 1. Captador de desplazamiento 2. Barra estabilizadora 3. Bieleta 4. Accionamiento del captador Figura 7.9. Captador del desplazamiento de la caja.

a

C

Recorrido de desplazamiento A

10 1

10

1

3

4

1

B

12

Numeración de vías Identificación de conectores y vías a

Tensión de señal en voltios

5,0 2

0

20%

40%

60%

80%

100%

Figura 7.10. Calculador.

EJEMPLO ¿Qué informaciones proporciona el captador del volante? Solución • Ángulo que describe el volante. • Velocidad de rotación.

ACTIVIDADES 1. Explica la diferencia existente entre un amortiguador convencional y un amortiguador de tarado variable. 2. ¿Por qué las dos electroválvulas permiten pasos diferentes de caudal? 3. ¿De qué sensores recibe información el calculador electrónico? 4. ¿Qué misión cumple el calculador? 5. ¿A qué elementos envía órdenes el calculador para que las ejecuten?


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2. Suspensión convencional autonivelante Este sistema solamente es utilizado en el tren trasero (figura 7.11). La única diferencia respecto al sistema de suspensión convencional pilotada electrónicamente es la incorporación en los amortiguadores posteriores de un grupo de válvulas compuesto por: • Una válvula de modulación diferenciada, accionada con mando hidráulico que regula la altura en función de la carga del vehículo. • Una electroválvula de amortiguación variable con mando electromagnético accionada por el calculador electrónico. 10

9

11

13

6

4 1

2

12 14 15

5

3

16 8

7

17 18 a

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

Bomba de aceite Resonador Electroválvulas Amortiguadores delanteros Depósito de aceite Cuadro de control y selección Módulo electrónico Sensor de ángulo y velocidad de giro del volante de la dirección Amortiguadores posteriores Calculador Sensor de desplazamiento Interruptor Válvulas posteriores Acumuladores de presión Corrector de frenado Regulador de altura Sensor de freno Sensor tacométrico

Figura 7.11. Vehículo equipado con suspensión autonivelante pilotada electrónicamente.

saber más Funcionamiento de la suspensión autonivelante pilotada La suspensión autonivelante pilotada solo es utilizada en el eje trasero. Consigue el aumento de altura introduciendo aceite en los amortiguadores traseros y la variación de amortiguación mediante una electroválvula.

En función de la carga impuesta al vehículo, el grupo hidráulico interviene realizando la regulación de altura. En función del tipo de conducción impuesta por el conductor y de las señales procedentes de los sensores de frenado, aceleración vertical, ángulo de giro de la dirección, velocidad de rotación del volante y velocidad del vehículo, el calculador electrónico gobierna la electroválvula que interviene cambiando la respuesta del amortiguador de tarado variable, rígido o suave.

2.1. Circuito hidráulico Este sistema con funcionamiento exclusivamente hidráulico no permite que el conductor realice ningún tipo de elección, ya que se autorregula en función de las condiciones de carga y del ajuste del vehículo. Las variaciones de ajuste son reconocidas por el eje posterior cuando existen variaciones de carga, el sistema reacciona solamente sobre los amortiguadores posteriores variando oportunamente su longitud, de forma que mantiene constante la altura del vehículo en cualquier condición de carga.


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Como se muestra en la figura 7.12, el sistema hidráulico está compuesto por una bomba de aceite con su depósito de alimentación. La bomba envía el aceite necesario para la regulación del nivel al regulador de alturas a través de una tubería. Los ruidos, debidos a las pulsaciones de la bomba, los absorbe el resonador colocado en la salida de la bomba. El aceite, desde el regulador de altura, alcanza los acumuladores y sucesivamente, a través de la válvula de modulación, llega a los amortiguadores posteriores. Elemento de suspensión

VÁLVULA DE MODULACIÓN (Calculador →) Resonador

Depósito

Bomba de presión

Acumulador

Corrector de frenada

Regulador de altura

Acumulador

VÁLVULA DE MODULACIÓN (Calculador →) Elemento de suspensión a

Figura 7.12. Circuito hidráulico. Suspensión autonivelante pilotada electrónicamente.

Bomba de aceite La bomba de accionamiento del sistema hidráulico es del tipo volumétrico, formada por dos pistones contrapuestos. Está accionada por el motor mediante una correa y, generalmente, va unida a la bomba de paletas de la servodirección. La bomba de aceite del sistema hidráulico autonivelante de las suspensiones puede suministrar una presión máxima de 200 bar aproximadamente, con un caudal de 1,2 · 1,7 dm3/min. Las piezas que componen la bomba de aceite del sistema hidráulico de la suspensión autonivelante se muestran en la figura 7.13. 6 5

4

7 9 3 2 1

8 1. Pistón

5. Válvula reguladora

2. Cuerpo bomba de pistones (sistema hidráulico para suspensiones inteligentes)

6. Cuerpo bomba de paletas (sistema servoconducción)

3. Eje mando pistones 4. Juntas de estanqueidad a

Figura 7.13. Bomba de aceite.

7. Muelle regulador de presión 8. Chapa lateral del rotor 9. Rotor de paletas


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Resonador El resonador está situado a la salida de la bomba de aceite del sistema hidráulico de las suspensiones autonivelantes (figura 7.14). Está formado por una cavidad cuya misión es atenuar los ruidos debidos a las pulsaciones de la bomba. Estas pulsaciones también influyen en las canalizaciones y son absorbidas por una parte de la tubería dilatable de envío de aceite que se encuentra en el sistema hidráulico. Acumuladores hidráulicos Los acumuladores sirven para equilibrar los volúmenes de aceite durante las fases de distensión y compresión de los amortiguadores (figura 7.15). a

Figura 7.14. El resonador.

El espacio reservado al aceite está conectado con el amortiguador, por medio del racor, y con el regulador de altura. En la fase de compresión de la suspensión el aceite pasa desde los amortiguadores a los acumuladores, comprimiendo de esta forma el nitrógeno. En la fase de distensión de la suspensión, el nitrógeno comprimido empuja nuevamente el aceite hacia los amortiguadores.

1

3

2 1. Membrana 2. Racor para envío/retorno aceite del amortiguador 3. Racor para envío/retorno aceite al regulador de altura A

a

Figura 7.15. El acumulador.

P 1

Regulador de altura T

1. Tornillo de ajuste A. Envío de aceite al amortiguador P. Llegada de aceite a la bomba T. Retorno de aceite al depósito a Figura 7.16. Regulador de altura.

El regulador de altura (corrector de altura) tiene la misión de mantener la carrocería a una altura determinada con respecto al plano del pavimento. La cota establecida está determinada en cada caso por el fabricante. El regulador de altura está fijado al bastidor y conectado a la suspensión a través de un sistema cinemático; dicho varillaje transmite las variaciones de ajuste con respecto al ajuste inicial establecido con el vehículo horizontal (figura 7.16). El regulador de altura cumple la misión de: • Enviar aceite a los amortiguadores cuando el vehículo baja debido a una mayor carga y, por tanto, es necesario elevarlo para que alcance nuevamente el nivel establecido.


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• Descargar el aceite de los amortiguadores cuando, por menor carga, el vehículo sube y, por tanto, es necesario bajarlo para que alcance nuevamente el nivel establecido. El regulador de altura, según las señales transmitidas por la rotación de la palanca, varía la altura de la carrocería respecto al suelo en tres fases de funcionamiento.

saber más

• Posición neutra.

Los amortiguadores utilizados en el tren delantero son de amortiguación variable.

• Posición de regulación ascendente.

Amortiguación del tren delantero

• Posición de regulación descendente.

2.2. Amortiguadores posteriores Están constituidos por un amortiguador convencional (figura 7.17) formado por un cilindro unido al eje de ruedas en el que se desplaza un pistón mediante un vástago unido a la carrocería. Como elemento elástico utiliza un muelle y como fluido el aceite que realiza las funciones de: • Ajuste de altura. • Respuesta de amortiguación en función de la carga soportada. 6 S.L.

7

1

3

4

5

a

b

2

a

Figura 7.17. Esquema de funcionamiento del amortiguador posterior.

Válvula de modulación La válvula de modulación (figura 7.18) está formada por una válvula de pistón (2) y un muelle tarado (3) que modifica la sección de un orificio (4). Se encuentra colocada entre el amortiguador y el acumulador de presión. Permite el funcionamiento en los dos sentidos para modular la amortiguación de las suspensiones en función de la presión hidráulica presente en el sistema de la suspensión autonivelante, determinada por las condiciones de carga y ajuste del vehículo.

1. Amortiguadores posteriores del tipo oleodinámico-presurizado 2. Grupo de válvulas posteriores a. Electroválvula b. Válvula de modulación 3. Acumulador de presión 4. Regulador de altura 5. Bomba de aceite 6. Unidad Electrónica de Control 7. Vástago amortiguador posterior


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Funcionamiento El pistón (2) es el elemento que regula continuamente la sección del conducto (4), permitiendo al aceite evitar las válvulas (1 y 5), o bien atravesarlas. Sobre el pistón (2) actúan dos fuerzas: A La fuerza ejercida por el muelle (3), que empuja el pistón (2) hasta que llegue a la posición de distension máxima, dejando libre el conducto (4). B La fuerza generada por la presión del aceite se ejerce tanto sobre las paredes como en la cabeza del pistón (2), venciendo la fuerza del muelle (3) que comprime y lo cierra el conducto (4). Cuando en el sistema autonivelante hay una presión baja (aproximadamente 25 bares), la fuerza que actúa sobre el pistón no puede vencer el muelle (3) y el pistón (2) permanece en la posición de apertura máxima (figura 7.18A). En estas condiciones, el aceite no encuentra resistencia para pasar del amortiguador al acumulador y viceversa, por lo que se obtiene una respuesta suave. Si en el sistema autonivelante la presión sube (aproximadamente 60 bares), la fuerza que actúa sobre el pistón (2) es tal que comprime el muelle (3) y el pistón (2) vuelve progresivamente hasta cerrar el conducto (4) (figura 7.18B). Por tanto, el aceite está obligado a pasar a través de la válvula (1) durante la compresión del amortiguador y a través de la válvula (5) durante su distensión, provocando una respuesta de los amortiguadores más rígida. A

B

4

5

1. Válvula de distensión a

1

1

2

2

3 2. Pistón

3. Muelle

5

4. Orificio

4

3

5. Válvula de compresión

Figura 7.18. Válvula de modulación. Fases de compresión y distensión.

Electroválvula Está constituida por una electroválvula de amortiguación variable (figura 7.19) controlada por el calculador electrónico; puede adquirir dos condiciones de funcionamiento de ajuste, suave y rígido. Funcionamiento En condiciones de ajuste (suave), la electroválvula está abierta, la bobina (1) está alimentada, el pistón (2) es levantado y deja libre el conducto (3). En estas condiciones, el aceite puede pasar libremente a través de la válvula en su movimiento desde el amortiguador al acumulador de presión y viceversa, sin accionar las válvulas (4 y 5), dando lugar a una respuesta de amortiguación suave.


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En condiciones de ajuste (rígido), la bobina 1 no está alimentada y por lo tanto, la válvula permanece cerrada, mientras el pistón (2) es empujado por el muelle T y cierra el conducto (3). El aceite, durante su recorrido hacia el acumulador de presión, debe pasar a través de la válvula (4), mientras que en el retorno debe atravesar la válvula (5), dando lugar a una respuesta de amortiguación más rígida tanto en fase de compresión como en fase de distensión. La válvula antivacío (11) impide la formación de vacío en el interior del grupo de válvulas. El vacío es un fenómeno que se puede manifestar cuando el líquido se encuentra en presencia de una fuerte depresión. Esta depresión genera la separación de vapor de agua desde el aceite en forma de pequeñas burbujas.

1 T 2 4

3 5

6

11 a

8

10

7

1. Bobina 2. Pistón (núcleo de la bobina) 3. Conducto de entrada a la electroválvula 4. Válvula de distensión 5. Válvula de compresión 6. Pistón 7. Muelle 8. Conducto de entrada al amortiguador 9. Válvula de compresión 10. Válvula de distensión 11. Válvula antivacío

9

Figura 7.19. Electroválvula y válvula de modulación.

EJEMPLO ¿Qué misión realiza la electroválvula? Solución El ajuste del amortiguador, ya sea en estado rígido o suave.

ACTIVIDADES 6. Dibuja de forma esquemática el circuito hidráulico de una suspensión autonivelante pilotada electrónicamente aplicada al eje trasero. 7. Dibuja de forma esquemática el circuito eléctrico de una suspensión autonivelante pilotada electrónicamente aplicada al eje trasero. 8. ¿Qué elemento absorbe las vibraciones y los ruidos de la bomba (golpe de ariete)? 9. ¿Qué influencia tiene la válvula de modulación de amortiguación respecto a la carga soportada por el vehículo? 10. ¿Qué función realiza el acumulador de presión?


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3. Suspensión hidroneumática (hidractiva) Está formada por una suspensión hidroneumática cuyo funcionamiento de forma activa se denomina suspensión hidractiva. Se caracteriza porque no solo varía la dureza del amortiguador, sino tambien el tarado de muelle. El principio de una suspensión hidractiva permite al conductor la elección entre dos estados de suspensión: sport y auto. • Posición sport: estado confortable adquirido por la elección del conductor. • Posición auto: la suspensión actúa de forma inteligente, el vehículo pasará automáticamente de un estado muy confortable (mullido) para aislar de la carretera a los ocupantes del vehículo a un estado confortable (firme) para favorecer el comportamiento en ruta y la seguridad activa. Los elementos de suspensión tienen que reaccionar de dos formas diferentes. Por esta razón, la suspensión hidractiva comprende algunos órganos más que la suspensión hidroneumática convencional. • La suspensión hidractiva se divide en dos partes: electrónica e hidráulica. • La parte electrónica analiza las condiciones de la carretera y la forma de conducción. Para ello, utiliza la información proporcionada por unos sensores que analizan: el ángulo de giro y la velocidad de rotación del volante, la posición acelerador, la velocidad del vehículo, la frenada y el desplazamiento vertical de la carrocería. Estas informaciones son analizadas por el calculador electrónico. Este compara los valores suministrados por los captadores con los que tiene almacenados en su interior. Estos valores no son fijos, evolucionan en función de la velocidad del vehículo. El sobrepasar estos valores provoca una toma de decisiones, que actúa sobre una electroválvula en cada eje, que modifica el circuito hidráulico. La parte hidráulica aplica las decisiones tomadas por el calculador al vehículo a través de un regulador de rigidez que modifica el estado de la suspensión. El regulador de rigidez está formado por una esfera y dos amortiguadores por cada eje, dispuestos de tal forma que puedan ofrecer dos estados de suspensión: firme y elástico.

3.1. Principio de funcionamiento Una esfera adicional más por eje para obtener una flexibilidad variable La rigidez y la flexibilidad varían en función no solo de la fuerza, sino también del volumen de nitrógeno contenido en las esferas. Esto se consigue añadiendo al eje una tercera esfera que se integrará en el circuito, según las condiciones de carga y rodaje. Principio de funcionamiento elástico La tercera esfera está integrada en el circuito (figura 7.20). El volumen total de gas es equivalente a la suma de los volúmenes de gas de las tres esferas. Así: Volumen elástico =V + V El volumen de gas es mayor. Las compresiones quedarán repartidas entre las tres esferas. La suspensión será más flexible. p

a


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Vp

Vp

Va

Va

Vp = Volumen principal F

Va = Volumen adicional

F

F

Figura 7.20. Principio de funcionamiento elástico.

a

F

Figura 7.21. Principio de funcionamiento rígido.

a

Principio de funcionamiento rígido La esfera adicional está separada del circuito (figura 7.21). Así: Volumen firme =V El volumen de gas se reduce. La compresión máxima será alcanzada con mayor rapidez. La suspensión será más rígida. p

Dos amortiguadores por eje Situados en cada una de las esferas adicionales para obtener una amortiguación variable. Reglaje elástico y laminado ligero El líquido pasa por los amortiguadores A. para llegar a la esfera principal y adicional (figura 7.22). El líquido resulta poco frenado y, por tanto, la amortiguación es escasa. Reglaje rígido y laminado intenso El líquido solo puede pasar a través del amortiguador A de la esfera principal. El paso se ha reducido y resulta muy frenado, por tanto, la amortiguación es grande (figura 7.23).

A

A F

A F

F

Figura 7.22. Reglaje elástico y laminado ligero.

a

A

A’ F

Figura 7.23. Reglaje elástico y laminado intenso.

a

Amortiguación variable, antibalanceo activo En la suspensión hidroneumática, los elementos de suspensión de un mismo eje están comunicados hidráulicamente (figura 7.24). En una curva, cuando el vehículo se apoya en uno de sus lados con mayor intensidad, el líquido del elemento comprimido es desplazado hacia el elemento que se encuentra en expansión. Por tanto, el volumen y la presión del nitrógeno en las esferas no varían y no pueden oponerse al efecto de balanceo. Posición elástica Debido a los dos amortiguadores adicionales, el trasvase de líquido entre los dos elementos de suspensión de un mismo eje resulta frenado (figura 7.25). En una curva o al pasar un bache, el paso de líquido es progresivo y suave. Por esta razón, el equilibrio de presiones de cada esfera es más lento. De este modo se reduce el antibalanceo, lo que mejora sensiblemente el confort.


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Pd

Pg

Vd

Vg

Pg

Pd

Pg

Vg

Vd

Vg

Vd

Sentido del balanceo



Pd

A' Figura 7.24. Amortiguación variable, antibalanceo.

a

a

Figura 7.25. Posición elástica.

a

Figura 7.26. Reglaje firme, paso bloqueado.

Posición firme El paso del líquido es obturado, por tanto, los dos elementos de suspensión están incomunicados y la función antibalanceo del elemento de suspensión en apoyo es, en ese instante, máximo (figura 7.26). Este anti-balanceo fuerte mejora sensiblemente la estabilidad del vehículo en marcha. Cuando se toma una curva con fuerza, el conductor conserva el control del vehículo. La altura permanece estable.

3.2. Órganos constructivos La suspensión hidroneumática pilotada electrónicamente (hidractiva) incluye todos los órganos de la suspensión hidroneumática con el mismo funcionamiento. Además, incorpora un regulador de rigidez por eje formado por una esfera, dos amortiguadores y una electroválvula (figura 7.27). 2

3

4

5V

5

6

7

8

5V 1

12 11

10 9

13

14

15-16 19

–

Corriente

= a

20

LHM (líquido hidráulico mineral)

Figura 7.27. Suspensión hidractiva.

17-18

21

22

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15-16. 17-18. 19. 20. 21. 22.

Calculador Interruptor Captador angular de dirección Captador del acelerador Captador de desplazamiento Captador de velocidad del vehículo Pulsadores de puertas Pulsador de maletero Toma de diagnosis Válvula de seguridad Dosificador compensador de freno Captador de freno Corrector de altura delantero Corrector de altura trasero Regulador de rigidez delantero y electroválvula Regulador de rigidez trasero y electroválvula Bloque de suspensión delantero izquierdo Bloque de suspensión delantero derecho Bloque de suspensión trasero izquierdo Bloque de suspensión trasero derecho


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Electroválvula En cada eje hay instalada una electroválvula, acoplada al regulador de rigidez. El calculador envía una información eléctrica a la electroválvula. Esta se la transmite hidráulicamente al regulador de rigidez, el cual ordena el cambio de estado de suspensión, imponiendo el modo firme o el modo elástico. En funcionamiento la electroválvula puede encontrarse en dos posiciones: Posición de reposo y retorno al depósito La electroválvula está en posición de reposo (figura 7.28) cuando el bobinado no recibe alimentación eléctrica. En este caso, el muelle mantiene a la aguja sobre su asiento. La salida hacia la utilización está en comunicación con el depósito. La posición de reposo corresponde a la posición firme de la suspensión. Posición activada y alimentación de alta presión La electroválvula se encuentra en posición activada (figura 7.29) cuando el bobinado recibe alimentación eléctrica. Este crea una fuerza magnética sobre el núcleo, el cual está unido a la aguja, que se desplaza y se apoya sobre el asiento. La salida de líquido a través de la utilización se encuentra en comunicación con la presión de alimentación. Esta posición activada corresponde al reglaje elástico de la suspensión. REG

5

REG

2

5

2

6

6

4

4

AP

RD

AP

RD

1 1. Muelle 2. Aguja 3. Núcleo 4. Asiento 5. Bobinado a

3 6. Asiento AP Alta presión REG Regulador de rigidez RD Retorno depósito

Figura 7.28. Electroválvula en reposo.

1 1. Muelle 2. Aguja 3. Núcleo 4. Asiento 5. Bobinado a

3 6. Asiento AP Alta presión REG Regulador de rigidez RD Retorno depósito

Figura 7.29. Electroválvula activada.

Regulador de rigidez Cada eje lleva un regulador de rigidez acoplado a la esfera adicional. El regulador tiene como función modificar el estado físico de la suspensión (firme o elástica). El propio regulador se encargará de poner en comunicación o aislar a las esferas y a los amortiguadores adicionales del circuito de suspensión. Mando activado, respuesta elástica Cuando la electroválvula está activada (figura 7.30), el eje del regulador de rigidez está sometido a dos fuerzas, por un lado, la alta presión; y, por otro, la presión existente en los cilindros de suspensión. Por consiguiente, el eje está bloqueado en estado elástico. Los dos elementos de suspensión y la esfera adicional se comunican entre sí. Se producen tres consecuencias: 1. Gran volumen de gas (el de las dos esferas de suspensión y el de la esfera adicional): suspensión flexible. 2. Paso de líquido por los cuatro amortiguadores: amortiguación suave. 3. Paso de líquido de un elemento de suspensión a otro: antibalanceo suave.

saber más Rigidez y flexibilidad La suspensión hidroneumática pilotada está basada en la variación de rigidez y flexibilidad en función del volumen de nitrógeno contenido en las esferas.


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Posición de reposo, respuesta firme Cuando la electroválvula no está activada (figura 7.31), el eje del regulador de rigidez está sometido a la presión de suspensión por un lado y a la presión del depósito por el otro. La esfera adicional queda aislada y la unión principal entre los dos elementos de suspensión está interrumpida. Se producen tres consecuencias: 1. Pequeño volumen de gas (esfera adicional aislada): suspensión firme. 2. El paso de líquido por los dos amortiguadores adicionales está bloqueado: amortiguación firme. 3. El paso de líquido de un elemento de suspensión al otro está bloqueado: antibalanceo firme.

G

3 D

F S

t

F B

A

C

C

F B

1

2 F

C G

D

2 F

D

E

F S

a

4

a´

6

a

G

3 D

F F S

A. Alta presión B. Alimentación suspensión delanteros C. Alimentación frenos delanteros

1

G

E a

A

6

D. Retorno de utilización E. Alimentación frenos traseros F. Retorno de fugas G. Puestas a la atmósfera

Figura 7.30. Mando activado elástico.

a´

4

ADM a

ESC

Figura 7.31. Posición reposo firme.

3.3. Suspensión hidractiva 3 caso práctico inicial Este tipo de suspensión además de modificar la flexibilidad también varía la altura en función de la velocidad.

saber más Suspensión hidractiva Hidractiva 1 tiene un regulador de rigidez común que pilota los dos ejes simultáneamente. Hidractiva 2 tiene dos reguladores de rigidez, uno en cada eje a los que pilota de forma independiente.

La suspensión hidractiva 3 propone al conductor dos posiciones, confort o sport, y controla cada uno de ellas de manera autónoma. Se caracteriza por adaptar la altura del vehículo en función de la velocidad y del estado de la carretera, aportando líquido a los cilindros de suspensión para hacer subir el vehículo o retirándolo de los mismos para hacerlo descender. Posee dos modos automáticos: • Modo autopista (sport): permite la disminución de 15 mm de altura del vehículo a partir de 110 km/h. Su principal objetivo es mejorar la aerodinámica con el corte de aire, así como la estabilidad bajando el centro de gravedad. • Modo de carretera (confort): permite el aumento de 13 mm de altura hasta los 70 km/h. Se puede hacer variar la altura del vehículo manualmente, actuando sobre un conmutador en la consola, pero únicamente en ciertas condiciones, adquiriendo las posiciones siguientes: • Alta, la suspensión está en su tope superior para facilitar, por ejemplo, el cambio de una rueda. Esta posición es neutralizada a partir de 10 km/h.


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• Pista, la suspensión está en su posición intermedia. Permite pasar por encima de un obstáculo a baja velocidad, solo puede autorizarse entre los 0 y 40 km/h. • Normal, permite todas las velocidades. Se utiliza en todas las condiciones normales de circulación. • Baja, la suspensión está en su tope inferior. Esta posición facilita la carga y permite el control de nivel de líquido hidráulico. Como se muestra en la figura 7.33, la suspensión hidractiva 3 consta de: • Un bloque electrohidráulico integrado, es el verdadero cerebro del sistema.

Figura 7.32. Vehículo equipado con suspensión hidractiva 3.

a

• Cuatro elementos portadores con esferas de suspensión de nuevo diseño. • Dos captadores de altura eléctricos unidos a las barras estabilizadoras. • Un circuito hidráulico de unión de elementos. • Lámpara testigo en el ordenador de abordo. 4

1

1

2 3

2

13

5

6

12

7

10

8

11 D. E. F. 1. 2. 3. 4. 5. a

Circuito hidráulico alta presión. Circuito hidráulico baja presión. Circuito eléctrico. Esferas de suspensión (delantera). Cilindro de suspensión delantera. «T» de conexión delantera. Tornillo de purga. Conmutador de la suspensión con el mando impulsional.

10 D E F 11

9 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Depósito de fluido LDS. Captador de altura trasera. «T» de conexión trasera. Tornillo de purga. Cilindro de suspensión trasera. Esferas de suspensión (trasera). Bloque hidroelectrónico integrado. Captador de altura delantera.

Figura 7.33. Implantación de los elementos.

a


Depósito Está formado por un recipiente de plástico (véase la figura 7.34) para almacenar de forma presurizada el líquido hidráulico sintético, compuesto por las diferentes tomas de alimentación y retornos de los órganos del circuito, así como dos filtros de aspiración.

caso práctico inicial El nivel de líquido y su estado es muy importante para que el sistema funcione correctamente.


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Unidad 7

260

Bloque electrohidráulico Como se muestra en la figura 7. 35, está formado por el calculador, un motor eléctrico que arrastra una bomba de cinco pistones axiales, un acumulador antiimpulsos, un regulador de caudal, cuatro electroválvulas que sirven para alimentar los elementos de suspensión (véase la figura 7.36), dos válvulas antihundimiento, seis filtros y una válvula de sobrepresión. Su función consiste en gestionar el conjunto del sistema determinando la altura del vehículo a partir de las informaciones siguientes: • Velocidad del vehículo. • Alturas delantera y trasera. 1

4 3

2

1. Calculador 2. Entrada de líquido 3. Electrobomba 4. Grupo de electroválvulas a

Eje suspensión trasero

8

6

Figura 7.35. Bloque hidráulico.

9 5

4

3

7

2 1 a

Eje de suspensión delantero

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Depósito Filtro Grupo electrohidraúlico Acumulador Válvula de seguridad Electroválvula de escape trasera Electroválvula de escape delantera Electroválvula de admisión trasera Electroválvula de admisión delantera

Figura 7.36. Electroválvulas.

Bloque de suspensión Cada elemento consta de un cilindro hidráulico y una esfera. El cilindro hidráulico está unido al triángulo en la parte delantera del vehículo (véase la figura 7.37) y el brazo de suspensión, en la parte trasera (véase la figura 7.38). La esfera de chapa embutida, constituida por dos semicarcasas soldadas, se divide en dos partes por la membrana que separa el nitrógeno a presión del líquido hidráulico. En funciona-


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261

miento, los brazos transmiten los movimientos de la carrocería al bloque neumático por el desplazamiento del fluido hidráulico; las oscilaciones de la suspensión son atenuadas por un amortiguador de válvula incorporado al bloque neumático. Captadores de altura Constituidos por potenciómetros fijados a las barras estabilizadoras (véanse las figuras 7.37 y 7.38). Su función es informar al calculador de la altura del vehículo. SUSPENSIÓN DELANTERA 1. Bloque neumático 2. Fijación superior de cilindro hidraúlico 3. Tope elástico 4. Fuelle de protección 5. Cilindro hidráulico 6. Tubería de sobrante 7. Mangueta 8. Rodamiento de cubo 9. Anillo de freno 10. Bieleta de la barra estabilizadora 11. Cubo 12. Rótula inferior 13. Protector 14. Barra estabilizadora 15. Triángulo de suspensión 16. Apoyo delantero de triángulo 17. Apoyo de la barra estabilizadora 18. Apoyo trasero de triángulo 19. Corrector de altura 20. Mando de corrector de altura 21. Cuna 22. Barra anti-aproximación

2 1 3 22 4

20 17

19

5

14

6 10 8

21

7

9 12 11

13

16

18 15

a

Los captadores de altura informan al calculador de la altura del vehículo.

Figura 7.37. Suspensión delantera.

2 20

22

15 2 1

21

21

19 15 5 16

4

9

5

6

3

8

7

11

17

14

12

15 7

18

10 13 16

a


Figura 7.38. Suspensión trasera.

SUSPENSIÓN TRASERA 1. Travesaño 2. Soporte elástico 3. Barra estabilizadora 4. Brazo de suspensión 5. Tope 6. Mangueta 7. Rodamiento de rodillos cónicos 8. Cubo 9. Anillo de freno 10. Tuerca de cubo 11. Capuchón 12. Distanciador externo 13. Distanciador interno 14. Separador 15. Juntas 16. Casquillos de apoyo 17. Corrector de altura 18. Mando del corrector de altura 19. Fuelle de protección 20. Cilindro hidraúlico 21. Juntas tóricas 22. Esfera


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Unidad 7

262

3.4. Suspensión hidractiva 3+ La suspensión hidractiva 3+, además de adaptar la altura del vehículo en función de la velocidad y del estado de la carretera, como la suspensión hidractiva 3, también permite modificar la rigidez. Para ello, incorpora un tercer conjunto de muelle y amortiguador para cada eje, que se puede conectar y desconectar. Al conectarlo, la flexibilidad total de la suspensión es muy grande, de manera que el vehículo posee una gran comodidad. Por otra parte, si es preciso por razones de seguridad activa (curva, frenada o fuerte aceleración), este tercer muelle queda desconectado, de manera que la suspensión se endurece. Sobre un sistema de amortiguación variable normal, tiene la ventaja de poder cambiar la flexibilidad del muelle, no sólo la dureza del amortiguador. 1

10 1

2

3

5 6

2 4

2

5

9

D. E. 1 F. 1. 2 2. 3. 4.

4

7

13

6

5

11

5.

8 3

6. 7. 8. 9.

12

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. a

Bloque hidroelectrónico integrado Esfera de suspensión delantera Esfera adicional delantera Sensor de posición delantero Cilindro de suspensión trasera Esfera adicional trasera Sensor de posición trasero Caja de servidumbre inteligente Sensor de dirección del volante Depósito de fluido y freno

Circuito hidráulico

7 10.

Circuito electrónico

11. 12. 13.

8

10

9 11

Figura 7.39. Vehículo equipado con suspensión hidractiva 3+.

a

Circuito hidráulico alta presión Circuito hidráulico baja presión Circuito eléctrico Esferas de suspensión (delantera) Cilindro de suspensión delantera Regulador hidractivo 3+ delantera Acumulador de regulador hidractivo 3+ delantera Conmutador de la suspensión con el mando impulsional Depósito de fluido LDS Captador de altura trasera Regulador hidractivo 3+ trasera Acumulador de regulador hidractivo 3+ trasera Cilindro de suspensión trasera Esferas de suspensión (trasera) Bloque hidroelectrónico integrado Captador de altura delantera

10 D E F

11

Figura 7.40. Implantación de los elementos.

Regulador de rigidez Está constituido por una esfera, dos amortiguadores, una electroválvula y un tornillo de puesta fuera de presión (figura 7.41). Esfera Eje

Cilindro Regulador Esfera de suspensión

Depósito hidráulico Electroválvula

Cuerpo

Tornillo de purga

Electroválvula a

Figura 7.41. Regulador de rigidez.


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Posee tres modos automáticos: • Modo autopista: permite la disminución de 15 mm de altura del vehículo a partir de 110 km/h. Su principal objetivo es mejorar la aerodinámica con el corte de aire, así como la estabilidad bajando el centro de gravedad. • Modo de carretera deteriorada: aumenta 13 mm de altura hasta los 70 km/h. • Suspensión «confort» o «dinámica»: varía la rigidez de la suspensión. El bloque electrohidráulico integrado en la suspensión hidractiva 3+ determina la altura y rigidez en función de los parámetros siguientes: • Velocidad del vehículo. • Alturas delantera y trasera. • Velocidad de rotación del volante de dirección. • Ángulo de giro del volante de dirección. • Aceleración longitudinal del vehículo. • Aceleración lateral del vehículo. • Velocidad de desplazamiento de la suspensión. • Movimiento de la mariposa del acelerador. Estado firme: Cuando la electroválvula está alimentada (véase la figura 7.42a), su eje se desplaza, de tal forma que, por una parte, obstruye la alimentación procedente del bloque electrohidráulico y, por otra parte, libera el retorno al depósito. La parte inferior del eje se encuentra bajo la presión del depósito y la parte superior del eje está sometida a la presión de la esfera adicional. Debido a la diferencia de presiones, el eje se desplaza y obstruye el paso entre los elementos derecho e izquierdo. Por tanto, la esfera adicional se encuentra aislada. Estado elástico: Cuando la electroválvula no está alimentada (véase la figura 7.42b), su eje se desplaza bajo el efecto de la presión de alimentación, de tal forma que el retorno al depósito se encuentra obstruido y la presión en la parte inferior del eje es idéntica a la del bloque electrohidráulico. Por tanto, el eje se desplaza por la acción del muelle dando lugar al paso de fluido hidráulico entre las suspensiones derecha e izquierda. La esfera adicional no se encuentra aislada. 2

2

1

1

3 Circuito conectado Circuito desconectado Señal eléctrica a

Figura 7.42. Estados elásticos (a) y firme (b).

1

1

3 1. Muelles principales 2. Muelle secundario 3. Control electrohidráulico

caso práctico inicial Parámetros que utiliza el calculador para regular la flexibilidad y altura.


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En la figura 7.43 se muestra el sinóptico de la suspensión hidractiva 3+.

1

2

3

4

5

6 7

10 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. a

8

11

12

Botón selector Cuadro de instrumentos Captador de altura delantero Captador de altura trasero Calculador de ABS Contacto modo sport Calculador central (BSI) Calculador de suspensión Captador de ángulo de volante Electroválvula del regulador de rigidez delantero Electroválvula del regulador de rigidez trasero Calculador de gestión del motor Pulsador portón trasero

13 Línea de información Línea de comando Línea multiplexada

Figura 7.43.

EJEMPLO Cita los elementos que forman el regulador de rigidez. Solución Es un conjunto formado por una esfera, dos amortiguadores y una electroválvula.

ACTIVIDADES 11. Enumera la diferencia entre una suspensión hidroneumática y una suspensión hidractiva. 12. Explica la diferencia entre una suspensión pilotada y una supensión inteligente. 13. ¿Cómo se produce la variación de la flexibilidad? 14. ¿Qué ventaja aporta la hidractiva 3+? 15. Enumera los elementos que diferencian la hidractiva 3 de la hidractiva 3+.

9


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4. Suspensión neumática Este sistema tiene los mismos órganos que cualquier suspensión neumática, como fuelles y elementos que permiten la entrada y salida de aire del circuito neumático, pero además incorpora un regulador electroneumático que contiene en su interior las válvulas de solenoide o electroválvulas que están controladas por el calculador electrónico (figura 7.44). Filtro


Compresor Válvula de alivio Depósito húmedo

Depósito principal

Depósito auxiliar

Circuito frenos de aire comprimido

Regulador electroneumático


Captadores de nivel Velocidad km/h

U.E.C.

Mando a distancia Testigo Toma de diagnosis

Captador de baja presión a

Figura 7.44. Esquema de una suspensión neumática controlada electrónicamente.

4.1. Principio de funcionamiento Cuando aumenta la carga del vehículo, el resorte de aire se comprime. Por tanto, baja la carrocería y resulta una suspensión más dura. El calculador electrónico detecta a través del sensor de nivel una disminución de altura de la carrocería y automáticamente ordena la apertura de la electroválvula correspondiente para que permita la entrada de aire comprimido al resorte y se pueda regular la posición de la altura. El control de las electroválvulas del regulador electroneumático permite tener en cuenta cualquier variación de la carga; por tanto, la flexibilidad de la suspensión es variable. Cuando se descarga el vehículo, el aire de los resortes se expansiona disminuyendo su presión, con lo que varía la posición de la carrocería, que sube de altura. El sensor de nivel detecta esta subida de altura e informa al calculador electrónico, que ordena la apertura de la electroválvula para que salga aire del resorte y disminuye la altura de la carrocería hasta una posición adecuada.

4.2. Disposición de los elementos en el vehículo Como muestra la figura 7.45, el sistema de suspensión está formado por el circuito de alimentación, constituido por el depósito auxiliar (3) y el regulador electroneumático (4) que contiene en su interior las electroválvulas (5, 6 y 7) unidas mediante canalizaciones a los dos fuelles neumáticos (1), uno para cada lado del eje, y al corrector de frenada (8).


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En funcionamiento, cuando los sensores de nivel (11) detectan un desnivel de la plataforma, informan al calculador (9), el cual ordena la activación de la electroválvula correspondiente (5, 6, 7), incorporada en el regulador electroneumático (4) para permitir la entrada o salida de aire del fuelle. El mando a distancia (12) colocado en el salpicadero permite al conductor dar órdenes directas al calculador para que se produzca el aumento o disminución de nivel de los fuelles de la suspensión en las situaciones de carga o descarga. 1. Fuelles neumáticos: D. de la derecha I. de la izquierda 2. Válvula de cuatro vías del circuito neumático de frenos 3. Depósito auxiliar propio del circuito de la suspensión 4. Regulador electroneumático 5. Válvula de admisión del aire y de descarga 6 y 7. Válvulas de mando para los fuelles 8. Corrector de frenada 9. Unidad electrónica de control 10. Válvula de nivel derecha 11. Válvula de nivel izquierda 12. Mando a distancia 13. Contactor de baja presión 14. Dispositivo de escape

D

9 U.E.C.

5

8

1

10

7

6

13 3

4 14

2

I

12

1

11

a

Figura 7.45. Suspensión neumática controlada electrónicamente.

4.3. Estudio de los órganos constructivos Regulador electroneumático Es una pieza clave en el sistema (figura 7.46), está formado principalmente por un cuerpo que incorpora tres válvulas (1, 2 y 3) y tres electroválvulas (5, 6 y 7). La válvula (1) alimenta al fuelle neumático D de la derecha, mientras que la válvula (2) alimenta al fuelle neumático de la izquierda I. D 1

8

I

10 2

4

3

9

11

7 a

6

Figura 7.46. Regulador electroneumático.

5

12

1. Válvula de mando para alimentación y descarga del fuelle neumático de la derecha (D) 2. Válvula de mando para alimentación y descarga del fuelle neumático de la izquierda (I) 3. Válvula de admisión del aire y descarga 4. Fuelles neumáticos 5. Solenoide de la válvula de admisión y descarga 6. Solenoide de la válvula del fuelle izquierdo 7. Solenoide de la válvula del fuelle de la derecha 8. Depósito auxiliar de aire comprimido 9. Conducto de comunicación de las válvulas para el paso del aire 10. Placa de cierre 11. Canal para efectuar la descarga 12. Dispositivo de escape


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La válvula 3 cumple dos funciones diferentes: • La alimentación de aire del regulador electroneumático. • La expulsión del aire a la atmósfera a través de un conducto de escape (14) para vaciar el aire de los fuelles neumáticos cuando se desea bajar el nivel de la suspensión. El calculador propociona alimentación a las electroválvulas (5, 6 y 7). El funcionamiento del regulador electroneumático se produce de la forma siguiente: La válvula (3) está comunicada con el depósito (8) del que recibe alimentación. También se comunica con el exterior cuando la placa de cierre 10 cierra la entrada de aire al conducto de distribución (9) y permite la salida de aire a través del conducto (11). Cuando el calculador ordena la entrada de aire en el interior del regulador electroneumático, acciona el bobinado de la electroválvula (5), que coloca la válvula 3 en la posición abierta, y el aire puede penetrar hacia el interior del conducto de distribución (9). Desde donde puede trasladarse a cada uno de los fuelles neumáticos (4), dependiendo de la apertura de las válvulas (1 y 2). La posición de las válvulas (1 y 2) depende también de la acción de los bobinados (6 y 7), que permiten el cierre o apertura de cada una de ellas, según la orden recibida del calculador. Cuando el calculador detecta un desnivel en la plataforma, por ejemplo en el lado izquierdo, ordena el accionamiento de la electroválvula (6) cerrando la salida de aire y creando una presión capaz de abrir la válvula (2) que permite introducir aire en el fuelle I hasta alcanzar la altura correcta. Para sacar aire del fuelle neumático, por ejemplo en una descarga, el calculador deja de proporcionar corriente; la electroválvula (5), que acciona la válvula (3) la cual desciende por la acción del muelle y también la placa de cierre (10) hasta taponar la entrada del aire en el conducto (9). Por otra parte, se pone este conducto (9) en comunicación con la atmósfera a través del conducto interno (11). En cuanto el calculador registra un nivel adecuado para el fuelle en cuestión, levanta la posición de la válvula de servicio (3) e interrumpe el paso del aire de descarga.

a

Figura 7.47. Regulador electroneumático en el vehículo.

267

saber más La elasticidad de la suspensión neumática La suspensión neumática pilotada está basada en el aprovechamiento de la elasticidad que proporciona una cantidad de aire dentro de los fuelles.


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VS(F55) A30

X2 X1 15/9 15/13

X2 NR(ENR) 15/15 A14

X2 X2 X2 15/4 15/7 15/9

1 1

4

X2 X2 15/1 15/3

12.05

12.06 P

4

X2 15/9

12.06

4

P 4

4

12.06

X2 15/6

P 4

X2 15/5

X2 15/8

4

43.01

12.05

1

X2 X2 X2 X2 15/13 15/11 15/10 15/4

4

43.01

43.01

1

1

1

38.02 38.02

22 25 2

21 14

30.01

12

1

3

1

39.02

5.01 V

33.05

12

23

38.02 23

12.09

4

1

43.01

12.05

7.02

X

Z DS

NR(ENR) A14

X1 X1 X1 15/1 15/2 15/3

X1 X1 X1 15/14 15/7 15/12

1A

X1 X1 X1 X1 15/8 15/11 15/13 15/15

15 31 30

P2

10.10

9.05 9.05

a

42.13

1

43.01

2 1

1

43.01 1

4

Y AH8

2A

Abreviatura

Denominación

5.01

Depósito de aire comprimido de una cámara

7.02

Válvula de descarga de reflujo limitado

9.05

Avisador luminiscente amarillo

10.10

Unidad de mando

12.05

Sensor de carrera

12.06

Sensor de presión

12.09

Sensor de agua de condensación

30.01

Válvula de seguridad

33.05

Bloque de válvulas electromagnéticas eje delantero

38.02

Empalme de comprobación M16 x 1.5

39.02

Silenciador

42.13

Bloque de válvulas electromagnéticas eje trasero

43.01

Fuelle de tubo

Figura 7.48. Esquema electroneumático y funcionamiento.

Mando a distancia El calculador está unido por un cable largo al mando a distancia, el cual permite al conductor regular la altura de la suspensión (figura 7.49). Captador de nivel Como muestra la figura 7.50, los captadores de nivel están constituidos por un cuerpo (1) unido por un extremo a una varilla (2). Esta modifica el eje interior del mismo (3) con la variación de nivel, dando origen a una señal eléctrica en función de este, que informará al calculador. 2

a

d

1

Figura 7.49. Mando a distancia.

Figura 7.50. Captador de nivel.

1. Cuerpo de dispositivo 2. Bieleta de mando 3. Solenoide del captador

3


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4.4. Amortiguador PDC (Pneumatic Damping Control, control neumático de la amortiguación) En vehículos de turismo y todoterrenos, se utiliza una suspensión neumática independiente pilotada electrónicamente. Puede ser utilizada solo en el eje trasero o en ambos (véase la figura 7.51). Su función es mantener constante el índice de amortiguación y conseguir un comportamiento de regulación constante de altura, de cuatro niveles. Transmisor de nivel del vehículo trasero derecho

Acumulador presión Unidad de control

Brazo telescópico neumático trasero derecho con amortigación en función de carga

Unidad de mandos

Brazo telescópico delantero derecho

Transmisor de nivel del vehículo trasero izquierdo Conducciones eléctricas/ neumáticas Transmisor de nivel del vehículo delantero derecho Brazo telescópico delantero izquierdo

Transmisor de nivel del vehículo delantero izquierdo a

Brazo telescópico trasero izquierdo con amortiguación en función de la carga

Grupo de alimentación de aire con: compresor válvula de descarga válvulas de cierre transversal transmisor de temperatura transmisor de presión

Figura 7.51. Vehículo equipado con amortiguadores PDC.

En la figura 7.52 se muestra la constitución del conjunto amortiguador integrado en el fuelle. La modificación de la fuerza de amortiguación se realiza por medio de una válvula PDC integrada en el amortiguador. Como se muestra en la figura 7.53, el amortiguador puede ir integrado o separado del muelle neumático (están comunicados a través de una tubería flexible). En función de la carga del vehículo, se modifica un estrangulador variable en la válvula PDC que influye sobre la resistencia de flujo y, por tanto, sobre la fuerza de amortiguación en las etapas de tracción y compresión.


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Cierre superior de carcasa Anillo tensor Capa cubriente interior

Muelle neumático (balona)

Guarnecido interior textil 1

Muelle neumático

Guarnecido interior textil 2

Tubería flexible

Capa cubriente exterior

Válvula PDC

Émbolo de desarrollo a

Émbolo de desarrollo

Figura 7.52. Amortiguador integrado en el fuelle.

a

Figura 7.53. Tipos de amortiguadores PDC.

Constitución y funcionamiento Como se muestra en la figura 7.54, la válvula PDC ejerce mayor o menor resistencia sobre el flujo del líquido en la cámara de trabajo 1. Cuando existe baja presión en el muelle neumático, por ejemplo vehículo vacío o poca carga, la válvula PDC ofrece una baja resistencia de flujo, por consiguiente una parte del aceite evade la válvula amortiguadora correspondiente. Por tanto, resulta reducida la fuerza de amortiguación. La resistencia que ofrece la válvula PDC al flujo de aceite es proporcional a la presión del muelle neumático. La fuerza de amortiguación depende de la resistencia que oponga al flujo la válvula de amortiguación tanto en compresión como en tracción.

Carga de gas

Tope de tracción Cámara de trabajo 1 Estrangulador en el empalme neumático

Taladros Válvula del émbolo con retén Cámara de trabajo 2

Válvula PDC Válvula en la base a

Figura 7.54. Amortiguador PDC.

Funcionamiento Etapa de tracción con baja presión del muelle neumático El émbolo es tirado hacia arriba, como se muestra en la figura 7.55. Una parte del aceite fluye a través de la válvula del émbolo y la otra parte fluye por los taladros en la cámara de trabajo hacia la válvula PDC. Debido a la baja presión de control del muelle neumático, es baja también la resistencia de flujo de la válvula PDC y se reduce la fuerza de amortiguación.


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Etapa de tracción con alta presión del muelle neumático Como se muestra en la figura 7.56, la presión de control y la resistencia que opone la válvula PDC es alta. Por tanto, el flujo de aceite tiene que pasar por la válvula del émbolo, aumentando así la fuerza de amortiguación.

Baja presión del muelle neumático

Alta presión del muelle neumático

Válvula PDC abierta

Figura 7.55. Tracción con baja presión del muelle neumático.

a

Válvula PDC cerrada Figura 7.56. Tracción con alta presión del muelle neumático.

a

Etapa de compresión con baja presión del muelle neumático El émbolo es oprimido hacia abajo, como se muestra en la figura 7.57. La amortiguación queda definida por el paso de flujo por la válvula de la base y también por el émbolo. El aceite despejado por el movimiento del émbolo fluye, a través de la válvula de la base, hacia la cámara de las reservas y, a través de los taladros en la cámara de trabajo 1, hacia la válvula PDC. Con baja presión del muelle neumático, la presión de control también es baja, ofreciendo poca resistencia al paso de flujo por la válvula PDC, reduciéndose así la fuerza de amortiguación.

Baja presión del muelle neumático

Válvula PDC abierta Figura 7.57. Compresión con baja presión del muelle neumático.

a

Alta presión del muelle neumático

Válvula PDC cerrada a Figura 7.58. Compresión con alta presión del

muelle neumático.


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Unidad 7

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Etapa de compresión con alta presión del muelle neumático Como se muestra en la figura 7.58, cuando existe una alta presión de control y, por tanto, una alta resistencia de flujo por parte de la válvula PDC, la mayor parte de flujo tiene que pasar por la válvula de la base, aumentando la fuerza de amortiguación. Compresor Para la generación del aire comprimido se emplea un compresor de émbolo alternativo con deshidratador integrado (véase la figura 7.59), para evitar así la suciedad de aceite en los fuelles. El compresor es de una versión de funcionamiento que no necesita engrase ni cojinetes con lubricación permanente. Para proteger el compresor contra un posible sobrecalentamiento, se desactiva si tiene una temperatura excesiva.

Válvula de descarga

Caja de plástico con unidad de control

Válvula de descarga neumática en la válvula limitadora de presión Válvula de retención 3 Válvula de descarga

Válvula de retención 1 Deshidratador

Segmento PTFE p. émbolo Filtro de aspiración

Compresor V66 Empalme de presión Filtro de descarga

Válvulas de cierre transversal a

Silentbloc

Válvula de retención 2

Figura 7.59. Compresor y su funcionamiento (a la derecha).

Aspiración y compresión Como se muestra en la figura 7.60, durante el movimiento ascendente del émbolo, se aspira aire del exterior que pasa a la parte inferior a través de un filtro. En la zona superior del émbolo se comprime pasando a través de la válvula de retención 1 hacia el deshidratador. A través de la válvula de retención 2, el aire comprimido y deshidratado se conduce hacia las válvulas de cierre. Deshidratador Para evitar la condensación de agua y los problemas de corrosión y congelación, es importante deshidratar el aire. El sistema empleado es un deshidratador regenerativo (véase la figura 7.61). El secante es un granulado de silicato sintético, capaz de almacenar una cantidad de agua. El deshidratador es regenerativo y solo funciona con aire filtrado, exento de aceite, por tanto también está exento de mantenimiento.


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Deshidratador

273

Válvula de retención 1 Carga de granulado

Válvula de retención 2 Empalme de presión a Figura 7.60. Funcionamiento del deshidratador.

a

Figura 7.61. Deshidratador

Regeneración En una primera fase, el aire comprimido pasa a través del deshidratador (véase la figura 7.62). La humedad es retenida y se almacena internamente en el deshidratador y el aire pasa en estado seco hacia el sistema. La regeneración del deshidratador se realiza en el ciclo de descarga. Durante la descarga, el aire residual realimenta el deshidratador, en el cual absorbe de nuevo la humedad que se encuentra en el mismo. Deshidratador

a

Figura 7.62. Proceso de regeneración.

Válvula de descarga La válvula de descarga es una versión de 3/2 vías con tres conexiones y dos posiciones (véase la figura 7.63). En funcionamiento, se encuentra cerrada, sin corriente, y se utiliza únicamente para la descarga y permitiendo el descenso. Válvula para brazo telescópico La válvula de los brazos telescópicos es una versión de 2/2 vías con dos conexiones y dos posiciones (véase la figura 7.64). Se utiliza para cargar y descargar los muelles neumáticos. Permite la entrada y salida de aire de los mismos. La unidad de control excita la válvula de descarga, conjuntamente con las válvulas de los brazos telescópicos para efectuar la descarga.


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274

a

Figura 7.63. Válvula de descarga.

Figura 7.64. Válvula para brazo telescópico (amortiguador).

a

Transmisor para regulación de nivel Es el encargado de detectar el nivel del vehículo (véase la figura 7.65). Se emplea un sensor goniométrico sin contacto físico que determina la carrera de contracción del eje trasero con respecto a la carrocería, con ayuda de un mecanismo de bieletas de acoplamiento. Integración en un eje de brazos interconectados Soporte (fijado a la carrocería)

Transmisor para regulación de nivel G84

Bieleta de acoplamiento

Transmisor para regulación de nivel G84 Soporte

Bieleta acoplamiento

Barra estabilizadora Perfil transversal del eje

a

Integración en un tracción quattro con eje de doble brazo transversal

Bastidor auxiliar

Figura 7.65. Capador de nivel.

Funcionamiento Está formado por un imán anular exterior (véase la figura 7.66) y, en su interior, por un núcleo férrico formado por dos piezas con un Hall entre ambas. El circuito integrado Hall está situado en posición descentrada. Por tanto, según la posición del imán anular varía el campo magnético que pasa por el circuito integrado de Hall. La señal que de ahí resulta es transformada en una señal de tensión proporcional al ángulo. Esta señal de tensión analógica se utiliza por la unidad de control para determinar el nivel momentáneo del vehículo. Funcionamiento del circuito neumático Como se muestra en la figura 7.67, el circuito está aplicado sobre el eje trasero. Existen también vehículos que incorporan amortiguadores PDC en las cuatro ruedas, resultando un circuito con dos brazos telescópicos más con sus respectivas válvulas.


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Desvío 35° a la izquierda

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Sin desviación N

Desvío 35° a la derecha N

N

S

S S

Estator (núcleo férrico dividido)

Rotor (imán anular)

IC de Hall

Voltios Posición media Posición aproximada del nivel teórico

Ángulo de giro a

Figura 7.66. Funcionamiento del circuito integrado de Hall.

de la unidad de control

del relé para compresor

10

9

8

Esquema hidráulico 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

7 1

2

4 3

6

5

10. 11.

11

12

13

12. 13.

de la unidad de control 14 a

Figura 7.67. Circuito neumático eje trasero.

Fase de carga La unidad de control acciona las válvulas 11 y 12 de los brazos telescópicos para permitir la entrada del aire. Fase de descarga La unidad de control acciona todas las válvulas 11 y 12 de los brazos telescópicos para permitir la salida del aire y simultáneamente acciona también la válvula de descarga 10.

14.

Filtro de aspiración Compresor con motor Válvula de retención 1 Deshidratador Válvula de retención 2 Válvula de retención 3 Estrangulador Filtro de descarga Válvula de descarga neumática Válvula de descarga Válvula para brazo telescópico tra. izq. Válvula para brazo telescópico tra. der. Muelle neumático trasero izquierdo Muelle neumático trasero derecho


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4.5. Amortiguador CDC (Continuous Damping Control) Permite conseguir regulación continua de la amortiguación, mantenimiento del vehículo a un nivel constante sobre el pavimento, independientemente de la carga, y enorme capacidad de adaptación a los deseos del conductor o a la velocidad del vehículo (véase la figura 7.68). Cable del amortiguador Soporte de fijación superior del brazo telescópico Soporte (de tracción y presión)

Tapa del muelle neumático Balona del muelle neumático

Tapa del muelle neumático Acumulador adicional

Muelle adicional (tope elástico)

Émbolo de desarrollo para la balona

Varilla de émbolo del amortiguador Guía exterior

Fuelle (fuelle de protección)

Cable del amortiguador Soporte (de tracción y presión) Muelle adicional (tope elástico)

Balona del muelle neumático Émbolo de desarrollo para la balona

Varilla de émbolo del amortiguador Guía exterior

Fuelle (fuelle de protección)

Acumulador adicional

Amortiguador

Amortiguador

Cable de conexión

Varilla de émbolo hueca

Carcasa Bobina electromagnética Tubo 1 (tubo de depósito) Inducido Tubo 2 (tubo de cilindro) Muelle de válvula Válvula amortiguadora principal Válvula adicional

Flujo de aceite

a

Figura 7.68. Amortiguadores CDC.


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Está formado por un amortiguador bitubo de gas presurizado con reglaje eléctrico continuo. El conjunto resorte amortiguador se denomina brazo telescópico neumático. Utiliza un acumulador adicional que difiere si va montado al eje delantero o al eje trasero. En el eje delantero se reconoce como un cilindro pequeño y en el eje trasero tiene forma de esfera, con mayor capacidad. En la figura 7.69 se muestra el grupo propulsor del aire y las conexiones del mismo. Bloque de válvulas electromagnéticas

Aislador de vibraciones Motor eléctrico

Silenciador/filtro

Tubo de aspiración/ descarga

Pieza de empalme en T entre los tubos de aspiración/descarga

Tubo de descarga

Compresor Sensor de temperatura del compresor Válvula neumática Deshidratador de aire de descarga

delante izquierda/rojo Acumulador de presión/lila Empalme compresor Terminal eléctrico

detrás izquierda/ negro detrás derecha/azul delante derecha/verde Bloque de válvulas electromagnéticas a

Figura 7.69. Grupo de alimentación de aire.


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La válvula para reglaje de la amortiguación Realiza la modificación de la fuerza de amortiguación sobre un extenso margen, mediante una válvula de mando eléctrico integrada en el émbolo. La unidad de control modifica la corriente aplicada a la bobina electromagnética, en milésimas de segundo, para adaptarse a las necesidades momentáneas, modificando a la vez el paso de flujo de aceite que pasa por la válvula del émbolo, y con éste la fuerza de amortiguación. El sistema está formado por: • Una unidad de control. • Un muelle neumático y un sensor de nivel del vehículo en cada costado. • Un amortiguador regulable en cada costado, integrado en el brazo telescópico. • Un compresor con deshidratador de aire y sensor de temperatura. • Un bloque de válvulas electromagnéticas, compuesto por cuatro válvulas, una válvula de descarga, una válvula acumulador de presión y un sensor de presión integrado. • Un acumulador de presión. • Tuberías de aire desde el compresor hacia los diferentes brazos telescópicos neumáticos y hacia el acumulador de presión. • En cada brazo telescópico neumatico, un sensor de aceleración de la rueda. • Tres sensores de aceleración de la carrocería. Los sensores de aceleración de las ruedas que van montados a cada amortiguador informan, conjuntamente con los sensores de aceleración de la carrocería, a la unidad de mando, que los utilizan para calcular el tarado necesario para los amortiguadores. Funcionamiento del circuito neumático Fase de carga La unidad de control (véase la figura 7.70) acciona las válvulas 12, 13, 14, 15 de los brazos telescópicos para permitir la entrada del aire. Fase de descarga La unidad de control acciona todas las válvulas 12, 13, 14, 15 de los brazos telescópicos para permitir la salida del aire y, simultáneamente, acciona también la válvula de descarga 2. Acumulador El acumulador de presión permite elevar rápidamente el nivel del vehículo; para ello, la unidad de control acciona la válvula 11. También evita las emisiones sonoras. Si hay suficiente presión en el acumulador se pueden ejecutar ciclos de regulación ascendente sin intervención del compresor. Cuando se produce una bajada de presión, es detectada por el sensor de presión, que informa a la unidad de control, que, a su vez, ordena el funcionamiento del compresor y la apertura de la válvula 11.


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J403

J197 Esquema neumático 1. Válvula neumática de descarga 2. Válvula eléctrica de descarga 3. Silenciador/filtro 4. Compresor 5. Válvula de retención 1 6. Deshidratador de aire 7. Estrangulador de descarga 8. Válvula de retención 3 9. Válvula de retención 2 10. Sensor de presión 11. Válvula para acumulador de presión 12. Válvula para brazo telescópico tra. izq. 13. Válvula para brazo telescópico tra. der. 14. Válvula para brazo telescópico del. izq. 15. Válvula para brazo telescópico del. der. 16. Acumulador de presión 17. Brazo telescópico trasero izquierdo 18. Brazo telescópico trasero derecho 19. Brazo telescópico delantero izquierdo 20. Brazo telescópico delantero derecho

2

1 7

5 4

8

6

3

9

p 10 11

12

13

14

15

16

17

a

18

19

20

Figura 7.70. Elementos del sistema.

EJEMPLO ¿A qué elemento del circuito de frenos transmite información la suspensión de las condiciones de carga? Solución Al corrector de frenada.

ACTIVIDADES 16. Explica la diferencia entre una suspensión neumática y una suspensión neumática pilotada. 17. Dibuja de forma esquemática los elementos de la suspensión neumática controlada y realiza la unión entre ellos. 18. ¿Qué elementos intervienen en la obtención de la flexibilidad variable? 19. ¿Qué elemento modifica la fuerza de amortiguación en un amortiguador PDC? 20. ¿Qué función cumple el deshidratador?


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5. Control antibalanceo activo Cuando el vehículo toma una curva (figura7.71), la acción de la fuerza centrífuga hace que el peso se sobrecargue sobre las ruedas exteriores produciendo la inclinación de la carrocería hacia ese lado. Para limitar esta inclinación en beneficio de la estabilidad del vehículo y de la comodidad de los pasajeros, se emplean las barras estabilizadoras, que se colocan tanto en el eje delantero como en el eje trasero, enlazando los sistemas de suspensión de ambas ruedas del mismo eje. Al tomar una curva, el vehículo se inclina hacia un lado, aumenta la diferencia angular entre los brazos derecho e izquierdo de un mismo eje. Entonces se aplica un par de torsión sobre la barra estabilizadora que la retuerce oponiéndose a esta acción y por tanto, presenta una dificultad a la inclinación de la carrocería. Cuanto más rígida sea una barra estabilizadora, con mayor eficacia se opone al balanceo, pero disminuye la flexibilidad a la suspensión y el confort de los pasajeros. a Figura 7.71. Esquema neumático.

Por tanto, se necesita una barra estabilizadora flexible para circular en línea recta, donde el balanceo del vehículo es mínimo (se obtiene gran confort), y otra más rígida para tomar las curvas, donde el balanceo es máximo (se obtiene gran estabilidad y seguridad del vehículo). Esta es la gran ventaja que aporta el sistema antibalanceo.

5.1. SC/CAR saber más Flexibilidad variable Es posible modificar el estado de rigidez de la barra estabilizadora, mediante una barra estabilizadora de flexibilidad variable.

El sistema SC/CAR (Systeme Citroën/Control Active Roulis), aunque es independiente, se añade a los efectos producidos por la suspensión hidractiva. Mantiene la carrocería horizontal en las curvas, con lo que los neumáticos trabajan en las mejores condiciones de geometría y adherencia. Las leyes de cambio de estado de la suspensión hidractiva han sido adaptadas, con pasos más frecuentes al estado sport (suspensión rígida), para limitar los movimientos y las amplitudes de cabeceo en una carrocería sobre la que se han suprimido los movimientos de balanceo. Este dispositivo combina dos subsistemas independientes para combatir el balanceo: 1. Conmutación anticipada entre dos estados de rigidez de la barra estabilizadora. Parámetros de amplitud y velocidad volante + velocidad vehículo

Calculador hidractiva + SC/CAR

Conmutación: estado flexible o rígido de la barra estabilizadora


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2. Corrección del ángulo de inclinación. Detección del diferencial angular de los dos brazos delanteros

Corrector de balanceo

Conmutación: estado flexible o rígido de la barra estabilizadora

Principio de funcionamiento Como se muestra en la figura 7.72, en una trayectoria recta, el cilindro hidráulico está comunicado con la esfera. De esta manera, la barra estabilizadora no actúa directamente sobre la carrocería y no perjudica el confort, pero al iniciar una curva se interrumpe esa comunicación y la barra estabilizadora actúa de manera rígida (normal). Vehiculo con suspensión clásica

Xantia activa

Principio (cilindro delantero)

Línea A recta

Inicio de una curva

B

Curva pronunciada C

Esfera de regulador Cámara pequeña 20

15 Cámara grande

16

1

1 2 14 21

9 A.P.

C

12 B a

A

Figura 7.72. Funcionamiento del sistema antibalanceo.

1. 9. 12. 14. 15. 16. 20. 21. A. B. C.

Calculador suspensión Esfera SC/CAR (acumulador) Válvula de seguridad Corrector SC/CAR Cilindro SC/CAR delantero Cilindro SC/CAR trasero Regulador SC/CAR Electroválvula de regulador SC/CAR Hacia dosificador de frenos Hacia suspensión trasera Hacia suspensión delantera


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Cuando se supera una inclinación de la carrocería de más de 0,3°, el cilindro recibe o expulsa líquido a presión, estirándose o encogiéndose, con lo que se aplica una fuerza en sentido contrario a la inclinación de la carrocería. Disposición de los elementos

saber más Estabilidad y confort Los sistemas antibalanceo corrigen la inclinación de la carrocería que se produce al tomar las curvas, dotando al vehículo de mayor estabilidad y confort.

El Sistema Citroën de Control Activo del Balanceo (SC/CAR) es un complemento a la suspensión hidractiva que recurre a la inteligencia de la electrónica y a la fuerza de la hidráulica para mantener el vehículo en posición horizontal. Como muestra la figura 7.73, el sistema está formado por una parte electrónica, una hidráulica y otra mecánica. La parte electrónica está formada por dos captadores (captador de volante) (3) y de velocidad del vehículo (6), comunes para la suspensión hidractiva y SC/CAR transmiten al calculador de suspensión (1) las informaciones de ángulo y velocidad de volante, así como la velocidad del vehículo. El calculador (1) contiene el programa preestablecido de cada una de estas funciones que operan de manera independiente. La etapa que afecta al sistema antibalanceo (SC/CAR) provoca, según una estrategia que difiere en función de la velocidad del vehículo, un aumento de la rigidez del balanceo en curvas. Para ello actúa sobre la electroválvula (21) del regulador SC/CAR (20). La parte hidráulica utilizada por el sistema antibalanceo SC/CAR está constituida por la misma fuente de presión y líquido que abastece la dirección, los frenos y la suspensión. El sistema hidráulico está unido por un circuito específico. Se constituye de: • Un cilindro hidráulico (15), situado en la parte delantera izquierda, que une la barra estabilizadora y el brazo de suspensión delantero izquierdo. • Un cilindro hidráulico (16), situado en la parte trasera derecha, que une la barra estabilizadora trasera con el brazo de suspensión trasero derecho. • Una esfera que constituye el elemento elástico del circuito de los cilindros. Está situada en la parte trasera (central), formando un conjunto con el regulador SC/CAR (20) y la electroválvula (21). • Un corrector SC/CAR (14) comandado por bieletas, que provoca el accionamiento de los cilindros (15) y (16) para mantener la carrocería horizontal. Está fijado sobre el puente delantero. • Un acumulador de líquido para el propio sistema. Para que exista un equilibrio durante la corrección del balanceo, los cilindros del sistema SC/CAR están montados en diagonal. La mecánica del sistema está compuesta de: • Una barra estabilizadora delantera. • Una barra estabilizadora trasera. • Un conjunto de bieletas y resortes que aseguran la unión entre los dos brazos de suspensión delanteros y el corrector SC/CAR (14).


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SINÓPTICO DEL CIRCUITO DE SUSPENSIÓN HIDRACTIVA CON SC/MAC Y SC/CAR

2

3

4

5

6

7

8

1

11

10

9

14

15

13 12

16 17 18

19

20-21 23

24

22

26-27 25

28-29 31

30

=

32 33

= LHM 3

6 KM/H

20 16 1

A 15 14

aa

Figura 7.73.

21

9

Alta presión Presión de utilización Baja presión Información o mando eléctrico

Calculador de suspensión Captador angular de dirección Captador de velocidad vehículo Esfera SC/CAR Corrector SC/CAR Cilindro SC/CAR delantero Cilindro SC/CAR trasero Regulador SC/CAR Electroválvula de regulador SC/CAR A. Fuente de presión

1. 3. 6. 9. 14. 15. 16. 20. 21.


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Mando mecánico del balanceo El mando del balanceo (figura 7.74) da la orden necesaria para mantener la carrocería en posición horizontal durante una curva. Los movimientos oscilantes de los brazos delanteros (A y B) son transformados mediante bieletas (a y b) en movimientos rectilíneos. El mando de balanceo, provisto de dos resortes, mide la diferencia de desplazamiento de las bieletas provocada por la diferencia de posición angular de los brazos de suspensión delanteros. Una diferencia de 0,3° de los ángulos de los brazos delanteros provoca el desplazamiento del eje corrector SC/CAR (c). B

C

A

b

a

C a

b a

A-B. Brazos oscilantes C. Corrector antibalanceo a-b. Bieletas

Figura 7.74. Mando mecánico del balanceo.

Corrector del balanceo El corrector de balanceo (figura 7.75), igual que en la suspensión, es el encargado de añadir o retirar líquido hidráulico de los cilindros, con el fin de modificar su longitud y, por consiguiente, equilibrar la carrocería del vehículo. El corrector solo debe de actuar en solicitaciones importantes, con el fin de privilegiar el confort. Es un distribuidor de dos vías que según la posición de su eje: • Pone en comunicación la admisión con la utilización de los cilindros. • Pone en comunicación la utilización de los cilindros con el retorno al depósito. • Aísla la utilización de los cilindros de la admisión y el escape (posición neutra).


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RD

AP

5 4

5 4

1

1

1. Muelle 2. Válvula 3. Eje distribuidor 4. Arandelas metálicas

3 C

2

5. Membrana de goma

D

2

AP. Llegada alta presión RD. Retorno depósito CS. Cilindro de suspensión

CS a

Figura 7.75. Corrector balanceo.

Tren delantero Como muestra la figura 7.76, el cilindro 9 permite inclinar la carrocería con relación al suelo para obtener el comportamiento natural deseado. 1 2 3 3 9 X 7

4

8 6 5

4

1. Fijación superior del elemento portador 2. Fijación del elemento portador a la carrocería 3. Fijación superior de la bieleta o del cilindro a

4. Fijación inferior de la bieleta o del cilindro 5. Fijación de la rótula 6. Fijación de la rótula sobre el pivote 7. Fijación del elemento portador al pivote 8. Fijación de la transmisión sobre el eje 9. Cilindro

Figura 7.76. Tren delantero.

El cilindro SC/CAR une la barra estabilizadora 4 al elemento de suspensión delantero izquierdo. De esta forma, la unión de la barra estabilizadora con el elemento de suspensión está asegurada en el lado derecho por una bieleta de longitud fija y en el lado izquierdo por un elemento de longitud variable (cilindro SC/CAR).


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Hidráulicamente, el cilindro puede presentar tres estados diferentes: • Unido a la esfera del regulador SC/CAR: mayor elasticidad en línea recta. • Completamente aislado: asegura la rigidez al inicio de la curva. • En unión con la fuente de presión: mantiene la carrocería horizontal en giros pronunciados. Tren trasero El cilindro permite inclinar la carrocería con relación al suelo para obtener el comportamiento natural deseado. La barra estabilizadora está fijada sobre el eje trasero. Como muestra la figura 7.77, el cilindro SC/CAR (16) une la barra estabilizadora (15) al brazo de suspensión trasero derecho. De esta forma, la unión de la barra estabilizadora y los brazos de suspensión traseros, está asegurada por una bieleta de longitud fija en el lado izquierdo y un elemento de longitud variable (cilindro SC/CAR) en el lado derecho. Hidráulicamente el cilindro puede presentar tres estados diferentes: • Unido a la esfera de regulador SC/CAR: mayor elasticidad en línea recta. • Completamente aislado: asegura la rigidez al inicio de la curva. • En unión con la fuente de presión: mantiene la carrocería horizontal en giros pronunciados.

14

15

16

20

19 18

14. Fijación de la brida de apoyo de unión 15. Fijación varilla de mando de altura trasera SC/CAR 16. Fijación inferior del cilindro de SC/CAR 17. Fijación superior del cilindro SC/CAR a

Figura 7.77. Tren trasero.

17

18. Fijación superior de la bieleta 19. Fijación de la brida de apoyo de barra estabilizadora 20. Fijación inferior de la bieleta


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5.2. ARS El sistema de Sanchs Boge (figura 7.78) o sistema antibalanceo activo ARS (Active Roll Stabilization) sustituye la barra estabilizadora convencional por una barra activa. Esta barra activa está formada por dos semibarras conectadas entre sí mediante un motor hidráulico.

3

2

4 1

5

6

8 1 7

1. Estabilizadora activa con motor de giro 2. Electrónica de mando 3. Sensor para la velocidad 4. Sensor para el ángulo de la dirección a

5. Sensor para el ángulo de la mariposa 6. Bloque de válvulas 7. Bomba 8. Vaso de expansión

Figura 7.78. Vehículo equipado con control de balanceo ARS.

Si el motor permanece en reposo, las dos semibarras se pueden mover de forma independiente, de tal forma que no afectan al confort. Cuando el coche que es sometido a una fuerza lateral al iniciar una curva, el motor colocado entre las dos semibarras actúa, ejerciendo fuerza la una sobre la otra y realizando la unión de la suspensión de las dos ruedas de cada eje con la fuerza que sea precisa. Se obtiene así una barra estabilizadora rígida (normal) que proporciona una gran estabilidad. El calculador recibe información mediante los sensores de: • Velocidad del vehículo. • Posición del acelerador. • Ángulo de giro del volante. A partir de estos parámetros obtenidos, el calculador envía órdenes a un grupo hidráulico que contiene las electroválvulas. Esta recibe la presión de una bomba y la envía al motor hidráulico que hay entre las dos semibarras estabilizadoras a través de un acumulador. En función del paso de aceite que permitan las electroválvulas al motor hidráulico, se ejercerá más o menos fuerza entre las dos semibarras estabilizadoras. Este sistema no solo aporta las ventajas de tener o no tener barra estabilizadora, sino que también puede variar su dureza.


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Unidad 7

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En funcionamiento Como muestra la figura 7.79, a través de la información recibida de los sensores, el calculador detecta una inclinación transversal de la carrocería del vehículo. Entonces acciona la bomba y permite el paso de líquido a través de las electroválvulas hacia los motores hidraúlicos. Por tanto, la fuerza entre las barras estabilizadoras va aumentando y la rigidez de la barra estabilizadora se hace cada vez mayor.

Semibarra estabilizadora Motor hidráulico delantero

Motor hidráulico trasero

M

Bomba hidráulica

M

Vaso de expansión Acumulador Bloque hidráulico (electroválvulas)

Volante de dirección Posición del acelerador

Calculador

Velocidad de vehículo a

Figura 7.79. Esquema de funcionamiento antibalanceo ARS.

6. Intervenciones sobre el sistema 6.1. Precauciones y mantenimiento Hay que tener las mismas precauciones y realizar el mismo mantenimiento que en sistemas hidroneumáticos y neumáticos. Advertencia: para quitar presión al circuito, se procede de la misma forma que en la suspensión hidroneumática. Si el vehículo está equipado con sistema antibalanceo, se debe accionar alternativamente (4 o 5 veces), las dos bieletas de mando del corrector SC/CAR para provocar la caída de presión de la esfera delantera y la esfera del regulador SC/CAR.


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6.2. Comprobación y localización de averías En cuanto a controles y reglajes, se utiliza el mismo procedimiento que en la suspensión convencional y con regulación automática de altura. La única diferencia respecto a los sistemas vistos anteriormente consiste en la incorporación de un circuito eléctrico y un calculador electrónico. Los calculadores están equipados de una memoria donde son registrados los defectos de funcionamiento del sistema (permanentes o fugaces). El reparador tiene la posibilidad de leer esta memoria con la ayuda de los equipos de diagnosis establecidos por el fabricante. Para efectuar la reparación es imprescindible disponer de manuales técnicos de reparación donde se encuentran los datos, esquemas y método a seguir. Datos orientativos (que no deben de utilizarse como una norma). Para realizar las comprobaciones eléctricas de una suspensión pilotada electrónicamente a través del conector del mazo de cables, es necesario utilizar un multímetro o bien un osciloscopio junto con una caja de pruebas para verificar las señales en los terminales. El proceso consiste en intercalar entre la U.E.C. y el conector del mazo de cables del vehículo la caja de conexiones mediante el cable adaptador adecuado. Las conexiones de los terminales están colocadas en filas por orden numérico y tienen grandes enchufes de conexión que permiten conectar con seguridad los cables de pruebas en el circuito, evitando la posibilidad de conectar con un terminal incorrecto y, a la vez, reducir la posibilidad de dañar los componentes. Si no se dispone de una caja de pruebas o de los cables adaptadores adecuados, la comprobación se realiza por el cableado del conector del mazo de cables retirando la tapa protectora del conector para acceder a los terminales.

EJEMPLO ¿A partir de qué inclinación interviene el sistema antibalanceo? Solución 0,3°

ACTIVIDADES 21. ¿Cómo se consigue evitar el balanceo? 22. ¿Qué elementos intervienen en el sistema antibalanceo SC/CAR? 23. ¿Qué elementos intervienen en el sistema antibalanceo ARS? 24. ¿Cuál es la diferencia más significativa entre ambos sistemas? 25. ¿Qué ventajas se obtienen con los sistemas antibalanceo al tomar una curva?

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Circuitos de fluidos SD Ud07_07 C_Fluidos_SD 03/03/11 12:17 Página 290

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ACTIVIDADES FINALES 1. ¿Qué es una suspensión activa? 2. ¿Cuáles son las variables que tiene en cuenta para su funcionamiento? 3. ¿Cuándo se necesita un tarado duro en el amortiguador? 4. ¿Cuál es la misión del regulador electroneumático? D 1

8

I

10 2

4

3

9

11

7

6

12

5

1. Válvula de mando para alimentación y descarga del fuelle neumático de la derecha (D) 2. Válvula de mando para alimentación y descarga del fuelle neumático de la izquierda (I) 3. Válvula de admisión del aire y descarga 4. Fuelles neumáticos 5. Solenoide de la válvula de admisión y descarga 6. Solenoide de la válvula del fuelle izquierdo 7. Solenoide de la válvula del fuelle de la derecha 8. Depósito auxiliar de aire comprimido 9. Conducto de comunicación de las válvulas para el paso del aire 10. Placa de cierre 11. Canal para efectuar la descarga 12. Dispositivo de escape

5. ¿Qué misión cumple un sensor de nivel? 6. ¿Cómo aumenta la estabilidad en la suspensión hidractiva? 7. ¿Cómo se varía la dureza de un amortiguador? 8. Enumera las diferencias existentes entre una suspensión neumática y una suspensión neumática controlada. 9. ¿Qué elemento modifica la fuerza de amortiguación en un amortiguador CDC? 10. Enumera las diferencias existentes entre la suspensión hidractiva y el sistema antibalanceo SC/CAR.


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1. ¿Cuál es la característica principal en una suspensión pilotada?

5. ¿Cuántos elementos de suspensión intervienen por eje cuando funciona en modo elástico?

a) Absorber las oscilaciones de la carrocería.

a) Tres esferas y cuatro amortiguadores.

b) Conseguir una amortiguación variable.

b) Un amortiguador y una esfera.

c) Impedir que las irregularidades de firme se transmitan al vehículo.

c) Dos amortiguadores y dos esferas.

d) Incorporación de la electrónica. 2. El funcionamiento del amortiguador de tarado variable se realiza mediante el control de… a) Un conjunto muelle amortiguador. b) La modificación de los diámetros de las válvulas del amortiguador. c) La introducción de gas en los amortiguadores. d) Las electroválvulas que tienen los amortiguadores.

d) Tres amortiguadores y cuatro esferas. 6. ¿Con qué elementos se obtiene la rigidez y flexibilidad variable en una suspensión hidractiva? a) Un regulador de rigidez acoplado a la esfera adicional. b) Una esfera adicional por eje. c) Calculador electrónico. d) Dos amortiguadores más. 7. ¿Cómo se encuentra la electroválvula del regulador de rigidez cuando está en posición firme? a) Activada. b) Reposo.

3. ¿Cuál es la función del calculador electrónico? a) Analizar las distintas circunstancias de marcha del vehículo. b) Ordenar la dureza de los amortiguadores. c) A partir de los datos que recibe, elegir la amortiguación. d) Controlar la flexibilidad. 4. Los acumuladores hidráulicos en una suspensión pilotada autonivelante sirven para… a) Atenuar los ruidos debidos a las pulsaciones de la bomba. b) Equilibrar los volúmenes de aceite durante las fases de compresión y distensión de los amortiguadores.

c) Elástica. d) Rígida. 8. ¿Cuál es la característica principal de una suspensión hidractiva 3? a) Funcionar en modo confort o sport, y de manera autónoma. b) Adaptar la altura del vehículo según la velocidad y del estado de la carretera. c) Menor número de elementos para conseguir un funcionamiento automático. d) Aportar líquido a los cilindros de suspensión para hacer subir el vehículo. 9. ¿Qué elemento realiza la modificación de la fuerza de amortiguación en un amortiguador PDC? a) La carga del vehículo.

c) Suministrar alimentación, aceite a la suspensión y a los frenos.

b) La resistencia de flujo

d) Distribuir el líquido para cada amortiguador.

d) La presión de aire del fuelle.

c) La válvula integrada en el amortiguador.


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Unidad 7

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PRÁCTICA PROFESIONAL HERRAMIENTAS • Equipo individual de herramientas • Polímetro • Equipo de diagnosis

Mantenimiento y diagnosis de la suspensión hidractiva 3+

MATERIAL

OBJETIVO

• Vehículo, o maqueta, equipado con suspensión hidractiva 3+

Saber realizar el desmontaje, montaje, mantenimiento, comprobación y diagnosis de cada uno de los elementos de una suspensión hidractiva 3+, realizando la interpretación correcta de datos, utilizando los esquemas y útiles adecuados, y cumpliendo las normas de seguridad.

• Líquido LDS • Recipiente de recogida de líquido y tubo transparente

PRECAUCIONES

• Documentación técnica

• Extraer las emisiones del vehículo.


• Seguir las normas indicadas en el manual de reparación. • Utilizar correctamente el equipo de diagnosis y medidas.

DESARROLLO 1. Quitar la presión hidráulica de la suspensión Es necesario despresurizar el sistema para realizar cualquier intervención en la suspensión. Se puede hacer de forma manual o con un equipo de diagnosis. a) Manual, sin equipo de diagnosis. Se procede a quitar la presión de la suspensión de cada eje de forma independiente. Para ello, hay que proceder de la forma siguiente: arrancar motor, colocar mando en posición baja, esperar a que el vehículo baje totalmente, parar el motor y desenroscar el tornillo de expansión (1) una vuelta (la ubicación del tornillo se muestra en las figuras 7.80 y 7.81, para vehículos con hidractiva, y en las figuras 7.82 y 7.83, para vehículos con hidractiva +). Recoger el líquido con un recipiente conectando un tubo de plástico transparente al tornillo de purga.

a

Figura 7.80. Eje delantero.

a

Figura 7.81. Eje trasero.


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Grupo hidráulico de rigidez Electroválvula de rigidez

Válvula de empuje Potenciómetro de altura a

Figura 7.82. Eje delantero.

Potenciómetro de altura a

Grupo rigidez

Figura 7.83. Eje trasero.

b) Quitar la presión de la suspensión con un equipo de diagnosis. Conectar el equipo, acceder al menú suspensión, elegir test de accionadores y seleccionar despresurizar (véase la figura 7.84).

a

Figura 7.84. Despresurización.

Esperar la caída total del vehículo.


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PRÁCTICA PROFESIONAL (cont.) 2. Vaciado, llenado y purga del circuito hidráulico. Respetar los intervalos de tiempo para cambiar el LDS y procedimientos a seguir. a) Vaciado: arrancar el motor, poner el conmutador en posición baja y parar el motor. Abrir despacio y cuidadosamente el tapón del depósito (atención: el fluido está presurizado). Desmontar la rueda delantera derecha, retirar protecciones, desmontar la abrazadera del tubo de llenado que viene desde el depósito al grupo electrohidráulico y proceder a su vaciado (véase la figura 7.85). b) Llenado: realizar la operación inversa y llenar el depósito hasta la marca MAX. Arrancar el motor, poner en posición alta y baja. Maniobrar la dirección en ambos sentidos de tope a tope. c) Control de nivel de líquido LDS: se efectúa con el vehículo en posición «baja», debe estar entre las marcas MIN y MAX. Si es necesario rellenar (véase la figura 7.86).

MAX HYD BASE

a

Figura 7.85. Tubo del depósito.

a

Figura 7.86. Eje delantero y nivel.

3. Control de altura del vehículo, proceder de la forma indicada en la unidad 5. Consultar el manual de fabricante para obtener la cota de altura, medir en los puntos indicados y restar el radio de la rueda. 4. Realización de la diagnosis del sistema.

a

Figura 7.87. Parámetros.

a

Figura 7.88. Estados.


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a

Figura 7.89. Actuadores.

a

Figura 7.91. Info Ecu.

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a

Figura 7.90. Errores.

a) Parámetros nos permite realizar una interpretación de los datos (véase la figura 7.87). b) Estados verifica el funcionamiento de los elementos en ON y OF (véase la figura 7.88). c) Actuadores realiza una simulación del funcionamiento (véase la figura 7.89). d) Regulaciones lo usaremos para hacer correcciones, aprendizajes de ángulo de volante y verificar ajustes de altura. e) Errores, para leer los fallos almacenados en la memoria del calculador (véase la figura 7.90). f) Información ECU, para obtener la referencia en caso de sustitución (véase la figura 7.91).


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MUNDO TÉCNICO Máximo agarre en curvas. BMW Dynamic Drive • Confort máximo en trayectos rectos, muy buena precisión de la respuesta en curvas. • Comportamiento sensible al cambio de carga. • Comportamiento óptimo de giro del vehículo al realizar cambios rápidos de carril y maniobras evasivas repentinas. • Movimientos de tambaleo, intencionadamente permitidos, avisan al conductor cuando se alcanza el límite dinámico.

a Sin Dynamic Drive: el BMW puede conducirse de modo seguro y deportivo en curvas. Cuando se conduce rápidamente en curvas, la estructura se inclina hacia el exterior de la misma. Los estabilizadores evitan que la carrocería se tambalee.

a

Con Dynamic Drive: los estabilizadores pueden girarse activamente a través de un sistema hidráulico. Además, se reducen los movimientos de balanceo en las curvas de forma evidente. La estructura se mantiene recta, permitiendo un alto grado de confort y agilidad.

El concepto innovador de bastidores Dynamic Drive armoniza lo que en un principio es contradictorio: agilidad deportiva y máximo confort. La base es una tecnología de bastidores extremadamente ingeniosa que evita o reduce la inclinación del coche en las curvas en función de la situación, contribuyendo a aumentar la estabilidad. El sistema garantiza un aumento notable de la seguridad y facilita la conducción del vehículo. En trayectos rectos en las autopistas, los ocupantes disfrutan de un confort de suspensión que no podría ser mejor. Pero el BMW también recorre rápidamente curvas largas sin inclinarse de forma molesta. Leer o trabajar en las plazas traseras resulta más agradable. Los desperfectos en la calzada casi no se sienten, ya que el sistema absorbe las ondulaciones del terreno, aunque solo afecten a un lado del vehículo. Cuando se cambia de carril o se realiza una maniobra evasiva repentina, Dynamic Drive influye de forma precisa en el compor-

tamiento de giro del vehículo. Los ingenieros hablan de comportamiento óptimo de giro cuando el vehículo sigue de forma exacta la dirección indicada por el giro del volante, también a velocidad elevada en las curvas. Para disfrutar de la sensación de conducción que realmente desea: control dinámico de conducción Dynamic Driving Control. Tanto si se trata de un conducción cómoda como deportiva, con el Dynamic Driving Control, BMW ha desarrollado un sistema que adapta las características del vehículo de forma completa y precisa a los deseos y necesidades de los ocupantes. Es posible elegir entre tres ajustes previamente configurados: normal, deportivo o confort. Mediante el sencillo accionamiento de un interruptor, modificará el ajuste de innumerables componentes como, por ejemplo, el Control Dinámico de Estabilidad, el acelerador o la asistencia a la dirección.


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EN RESUMEN SUSPENSIÓN PILOTADA ELECTRÓNICAMENTE

Suspensión convencional pilotada

Sensores

U.E.C.

Amortiguadores de tarado variable

Suspensión autonivelante pilotada electrónicamente

Sensores

U.E.C.

Limitación del balanceo

Precauciones SC/CAR

ARS

Electroválvulas y válvula de modulación

Mantenimiento

Suspensión hidroneumática pilotada Hidractiva Sensores

U.E.C.

Intervenciones en el sistema

Regulador de rigidez

Verificaciones y controles

Hidractiva 3 Hidractiva 3+

Regulador de rigidez

Localización de averías

Suspensión neumática pilotada

Sensores

U.E.C.

Regulador electromagnético Amortiguador PDC Amortiguador CDC

entra en internet 1. En esta página puedes encontrar innovaciones, tecnologías y medio ambiente. • http://www.psa-peugeot-citroen.com 2. Busca información en la siguiente dirección.

• http://www.audi.es 3. En esta página puedes encontrar distintas soluciones y equipos inalámbricos para realizar diagnosis. • http://www.texaiberica.com


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Unidad 4

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La rueda

vamos a conocer... 1. Parte metálica de las ruedas 2. Parte neumática de las ruedas 3. Anomalías de la rueda 4. Consejos para el mantenimiento de las ruedas 5. Diagnosis de anomalías del neumático 6. Reciclado del neumático PRÁCTICA PROFESIONAL Sustitución de neumáticos en un vehículo MUNDO TÉCNICO Michelin reinventa el futuro del neumático con el Michelin Active Wheel

y al finalizar esta unidad... Analizarás los diferentes tipos de ruedas y neumáticos. Interpretarás la nomenclatura de las cubiertas. Establecerás las diferencias entre los diferentes tipos de ruedas y neumáticos. Seleccionarás los equipos y herramientas necesarios para la reparación o mantenimiento de ruedas. Aplicarás la legislación vigente sobre la utilización de ruedas y neumáticos.


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CASO PRÁCTICO INICIAL situación de partida Jaime trabaja como profesional autónomo en una empresa dedicada al mantenimiento y reparación de vehículos autopropulsados. Los trabajos que tiene que realizar implican:

deficiencia que se ve incrementada cuando la rueda se coloca sobre la llanta, al no tener un reparto equilibrado de pesos por todo su contorno.

• Mantener, reparar y diagnosticar las ruedas. • Seleccionar el neumático adecuado en cada caso, según las características del vehículo o pavimento. • Efectuar la preparación, ajuste del equipo de equilibrado de ruedas. • Realizar de forma correcta la sustitución y equilibrados de neumáticos. • Cumplir las normas de seguridad, salud laboral y medioambiental para las reparaciones, mantenimiento y sustitución de neumáticos. A la empresa llega el usuario de un vehículo que percibe en la dirección vibraciones, botes y ruidos que van aumentando en proporción a la velocidad.

Por ello, una vez que se unen las dos partes, llanta y neumático, realiza un equilibrado para lograr un reparto homogéneo de pesos por todo el diámetro del nuevo conjunto para que la rueda gire adecuadamente. Para corregir esos desfases, coloca en la llanta, bien adheridos o bien mediante grapas que se enganchan a su borde, pequeños contrapesos en los puntos de mayor diferencia.

Como consecuencia del proceso de elaboración de los neumáticos, realizados a partir de la unión de distintas bandas de goma y lona, resulta imposible que la rueda tenga un equilibrio perfecto del peso en todos los puntos de su diámetro. Una pequeña

Además, este desgaste desigual puede provocar una pérdida de adherencia, desplazamiento del vehículo en casos de frenadas de emergencia y contribuir a un deterioro prematuro de los elementos que forman el sistema de suspensión del vehículo.

También se desequilibra la rueda durante su uso en el vehículo por rozamientos en los bordillos en las maniobras de aparcar, presión incorrecta, deformación de las llantas, desgastes rodamientos, etc. Los neumáticos desequilibrados empiezan a generar botes, ruidos y vibraciones que se trasladan a la dirección dejándose notar especialmente en el volante y el salpicadero, aunque también pueden llegar a percibirse con tan sólo tocar el reposacabezas.

estudio del caso Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial. 1. Interpreta la terminología dimensional de las llantas.

4. ¿Cómo afectan los desequilibrios de la rueda?

2. ¿Qué características dimensionales tiene el neumático?

5. ¿Qué se hace con el neumático al final de su vida útil?

3. ¿Cuáles son las consecuencias de la presión de inflado incorrecta?


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1. Parte metálica de las ruedas 1.1. La llanta Es la parte metálica de la rueda que, mediante un perfil adecuado, soporta el neumático y permite la solidaridad del mismo al buje del vehículo a través de la pieza o piezas de acoplamiento. La característica fundamental de las llantas es su perfil, es decir, la forma de su sección transversal. En él se diferencian: • Pestaña: es la zona de la llanta donde se apoya lateralmente el talón de la cubierta. • Asiento de talón: es la zona de la llanta sobre la que se apoyan los talones de la cubierta.

a Figura 8.1. Perspectiva de la llanta.

• Base: corresponde a la zona de la llanta comprendida entre ambos asientos de talón. • Orificio para salida de válvula: la llanta presenta una abertura que permite el montaje y salida de la válvula. La forma y posición es variable según los tipos. Tipos de llanta Llanta de base honda

Asiento de talón Pestaña

Base escalonada

Asiento de válvula Agujero de válvula

Base a

Es una llanta de una pieza en la que la base queda más profunda en su centro, con el fin de permitir el montaje y desmontaje de la cubierta. Generalmente, presenta los asientos de talón inclinados, según un ángulo determinado (aproximadamente 5°). Se dividen en: 1. Simétricas: aquellas cuyo plano longitudinal medio es también plano de simetría. 2. Asimétricas: el plano que la divide por la mitad es diferente del de simetría. • Con resalte (hump). Presenta un resalte en el asiento del talón para impedir que este se salga.

Figura 8.2. Perfil de una llanta.

Llanta de base honda simétrica a

Llanta de base honda asimétrica

Llanta de base honda simétrica con resaltes

Figura 8.3. Tipos de llantas de base honda.

Llantas desmontables Se dividen en: • Llanta semihonda. Es de base menos profunda que las anteriormente citadas, lo que implica tener una pestaña desmontable para permitir el montaje y desmontaje de la cubierta.


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• Llanta de base plana con asientos de talón inclinados. Es aquella cuya base, siendo fundamentalmente plana, presenta los asientos de talón inclinados según un ángulo determinado. Consta de varias piezas movibles que permiten el montaje y desmontaje de la cubierta. • Llanta plana. Los asientos de talón son planos y la base sensiblemente. Igual a la llanta anterior lleva al menos una pestaña desmontable. • Llanta en sectores. Es aquella que se desmonta en sectores para permitir el montaje y desmontaje de la cubierta. • Llanta en dos mitades. Es divisible en dos, según su plano longitudinal, que suele ser el medio, para permitir el montaje y desmontaje de la cubierta.


Pestaña

En este párrafo puedes aprender a interpretar la terminología de las llantas.

Aro combinado cónico de cierre y pestaña

Pestaña

Aro combinado cónico de cierre

Aro de cierre

Terminología dimensional de las llantas

Figura 8.4. Llantas desmontables.

Terminología dimensional de las llantas Las llantas se definen por su perfil y su diámetro, ambas siglas separadas por un guión (–) o por el signo por (x). El signo x, se utiliza para las llantas de base honda y el signo – para las de base plana. Sigamos un ejemplo: 4J x 15 H2 ET37 4/100 • Anchura. Es la cota del perfil de la llanta comprendida entre la parte interior de las pestañas y se indica en pulgadas. En el ejemplo sería: 4 = 4’’ (pulgadas)

(J) Altura de la pestaña

(4) Anchura interior F

H (15) Diámetro nominal

a

Diámetro nominal de la llanta

Aro de cierre

Pestaña Aro cónico

Anchura de pestaña

Anchura de la llanta

ø

• Altura de la pestaña. Es la altura máxima de la pestaña, medida desde el punto más próximo del asiento del talón. Se mide en mm, pero su valor se indica mediante una letra, K, J, JK, etc., que indican la conformación del mismo. En el ejemplo sería: J

D Bombeo a Figura 8.5. Términos dimensiona-

les de la llanta.


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• Diámetro nominal. Es el diámetro de la llanta medido sobre el asiento del talón en la parte más próxima a la pestaña y se indica en pulgadas. En el ejemplo sería: 15 = 15” (pulgadas). • Perfil de la llanta. Indica el tipo de perfil. Tubeless (H, H2, FH, FL, LP, FP, TR, TD), no tubeless, llanta honda serie ancha, llanta honda serie estándar, llanta honda pilote. En el ejemplo sería: tubeless H2. Bombeo positivo de 37 mm. El número 4 indica el número de taladros para su fijación al disco de la rueda y el 100 indica la distancia entre los taladros.

1.2. Tipos de ruedas con neumáticos Los tipos fundamentales de ruedas con neumáticos son: de disco, de radio o portallantas. Estas últimas son ruedas que, fijas al vehículo, están dispuestas para recibir al neumático fácilmente por su llanta y, con ayuda de bridas, cercos de fijación, etc., hacerlo solidario al buje. Ruedas de disco La llanta se hace solidaria al buje a través de un disco situado en su centro, unido a la llanta por medio de remaches, cordones de soldadura, etc. Las partes de la llanta son: • Superficie de apoyo: es la parte del disco que se apoya y acopla al buje de la rueda. • Agujeros de fijación: permiten el paso de los tornillos o espárragos de fijación y disponen de asiento cónico para el correcto centrado. • Diámetro de implantación de los agujeros de fijación: es el diámetro de la circunferencia que pasa por el centro de los agujeros de fijación. • Agujero central: es un orificio realizado en el centro del disco para salvar el cubo del buje. • Bombeo: es la distancia entre la superficie de apoyo y el plano longitudinal medio de la llanta • Orificio de la válvula. Llanta Disco

Bombeo Orificio de fijación

Orificio central Orificio para centrado

Figura 8.6. Tipos de llantas de base honda.

d

Ventana de ventilación Ventana de válvula


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• Ventanas de ventilación. Existen dos tipos de ventanas de ventilación: – Acero estampado. – Aleación ligera. Ruedas de disco de acero estampado • Son rígidas, resistentes a los golpes y relativamente ligeras, así como fáciles de producir en grandes cantidades. Su fijación al cubo se efectúa sobre la parte central mediante tuercas y espárragos. • Los agujeros para el paso de los espárragos de fijación presentan un asiento cónico para el correcto centrado de la rueda. Ruedas de aleación ligera Por presentar un menor peso en comparación con el acero, las aleaciones de aluminio y magnesio permiten mayores espesores, con lo cual aumenta la rigidez y la distribución de tensiones tiene lugar sobre una zona más amplia. En este tipo de ruedas, la llanta puede ser más ancha permitiendo el montaje de neumáticos de mayor sección. Debido a su buena conducción del calor, la refrigeración de los frenos y de los neumáticos es mejor que en las ruedas de acero. Sin embargo, son muy sensibles a las corrosiones de tipo salino y electrolítico. Ruedas con radios de alambre de acero Son ruedas muy ligeras a la vez que de gran fortaleza. Su empleo está prácticamente restringido a ciertos vehículos deportivos o de competición. Todos los esfuerzos a que están sometidas las ruedas se transmiten desde la llanta al cubo a través de sus radios, cuya resistencia a la tracción es mucho mayor que a la compresión. Debido a la poca resistencia que ofrecen a la flexibilidad los radios por separado, deben entrelazarse con el fin de conseguir la resistencia adecuada. Puesto que los radios se fijan a la llanta de la rueda mediante tuercas no se consigue una estanqueidad correcta; por esta razón no pueden montarse en ellas neumáticos sin cámara. El coste de fabricación es muy elevado. La rueda se asienta en el eje a través de las estrías de la mangueta y del cubo de la rueda, mediante una palomilla.

Figura 8.7. Rueda de disco de acero estampado.

a

Figura 8.8. Rueda de disco de aleación ligera.

a

a

Figura 8.9. Rueda de radios de acero.


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2. Parte neumática de las ruedas 2.1. Tipos de neumáticos Neumático con cámara En este tipo de neumáticos, la llanta y la cubierta forman un conjunto resistente, mientras que la cámara, con su válvula, asegura la estanqueidad del aire comprimido en su interior. En los neumáticos para turismos, los talones de la cubierta se ajustan de manera perfecta a la llanta, no produciéndose, por lo tanto, basculaciones, con lo cual no es necesario el empleo de elementos de protección. En los neumáticos para vehículos pesados, dado que la cubierta se introduce en la llanta por la parte lateral, que lleva una pestaña desmontable, y el ajuste no es tan bueno, se necesita el empleo de unas piezas denominadas protectores. d

Figura 8.10. Tipos de neumáticos.

Corte esquemático de un neumático con cámara para turismo

Corte esquemático de un neumático con válvula de seguridad

Cámaras y protectores

saber más Seguridad activa Los neumáticos sin cámara, en caso de pinchazo, pierden el aire más lentamente, con lo cual se gana en seguridad activa.

La cámara es el elemento integrante de la rueda neumática encargado de retener el aire comprimido que da forma a la cubierta, permitiendo a esta resistir las cargas que se transmiten al suelo y absorber de forma elástica los impactos que recibe. La cámara está formada por un tubo de goma provisto de una válvula que permite la entrada de aire a presión, pero no su salida. El conjunto de piezas que forman la válvula, propiamente dicha, recibe el nombre de obús. En la actualidad las cámaras suelen fabricarse de caucho butilo dada la gran impermeabilidad que posee dicho material. El protector, conocido también por el término inglés flap es una pieza de goma que se utiliza para impedir el rozamiento de la cámara contra la llanta en las aceleraciones y frenadas, así como las mordeduras de sus paredes inferiores provocadas por la basculación de los talones de la cubierta. Es muy importante emplear el protector adecuado a la medida de la cubierta para evitar reventones de la cámara y mayor generación de calor, así como conseguir un buen rodaje del neumático. Neumáticos sin cámara (tubeless) La cubierta se diferencia de la ordinaria únicamente por llevar en su interior un forro de protección de caucho butílico –elástico e impermeable al aire–. Este forro (liner), se vulcaniza en el interior de la cubierta, de esta forma hace las veces de agente obturador de pinchazos.


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Los neumáticos sin cámara están compuestos de la llanta, la cubierta (tubeless) y una válvula. La válvula va introducida directamente en el taladro de la llanta, formando un conjunto estanco que impide la salida del aire a presión. La llanta, en el caso de neumáticos para turismos, es idéntica a la de los neumáticos con cámara. En el caso de los vehículos pesados, que emplea llantas desmontables, son necesarias algunas guarniciones de goma para conseguir la estanqueidad del conjunto. Las ventajas de los neumáticos sin cámara son las siguientes: • Pérdida lenta del aire en caso de pinchazo y, por lo tanto, mayor seguridad en cuanto al control del vehículo. • Mejor disipación del calor del aire por estar en contacto directo con la llanta. • Menor peso. • Mayor facilidad de montaje y desmontaje. c Figura 8.11 Neumáticos con cámara y sin cámara.

Bolsa de aire El aire bajo presión se escapa entre la cámara y la cubierta

La pérdida de aire es instantánea Cubierta con cámara

Revestimiento hermético que sustituye a la cámara

Válvula fija en la llanta Cubierta sin cámara (Tubeless)

Neumáticos con válvula de seguridad Consiste en un neumático ordinario con cámara en el que la válvula de la cámara puede hacerse estanca mediante un dispositivo de apriete.

EJEMPLO ¿Cuáles son los defectos más frecuentes que pueden presentar las ruedas de radios? Solución • No se pueden montar en ellas neumáticos sin cámara. • Resultan muy caras.

ACTIVIDADES 1. ¿Qué funciones cumple la llanta? 2. Enumera las partes del perfil de una llanta. 3. ¿Qué características definen una llanta? 4. Describe las ventajas e inconvenientes de las ruedas de aleación ligera. 5. Enumera las características de las ruedas de radios.


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2.2. Constitución de la cubierta

Indicadores de desgaste

1,6 mm

Escultura

Cima o banda de rodadura

Lonas de cubierta Hombro

Flanco

Lonas de carcasa

Interior de la cubierta

Cordón de centrado

Aro a

Talón Revestimiento de goma interior Punta de talón

Figura 8.12. Constitución de la cubierta.

Banda de rodadura Formada por: • Banda de rodadura. Es la parte de contacto de la cubierta con el suelo. Situada sobre las capas de rodamiento, está formada por una gruesa capa de goma, aplicada al perímetro de la cubierta. • Escultura o dibujo. Son los surcos o acanaladuras realizados sobre la banda de rodadura. La banda de rodadura y la escultura cumplen con las misiones de: – Adherencia o agarre del neumático al suelo. Tanto longitudinal como transversal. – Resistencia a los choques, los cortes, al calor, al desgaste y, en general, a todos los agentes externos. – Buena evacuación del agua. – Confort acústico (un alto porcentaje del ruido producido por un vehículo durante su desplazamiento es debido a las ruedas). • Indicadores de desgaste. Son bandas transversales en la banda de rodadura, con una altura de 1,6 mm, que se sitúan en el fondo del dibujo. Su función es la de indicar el momento del cambio de cubiertas.


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Talones Es la parte de la cubierta que hace contacto con la llanta, asegurando:

saber más

• Un perfecto anclaje de la cubierta a la llanta.

Seguridad vial

• La estanqueidad de la cámara de aire.

El código de circulación prohíbe la circulación con neumáticos cuya profundidad en cualquier parte de la banda de rodadura sea inferior a 1,6 mm (véase la figura 8.13).

• La transmisión de los esfuerzos en aceleración y frenada. Los aros de talones son hilos de acero cableado de elevada resistencia a la tracción, recubiertos de goma y tejido. Su función principal es asegurar la inestensibilidad de los talones.

1,6 mm

Indicadores de desgaste Escultura Cima o banda de rodadura

a

Figura 8.13.

Hombros Son la unión entre la banda de rodadura y los flancos. Su función es evitar a la carcasa los roces y choques laterales sufridos por el neumático. Costado o flancos Son gomas situadas en el lateral de la cubierta, desde la banda de rodadura hasta los talones. Contiene los marcajes de identificación de la cubierta. Deben poseer una elevada resistencia para soportar la carga y el constante esfuerzo de flexión a que está sometido el neumático, además de poseer una elevada flexibilidad para complementar la suspensión del vehículo. Cordón de centrado Es un resalte situado en la parte superior del talón que facilita el centrado de la cubierta respecto de la llanta. Revestimiento de goma interior (calandraje o liner) Es una capa de goma impermeable al aire, que se encuentra vulcanizada en el interior de la cubierta. Cumple la función de asegurar la estanqueidad del aire en el interior de la cubierta.


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Carcasa o armazón Es la parte de la cubierta que le confiere resistencia. Está formada por capas superpuestas de tejidos de cuerdas engomadas. La función que cumple es la de transmitir los esfuerzos verticales, longitudinales y laterales de la banda de rodadura a la llanta. Cintura Cuerdas en diagonal

Está formada por lonas dispuestas bajo el perímetro de la banda de rodadura, en varias capas, con forma de cinturón. Sus funciones son: • Evitar la deformación de la banda de rodadura por la acción de la fuerza centrífuga. • Atenuar la acción de los choques.

Cuerdas radiales

• Impedir la separación de los hilos de la carcasa. Tipos de cubiertas según su carcasa Cubiertas diagonales Cuerdas en diagonal con fajas a

Presentan un armazón en el que la disposición de las cuerdas o cables es oblicua, respecto a la dirección de máximo desarrollo circunferencial de la cubierta.

Figura 8.14.

A

B

3

4

5

1

17 a

16

15

9

14

D

13

1

12

6

2

11

Figura 8.15. Constitución de una cubierta de tipo diagonal.

10

7

2

9

8

C

A. Paquete de telas que forman la carcasa B. Banda de rodamiento C. Flanco D. Talón 1. Telas internas de la carcasa 2. Telas externas de la carcasa 3. Surcos de la banda de rodamiento 4. Goma base 5. Relieves de la banda de rodamiento 6. Capas de rodamiento 7. Canto de la banda de rodamiento 8. Cordón de centrado 9. Tela del borde 10. Extremos vueltos de las telas internas de la carcasa 11. Tela de refuerzo del talón 12. Goma de aislamiento del cerco metálico (13) 13. Cerco metálico 14. Punta del talón 15. Extremos vueltos de las telas externas (2) de la carcasa 16. Estribo del talón 17. Cavidad del talón


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Cubiertas radiales Los cables de cada capa de tejido van de talón a talón, formando ángulo recto con la banda circunferencial del neumático, es decir, en el plano de rodadura. Entre la carcasa y la banda de rodadura se dispone un cinturón reforzador o faja (de acero, fibras de vidrio, etc.), cuyas cuerdas presentan un ángulo de 18° a 22° con el plano de rodadura. 4

6

2

C a

8

9

10

3

5

3

B

A A. Paquete de telas que forman la carcasa B. Banda de rodamiento C. Flanco D. Talón 1. Telas internas de la carcasa 2. Telas externas de la carcasa 3. Surcos de la banda de rodamiento 4. Goma base 5. Relieves de la banda de rodamiento 6. Capas de rodamiento 8. Cordón de centrado 9. Tela del borde 10. Extremos vueltos de las telas internas de la carcasa 11. Tela de refuerzo del talón 12. Goma de aislamiento del cerco metálico (13) 13. Cerco metálico 14. Punta del talón 16. Estribo del talón 17. Cavidad del talón

1

11

12

13

D

14

16

17

Figura 8.16. Constitución de una cubierta de tipo radial.

Características de la disposición radial Las flexiones no se transmiten a la banda de rodadura, lo que supone:

saber más

• Independencia de trabajo entre flancos y banda de rodadura.

Desgaste de la cubierta

• Menor deformación de la superficie de contacto con el suelo o huella.

El estado de la cubierta tiene una incidencia directa en la seguridad activa del vehículo.

• Reducción de la fricción con el suelo. • Gran flexibilidad vertical.

Radial

Diagonal

c Figura 8.17. Deformación del neumático a su flexibilidad transversal.


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14:31

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Unidad 8

310

ESTRUCTURA DIAGONAL

DEFORMACIÓN HUELLA BANDA DE RODADURA SOMETIDA A:

La carcasa está compuesta de varias lomas cruzadas entre sí

CARGA

ESFUERZO LATERAL

La cima no está estabilizada

ESTRUCTURA RADIAL

DEFORMACIÓN HUELLA BANDA DE RODADURA SOMETIDA A:

La cima está estabilizada por una cintura compuesta de varias lonas

CARGA

ESFUERZO LATERAL

La carcasa radial está compuesta de cables dispuestos en arcos rectos a

Figura 8.18. Comparación de la cubierta diagonal con la radial.

Ventajas: • Aumento del rendimiento kilométrico, por la reducción de la fricción con el suelo. • Menor consumo, por la reducción de la fricción. • Mejor adherencia, por el aumento de la huella. • Mejor estabilidad y mejor ángulo de deriva, por la menor deformación de la huella. • Aumento del confort, por la mayor flexibilidad de los flancos con una mejor absorción de las irregularidades. • Menor calentamiento durante el rodaje, por la reducción de la fricción con el suelo. • Menor temperatura de trabajo, por disminuir el roce entre las telas de la carcasa. Nomenclatura de las cubiertas Marcas de fábrica y comerciales • Marca registrada del fabricante: – Pirelli, Michelin, Good Year, etc. • Marca registrada del neumático de estructura radial: – Cinturato (Pirelli), Radial (Michelin), etc. • Marca comercial del tipo de neumático y diseño de la banda de rodadura: – P4 (Pirelli), TRX (Michelin), etc.


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La rueda

311

Características dimensionales y de construcción Ejemplo: Describimos el neumático de turismo de la figura 8.19 (derecha) Anchura de sección Indicación de la serie. Relación altura/anchura

5

4

6 7

3

Carcasa radial

2

Diámetro nominal de la llanta Código de carga nominativa

1

Código de carga complementaria

17

18 19

16 8

15

0R

/150 M

10

TU B

Indicaciones neumáticos retallables

14

11 13 12

S PR

315/8

5 2,

15 4

ES EL

2

9

Neumático sin cámara de aire Ply rating, indicación de tipo de capacidad Neumático para vehículo industrial 1. Marca comercial 2. Ancho del neumático 3. Relación altura/anchura 4. Tipo de construcción 5. Tamaño de llanta 6. Índice de carga 7. Índice de velocidad

a

8. País productor 9. Homologación DOT 10. Semana y año de producción 11. Homologación ECE 12. Tread wear, tracción y temperatura 13. Tipo de estructura radial y especificaciones básicas

Neumático para automóviles 14. Máximo carga y presión 15. Composición de la estructura 16. Posición de los indicadores de desgaste 17. Mud+Snow. Preparado para invierno 18. Montaje sin cámara de aire (Tubeless, sin cámara) 19. Estructura reforzada

Figura 8.19. Normas CEE. Marcas de utilización.

• Ancho de Sección 165. Representa el ancho seccional expresado en mm. • Serie/Perfil 70. Es la serie o perfil del neumático, llamada relación de aspecto. Determina la altura del costado y se expresa de modo porcentual respecto del ancho seccional. Ejemplo: en este caso la altura del costado es el 70% del ancho seccional (215 mm). • R indica que es de construcción radial. – 13, diámetro de llanta en pulgadas. – 83, índice de carga máxima, 83 corresponde a 487 kg (véase la tabla 8.1). – H, símbolo de velocidad. H corresponde a 210 km/h, velocidad máxima que se puede alcanzar con este neumático (véanse la tabla 8.2 y la figura 8.20).

caso práctico inicial En la figura 8.19 se indican las características dimensionales de los neumáticos.


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Unidad 8

312

Otros datos aportados en el neumático son: • Código de seguridad. Las letras DOT certifican el cumplimiento de todos los estándares de seguridad aplicables, establecidos por el Departamento de Transporte de EE UU (Department Of Transportation). • Construcción. En uno de los sectores del costado se pueden observar los elementos con los que está construido el neumático, por ejemplo, la cantidad de pliegos y cinturones y sus respectivos materiales (nailon, poliéster, acero, etc.). • Grados de calidad. A excepción de los neumáticos para nieve, el DOT requiere que los fabricantes clasifiquen los neumáticos de automóvil en tres factores de desempeño: desgaste, tracción y temperatura. Desgaste: el grado de desgaste se expresa en el costado del neumático con la palabra Treadwear. Tracción: se expresa con la palabra Traction. Se mide en una escala de mayor a menor con A, B y C y representa el agarre del neumático en superficies mojadas de concreto o asfalto, bajo condiciones controladas y definidas por el DOT. Según lo expuesto, un neumático marcado con Traction A debe ofrecer mayor agarre que otro con Traction B. Temperatura: se expresa con la palabra Temperature. Se mide también con la escala A, B y C y se refiere a la generación de calor y la capacidad de disiparlo cuando se prueba el neumático bajo condiciones controladas en pruebas de laboratorio. Un neumático marcado con Temperature B disipará mejor el calor que otro calificado con Temperature C. • Máxima carga y presión de inflado: La carga máxima admitida por el neumático se expresa en lbs (libras) y en kg (kilogramos). La presión máxima de inflado en frío se expresa en PSI (libras por pulgada cuadrada) y en kPa (kilopascal). • MFS. Máxima protección de la llanta (Maximum Flange Shield): esta marca indica que el neumático tiene una protuberancia que protege las llantas de aleación contra los bordillos. • Sin cámara o tubeless. La expresión «sin cámara» o «tubeless» se emplea para distinguir los neumáticos que se montan sin cámara y de los «Tube Type» o neumáticos con cámara. • Fecha de fabricación. Indica cuándo se fabricó el neumático. Los dos primeros números indican la semana de fabricación; el tercero y el cuarto, el año de fabricación. • Marcas de homologación. Todos los neumáticos de turismo vendidos desde el 1 de julio de 1997 deben llevar la marca «E». La marca «E» o «e» consiste en una «E» o «e» seguida de un número dentro en un círculo de 12 mm de diámetro o en un rectángulo. Este símbolo va seguido de otro número. La «E» certifica que el neumático cumple los requisitos en materia de dimensiones, prestaciones y marcado del Reglamento CEE 30. La «e» certifica que el neumático cumple los requisitos en materia de dimensiones, prestaciones y marcado de la DIRECTIVA 92/23/CEE. El número asociado a la letra «E» del círculo o «e» del rectángulo es el código numérico del Estado que ha concedido la homologación de tipo (nº 9,


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La rueda

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en el caso de España, y un número identificativo distinto para cada uno de los demás países europeos). El número que figura fuera del círculo o rectángulo es el número del certificado de homologación de tipo que se ha emitido específicamente para esa medida/tipo de neumático. • Sentido prescrito. Los neumáticos con dibujo direccional o asimétrico siempre se deben montar de modo que giren en el sentido correcto, señalado por una flecha marcada en el flanco del neumático. OUTSIDE, indica montar hacia el lado exterior del vehículo. • TWI. Indicador del grado de desgaste (Tread Wear Indicator) (1,6 mm). • Reinforced. Extra LOAD (extra carga). Indicador adicional para los neumáticos reforzados. • M+S (Mud and Snow). Referencia a los neumáticos para el invierno, especial para barro y nieve.

a

Índice

kg

60

250

Índice

kg

Índice

kg

Índice

kg

Índice

kg

86

530

112

1.120

138

2.360

164

5.000

61

257

87

545

113

1.150

139

2.430

165

5.150

62

265

88

560

114

1.180

140

2.500

166

5.300

63

272

89

580

115

1.215

141

2.575

167

5.450

64

280

90

600

116

1.250

142

2.650

168

5.500

65

290

91

615

117

1.285

143

2.725

169

5.800

66

300

92

630

118

1.320

144

2.800

170

6.000

67

307

93

650

119

1.360

145

2.900

171

6.150

68

315

94

670

120

1.400

146

3.000

172

6.300

69

325

95

690

121

1.450

147

3.075

173

6.500

70

335

96

710

122

1.500

148

3.150

174

6.700

71

345

97

730

123

1.550

149

3.250

175

6.900

72

355

98

750

124

1.600

150

3.350

176

7.100

73

365

99

775

125

1.650

151

3.450

177

7.300

74

375

100

800

126

1.700

152

3.550

178

7.500

75

387

101

825

127

1.750

153

3.650

179

7.750

76

400

102

850

128

1.800

154

3.750

180

8.000

77

412

103

875

129

1.850

155

3.875

181

8.250

78

425

104

900

130

1.900

156

4.000

182

8.500

79

437

105

925

131

1.950

157

4.125

183

8.750

80

450

106

950

132

2.000

158

4.250

184

9.000

81

462

107

975

133

2.060

159

4.375

185

250

82

475

108

1.000

134

2.120

160

4.500

186

9.500

83

487

109

1.030

135

2.180

161

4.625

187

9.750

84

500

110

1.060

136

2.240

162

4.750

188

10.080

85

515

111

1.090

137

2.300

163

4.875

189

10.300

Tabla 8.1. Relación entre el índice de carga y la capacidad de carga.


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Códigos Velocidad (km/h) a

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8

B

C

D

E

F

G

5

10

15

20

25

30

35

40

50

60

65

70

80

90

Tabla 8.2. Código de velocidad en vehículos agrícolas.

MAX. 80 km/h

F G

MAX. 90 km/h MAX. 100 km/h

J

MAX. 110 km/h

K

MAX. 120 km/h

L M

MAX. 130 km/h MAX. 140 km/h

N

MAX. 150 km/h

P

MAX. 160 km/h

Q

MAX. 170 km/h

R

MAX. 180 km/h

S

MAX. 190 km/h

T

MAX. 200 km/h

U

MAX. 210 km/h

H

MAX. 240 km/h

V

Z

MAX. 270 km/h

Y a

> MAX. 240 km/h

Figura 8.20. Código de velocidad.

• Clase de velocidad. Indica, según marca la ley, que el neumático es idóneo para el cumplimiento de las prestaciones máximas que el vehículo donde se monte pudiera alcanzar. • Doble marcaje. Indica el cumplimiento de los dos requisitos anteriores, código y clase de velocidad. Son dos letras (Z, R), se sitúan entre las medidas dimensionales antes de la R (Radial), sin indicar el código de velocidad (figura 8.21). La clase indica el cumplimiento de las máximas prestaciones y el código que estas cumplen además sin superar una determinada velocidad. Ejemplo: 195/50 ZR 15 82W Destinado a vehículos con velocidad máxima superior a los 240 km/h, pero sin superar los 270 km/h.


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H

MAX. 210 km/h > 210 km/h

VR Reemplazada por V y W

VR Obsoleta

> 210 km/h VR + Y

> 370 km/h

MAX. 240 km/h

V

ZR

> 240 km/h > 240 km/h

ZR

ZR + Y

> 300 km/h

EJEMPLOS DE MARCAJES:

a

VR

185/60

VR

13

ZR

195/50

ZR

15

ZR

+

W

185/60

ZR

15

82

W

ZR

+

Y

195/50

ZR

15

82

Y

Figura 8.21. Doble marcaje.

2.3. Tipos de cubiertas según la aplicación Las cubiertas, según el uso a que se destinan, deben presentar características internas y de la banda de rodamiento diferentes, por cuyo motivo pueden agruparse según su aplicación. Cubiertas para carretera Deben estar construidas de forma que sean capaces de resistir esfuerzos de tracción constante, así como el calor generado en recorridos largos y a gran velocidad, y presentar una buena adherencia para evitar deslizamientos. Estas características deben completarse con otras, adecuadas al vehículo a que estén destinadas las cubiertas, tales como capacidad de carga (para los camiones) o capacidad de carga y amortiguación (para los autobuses). Cubiertas lisas Especiales para competición en circuitos, con pavimentos secos, presentan una excelente adherencia y son capaces de soportar grandes esfuerzos de aceleración y frenada, así como velocidades muy elevadas. Por el contrario, tienen poca capacidad para evacuar el agua. Problema de aquaplaning.


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Unidad 8

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Cubiertas fuera de carretera Deben poseer un gran poder de tracción con una carcasa muy resistente a los impactos, así como una banda de rodamiento capaz de soportar el trabajo duro sin que se produzcan cortes o desgarros importantes. Por ejemplo, se emplean en la maquinaria de obras públicas. Cubiertas para todo terreno Son las que emplean los vehículos destinados a trabajos mixtos, dentro y fuera de carretera. Deben de reunir las cualidades de tracción, resistencia a cortes e impactos y poseer también una adecuada adherencia y capacidad de amortiguación. Para algunos vehículos, es necesario contar también con una buena capacidad de carga. Estas cubiertas son las más apropiadas, en general, para camiones, 4x4, vehículos militares, etc. Cubiertas para aplicaciones agrícolas Para estas aplicaciones es necesario distinguir si las cubiertas son para las ruedas motrices o bien para las restantes ruedas del vehículo. Para el primer caso, deben presentar una gran capacidad de tracción y cierta flotabilidad, mientras que, para las restantes ruedas, las cubiertas precisan de propiedades direccionales. Cubiertas para terrenos desérticos Deben elegirse de acuerdo con el tipo de suelo sobre el que deban rodar. En cubiertas para terrenos blandos y poco coherentes son necesarias grandes cualidades de flotación, mientras que las destinadas a terrenos duros deben presentar una elevada resistencia a los cortes y desgarros. A. Gran agarre y poder de tracción

A

Cubierta para carretera

Cubierta mixta para todo terreno a

Figura 8.22. Tipos de cubiertas.

B. Elevado poder de tracción y autolimpieza

B

Cubiertas características de los vehículos destinados a trabajos en obras y fuera de carretera

Cubierta para rueda directriz de tractor, remolque o carro

Cubierta direccional de carretilla


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La rueda

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2.4. Materiales empleados en la composición de la cubierta Componentes de la cubierta

Materiales

Carcasa

Tejido en rayón, nailon o poliéster

Banda de rodadura

Caucho natural Caucho sintético Negro de humo Sustancias de vulcanización y protección contra el envejecimiento

Flanco

Caucho natural Caucho sintético Negro de humo Sustancias de vulcanización y protección contra el envejecimiento

Talones

Goma dura, hilos de acero

Revestimiento interior

Mezcla de goma a base de butilo (caucho sintético) Acero, nailon, rayón, kevlar

Cintura

2.5. Características de los neumáticos Rendimiento kilométrico del neumático Son los kilómetros recorridos por el neumático hasta que se considera necesaria su sustitución por haber llegado al límite del desgaste. Desde el punto de vista legal, se considera que una cubierta con desgaste normal de funcionamiento es inútil para la circulación cuando uno de los surcos de la banda de rodadura alcanza el valor mínimo de 1,6 mm. Sin embargo, si se va a utilizar sobre terreno mojado, el valor mínino aconsejable será de 3 mm. Rendimiento específico Es el cociente entre el kilometraje recorrido, hasta un cierto punto de desgaste, y los milímetros de banda de rodadura consumidos y se expresa en km/mm. Previsión útil de vida (PVF) Son los kilómetros que le restan a una cubierta calculados sobre la base de: N: kilómetros recorridos. h:

altura de los surcos de la banda de rodadura con esos kilómetros.

H: altura que tenían los surcos con la cubierta nueva. R:

altura del surco cuando es necesario sustituirlo. PVF = N (H – R) (H – h)

c

Tabla 8.3.


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Evolución del desgaste La previsión final de vida considera un desgaste proporcional durante todos los kilómetros de rendimiento del neumático. En la práctica, sucede que el desgaste es más rápido al principio, ya que la escultura de la banda de rodadura tiene mayor movilidad por ser también de mayor longitud, pasando a ser más rígida a medida que se va desgastando. Factores que influyen en la vida útil del neumático • Presión de inflado (comprobar con neumáticos fríos). • Condiciones de carga. • Velocidad. • Hábitos de conducción. • Tipo y estado del pavimento (puede llegar a tener un 20 % menos de duración, si, por ejemplo, se circula sobre piedras sueltas). • Condiciones climatológicas y de ambiente.

160

160

200

200

140

140

180

180

120

120

160

160

100

100

140

140

80

80

120

120

60

60

100

100

40

40

80

80

20

20

60

60

0

0

40

40

60

80

100

120

140

160

180

% de vida normal

% de vida normal

• Condiciones mecánicas del vehículo (si se presentan desgastes comprobar cotas de dirección y si se producen vibraciones en la dirección, el equilibrado de las ruedas).

200

% de vida normal

% de carga

160

120

140

110

120

100

100

90

80

80

60

70

40

60

20

50

0 40

50

60

70

80

10

15

20

25

30

35

40

90

100

TIPO DE CARRETERA Superficie asfalto liso

110

Velocidad media (km/h) a

5

Temperatura exterior (°C)

130

30

40 0

Figura 8.23. Diagramas de duración en función de diversos factores.

Asfalto rugoso Superficie de cemento Asfalto muy rugoso Asfalto en malas condiciones Caminos 0

20

40 50 60 70 80 90 100

Vida del neumático %


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2.6. Inflado de neumáticos con nitrógeno El uso del nitrógeno en el inflado de los neumáticos tiene algunos beneficios, tales como: • Menor pérdida de la presión de inflado: el mayor tamaño de las moléculas de nitrógeno hace que las pérdidas sean menores, manteniendo la presión de inflado del neumático durante un periodo más prolongado que el aire; disminuyendo, así, la causa más frecuente de rotura de los neumáticos, que es una presión de inflado deficiente. • Reducción del consumo de combustible: al mantenerse la presión de inflado de los neumáticos, el consumo de combustible se reduce. Esto se debe a dos factores: una menor resistencia a la rodadura por estar inflados los neumáticos con la presión correcta y la reducción del calor de los neumáticos, ya que el nitrógeno dispersa el calor más rápidamente que el aire ambiente, mejorando la eficacia del combustible. • Aumenta la vida útil de la banda de rodadura: con una disipación del calor más rápida se obtiene un neumático que trabaja más frío, lo cual alarga la vida útil de la banda de rodadura y reduce la rotura del neumático. El nitrógeno también impide la oxidación, la cual no sólo puede llevar a la separación de la banda de rodadura y la rotura de las capas, sino que, cuando se combina con la humedad, puede corroer las llantas. El aire contiene oxígeno y humedad que facilitan la oxidación de las lonas de acero, la válvula y la llanta. • Envejecimiento químico lento: al llenar un neumático de nitrógeno también se retarda de forma significativa el proceso químico de envejecimiento de los componentes de goma del neumático. Esto trae la ventaja de menor cantidad de roturas catastróficas tales como los reventones, especialmente en neumáticos con muchos años y pocos kilómetros. Se aconseja el inflado con nitrógeno en los siguientes casos: • Cuando el inflado o la verificación de las presiones de los neumáticos resultan difíciles de realizar. • Trabajo en atmósferas con riesgo de explosión. • Trabajo sobre o en proximidad de materias incandescentes (fundiciones, acerías, fábricas de vidrio, etc.). • Trabajo con riesgos de arcos eléctricos (proximidad de líneas o cables de alta tensión). • En caso de calentamiento importante de los neumáticos debido a: – Rodaje intensivo (velocidad, distancia). – Transmisión importante de calor del motor, de los bujes, de los frenos... El inconveniente del inflado de los neumáticos con nitrógeno es que no se dispone de nitrógeno en todas las estaciones de servicio.

2.7. Consecuencias de la presión de inflado La cubierta está estudiada para que se establezca un equilibrio entre: • La presión de inflado. • La carga. • La resistencia de la carcasa.

saber más Mantenimiento con nitrógeno Si se inflan los neumáticos con nitrógeno, debe hacerse siempre el mantenimiento de las presiones con nitrógeno, de lo contrario se pierde su efecto.


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caso práctico inicial En la figura 8.24, puedes observar las zonas de desgaste de los neumáticos en función de la presión de inflado.

El aire contenido en el interior del neumático le permite soportar las deformaciones a que está sometido bajo los efectos de la carga, velocidad, recorrido, etc. Si la presión no es correcta con arreglo a la carga, el neumático se deforma y la banda de rodadura no se apoya correctamente sobre el suelo. Es entonces cuando aparecen los desgastes característicos. La presión debe controlarse y ajustarse siempre en frío. Presión correcta

a

Sobre-inflado

Bajo-inflado

Figura 8.24. Apoyo del neumático según la presión de inflado.

Efectos del exceso de presión de aire: • Reducción de la huella de la banda de rodadura. • Falta de flexibilidad. • Desgaste más acusado por la parte central de la banda de rodadura. • Pérdida de adherencia. • Posibilidad de grietas en el fondo de la escultura. • Mayor vulnerabilidad a los impactos por excesiva tensión del tejido de la carcasa. • Excesiva fatiga de los talones. • Posibilidad de dilatación permanente de los talones. • Pérdida del confort por endurecimiento de la suspensión. • Variación de las condiciones de maniobrabilidad del vehículo. Efectos de la falta de presión de aire: • Excesiva flexibilidad. • Excesiva generación de calor y degeneración de los materiales. • Mayor aplastamiento. • Desgaste más acusado en los laterales de la banda de rodadura. • Pérdida de adherencia. • Fatiga de las zonas más sometidas a flexión con posible agrietamiento. • Rotura de telas por posible pellizcamiento entre los obstáculos externos y la pestaña de la llanta. • Posibilidad de roturas con deformación excesiva por impacto. • Incremento de la gelatinosidad u oscilaciones transversales con pérdida de estabilidad. • Variación de las condiciones de maniobrabilidad del vehículo. • Mayor consumo de combustible.


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La rueda

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A continuación se presenta una tabla con las causas de desgaste prematuro y anormal en la banda de rodadura del neumático. Zona de desgaste

Causas

Uniforme en toda su anchura

– Banda de rodadura blanda. – Velocidades elevadas con aceleraciones y deceleraciones frecuentes. – Elevada temperatura exterior. – Recorridos en muchas curvas. – Revestimientos del piso de la carretera abrasivo y accidentado.

En una zona o arco periférico

– – – – –

Rueda muy desequilibrada estáticamente. Frenada con bloqueo de las ruedas a alta velocidad. Neumático no centrado sobre la llanta. Tornillos de fijación de la rueda no bloqueados. Frenada irregular por ovalación del tambor de freno.

En un lado

– Amplia variación de la inclinación de los montantes por efecto de la marcha rápida en curva y de la carga. – Convergencia o divergencia excesiva.

En la zona media

– Presión excesiva con relación a la carga.

De un borde a otro progresivamente

– Ángulos de inclinación de los montantes erróneos.

En un borde sin rebabas

– Velocidad elevada en carreteras sinuosas. – Ángulo de inclinación del montante de mangueta erróneo. – Elementos de suspensión defectuosos. – Deformación de los semiejes.

En ambos bordes laterales

– Insuficiente presión de inflado.

En escalones y rebabas en un borde o sobre toda su anchura

– Juego excesivo de los órganos de conducción. – Valores de convergencia o divergencia excesiva. – Ángulos de inclinación del montante de mangueta o de ruedas erróneo.

Lado derecho e izquierdo alternativamente

– Rueda desequilibrada dinámicamente. – Juego en los rodamientos de los bujes de ruedas, los brazos de suspensión o los tirantes de la dirección o de la mangueta. c

ACTIVIDADES 6. Enumera las diferencias entre una cubierta diagonal y una radial. 7. Identifica la nomenclatura de una cubierta. 8. ¿Qué importancia tiene el dibujo de la banda de rodadura? 9. ¿Qué materiales se emplean en la fabricación de las cubiertas? 10. Describe los tipos de cubiertas según la aplicación.

Tabla 8.4.


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3. Anomalías de la rueda 3.1. Alabeo Es una deformación de la rueda sobre su plano longitudinal.

Eje de giro

a

Figura 8.25. Alabeo.

Hace que la trayectoria de la rueda sea un zigzag (sinusoidal), que genera: • Variaciones continuas de la convergencia y de la caída. • Vibraciones en la dirección. Causas: • Llanta golpeada o deformada. • Apriete desigual de los tornillos o tuercas de fijación de la rueda. • Montaje defectuoso de la cubierta sobre la llanta.

3.2. Excentricidad • No se cumple que la rueda sea redonda. En este caso, se haría ascender y descender la mangueta a cada vuelta, con lo que se observaría: • Vibraciones. • Inestabilidad de marcha.

Redondez a

Excentricidad

Figura 8.26. Excentricidad.

Causas: • Excentricidad de la llanta. • Desgaste circunferencial desigual del neumático. • Montaje defectuoso de la cubierta sobre la llanta. • Apriete desigual de los tornillos o tuercas de fijación de la rueda.

3.3. Desequilibrios de la rueda caso práctico inicial Los desequilibrios de la rueda provocan una dirección inestable, con fuertes e incómodas vibraciones en el volante.

Son el resultado de un desigual reparto de las fuerzas centrífugas originadas al girar la rueda, cuando esta no tiene su masa uniformemente repartida. Causas: • Distribución de las masas no uniforme respecto del eje de rotación. • Desequilibrio entre los elementos que constituyen la rueda (llanta, cubierta). • Descentrado lateral de la rueda. • Descentrado radial o excentricidad de la rueda. • Deformaciones de la llanta. • Reparaciones defectuosas del neumático. Tipos: • Desequilibrado estático. • Desequilibrado dinámico. Desequilibrado estático Se produce por una distribución desigual de las masas en relación al eje de rotación de la rueda.


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El exceso o falta de peso se considera concentrado en un punto del plano medio de la rueda, perpendicular al eje de rotación, vista de perfil.

Resolución del desequilibrio estático M

La rueda, al girar, realiza un movimiento rectilíneo y perpendicular al suelo.

r2

Su mayor amplitud se produce a los 80 km/h. r1

Causas: • Un rápido desgaste irregular de la cubierta.

P

a

Se produce por una distribución desigual de las masas en relación al eje vertical de la rueda en puntos asimétricos respecto a este eje.

Entonces el centro de gravedad de la rueda está recentrado en su eje de rotación.

Figura 8.27. Desequilibrado estático.

A

M r2

x

Provoca una vibración del volante de dirección que se incrementa a medida que aumenta la velocidad.

P

A F a

El peso P y la masa M dan lugar a una fuerza centrífuga F igual y directamente opuesta a la engendrada por el desequilibrio pero que se ejerce a una distancia x. El corte Fx provoca la vibración lateral de la rueda.

r1

Causas: • Fatiga de piezas como rodamientos, elementos de la suspensión y dirección.

Resolución del desequilibrio dinámico

F

Provoca movimientos basculantes de la rueda a izquierda y derecha.

• Un rápido desgaste irregular de la cubierta en bordes.

La masa (M) creará una fuerza centrífuga opuesta (M · r2= P · r1) => la resultante de las fuerzas centrífugas es nula.

• Rotura o fatiga de piezas vinculadas a la rueda. Desequilibrio dinámico

Una masa (M) se añade en el sentido diametralmente opuesto al desequilibrio (P).

Para anularla, habrá que disponer de dos masas M1 y M2, una en el interior y la otra al exterior de la llanta.

Figura 8.28. Desequilibrado dinámico.

3.4. Shimy Es el conjunto de movimientos oscilatorios mantenidos por las ruedas del vehículo.

Operación equilibrado estático y dinámico

Origen:

Consiste en repartir convenientemente la masa. (P = M1 + M2).

1. Oscilaciones de la rueda respecto del eje del montante de mangueta. 2. Oscilaciones verticales de las ruedas transmitidas por las suspensiones. Estas oscilaciones están provocadas por:

(F = F1 + F2). La mayoría de las equilibradoras ejecutan las operaciones "estático y dinámico" en una sola fase

• Desequilibrios de las ruedas.

F1

F2

• Montaje incorrecto de los neumáticos. M1

• Presión de inflado insuficiente.

M2

• Ángulos de avance o caída excesivos. • Pesos excesivos en partes no suspendibles. • Anomalías en la suspensión (muelles o amortiguadores). • Incompatibilidad entre los sistemas de suspensión y dirección. P

3.5. Características mecánicas y direccionales del neumático Es la variación de la trayectoria (en línea recta o en curva) registrada en el rodaje del vehículo, como consecuencia de una deformación del mismo neumático a causa de un empuje lateral (viento, peralte, fuerza centrífuga en curva, etc.).

F Figura 8.29. Operación equilibrado estático y dinámico. a


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Ángulo de deriva Es el ángulo formado por el eje de la dirección teórica de la rueda y el eje de la trayectoria real seguida por el neumático. D α

D α

M2 M3

D. Sentido de marcha M. Puntos de contacto del neumático Z. Área de apoyo α. Ángulo de deriva a

Z1 Z2 Z3

M1

M1

Fc

M3 M2

Figura 8.30. Ángulo de deriva de un neumático.

El ángulo de deriva depende de factores como: • La carga.

• La anchura del neumático.

• La fuerza lateral.

• La velocidad.

• La presión de inflado.

• El conductor y su forma de conducir.

Estabilidad del neumático a) Viento

Es la capacidad del neumático de restablecer la posición originaria de equilibrio del vehículo cuando, por causas exteriores (peralte, viento lateral, etc.) o interiores (maniobras de viraje, etc.), había sido modificada. Estabilidad en línea recta Si un vehículo que se desplaza en línea recta, se ve afectado por una fuerza lateral y debido a ello: • La deriva es mayor en el eje delantero que en el trasero, entonces será el eje delantero el que pierda con mayor facilidad la trayectoria. En este caso, bastará corregir la trayectoria girando la dirección en sentido contrario. Se considera que el vehículo es estable.

b) Viento

• La deriva es mayor en el eje trasero que en el delantero, entonces será el eje trasero el que pierda con mayor facilidad la trayectoria. En este caso, bastará corregir la trayectoria girando la dirección en el mismo sentido. Esta última maniobra es para conductores más expertos y se considera que el vehículo es inestable. Estabilidad en curva Al tomar una curva, en función de la velocidad, aparecen unas fuerzas laterales (fuerza centrífuga) que empujan al vehículo lateralmente.

Figura 8.31. Estabilidad: a) deriva en eje delantero en recta, b) deriva en eje trasero en curva.

a

Cuando se ve afectado por esta fuerza lateral y debido a ello la deriva es mayor en el eje delantero que en el trasero, será el eje delantero el que pierda con mayor facilidad la trayectoria o radio de giro.


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En este caso, bastará corregir la trayectoria, girando aún más la dirección en el mismo sentido. Decimos en este caso que el vehículo es subvirador. Si, en cambio, la deriva es mayor en el eje trasero que en el delantero, será el eje trasero el que pierda con más facilidad la trayectoria. En este caso, bastará con corregir la trayectoria girando más aún la dirección en sentido contrario al de la curva. Esta maniobra es para conductores más expertos y se considera que el vehículo es sobrevirador.

Sobrevirador Subvirador a Figura 8.32. Comportamiento de un vehículo subvirador.

a Figura 8.33. Comportamiento de un vehículo sobrevirador.

Deriva y derrapaje La diferencia que existe entre ambas estriba en que, en el derrapaje, el resultado de la fuerza lateral es la pérdida de adherencia. Centrado en recta Es la capacidad del neumático para mantener la direccionalidad, sin tener que recurrir a frecuentes correcciones de dirección. Capacidad de guía Se denominará así a la capacidad del neumático para responder en un tiempo breve al movimiento de la dirección y seguir la trayectoria impuesta por el conductor sin excesivas correcciones del volante sobre una superficie mixta, recorrida a una velocidad inferior al límite de adherencia. Adherencia Capacidad del neumático de mantener en todas las condiciones de funcionamiento un buen contacto con la superficie del terreno. Aquaplaning Al circular sobre suelo con agua, la cubierta y, más exactamente, la escultura de la banda de rodadura se comportan rompiendo la película de agua y evacuando esta a través de los surcos como si fuese una bomba. Este caudal aumenta en función de la velocidad del neumático y puede generar una presión en el agua que se está evacuando.


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Cuando dicha presión, aplicada en los surcos de la escultura, iguala la presión específica de la huella de la banda de rodadura sobre el suelo, la cubierta pierde el contacto con este y, por tanto, también se produce una pérdida de tracción y de dirección que depende de factores como: • Escultura de la banda de rodadura. • Capacidad de evacuación del agua de los surcos. • Desgaste de la cubierta. • Estado de la carretera. • Velocidad del vehículo. • Espesor de la capa líquida o semilíquida (nieve fundida). • Presión de inflado, etc.

ADHERENCIA

Marcha lenta

Velocidad elevada

Velocidad muy elevada (aquaplaning) VELOCIDAD

Película de agua a

Área de contacto reducida

Pérdida de contacto

Figura 8.34. Aquaplaning.

Mejora de la seguridad activa desde los neumáticos El uso de neumáticos en mal estado, ya sea por desgaste, presión incorrecta, reventones ocasionales, etc., es causante de un elevado número de accidentes, o, al menos, un factor determinante. Para tratar de disminuirlos, los fabricantes han desarrollado neumáticos especiales y detectores de subinflado que mejoran la seguridad activa del vehículo, mejor manejo en carretera, más confort y ahorro. Por una parte, el desarrollo de nuevas tecnologías en el neumático, tales como Run On Flat de Goodyear, basado en el concepto de laterales o flancos reforzados que mantienen el neumático adherido a la llanta y logran soportar el peso del coche durante 80 kilómetros después de un pinchazo con pérdida total de aire. Para incrementar la seguridad, diversos neumáticos incorporan un Sistema de Control de Presión (TPMS), o detector de subinflado, que permite avisar al conductor de que un neumático ha perdido presión. El sistema de detección de subinflado (véase la figura 8.35) consta, básicamente, de un módulo emisor por rueda (1), que emite señales de alta frecuencia, captadas por un receptor (2), alimentado por contacto, que recibe la información de motor en marcha y está conectado, a través de un BUS, con la BSI (3), que analiza los


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datos y envía eventualmente a través de la red VAN mensajes de alerta hacia el combinado (4) y la pantalla multifunciones (5), que permite ver al conductor los mensajes de falta de presión, pinchazo o fallo en un emisor. El módulo emisor está compuesto por la válvula de inflado, un circuito electrónico con captador de presión de tipo piezorresistivo y una pila de litio alojados en una resina que los protege de los impactos que sufre la rueda. Para alargar la vida de la pila, el circuito se activa mediante un interruptor de inercia que cierra el circuito por acción de la fuerza centrífuga cuando la rueda se pone en movimiento. El cambio de un módulo conlleva necesariamente su inicialización a través de la BSI del código identificativo del nuevo módulo, mediante un útil específico de cada marca. 1

1 4 RED VAN

BUS 2

3

5

1

1 1. Módulos emisores en rueda 2. Receptor de alta frecuencia 3. BSI 4. Combinado 5. Pantalla multifunción a

Figura 8.35. Sistema de detección de subinflado.

EJEMPLO ¿Cuáles son las causas que hacen que un vehículo derrape en curva? Solución El exceso de velocidad en la misma, que hace que la resultante de la fuerza centrífuga con la fuerza de impulsión que lleva el vehículo supere a la fuerza de adherencia que ejerce el neumático.

ACTIVIDADES 11. ¿Qué entiendes por aquaplaning? 12. ¿De qué factores depende el ángulo de deriva? 13. Enumera las diferencias entre el desequilibrio estático y el dinámico. 14. ¿A qué se debe el efecto del Shimy? 15. ¿En qué consiste la estabilidad en curva?


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4. Consejos para el mantenimiento de las ruedas • Verificar periódicamente (siempre en frío) la presión de inflado, incluida la rueda de repuesto. • Controlar los indicadores de desgaste (la profundidad mínima legal es de 1,6 mm). • Vigilar los desgastes anormales o irregulares del neumático. • Controlar los cortes y otras anomalías que pueda sufrir el neumático. • Realizar el equilibrado de las ruedas siempre que se sustituyan neumáticos o llantas o se realice alguna operación que implique el desmontaje de alguno de los componentes de la rueda y cuando se perciban efectos de desequilibrados. • Aplicar los pesos de equilibrado en función del tipo de llanta (acero o aleación) y situarlos donde marque el fabricante. • Es aconsejable sustituir la válvula cada vez que se desmonte el neumático. • Verificar la alineación correcta del tren anterior y del tren posterior. Una mala alineación provoca el deterioro prematuro de los neumáticos. • Utilizar neumáticos iguales por eje. En algunos casos según el modelo del neumático, es necesario que sean los cuatro iguales. • No realizar intercambios de las ruedas en cruz. En vehículos con tracción delantera, los neumáticos nuevos o menos gastados deben montarse detrás, que es el eje que, en situaciones difíciles, pierde antes la adherencia. • Respetar las condiciones de utilización del neumático. • Emplear los neumáticos adecuados para la utilización que se les vaya a dar. • Cuando se cambien los neumáticos o llantas, respetar siempre las especificaciones indicadas por el fabricante del vehículo. • Sustituir las llantas con deformaciones. • No emplear cámaras en neumáticos del tipo tubeless. • La rueda compacta (rueda de repuesto de uso temporal que incorporan varios fabricantes, de características diferentes al resto) no se puede equilibrar y su duración aproximada es de unos 3.000 km.

d Figura 8.36. Equipo de alineación.


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5. Diagnosis de anomalías del neumático Síntoma

a

Causas posibles

Grietas en la banda de rodamiento

• Prolongada exposición a los rayos solares. • Contacto prolongado con hidrocarburos (aceite, nafta, gasolina, gasóleo). • Pérdida de elasticidad debida al envejecimiento. • Almacenamiento en locales no adecuados. • Insuficiente presión de inflado.

Separaciones o despegado de la banda de rodamiento

• Funcionamiento prolongado en sobrecarga. • Insuficiente presión de inflado. • Utilización a velocidad elevada (con recorridos excesivamente largos). • Aceleraciones bruscas repetidas. • Acumulación de humedad y cuerpos extraños en cortes o perforaciones de la banda.

Separaciones en los flancos o bordes de la banda de rodamiento

• Frotamiento contra los bordes de las aceras o resaltes. • Frotamiento de las cadenas de nieve (no adecuadas, mal aplicadas o por una utilización intensiva).

Cortes incisivos o desgastes circunferenciales

• Rozamiento de la banda de rodamiento contra alguna parte de la carrocería. • Deslizamiento sobre objeto cortante. • Marchas sobre pistas en mal estado.

Talones

– Insuficiente presión de inflado. – Carga excesiva. – Llantas deformadas, machacadas, rotas, oxidadas o no adecuadas a las dimensiones del neumático. – Freno bloqueado que provoca el recalentamiento de la llanta.

Rotura, corte o perforación de la carcasa

• Golpes contra objetos rígidos. • Rodaje con presión nula. • Insuficiente presión de inflado. • Utilización de los neumáticos en sobrecarga.

Tabla 8.5.


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6. Reciclado del neumático caso práctico inicial Este epígrafe aborda el proceso de reciclado de los neumáticos al final de su vida útil.

La masiva generación de neumáticos usados y las dificultades para hacerlos desaparecer constituye en los últimos años un grave problema medioambiental en todo el mundo. En España se generan cada año 250.000 toneladas de neumáticos usados. El 45% se deposita en vertederos controlados sin tratar, el 15% se deposita después de ser triturado y el 40% no está controlado. Para eliminar estos residuos se usa con frecuencia la quema directa, que provoca graves problemas medioambientales ya que produce emisiones de gases que contienen partículas nocivas. En 1999, la Unión Europea adoptó la Directiva 1999/31/CE, en la que se prohibía la eliminación por depósito en vertedero de los neumáticos enteros a partir de 2003 y de los neumáticos troceados a partir de 2006. En la actualidad, se pueden utilizar diversos métodos para la recuperación de neumáticos y la destrucción de sus componentes peligrosos.

6.1. Trituración mecánica Es un proceso puramente mecánico y por tanto los productos resultantes son de alta calidad, limpios de todo tipo de impurezas, lo que facilita la utilización de estos materiales en nuevos procesos y aplicaciones. La trituración con sistemas mecánicos es, casi siempre, el paso previo en los diferentes métodos de recuperación y rentabilización de los residuos de neumáticos. Descripción del proceso

a Figura 8.37. Neumáticos en mal estado.

a) Sección de triturado. b) Sección de granulado. c) Sección de Pulverizado. d) Sección de desmetalizado. e) Sección compuesta de aireado y redes vibratorias intercambiables. f) Sección de empacado. El neumático va a través de una cinta transportadora, es enviado a una tronzadora, dejándolo en pedazos de aproximadamente 300 mm. Este material cae en la cinta transportadora al siguiente paso del proceso, con una acción análoga a la anterior, reduce las dimensiones del material hasta una medida de 50 mm. El material obtenido, a través de una banda transportadora, entra en una tercera máquina que, con un sistema similar, reduce el caucho a 16 mm, destacando así la presencia de acero del interior de los neumáticos. Una banda transportadora posterior recoge lo procesado para pasarlo debajo de un imán permanente, recogiendo cualquier material ferroso presente, y el caucho es colocado en los silos. En este punto del ciclo, el caucho, ya sin presencia de acero, puede iniciar el proceso de refinación. Los granos de goma, a través de un vertedor, son enviados a la máquina de pulverizado, la cual, con la acción de embrague entre dos discos rotatorios en sentidos inversos, reduce el grano a las dimensiones deseadas, agregando o quitando discos según se requiera. Una vez terminado el procesado del material, es llevado mediante transporte neumático para su separación y almacenado.


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6.2. Termólisis Se trata de un sistema en el que se somete a los materiales de residuos de neumáticos a un calentamiento en un medio en el que no existe oxígeno. Las altas temperaturas y la ausencia de oxígeno tienen el efecto de destruir los enlaces químicos. De esta forma, se obtiene la recuperación total de los componentes originales del neumático, tales como metales, carbones e hidrocarburos gaseosos, que pueden volver a las cadenas industriales, ya sea de producción de neumáticos o de otras actividades.

6.3. Pirólisis Se trata de la descomposición química que se obtiene por acción del calor. Aún está poco extendido, debido a problemas de separación de compuestos carbonados que ya están siendo superados. Los productos obtenidos después del proceso de pirólisis son principalmente: gas similar al propano que se puede emplear para uso industrial, aceite industrial líquido que se puede refinar en diésel, coke, acero.

6.4. Incineración Es un proceso costoso y, además, presenta el inconveniente de la diferente velocidad de combustión de los diferentes componentes y la necesidad de depuración de los residuos, por lo que no resulta fácil de controlar y, además, es contaminante. Genera calor que puede ser usado como energía, ya que se trata de un proceso exotérmico. Con este método, los productos contaminantes que se producen en la combustión son muy perjudiciales para la salud humana. También conlleva el peligro de que muchos de estos compuestos son solubles en el agua, por lo que pasan a la cadena trófica y de ahí a los seres humanos.

6.5. Trituración criogénica Este método necesita unas instalaciones muy complejas, lo que hace que tampoco sea rentable económicamente. Además, el mantenimiento de la maquinaria y del proceso es difícil.

6.6. Producción de energía eléctrica Los residuos se introducen en una caldera donde se realiza su combustión. El calor liberado provoca que el agua existente en la caldera se convierta en vapor de alta temperatura y alta presión que se conduce hasta una turbina, que, acoplada a un generador, produce la electricidad.

6.7. Usos tras el reciclado Los materiales que se obtienen tras el tratamiento de los residuos de neumáticos, una vez separados los restos aprovechables para nuevos neumáticos, pueden ser usados en diversas aplicaciones tales como parte de los componentes de las capas asfálticas que se usan en la construcción de carreteras, espacios deportivos (campos de juego, suelos de atletismo o pistas de paseo y bicicleta), alfombras, aislantes de vehículos o losetas de goma, materiales de fabricación de tejados, masillas, aislantes de vibración y otras muchas aplicaciones.

Figura 8.38. Planta de reciclaje de neumáticos.

a


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ACTIVIDADES FINALES 1. ¿Qué funciones cumplen las ruedas en los vehículos? 2. Indica las características de la llanta: 4J x 14 LH ET37 5/125. 3. Describe los tipos de llantas. 4. ¿Qué es una rueda de disco?

5. Indica qué significa: 165/70 R 81 H. 6. ¿Cuáles son las ventajas de un neumático radial? 7. ¿Cuál es el límite de desgaste de los neumáticos?, ¿por qué? 8. ¿Qué inconvenientes tiene la falta de presión en los neumáticos? 9. ¿Por qué en los vehículos con tracción se deben poner los neumáticos más gastados en el eje delantero? 10. ¿Cuándo se debe mirar la presión en los neumáticos y por qué? 11. ¿Por qué es necesario reciclar los neumáticos?


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1. En los neumáticos, la palabra «tubeless» indica:

6. El efecto subvirador consiste en que

a) Formados por un tubo.

a) La deriva es mayor en el eje trasero.

b) Que tiene una cámara tubular.

b) La deriva es mayor en el eje delantero, tendiendo a abrirse en la curva.

c) Neumático sin cámara. d) Que no se pincha. 2. El índice de carga y el código de velocidad se indican mediante a) Dos letras seguidas. b) Dos números, el 1º indica la carga y el 2º, la velocidad.

c) El vehículo tiende a cerrarse en la curva. d) El morro tira hacia abajo. 7. En qué casos se recomienda especialmente el inflado de los neumáticos con nitrógeno a) Vehículos muy pesados. b) Vehículos de servicio público.

c) Dos números separados por –.

c) Se trabaja en proximidad a materias incandescentes o con riesgo de explosión.

d) Un número para el índice de carga y una letra para el código de velocidad.

d) Zonas con riesgo de lluvia. 8. El exceso de presión en los neumáticos produce:

3. Cuando en una curva el vehículo tiene efecto sobrevirador, para contrarrestarlo giraremos el volante. a) En sentido contrario al de la curva. b) En el mismo sentido de la curva.

a) Mayor desgaste en la parte central de la banda de rodadura. b) Mayor desgaste en los flancos. c) Excesiva flexibilidad. d) Mayor aplastamiento.

c) No hay que girarlo. d) En cualquier sentido, da igual.

9. ¿Qué es el Shimy? a) El efecto por el equilibrado estático.

4. El aquaplaning aumenta con a) El peso sobre la rueda.

b) El efecto por el desequilibrio dinámico.

b) La velocidad y el desgaste del dibujo.

c) El conjunto de movimientos oscilatorios mantenidos por las ruedas.

c) La frenada.

d) Efecto producido por el viento en los F-1.

d) La presión del neumático. 5. La profundidad mínima de la huella es de

10. En las ruedas con sistema de control de presión, la información desde el módulo emisor se manda al receptor mediante:

a) 1,6 mm.

a) Un cable eléctrico.

b) 1,6 cm.

b) Un BUS.

c) 3 mm.

c) La red VAN.

d) 16 mm.

d) Señales de alta frecuencia.


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PRÁCTICA PROFESIONAL HERRAMIENTAS • Equipo de herramientas (pistola neumática con boca de impacto, alicates, llave de obús, llave dinamométrica)

Sustitución de neumáticos en un vehículo

• Máquina de desmontaje y montaje de neumáticos

OBJETIVOS

• Máquina de equilibrado

Saber cambiar los neumáticos de un vehículo, realizando la interpretación correcta de datos, utilizando los útiles adecuados y cumpliendo las normas de seguridad.

MATERIAL • Vehículo con ruedas • Documentación técnica

PRECAUCIONES • Colocar el vehículo en un elevador adecuado, respetando los puntos de apoyo indicados por el fabricante. • Prever los riesgos de golpes, cortes, proyección de partículas, atrapamientos, inhalación de partículas, pinchazos con alambres de la cubierta, quemaduras e irritaciones y sobreesfuerzos que durante la realización de la práctica pueden producirse. • Utilizar los equipos de protección y seguridad adecuados (zapatos, guantes, etc.). • Utilizar las herramientas adecuadas y en buen estado.

DESARROLLO Desmontaje de la rueda del automóvil Quitar los embellecedores o tapacubos (véase la figura 8.39), y las tuercas o tornillos de sujeción de la rueda, utilizando el útil adecuado para los tornillos antirrobo (véase la figura 8.40). Desmontaje de la cubierta Quitar el obús (véase la figura 8.41) y esperar a que salga todo el aire, quitar los plomos sin dañar la llanta, (véase la figura 8.42) despegar las dos caras de la cubierta (véase la figura 8.43), quitar la cubierta (véase la figura 8.44) y quitar la válvula vieja (véase la figura 8.45).

a

Figura 8.39.

a

Figura 8.40.

a

Figura 8.41.


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a

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Figura 8.42.

a

Figura 8.43.

a

Figura 8.44.

a

Figura 8.45.

Montaje de la cubierta Controlar el estado de la llanta, montar la válvula nueva (si el neumático lleva detector de subinflado, este va incorporado con la válvula y deberá ser codificado para que la BSI pueda interpretarlo), engrasar abundantemente los talones del neumático, montar el neumático en la llanta, respetando las indicaciones del fabricante (véase la figura 8.46), hinchar a 3,5 bares, poner el obús y dejar a la presión indicada por el fabricante (véase la figura 8.47). Equilibrado de la rueda Montar la rueda sobre la equilibradora (véase la figura 8.48), comprobar la descompensación de masas existente (véase la figura 8.49), equilibrar la rueda con plomos adaptados a la rueda en los lugares indicados (véase la figura 8.50) y verificar el equilibrado (véase la figura 8.51). Montaje de la rueda Colocar la rueda y poner manualmente los tornillos (véase la figura 8.52), apretar sin par utilizando la llave de impacto, apretar con la llave dinamométrica dando el par de apriete correspondiente (véase la figura 8.53), prestando atención a los tornillos antirrobo, y colocar los tapacubos o embellecedores.

a

Figura 8.46.

a

Figura 8.47.

a

Figura 8.50.

a

Figura 8.51.

a

Figura 8.48.

a

Figura 8.52.

a

Figura 8.49.

a

Figura 8.53.


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MUNDO TÉCNICO Michelin reinventa el futuro del neumático con el Michelin Active Wheel Michelin Sistema de Rueda Activa

neumático al cabo de 45.000 km… Este es el balance en cifras de lo que MICHELIN Energy Saver ofrece. Por su parte, Michelin Active Wheel inaugura una nueva era en el mundo del automóvil, donde las prestaciones en seguridad, energía y medio ambiente alcanzan unos niveles sin precedentes. Este es el resultado de una motorización en miniatura y de un sistema de suspensión eléctrica incorporados dentro de la rueda. Estas tecnologías desarrolladas por Michelin han hecho posible un replanteamiento completo del automóvil.

Michelin ha elegido el Salón Internacional del Automóvil de París, que se celebra del 4 al 19 de octubre del 2008, para mostrar el nuevo neumático MICHELIN Energy Saver y presentar el Michelin Active Wheel y el WILL. Ahorrar casi 0,2 l de carburante cada 100 km... Reduciendo así las emisiones de CO2 hasta 4 gramos por kilómetro... Ahorrar casi 2 euros cada vez que se llena el depósito… Y amortizar el precio de un

En el Salón del Automóvil de París, Heuliez, Michelin y Orange desvelan WILL, el primer vehículo eléctrico que integra la tecnología Michelin Active Wheel. Bajo un exterior familiar y amigable, WILL representa una nueva manera de contemplar el diseño del automóvil. Todo en este coche –desde el chasis, la transmisión y la suspensión a la conectividad y servicios de comunicación– muestra que existen soluciones tangibles a los mayores problemas de transporte a los que nos enfrentamos hoy en día, como encontrar alternativas a la gasolina, reducir las emisiones de CO2 y el consumo de energía, resolver la congestión de tráfico, eliminando el ruido y las emisiones tóxicas y convirtiendo el viaje en un tiempo divertido y productivo. http://www.actualidadmotor.com/2008/10/04/salon-de-paris-michelin-active-wheel/


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EN RESUMEN RUEDAS

Parte metálica

Parte neumática

Llantas

Neumáticos • Con cámara • Sin cámara

ANOMALIAS EN LAS RUEDAS

Alabeo

Excentricidad

Desequilibrios

Shimy

entra en internet 1. En la siguiente página puedes encontrar información sobre los residuos y reciclaje del automóvil. • http://www.invenia.es 2. Busca en la siguiente dirección catálogos, productos, fichas técnicas, noticias y eventos sobre los neumáticos. • http://www.michelin.com

3. En la página siguiente puedes encontrar información de noticias, productos, fichas técnicas, reportajes, foros y blog, eventos y recursos sobre ruedas. • http://www.goodyear.es


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La dirección

vamos a conocer... 1. La dirección 2. Geometría de la dirección 3. Orientación de las ruedas traseras 4. Intervención en la dirección PRÁCTICA PROFESIONAL Comprobar la alineación de la dirección en un vehículo MUNDO TÉCNICO Innovaciones para el automóvil

y al finalizar esta unidad... Analizarás los distintos sistemas de dirección y sus diferencias constructivas. Conocerás e identificarás los elementos que integran las direcciones convencionales y asistidas. Analizarás la geometría de dirección y ruedas. Interpretarás la documentación técnica y los manuales de funcionamiento necesarios para realizar el mantenimiento o reparación conservando las condiciones de seguridad activa.


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CASO PRÁCTICO INICIAL situación de partida Jesús trabaja como profesional autónomo en una empresa dedicada al mantenimiento y reparación de vehículos autopropulsados. Los trabajos que tiene que realizar implican: • Mantenimiento, reparación y diagnosis de la dirección. • Interpretar la documentación técnica y manuales de funcionamiento necesarios para realizar el mantenimiento o reparación, manteniendo las condiciones de seguridad activa. • Comprobar los valores de los parámetros obtenidos en las comprobaciones con los dados en la documentación técnica para determinar los elementos que se deben reparar, ajustar o sustituir. • Reparar, ajustar o sustituir los elementos de dirección. • Cumplir las normas de seguridad, salud laboral y medioambiental para las reparaciones y/o mantenimiento de los distintos sistemas de dirección. Llega a la empresa un vehículo. El conductor percibe que el automóvil no mantiene la trayectoria al circular y tiende a desviarse de la ruta deseada por el usuario, en un caso tiende a invadir el carril contrario o en otro caso a salirse del carril, resultando esta sensación más pronunciada durante la frenada y los giros. Además se produce un desgaste rápido e irregular de los neumáticos, mostrando un aspecto visual de desgaste excesivo en la banda de rodadura interior o exterior. Para que el funcionamiento de la dirección resulte adecuado, es preciso que los elementos que la forman cumplan unas determinadas condiciones, mediante las cuales, se logra que las ruedas

obedezcan fácilmente al volante de la dirección y no se altere su orientación por las irregularidades del terreno o al efectuar una frenada, resultando así la dirección segura y de suave manejo. También debe retornar a la línea recta y mantenerse en ella al soltar el volante después de realizar una curva. Para realizar este trabajo, efectúa una inspección visual de los neumáticos observando su desgaste, comprueba que la presión es correcta y observa que no existen posibles holguras o agarrotamientos de algún elemento de dirección. Los desgastes anormales son siempre producidos por frote de la cubierta con el pavimento y es muy difícil establecer con exactitud la causa que puede producirlo, pues pueden ser una o varias a la vez. Para evitar los desgastes irregulares la dirección debe de cumplir unas condiciones denominadas geometría de la dirección. Además de los desgastes anormales producidos por frote de la cubierta con el pavimento por defecto de las cotas, influyen también, de una forma muy acusada, el shimmy, presión de inflado, deformación del chasis, etc. Para determinar la causa del desgaste irregular se procede a realizar el control de los ángulos, para ello es necesario antes realizar unas verificaciones preliminares: llevar a cabo un equilibrado de las ruedas y verificar que los órganos de suspensión, dirección y frenos, se encuentren en perfecto estado. Una vez superadas las verificaciones preliminares se procede a verificar las cotas de dirección para realizar un alineado de dirección, ajustando la cota que esté fuera de tolerancia o bien sustituyendo la pieza que se encuentre defectuosa.

estudio del caso Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial. 1. ¿Cómo está formada la dirección?

4. ¿Qué se consigue con la geometría de ruedas?

2. ¿Qué condiciones debe de cumplir la dirección?

5. ¿Cómo afecta al vehículo un mal reglaje de paralelismo?

3. ¿Qué se consigue con la geometría de giro?


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1. La dirección caso práctico inicial Aquí encontrarás los órganos capaces de orientar el vehículo.

La dirección está formada por un volante unido a un extremo de la columna de dirección. Esta a su vez se une por el otro extremo al mecanismo de dirección alojado en su propia caja. Su misión consiste en dirigir la orientación de las ruedas, para que el vehículo tome la trayectoria deseada. Para ello utiliza una serie de elementos que transmiten el movimiento desde el volante hasta las ruedas.

F1

R1

1.1. Principio de funcionamiento Relación de esfuerzos a transmitir El par de giro es el producto de la fuerza por una distancia, en este caso el radio P = F · R. Por tanto, la desmultiplicación está en función de los diámetros del volante y el piñón de dirección (figura 9.1).

F2 R2 a Figura 9.1. Relación de esfuerzos

Las fuerzas aplicadas y obtenidas son inversamente proporcionales a los radios de giro, ya que el momento de esfuerzo del volante es igual al momento resistente en la caja de dirección.

que se transmiten desde el volante a las ruedas.

F1 · R1 = F2 · R2

B

F = R F R

F B

A

B

a Figura 9.2. Relación de transmisión.

1

2

2

1

Relación de transmisión Está determinada por la relación que existe entre el ángulo descrito por el volante y el ángulo obtenido en las ruedas (figura 9.2). En esta relación, también denominada desmultiplicación, influyen fundamentalmente el mecanismo ubicado en la caja de la dirección y el varillaje encargado de transmitir el movimiento de las ruedas.

EJEMPLOS En un vehículo, el conductor ejerce un esfuerzo de 5 kgf sobre el volante de 50 cm de diámetro. A través de la columna de dirección, transmite el movimiento al piñón de dirección, que tiene un diámetro de 5 cm. Calcula el esfuerzo transmitido a las ruedas. Solución F1 R = 2 ; F2 R1

5 5 = ; F2 50

F2 =

5 · 50 = 50 kgf 5

En un giro completo del volante se obtiene un ángulo de giro en las ruedas de 30°. ¿Cuál es la relación de desmultiplicación? Solución R=

360 12 = 30 1


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1.2. Disposición de los elementos sobre el vehículo El conjunto de elementos que intervienen en la dirección está formado por los elementos siguientes: • Volante. • Columna de dirección. • Caja o mecanismo de dirección. • Timonería de mando o brazos de acoplamiento y de mando. • Ruedas. En la figura 9.3 se muestra una dirección de cremallera, la cual está unida a las ruedas mediante las barras de acoplamiento. En la figura 9.4 se muestra una caja de dirección de tipo sinfín y sector dentado que necesita más timonería de mando para establecer la unión con las ruedas. Soporte unido a la carrocería

Figura 9.3. Elementos de una dirección de cremallera.

a

Figura 9.4. Elementos de una dirección de tornillo sinfín y sector.

a

En funcionamiento, cuando el conductor acciona el volante unido a la columna de dirección transmite a las ruedas el ángulo de giro deseado. La caja de dirección y la relación de palancas realizan la desmultiplicación de giro y la multiplicación de fuerza necesaria para orientar las ruedas con el mínimo esfuerzo del conductor. Los brazos de mando y acoplamiento transmiten el movimiento desde la caja de dirección a las ruedas. En la tabla siguiente se desarrolla un ejemplo de características constructivas de una dirección mecánica, en este caso de cremallera: Características

Dirección mecánica

Piñón de mando

7 dientes

Diámetro del volante

370 mm

Número de cardans en la columna

1 (2 con airbag)

Recorrido de la cremallera

80 mm (neumáticos de 155) 72 mm (neumáticos de 165)

Relación de desmultiplicación

1/22

Número de vueltas entre topes

4,10 (recorrido de 80 mm) 3,68 (recorrido de 72 mm)

Diámetro de giro entre paredes

39°4 (recorrido de 80 mm) 34°2 (recorrido de 72 mm)

Ángulo de giro de rueda interior

34° (recorrido de 80 mm) 30°40 (recorrido de 72 mm)

a

Tabla 9.1.


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1.3. Estudio de los órganos constructivos Volante Está diseñado con una forma ergonómica con dos o tres brazos, con la finalidad de obtener mayor facilidad de manejo y comodidad (figura 9.5). Su misión consiste en reducir el esfuerzo que el conductor aplica a las ruedas. En los vehículos con mayor equipamiento, generalmente está dotado de tres brazos para incorporar el dispositivo de seguridad pasiva de protección del conductor (airbag).

saber más Elementos de mando de dirección El mando de la dirección está formado por un conjunto de elementos que acciona el mecanismo o caja de dirección.

a

Figura 9.5. Volante.

Columna de dirección Está constituida por un árbol articulado que une el mecanismo de dirección con el volante (figura 9.6).

Figura 9.6. Esquema de la columna de dirección.

b

La columna de la dirección tiene una gran influencia en la seguridad pasiva. Todos los vehículos están equipados con una columna de dirección retráctil, formada por dos o tres tramos con el fin de colapsarse y no producir daños al conductor en caso de colisión. Estos tramos están unidos mediante juntas cardan y elásticas diseñadas para tal fin. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Eje intermedio de la dirección Carrocería Casquillo de apoyo de plástico Muelle sometido a tensión previa Tubo de la columna de la dirección Elemento aislante de nailon Sección ondulada del tubo de la columna de la dirección Soporte de la columna de la dirección Cojinete de apoyo inferior Anillo de tolerancia del cojinete Eje de la columna de la dirección telescópico Junta universal del eje de la columna de la dirección Pasadores de plástico Anillo de tolerancia Tornillo de fijación Volante


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Excéntrico

Palanca Motor eléctrico con reductora Consola

Husillo

Basculante tipo caja

Caballete de reglaje Mando de dirección

Caja guía

a

Figura 9.7. Columna o árbol de dirección.

La columna de dirección permite la regulación del volante en altura y, en algunos casos, también la profundidad, para facilitar la conducción. Caja o mecanismo de dirección El movimiento giratorio del volante se transmite a través del árbol y llega a la caja de dirección, que transforma el movimiento giratorio en otro rectilíneo transversal al vehículo. A través de las barras, articuladas con rótulas, el mecanismo de dirección alojado en la caja transmite el movimiento transversal a las bieletas o brazos de acoplamiento que hacen girar las ruedas alrededor del eje del pivote (figura 9.8). Sentido de la marcha Mangueta Eje del pivote

Barra de dirección Brazo de acoplamiento a

Columna de dirección

Figura 9.8. Conjunto de dirección.

Caja de dirección

Ángulo de giro


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Existen los siguiente tipos de cajas o mecanismos de dirección: • Cremallera. • Cremallera de relación variable. • Tornillo sinfín y sector dentado. • Tornillo sinfín y rodillo. • Tornillo sinfín y dedo. • Tornillo sinfín y tuerca. • Tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes o recirculación de bolas. En la mayoría de los turismos, se utiliza la dirección de cremallera; sin embargo, en vehículos todo terreno y camiones, la más utilizada es la caja de tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes, también llamada de recirculación de bolas. Cremallera Este tipo de dirección se caracteriza por su mecanismo desmultiplicador (piñóncremallera) y su sencillez de montaje. Elimina parte de la timonería de mando. La dirección de cremallera está constituida por una barra en la que hay tallada un dentado de cremallera, que se desplaza lateralmente en el interior de un cárter apoyada en unos casquillos de bronce o nailon (figura 9.9). Está accionada por el piñón, montado en un extremo del árbol del volante, engranando con la de cremallera. Es la más utilizada en los vehículos de turismo, sobre todo en los de motor y tracción delantera, porque disminuye notablemente los esfuerzos en el volante. Es suave en los giros y tiene rapidez de recuperación, resultando una dirección estable y segura. La cremallera se une directamente a los brazos de acoplamiento de las ruedas a través de dos bielas de dirección, en cuyo extremo se sitúan las rótulas que, a su vez, son regulables para modificar la convergencia. 9

1

a

2

3

4

5

6

7

8

7

4

6

3

1. Barra de dirección 2. Rótula barra de dirección 3. Guardapolvos cremallera de dirección 4. Cremallera 5. Casquillo cremallera de dirección 6. Fijación guardapolvos 7. Taco elástico 8. Caja de dirección 9. Sinfín de la dirección

Figura 9.9. Dirección cremallera.

Dirección de cremallera de relación variable En las direcciones mecánicas de cremallera con relación constante, se realiza el mismo esfuerzo sobre el volante tanto en maniobras de aparcamiento como en carretera. Sin embargo, en las maniobras de aparcamiento, es necesaria una dirección con relación de reducción elevada para disminuir el esfuerzo en el volante, lo que implica una disminución de la sensibilidad en la conducción durante la marcha.


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Con una relación de reducción inferior se evita la falta de sensibilidad, pero la maniobrabilidad en parado resulta más difícil. Estos problemas se resuelven con la adopción de la dirección cremallera de relación variable (figura 9.10). La principal característica constructiva de esta dirección es la cremallera, la cual dispone de unos dientes con: • Módulo variable. • Ángulo de presión variable.

a

Figura 9.10. Dirección cremallera de relación variable.

Está accionada por un piñón normal. En la parte central de la cremallera, los dientes tienen un módulo variable, de tal forma que permite: • Una relación corta ideal, para la conducción durante la marcha en línea recta. • El módulo se reduce progresivamente cuando la cremallera se desplaza hacia sus extremos, reduciendo así el esfuerzo de maniobrabilidad en el estacionamiento. Tornillo sinfín Es un mecanismo basado en un tornillo sinfín. Puede ser cilíndrico o globoide (figura 9.11). Está unido al árbol del volante para transmitir su movimiento de rotación a un dispositivo de traslación que engrana con el mismo, generalmente un sector, una tuerca, un rodillo o un dedo, encargados de transmitir el movimiento a la palanca de ataque y ésta a su vez a las barras de acoplamiento.

a

Figura 9.11. Tornillo sinfín: a) cilíndrico; b) globoide.

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Tornillo sinfín y sector dentado

1 2 3

Está formado por un sinfín cilíndrico, apoyado en sus extremos sobre dos cojinetes de rodillos cónicos (figura 9.12). El movimiento se transmite a la palanca de mando a través de un sector dentado, cuyos dientes engranan con el tornillo sinfín en toma constante.

4

Tornillo sinfín y rodillo

1. Eje de la biela de mando hacia la biela de mando de la dirección 2. Segmento de dirección o sector dentado 3. Tornillo sinfín cilíndrico 4. Eje de la columna de la dirección a

Está formado por un sinfín globoide apoyado en cojinetes de rodillos cónicos (figura 9.13). Un rodillo está apoyado en el tornillo sinfín, que al girar desplaza lateralmente el rodillo produciendo un movimiento angular en el eje de la palanca de ataque. Tornillo sinfín y dedo

2 1 3

6

5

a

Como muestra la figura 9.14, está formado por un sinfín cilíndrico y un dedo o tetón. Al girar el sinfín, el dedo se desplaza sobre las ranuras del sinfín transmitiendo un movimiento oscilante a la palanca de ataque.

Figura 9.12 Tornillo sinfín y sector.

4

1. Tornillo sinfín de la dirección 2. Eje de la columna de la dirección 3. Rodillo de dirección 4. Casquillo excéntrico 5. Palanca de ajuste para el juego de flancos 6. Tornillo de ajuste para el eje de la columna de la dirección

Figura 9.13. Tornillo sinfín y rodillo.

2 3 1 4

a

1. Dedo de rodadura 2. Tornillo sinfín 3. Eje de la biela de mando 4. Biela de mando de la dirección

Figura 9.14. Tornillo sinfín y dedo.

Tornillo sinfín y tuerca Está formada por un sinfín cilíndrico y una tuerca (figura 9.15). Al girar el sinfín produce un desplazamiento longitudinal de la tuerca. Este movimiento es transmitido a la palanca de ataque unida a la tuerca. Tornillo sinfín y tuerca con hilera de bolas Este mecanismo consiste en intercalar una hilera de bolas entre el tornillo sinfín y una tuerca (figura 9.16). Esta a su vez dispone de una cremallera exterior que transmite el movimiento a un sector dentado, el cual lo transmite a su vez a la palanca de ataque. Tornillo de dirección Tuerca de dirección Elementos deslizantes

1 Eje de la columna de la dirección Eje de la biela de mando

Caja de dirección a

Figura 9.15. Tornillo sinfín y tuerca.

6

2

5 4

Biela de mando de la dirección

3

a

1. Segmento de dirección 2. Eje de la columna de la dirección 3. Tubos de retorno de las bolas 4. Tornillo de dirección 5. Tuerca de dirección 6. Eje de la biela de mando

Figura 9.16. Tornillo sinfín y tuerca con bolas circulares.


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Tirantería de dirección La tirantería de dirección está constituida por un conjunto de elementos que transmite el movimiento desde el mecanismo de dirección a las ruedas. Generalmente se utilizan dos sistemas, uno aplicado a la dirección de cremallera (figura 9.17 a) y otro aplicado a la dirección de tornillo sinfín (figura 9.17 b). a

b

5

2

3

3

1

7

6

4

6

5

1. Biela o palanca de mando 2. Barra de mando 3. Brazos o palancas de acoplamiento 4. Barra de acoplamiento 5. Manguetas 6. Rótulas 7. Abrazaderas

a Figura 9.17. Tirantería de mando: a) De una dirección de tornillo sinfín. b) dirección de cremallera.

Palanca de ataque También llamada palanca o biela de mando, va unida a la salida de la caja de dirección mediante un estriado fino. Recibe el movimiento de rotación de la caja de dirección para transmitirlo, en movimiento angular, a la barra de mando. Barra de mando El movimiento direccional se transmite por medio de una barra de mando unida, por un lado, a la palanca de ataque y, por el otro, a las barras de acoplamiento de la dirección. En otros sistemas, el mecanismo de la dirección ataca directamente los brazos de acoplamiento de las ruedas, como ocurre en las direcciones de cremallera. Brazos de acoplamiento Estos elementos transmiten a las ruedas el movimiento obtenido en la caja de la dirección y constituyen el sistema direccional para orientar las mismas. Este sistema está formado por unos brazos de acoplamiento montados sobre las manguetas de forma perpendicular al eje de las ruedas y paralelos al terreno. Estos brazos llevan un cierto ángulo de inclinación para que la prolongación de sus ejes coincida sobre el centro del eje trasero y tienen por misión el desplazamiento lateral de las ruedas directrices. Barras de acoplamiento También se llaman bieletas de dirección. Realizan la unión de las dos ruedas por medio de una o varias barras de acoplamiento, según el sistema empleado. Las barras de acoplamiento realizan la unión de los dos brazos para que el movimiento en las dos ruedas sea simultáneo y conjugado, al producirse el desplazamiento lateral en una de ellas.


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Están formadas por un tubo de acero en cuyos extremos van montadas las rótulas, cuya misión es hacer elástica la unión entre los brazos de acoplamiento de las ruedas y adaptarlas a las variaciones de longitud producidas por las incidencias del terreno. Sirven además para la regulación de la convergencia de las ruedas, acortando o alargando la longitud de las barras. Rótulas

saber más Manipular la dirección En cualquier intervención sobre la dirección es conveniente observar con especial atención el estado de desgaste de la rótula.

Como se muestra en la figura 9.18, está constituida por un muñón cónico en cuyos extremos tiene, por una parte, la unión roscada que permite su desmontaje y, por otra, una bola o esfera alojada en una caja esférica que realiza la unión elástica. Su misión consiste en realizar la unión elástica entre la caja de dirección y los brazos de acoplamiento de las ruedas, además de permitir las variaciones de longitud para corregir la convergencia de las ruedas. Tuerca autoblocante

Arandela Muñón cónico

Tuerca

Cabeza de la rótula Protección de goma

Camisa de apoyo Muñón de la bola Tapa a

Muelle de presión

Figura 9.18. Rótula de dirección.

EJEMPLO ¿Cuál es la característica principal de una dirección de cremallera de relación variable? Solución En la parte central de la cremallera los dientes tienen un módulo variable.

ACTIVIDADES 1. Cuando el conductor ejerce un esfuerzo de 4 kgf sobre el volante de 40 cm de diámetro a través de la columna de dirección, transmite el movimiento al piñón de dirección, que tiene un diámetro de 6 cm. Calcula el esfuerzo transmitido a las ruedas. 2. En un giro completo del volante se obtiene un ángulo de giro en las ruedas de 20°. ¿Cuál es la relación de desmultiplicación? 3. Enumera los elementos que componen la dirección. 4. ¿Qué tipos de sinfín se emplean y qué diferencia existe entre ellos? 5. ¿Cuál es la misión de la columna de dirección?


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2. Geometría de la dirección Para determinar la posición de las ruedas en movimiento, tanto en línea recta como en curva, todos los órganos que afectan a la dirección, suspensión y ruedas tienen que cumplir unas condiciones geométricas, que están determinadas por la geometría de giro y la geometría de ruedas. Estas condiciones permiten la orientación de las ruedas delanteras con seguridad y precisión para que el vehículo tome la trayectoria deseada por el conductor. La suspensión desarrolla el control de dos parámetros fundamentales: • Posición de la rueda respecto al pavimento. • Movimientos longitudinales de la rueda. En la figura 9.19 se muestran los sistemas de suspensión más comunes. ESQUEMA CUADRILÁTERO

ESQUEMA McPHERSON

ESQUEMA BRAZOS PARTIDOS

Brazo transversal superior

Brazo transversal inferior A

C

Sentido de la marcha

B Figura 9.19. A, B, C son los puntos de apoyo o articulación comunes a los tres tipos de suspensiones.

a

2.1. Geometría de giro Cuando el vehículo toma una curva, la trayectoria recorrida por cada una de las ruedas es diferente, porque tienen distinto radio de curvatura. Por tanto, la orientación que hay que dar a cada una de ellas es distinta. Como se muestra en la figura 9.20, este efecto director está dado por las dos ruedas directrices y resulta evidente que deben de funcionar de manera simultánea. La geometría de giro se consigue dando a los brazos de acoplamiento una inclinación determinada de forma que, cuando el vehículo circula en línea recta (figura 9.21), la prolongación de los ejes de los brazos de mando debe coincidir con el centro del eje trasero. Para conseguir que cada una de las ruedas delanteras tome la posición adecuada para que sus ejes de giro se corten en el punto (O) es necesario disponer de un trapecio articulado llamado trapecio de dirección o de Ackerman, el cual está formado por el propio eje delantero (AB), dos brazos de acoplamiento (AC y BD), y una barra de acoplamiento (CD). Los brazos de acoplamiento están unidos a las manguetas de las ruedas sobre las que giran estas y también están articulados sobre la barra de acoplamiento.

caso práctico inicial El conjunto formado por la dirección, suspensión, ruedas y frenos son los encargados de la seguridad activa.


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α

β

90°

A

B

C

D

90°

90°

a

90°

β α

C Centro intantáneo de rotación a

Figura 9.20. Unión de las dos ruedas.

a

Figura 9.21. Trazado recto.

Como el ángulo a que forman la mangueta y el brazo de dirección no es recto, al girar una de las manguetas un ángulo b, la otra girará en un ángulo c distinto, de forma que la rueda del interior de la curva siempre gira más que la del exterior, para permitir un trazado correcto de curvas de distinto radio.

caso práctico inicial Para que el conjunto de dirección ofrezca un perfecto comportamiento de seguridad activa, es muy importante el cumplimiento del principio de Ackerman.

A

b

B

Para evitar el arrastre de las ruedas al tomar una curva (figura 9.22), debe cumplirse el principio de Ackerman: las trayectorias descritas por las cuatro ruedas del vehículo al describir una curva han ser circunferencias concéntricas. Es decir, debe haber un solo centro de giro para las cuatro ruedas, llamado centro instantáneo de giro (CIG). Como el puente trasero es normalmente rígido o compuesto por dos semiejes alineados, el centro de giro del vehículo tiene que estar en la prolongación de este eje, por tanto, esta exige que el mecanismo de dirección tenga que girar ángulos desiguales para las ruedas delanteras, siendo siempre mayor el ángulo de la rueda interior, respecto a la rueda exterior.

c C

a

D

2.2. Geometría de ruedas

Figura 9.22. Trazado en curva.

Para obtener una dirección segura y fácil de manejar, las ruedas tienen que obedecer al volante y su orientación no debe alterarse con las irregularidades del pavimento. Para ello, es necesario que las ruedas cumplan una serie de condiciones geométricas, denominadas cotas de dirección (figura 9.23).


Estas son las siguientes:

Las cotas siempre deben de estar dentro de las tolerancias dadas por el fabricante, para conseguir una dirección segura y fácil de manejar.

• Ángulo de caída. • Ángulo de salida. • Ángulo de avance. • Ángulo incluido. • Cotas conjugadas. • Convergencia.


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Vista del vehículo Ángulos

Frontal

Lateral

D

En planta F

B A

E

De la rueda

De la mangueta

a

G

A

F-G

Caída de rueda o ángulo de caída

Convergencia/ Divergencia

B

E

Inclinación del pivote o ángulo de salida

Avance de pivote o Ángulo de avance

Figura 9.23.

Ángulo de caída El ángulo de caída es el ángulo comprendido entre la horizontal y el eje de la mangueta en el plano transversal del vehículo. También es llamado inclinación de rueda (figura 9.24). Plano medio de la rueda

Caída positiva a

Figura 9.24. Ángulo de caída.

saber más Optimización del rendimiento del neumático Para lograr un comportamiento óptimo del neumático, el ángulo de caída debe ser nulo o ligeramente negativo respecto al pavimento. El ángulo de caída depende exclusivamente de la suspensión y el diseño constructivo de la mangueta.

vertical

Caída negativa


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Este ángulo provoca una inclinación idéntica de la parte superior de las ruedas directrices hacia el exterior del vehículo. El ángulo puede considerarse comprendido entre la vertical y el plano de rueda. Este ángulo hace converger a las dos ruedas hacia el suelo. Es un ángulo muy pequeño que está comprendido entre 0° y 2°. Permite hacer coincidir el eje del pivote con el centro de la superficie de los neumáticos sobre el suelo. El ángulo de caída realiza las funciones siguientes: • Compensa la deformación por flexión del tren delantero. • Desplaza el peso del vehículo sobre el eje, que está apoyado la parte interior de la mangueta, disminuyendo así el empuje lateral de los cojinetes sobre los que se apoya la rueda (distancia B de la figura 9.25). • Evita el desgaste de neumáticos y rodamientos. • Reduce el esfuerzo de giro del volante de dirección. Ejes de giro

Plano paralelo al suelo

Ángulo de caída Mangueta

FP B

+ MS

FP

Fuerza perturbadora de la dirección

Momento necesario para girar la rueda alrededor del eje de articulación

Punto de fácil rotura FP

Centro de rotación de la rueda B

MP

Momento resistente

Brazo de palanca transversal a

Figura 9.25. Función del ángulo de caída.

Influencia del ángulo de caída Como se muestra en la figura 9.26, un ángulo de caída fuera de tolerancias o mal regulado provoca que el vehículo se desvíe en su trayectoria al lado de mayor ángulo de caída. Por tanto, es necesario corregir la trayectoria con el volante, la conducción se hace peligrosa y el desgaste de neumáticos es rápido.


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Una diferencia superior a un grado entre los dos lados origina un desvío de trayectoria que es necesario corregir con el volante, ocasionando un desgaste anormal de los neumáticos. Ra = Radio de la cara externa de la banda de rodadura Rb = Radio de la cara interna de la banda de rodadura B = Brazo de palanca transversal

Rb

Ra

B a

Figura 9.26. Influencia de ángulo de caída.

Síntomas del ángulo de caída en mal estado • Desgaste anormal y rápido del neumático. • La banda de rodadura del neumático está desgastada de forma creciente de un lado a otro. • Un exceso de caída negativa provoca el desgaste en la parte interior de la banda de rodadura. • Un exceso de caída positiva provoca el desgaste en la parte exterior de la banda de rodadura. Ángulo de salida También llamado ángulo de pivote, está formado por la prolongación del eje del pivote, sobre el cual gira la rueda para orientarse, con la prolongación del eje vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda (figura 9.27). Eje pivote Vertical Vertical

a

Figura 9.27. Ángulo de salida.


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Se trata de hacer coincidir el centro de la superficie del neumático en contacto con el suelo con la prolongación del eje del pivote (figura 9.28) para obtener las funciones siguientes: • Reducir el esfuerzo para realizar la orientación de la rueda. • Disminuir el ángulo de caída para mejorar el desgaste del neumático, sobre todo en los vehículos modernos con neumáticos de sección ancha. • Favorecer la reversibilidad de la dirección. Inclinación de rueda

B a

Inclinación de pivote

B

Casi nula

Figura 9.28. Reducción del ángulo de caída mediante el ángulo de salida.

Conviene que los ejes se corten un poco por debajo del punto de contacto con el suelo para obtener mayor estabilidad de dirección, sobre todo, al circular por irregularidades del pavimento, que tienden a desorientarse. Influencia del ángulo de salida El ángulo de salida incide sobre el de caída. Por tanto, tendremos las mismas consecuencias y efectos de desgaste en los neumáticos. Síntomas del ángulo de salida en mal estado • Desgaste anormal y rápido del neumático. • La banda de rodadura del neumático está desgastada de forma creciente de un lado a otro. • Un exceso de salida provoca una dureza en la dirección y retorno a la línea recta de forma brusca. • Una escasa salida provoca reacciones en la dirección ante los esfuerzos laterales, dirección más suave y poca reversibilidad de la dirección. Ángulo de avance Es el ángulo formado por la prolongación del eje del pivote con el eje vertical que pasa por el centro de la rueda y en sentido de avance de la misma (figura 9.29). Cuando el vehículo es de propulsión trasera el empuje, realizado por las ruedas traseras, produce un arrastre del eje delantero, generando una cierta inestabilidad de dirección. Se corrige dando al pivote una inclinación (ángulo de avance) de tal forma que su eje corte la línea de desplazamiento un poco por delante del punto de apoyo de la rueda. Este ángulo está comprendido entre 5 y 10 grados.


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Avance Vertical

Vertical Eje pivote

Eje pivote

Eje pivote Sentido de marcha

Sentido de marcha

Punto de contacto de la rueda con el terreno

Punto en el que incide la prolongación del eje montante

POSITIVO a

Vertical

NEGATIVO

Figura 9.29. Ángulo de avance.

Cuando el vehículo es de tracción delantera, este fenómeno de arrastre de las ruedas delanteras no se produce, por tanto, el ángulo de avance es mucho menor. Está comprendido entre 0 y 3 grados. El ángulo de avance permite conseguir las funciones siguientes: • Mantener la dirección estable y precisa, con un efecto direccional o autocentrado del vehículo. • Favorecer la reversibilidad para que las ruedas vuelvan a la línea recta después de tomar una curva. • Evitar las vibraciones en las ruedas y la consiguiente repercusión en la dirección. • El efecto de avance aumenta en las ruedas directrices y disminuye en las ruedas directrices motrices. Este ángulo se complementa con el de caída en los virajes (figura 9.30) para realizar las funciones siguientes: • Aumenta el ángulo de caída de la rueda exterior en la curva con la suspensión comprimida. • Disminuye el ángulo de caída de la rueda interior en la curva con la suspensión extendida. AVANCE POSITIVO

AVANCE NEGATIVO Eje de giro

Eje de giro Sentido de marcha

Sentido de marcha

Mr Mr R a

R S

Figura 9.30. Reacción del avance en marcha ante un giro.

R = Resistencia de la rodadura S = Fuerza motriz Mr= Par resistente


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Influencia del ángulo de avance El ángulo incorrecto o repartido de forma desigual entre ambas ruedas provoca la desviación del vehículo de su trayectoria hacia el lado donde el avance sea menor (figura 9.31). Desviación

a

Figura 9.31. Efecto de un diferente avance entre las ruedas.

Síntomas del ángulo de avance en mal estado • Un ángulo de avance insuficiente provoca poca reversibilidad y dirección poco estable. • Un ángulo de avance excesivo provoca una dirección muy reversible y dura e inestable en los virajes.

P.I. (Inclinación del pivote o salida)

Cotas conjugadas El ángulo comprendido entre el eje del pivote y el eje de la mangueta se denomina ángulo incluido (figura 9.32).

90°

Las cotas conjugadas están formadas por el ángulo incluido y el ángulo de avance. Aunque estos dos ángulos son independientes para su funcionamiento, generalmente están sobre una misma pieza. El reglaje de estos dos ángulos entre sí no se puede hacer. C.A. (Ángulo de caída)

90° a

Figura 9.32. Ángulo incluido.

A Inclinación de rueda

Ángulo total

B a

El conjunto formado por los ángulos de salida y caída junto con el de avance se denomina cotas conjugadas. Hacen que el eje de prolongación del pivote que determina el avance corte la línea de desplazamiento por delante y a la derecha del eje vertical de la rueda (figura 9.34).

Figura 9.33. Ángulo incluido.

β

C

γ

α

Inclinación eje de articulación

α. β. γ. R. F. A-B. a

A B Salida A´ Caída Avance Resistencia de rodadura Fuerza motriz Línea de convergencia

Figura 9.34. Cotas conjugadas.

B

A F

F

B A

R

Línea de convergencia


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La dirección

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El ángulo incluido tiene una gran importancia ya que permite: • Reducir los efectos de reacción del suelo sobre las ruedas. • Disminuir el desgaste de las rótulas y rodamientos de la mangueta (figura 9.35). • Aplicar los pesos sobre el rodamiento interior del buje. Influencia del ángulo incluido Como se muestra en la figura 9.33 el ángulo incluido determina el radio de giro o brazo de palanca transversal. El ángulo incluido es la distancia B entre el punto de corte con el suelo del eje de la rueda A y el eje del pivote C. Según sea este ángulo tenemos: • Radio de giro positivo cuando la intersección de los dos ejes se da por debajo del suelo. • Radio de giro negativo cuando la intersección de los ejes se da por encima del suelo. El radio negativo se suele dar en vehículos con sistema de frenos en diagonal para favorecer la estabilidad de la dirección cuando las fuerzas de frenado en el eje delantero y trasero son desiguales. Este radio determina el esfuerzo a realizar sobre la dirección. Convergencia La convergencia determina el paralelismo que existe entre los ejes longitudinales de las ruedas visto el vehículo por arriba y en sentido de marcha normal (figura 9.36). a

Eje longitudinal rueda a

b

Distancia A

Llanta 15"

Distancia A

Llanta 13"

Distancia B

Llanta 13"

Distancia B

Llanta 15"

Eje longitudinal vehículo

Eje longitudinal rueda

Figura 9.36. Convergencia.

Su función consiste en permitir girar las ruedas de cada eje, paralelas entre sí, con el vehículo en marcha y evitar que las ruedas derrapen con el consiguiente desgaste de neumáticos. La convergencia se expresa en milímetros por la diferencia entre las distancias obtenidas entre la parte delantera y trasera de las ruedas, tomadas en puntos diametralmente opuestos. Suele estar comprendida entre 0 y 5 mm. El ángulo de convergencia es la desviación angular respecto a la dirección de marcha.

C a Figura 9.35. Carga soportada por un rodamiento cónico.


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Se denomina convergencia positiva cuando la prolongación de los ejes longitudinales de las ruedas se cortan por delante (ruedas cerradas) y se expresa con signo positivo (figura 9.37). Se denomina convergencia negativa o divergencia cuando la prolongación de los ejes longitudinales de las ruedas se cortan por detrás (ruedas abiertas) y se expresa con signo negativo (figura 9.37). CONVERGENCIA POSITIVA

a

CONVERGENCIA NEGATIVA

Figura 9.37. Convergencia positiva y negativa (divergencia).

Efectos dinámicos de la convergencia En las ruedas anteriores y posteriores no motrices, durante el rodaje, se produce una apertura de las ruedas, por tanto, hay que dar un cierre inicial o convergencia (figura 9.38A). En las ruedas anteriores y posteriores motrices, durante el rodaje se produce un cierre de las mismas. En este caso hay que dar una apertura inicial o divergencia (figura 9.38B). A

RUEDAS ANTERIORES MOTRICES

RUEDAS ANTERIORES O POSTERIORES MOTRICES Abertura de las ruedas Empuje parcial que se transmite a las ruedas

Resistencia de la carretera al avance del vehículo a

Figura 9.38. Efectos dinámicos de la convergencia.

B

RUEDAS POSTERIORES MOTRICES

RUEDAS ANTERIORES O POSTERIORES NO MOTRICES La rueda tiende a cerrarse

Semiárbol transmisión


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La dirección

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Influencia de un mal reglaje de paralelismo Un exceso de divergencia o insuficiente convergencia provoca en la banda de rodadura rebabas de fuera hacia dentro, además de un desgaste excesivo en el borde interior (figura 9.39), y un exceso de convergencia o insuficiente divergencia provoca en la banda de rodadura rebabas de dentro hacia fuera y un desgaste excesivo en el borde exterior (figura 9.39). Dentado hacia el interior

Un mal reglaje de paralelismo ocasiona un desgaste irregular y rápido de los neumáticos.

Dentado hacia el exterior Desplazamiento de la rueda hacia el exterior

EXCESO DE CONVERGENCIA O FALTA DE DIVERGENCIA a


Desplazamiento de la rueda hacia el interior

EXCESO DE DIVERGENCIA O FALTA DE CONVERGENCIA

Figura 9.39. Influencia del paralelismo.

Síntomas de un mal reglaje de paralelismo Desgaste anormal y rápido de la cubierta con rebabas en la banda de rodadura.

saber más

Aspectos a tener en cuenta:

Reglaje de paralelismo

• Un exceso importante de divergencia ocasiona un desgaste en el borde interior, simétrico en los dos neumáticos.

El reglaje de convergencia o divergencia se denomina reglaje de paralelismo.

• Un exceso importante de convergencia ocasiona un desgaste en el borde exterior, simétrico en los dos neumáticos.

EJEMPLO ¿Qué cota de dirección favorece la reversibilidad para que la rueda vuelva a línea recta después de un giro? Solución El avance.

ACTIVIDADES 6. ¿Por qué es necesaria la existencia del trapecio de Ackerman en el guiado de las ruedas directrices? 7. Enumera los ángulos que intervienen en la geometría de ruedas. 8. ¿Qué significa cotas conjugadas? 9. ¿Cuál es la diferencia entre convergencia y divergencia? 10. Explica los efectos dinámicos de la convergencia.


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3. Orientación de las ruedas traseras Este sistema permite la orientación de las cuatro ruedas. La orientación de las ruedas traseras se consigue en vehículos equipados con suspensiones multibrazo y ruedas tiradas mediante eje autodireccional. La finalidad de estos sistemas es conseguir que los vehículos tengan mayor estabilidad en el trazado de las curvas. Estos sistemas permiten al vehículo, en el trazado de una curva, poder girar las ruedas traseras un pequeño ángulo en el mismo sentido de giro que las ruedas delanteras. Este pequeño giro hace que el vehículo tenga un carácter más sobrevirador para compensar en parte el carácter subvirador de los vehículos de tracción delantera, buscando de esta forma la neutralidad. Todo ello contribuye a una mayor estabilidad en la dirección y por tanto, una mayor seguridad. Las ruedas traseras pueden ser orientadas de forma pasiva o activa.

3.1. Forma pasiva saber más Orientación pasiva Los sistemas de orientación pasiva utilizados en la actualidad son: las suspensiones multibrazo y el eje autodireccional.

En la orientación de forma pasiva se orientan las ruedas del eje trasero debido a las solicitaciones del pavimento sin intervención del conductor. Estas solicitaciones son debidas a la aceleración transversal del vehículo en el trazado de las curvas y a las distintas condiciones de adherencia del suelo. Este efecto se consigue mediante los elementos de suspensión. Este sistema baja su rendimiento en condiciones de mala adherencia. Se utiliza en ejes traseros equipados con suspensión independiente multibrazo y brazos tirados, dando lugar a un eje autodirecciónal. En la figura 9.40, se muestra una suspensión multibrazo con cuatro o más brazos en una disposición que permite mantener las ruedas paralelas al eje longitudinal del vehículo. La deformación (de las articulaciones elásticas) y los movimientos (pequeños giros) de los brazos producidos por los esfuerzos a que se ve sometida la suspensión induce ángulos de caída y convergencia en las ruedas consiguiendo un efecto de orientación directriz en las ruedas traseras, favoreciendo la estabilidad, al tomar una curva el vehículo.

a Figura 9.40. Suspensión multibrazo.

El eje autodireccional permite orientar las ruedas traseras de forma conveniente, pero pasiva, en el trazado de las curvas. Este sistema mantiene la caída de las ruedas y el ancho de vía del eje, por tanto, la orientación no es de las ruedas, sino del tren trasero (figura 9.41). Esto se consigue mediante la unión del eje al bastidor mediante unos soportes elásticos. Cuando el vehículo toma una curva, se deforma la unión elástica de tal forma que todo el eje de suspensión gira un pequeño ángulo de 1 a 2 grados. En la figura 9.42, se muestra el funcionamiento. Cuando se aplica una fuerza sobre la rueda exterior en una curva, el tren trasero pivota alrededor de un punto imaginario (C), que es el centro de rotación retrasado respecto a las ruedas que giran en el sentido deseado proporcionalmente a la velocidad y al ángulo de giro de las ruedas delanteras. El punto imaginario de rotación del eje se obtiene por la orientación de los soportes delanteros.


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La dirección

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• La flexibilidad longitudinal y transversal de los soportes delanteros con respecto a los traseros determina esta flexibilidad programada que se obtiene por la constitución interna de los soportes delanteros.

a. Soportes delanteros b. Soportes traseros c. Punto imaginario F. Fuerza lateral

a

F

c b

a

Figura 9.41. Geometría de eje autodireccional.

a

Figura 9.42. Funcionamiento del eje autodireccional.

En la figura 9.43, se muestra una suspensión de ruedas independientes por brazos tirados y barras de torsión transversales. En el interior del eje va alojada la barra estabilizadora. El eje trasero está fijado al bastidor mediante cuatro soportes elásticos. Dos de ellos van colocados en la parte trasera del tren y otros dos en la parte delantera. c

Soportes delanteros

Los dos soportes elásticos (figura 9.44) colocados en la parte delantera del tren son los que tienen el efecto autodireccional en las curvas, además de absorber las vibraciones. La elasticidad de los soportes elásticos delanteros de fijación del eje varía según sea el sentido de la fuerza a que se vean sometidos. Para conseguir este efecto, el soporte se compone de una interposición de láminas metálicas colocadas durante la embutición de la goma del taco elástico. Este taco se comporta de tal forma que es más rígido según se le aplique la fuerza de deformación en una dirección u otra. Cuando el vehículo toma una curva, los tacos elásticos delanteros reciben una fuerza lateral y se deforman, permitiendo que todo el conjunto pueda rotar respecto a un centro por detrás de los cuatro anclajes elásticos y dando al tren un efecto autodireccional.

Figura 9.43. Eje autodireccional.


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Espárragos de unión

Pieza central de caucho Armadura exterior de chapa ALE*

Armadura interna de chapa ALE*

Tope Inserto de caucho Eje de retención

Caja interior

Chapa interior de unión eje de chapa ALE* *Chapa alto límite de elasticidad a

saber más Corrección de curvas Los dos soportes elásticos delanteros, además de su función de filtración de vibraciones, tienen la misión de crear el efecto corrector en las curvas.

Figura 9.44. Soporte elástico.

Cuando se abandona la curva, cesa la fuerza lateral sobre los tacos, de forma que vuelven a su posición original situando el tren trasero en su posición habitual. Para variar el comportamiento directriz del eje trasero hay que modificar la geometría de los anclajes del eje sobre el bastidor mediante el cambio de láminas metálicas con las distintas dimensiones y propiedades.

3.2. Forma activa saber más El tractor Latil La dirección a las cuatro ruedas se inicia en 1905 en el tractor Latil, también es utilizada en algunos vehículos de obras públicas y agrícolas. En turismos es utilizada fundamentalmente por Honda y Mazda.

En los vehículos con dirección total en las cuatro ruedas, el efecto director del tren trasero es una respuesta activa independientemente de la adherencia. Este sistema es totalmente independiente y no está acoplado a los elementos de suspensión. Se consigue montando un mecanismo de dirección en el eje trasero. Por tanto, es necesaria la intervención del conductor a través del volante, de forma que el giro en las ruedas traseras se produce a la vez que las delanteras. En la figura 9.45 se muestra un esquema de dirección total formado por una caja de detección en el tren delantero que transmite el movimiento a la caja de dirección del tren trasero mediante un árbol de conexión. Estos sistemas proporcionan al vehículo una disminución del radio de giro, pero aumentan la maniobrabilidad a bajas velocidades. En la figura 9.46 se muestra el funcionamiento de una dirección total. Al girar el volante, cada eje se comporta de una forma diferente: • Las ruedas delanteras tienen una relación proporcional entre el giro del volante y el de las ruedas.


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La dirección

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• Las ruedas traseras se giran en paralelo hasta 1,5° que corresponde a un giro del volante de 127°. A partir de este giro, vuelven progresivamente a la posición de línea recta 0° lo cual equivale a un giro del volante de 246°. En el caso de maniobrabilidad para un giro del volante superior a 246°, las ruedas empiezan a posicionarse en antiparalelo o contrafase hasta 5,3°.

saber más Estabilidad en las curvas La dirección total a las cuatro ruedas proporciona más estabilidad dinámica en las curvas.

Este sistema de orientación de ruedas traseras se utiliza actualmente con gestión electrónica que, mediante accionadores hidráulicos, permite orientar el tren trasero en función de la velocidad del vehículo, velocidad del volante y ángulo de giro efectuado. Según estos datos recibidos por la unidad electrónica de control (calculador), se orientan las ruedas traseras para facilitar la maniobrabilidad a baja velocidad y una gran estabilidad a alta velocidad. Ángulo de ruedas

1

30

s ra

te

n ela

sd

da

20 2

e Ru

10 127 0

1. Caja dirección eje delantero 2. Árbol de conexión 3. Caja dirección eje trasero Figura 9.45. Dirección total.

eda

s tr

a s e ra

s

Ángulo de volante

-10

3

a

478

246 Ru

a

0

8

0

1.5

15.6

0

30.3

5.3

Figura 9.46. Efectos de una dirección total.

EJEMPLO ¿Qué efecto se consigue en un vehículo cuando las ruedas traseras realizan un pequeño giro en el mismo sentido que las delanteras? Solución Efecto sobrevirador.

ACTIVIDADES 11. ¿Qué significa que un sistema de orientación de ruedas sea pasivo o activo? 12. ¿Cómo se consigue orientar de forma pasiva las ruedas del eje trasero? 13. Explica el comportamiento de un eje trasero autodireccional al tomar una curva a gran velocidad. 14. ¿Por qué son diferentes los tacos de anclaje del eje autodireccional? 15. Explica el comportamiento de las ruedas en un vehículo equipado con dirección total.


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4. Intervención en la dirección 4.1. Precauciones y mantenimiento Se recomienda seguir las precauciones indicadas por el fabricante en cada caso y revisar el nivel de aceite en los sistemas de tornillo sinfín.

4.2. Comprobaciones Alineación de ruedas La alineación más perfecta es la que considera las cuatro ruedas, regulando tanto la convergencia anterior como la posterior, respecto al eje central (figura 9.47). Cuando no existe regulación de convergencia en el eje posterior, se regula la convergencia anterior en función del eje de empuje. Verificaciones preliminares Antes de proceder al control de los ángulos del tren, es necesario verificar los puntos siguientes: • Neumáticos – Simetría de los neumáticos al mismo tren en cuanto a: Figura 9.47. Equipo de alineación. a

Dimensiones. Presiones. Grado de desgaste. • Suspensión – Holgura de articulaciones – Estado de los cojinetes elásticos. – Juego de rótulas de suspensión. – Amortiguadores. – Simetría de las alturas bajo casco. • Dirección – Centrado de la dirección. – Holgura de la caja de dirección. – Juego de rótulas de dirección. – Estado de los fuelles. – Pérdidas de líquido en caso de dirección asistida. • Frenos – Inexistencia de frenos bloqueados en todas las ruedas. • Ruedas – El alabeo o excentricidad de las ruedas no debe de exceder de 1,2 milímetros. – Deformación. – Golpes de llantas. – Juego de rodamientos del buje.


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Centrado de la dirección

90°

Se denomina centrado de la dirección a la simetría de los órganos de dirección respecto al eje longitudinal del vehículo (figura 9.48). La simetría de los órganos de dirección determina un comportamiento correcto del vehículo tanto en línea recta como en curva, en aceleración o en frenado, sin presentar anomalías debidas a estos componentes. La dirección está centrada cuando los ejes son paralelos entre ellos y ambos perpendiculares al eje de simetría del vehículo (90°). Si la dirección no está centrada, el vehículo tenderá a desviarse de la trayectoria rectilínea obligando al conductor a actuar sobre la dirección para contrarrestar esta desviación. Control del alabeo de las ruedas Para efectuar un control del alabeo de las ruedas, se debe levantar el vehículo por su parte delantera mediante un gato móvil hasta despegar las ruedas del suelo. Se sitúa a continuación una regla provista de un cursor, paralela al tren delantero. Se coloca en la rueda un patín provisto de una aguja y se hace girar colocando el extremo de la aguja sobre la marca cero del cursor. Deslizar adecuadamente este para después bloquearse sobre la rueda. Debe realizarse la misma medida en seis puntos equidistantes marcados alrededor del neumático y verificar el desplazamiento máximo de la aguja en el cursor. Determinación del punto medio de dirección Una operación de control y de reglaje del tren delantero necesita poner en punto medio la dirección para evitar los fenómenos de tiro. Los pasos a seguir son: • Girar la dirección a tope en un sentido. • Hacer una marca en el punto más alto del círculo del volante. • Llevar la dirección a tope en el otro sentido contando el número de vueltas y fracción de vuelta. • Volver a la mitad de las vueltas contadas. Se obtiene así la posición punto medio de la dirección. • En esta posición, instalar los aparatos de medida y proceder al control. Por la concepción geométrica de los trenes delanteros, una modificación de uno de los ángulos (avance, caída, pivote, paralelismo) tiene repercusiones más o menos importantes sobre el valor de los otros ángulos (siendo el de avance el que tiene mayor influencia). Por tanto, se debe respetar el orden siguiente: • Montar los útiles de medida sobre el vehículo respetando las instrucciones del fabricante. • Determinar el punto medio de la dirección y bloquear el volante. • Elevar el vehículo bajo casco. • Anular el alabeo de llanta. • Colocar el vehículo sobre plataformas giratorias.

B = B1 A = A1

B

B1 90°

A

A1

a Figura 9.48. Centrado de la dirección.


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• Montar el útil de bloqueo del freno. • Mover la suspensión para poner el vehículo a su altura libre. • Verificar la simetría de las longitudes de las cajas de rótulas con las bieletas de dirección. (Ejemplo: longitud de las bieletas de dirección, prerreglaje X mm entre ejes). • Anotar los valores en las escalas de lectura. • Los ángulos tienen influencia entre ellos y es necesario respetar un orden de verificación y reglaje, siguiendo el orden siguiente: 1. Avance. 2. Inclinación del pivote (salida). 3. Caída. 4. Paralelismo. 5. Reglaje de paralelismo. Ejemplo de hoja de anotación de datos en el reglaje de los trenes rodantes: Características

Dirección mecánica

Dirección asistida

Eje delantero Inclinación de la rueda Avance del pivote Inclinación del pivote Paralelismo Eje trasero Inclinación de la rueda Paralelismo a

Tabla 9.3.

Ajuste de avance y caída En los vehículos equipados con suspensión independiente, el ajuste de avance y caída se realiza de la forma siguiente: • Para ajustar el avance y la caída de las ruedas delanteras, se deberá levantar el vehículo en una plataforma de elevación. • Se procede a desmontar la rueda delantera y apoyar el brazo de control de vía en un gato. • Las arandelas de ajuste se pueden retirar soltando los tornillos de fijación del eje del brazo de control de vía. Se recomienda observar la posición de montaje de las mismas (figura 9.49). • Debe determinarse la nueva medida de las arandelas de ajuste, según la gráfica existente en el manual de reparaciones del fabricante. La caída se puede ajustar colocando o retirando uniformemente las arandelas de ajuste soltando previamente los dos tomillos de fijación (el brazo de control se regula transversalmente al sentido de la marcha).


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1

367

2

3

1. Brazo de control de vía superior 2. Eje del brazo de control de vía 3. Arandela de ajuste 4. Tornillos de fijación del eje del brazo de control de vía 5. Articulación de control superior

4

5 a

Figura 9.49. Ajuste de avance y caída.

Para ajustar el avance, se colocan arandelas de ajustes diferentes en ambos tornillos de fijación. De este modo se puede modificar el ángulo que forma el brazo de control de vía con respecto de la dirección de la marcha, regulándose hacia adelante, o hacia atrás, el punto de guía superior. En los vehículos equipados con suspensión McPherson el ajuste de avance y caída se realiza de la forma siguiente: • Los soportes superiores de los amortiguadores del eje delantero son excéntricos. Como muestra la figura 9.50, girando el soporte del amortiguador es posible modificar en tres planos el ángulo de inclinación del amortiguador. Al comienzo del ajuste se parte de la posición estándar previamente marcada. • Si es necesario llevar a cabo una corrección de la caída o el avance, se deberá levantar el vehículo de forma que el amortiguador quede libre de carga. • Se procede a desmontar la rueda y retirar las tuercas de fijación del soporte del amortiguador. • A continuación, presionar sobre el amortiguador hacia abajo y colocar el soporte del amortiguador en la posición deseada (remitiéndose a los datos del fabricante). • Fijar correctamente el amortiguador y verificar el avance y la caída.

1

2

3

a

Figura 9.50. Soporte del amortiguador.

1. Soportes del amortiguador 2. Tornillos de fijación del soporte del amortiguador 3. Marca de la posición estándar


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Ajuste de paralelismo de las ruedas delanteras • El ajuste del paralelismo de las ruedas delanteras se efectúa alargando o acortando las barras de acoplamiento mediante las roscas de las mismas (figuras 9.51 y 9.52). Contratuerca

a

Figura 9.51. Rótula de dirección.

Parte central de la barra de acoplamiento

Extremo de la barra de acoplamiento a

Figura 9.52. Ajuste del paralelismo.

• Si es necesario ajustar el paralelismo, se soltarán las contratuercas de la barra de acoplamiento, teniendo en cuenta que los extremos de la misma tienen una rosca a derechas en un lado y a izquierdas en el otro, o bien ambas barras de acoplamiento van dotadas de roscas de paso a derechas (figura 9.53).

Tuerca de fijación

Bieletas con rótulas

Tornillo excéntrico para ajuste de la cota de caída

Tuerca de fijación Tornillo excéntrico para ajuste de la convergencia a

Figura 9.53. Bieletas de brazo de control de vía a barra estabilizadora.

• El paralelismo se ajusta girando la parte central de la barra de acoplamiento. • Una vez realizado el ajuste correcto del paralelismo, se apretarán nuevamente las contratuercas.


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La dirección

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Ángulo de viraje

Las desviaciones en el ángulo de viraje cuando las cotas de dirección son correctas se deben a deformaciones en: • Barras de acoplamiento de las ruedas.

π

Esta comprobación debe de realizarse en las dos ruedas, debiendo ser idéntico el ángulo interior medido en cada una de ellas (figura 9.54).

30 20 10 0 10 20 30

20 10 0 10 20

• Paralelismo incorrecto. • Deformación en el eje trasero. • Deformación en el bastidor o la carrocería.

4.3. Localización de averías

a

Causas posibles

Dirección con aspecto de dureza

– Presión de los neumáticos baja. – Falta de engrase en los elementos de la dirección. – Muelles de suspensión cedidos. – Caídas distintas en las dos ruedas. – Excesivo avance en las dos ruedas. – Cotas de dirección en mal estado por algún golpe. – Alguna articulación con agarrotamiento.

El vehículo tiende a perder la línea recta

– Presión de neumáticos descompensada. – Cubiertas de diferentes tamaños o con gran diferencia de desgaste. – Exceso o falta de convergencia. – Algún muelle de suspensión vencido. – Algún elemento de la suspensión con holgura. – Caída o avance desiguales. – Amortiguadores gastados. – Cotas de dirección en mal estado por algún golpe.

Volante con excesiva holgura

– Caja de dirección con desgaste excesivo. – Rotura o desgaste de alguna articulación.

Dirección inestable

– Falta de equilibrado en las ruedas en marcha. – Falta de avance. – Presión de inflado de los neumáticos muy baja. – Holguras en las manguetas u otros elementos de la suspensión.

Dirección inestable al pisar el freno

– Discos, pinzas o canalizaciones de freno defectuosas. – Pastillas de frenos desgastadas irregularmente. – Neumáticos con algún plano debido a una fuerte frenada. – Amortiguadores en mal estado.

Tabla 9.4.

30 20 10 0 10 20 30

Figura 9.54. Comprobación del ángulo de viraje.

a

• Brazos de acoplamiento.

Síntoma

30 20 10 0 10 20 30

π

Para comprobar el ángulo de viraje se colocan las ruedas delanteras en línea recta sobre las platafomas giratorias de cualquier equipo de medida de forma que el índice de referencia coincida con el cero de la escala. En esta posición, se gira el volante hasta que una rueda alcance los 20° en la escala de la plataforma y se mide la lectura correspondiente a la otra rueda.


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ACTIVIDADES FINALES 1. ¿Qué cualidades debe de reunir una dirección? 2. ¿Qué tirantería de mando se emplea en el acoplamiento de ruedas? 3. ¿Qué tipos de mecanismos se emplean en las cajas de dirección? 4. ¿Por qué la dirección de cremallera es la más utilizada en turismos? 5. ¿Cuál es la dirección más empleada en vehículos todoterreno y camiones? 6. Explica las ventajas de la dirección de sinfín y tuerca con bolas circulantes. 7. Explica los tipos de sistemas de orientación de ruedas. 8. ¿Cómo se realiza el orden de verificación de los ángulos de la dirección? 9. ¿Cómo se comprueba el estado de una rótula de dirección?

10. ¿Cuáles son los síntomas de un mal reglaje de convergencia?


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La dirección

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1. Una dirección de cremallera de relación variable tiene:

6. El avance debe ser mayor en un vehículo: a) Con tracción delantera.

a) Los dientes tallados en hélice.

b) Con propulsión trasera.

b) Los dientes de la cremallera con módulo variable.

c) Con tracción 4 ruedas.

c) Las bieletas de la dirección diferentes.

d) A elección del usuario.

d) Desplazamientos diferentes a izquierda y derecha. 2. El centro instantáneo de rotación se encuentra

7. ¿Qué ángulos forman las cotas conjugadas? a) Salida, caída y avance.

a) En la prolongación del eje trasero.

b) Salida y caída.

b) En la prolongación del eje longitudinal del vehículo.

c) Salida, convergencia y avance.

c) En el centro del eje trasero.

d) Avance, caída y convergencia.

d) En el centro de gravedad del vehículo. 3. En una curva a la izquierda, el ángulo que giran las ruedas delanteras es:

8. La orientación de las ruedas traseras de forma activa se consigue a) Mediante los elementos de la suspensión.

a) Igual en las dos.

b) De forma automática.

b) Mayor en la derecha porque va por el exterior.

c) Por acción de las fuerzas que intervienen en el movimiento.

c) Mayor en la derecha porque recorre más espacio. d) Mayor el de la rueda izquierda. 4. En la geometría del giro se cumple: a) En línea recta la prolongación de los ejes de los brazos de acoplamiento se cortan en el centro del eje trasero. b) Los brazos de acoplamiento tienen la misma longitud.

d) Mediante la transmisión del movimiento desde el volante a las ruedas. 9. La convergencia o divergencia se regula a) Colocando o quitando arandelas de suplemento. b) Alargando o acortando las barras de acoplamiento, mediante roscas.

c) Las dos ruedas giran el mismo ángulo.

c) Alargando o acortando los brazos de acoplamiento.

d) La cremallera se hace más larga.

d) Variando la presión de inflado.

5. El exceso de caída positiva origina

10. El ángulo de salida correcto

a) Mayor desgaste en la parte interior de la banda de rodadura.

a) Reduce el esfuerzo al girar el volante.

b) Mayor desgaste en la parte exterior de la banda de rodadura.

c) Aumenta la reacción de las ruedas.

c) Mayor esfuerzo al girar el volante. d) Mayor reversibilidad de la dirección.

b) Disminuye la reversibilidad. d) Ayuda en la orientación de las ruedas.


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PRÁCTICA PROFESIONAL HERRAMIENTAS • Equipo individual de herramientas • Máquina de comprobación y alineado de direcciones

Comprobar la alineación de la dirección en un vehículo

• Elevador adecuado para direcciones

OBJETIVO

MATERIAL

Saber comprobar y corregir la alineación de la dirección en un vehículo, realizando la interpretación correcta de datos, utilizando los útiles adecuados y cumpliendo las normas de seguridad.

• Vehículo (si es posible con reglaje en los ejes delantero y trasero) • Documentación técnica

PRECAUCIONES


• Colocar el vehículo en un elevador adecuado, respetando los puntos de apoyo indicados por el fabricante. • Prever los riesgos de golpes, cortes, posturas poco ergonómicas y sobreesfuerzos que durante la realización de la práctica pueden producirse. • Utilizar los equipos de protección y seguridad adecuados (zapatos, guantes, etc.). • Utilizar las herramientas adecuadas y en buen estado.

DESARROLLO Colocación del vehículo en el elevador adecuado Colocar el vehículo en el elevador donde tengamos previamente acoplado el equipo de alineación (véase la figura 9.55). Antes de realizar ninguna medición, comprobar la presión correcta de los neumáticos, el estado de la dirección, los componentes de la suspensión y asegurarse de la ausencia de holguras en ruedas, rodamientos y rótulas. Preparación del vehículo para medir Colocar el volante en el punto medio de la cremallera, elevar el vehículo respetando los puntos de apoyo indicados por el fabricante, colocar los platos y los captadores en las cuatro ruedas, con el dispositivo de seguridad (véanse las figuras 9.56 y 9.57). Introducir los datos del vehículo en el ordenador del equipo de alineado. Control de la alineación Hacer los alabeos, bajar el coche sobre los platos, comprimir la suspensión delantera y trasera si es necesario, poner las pesas (cuando sea necesario), poner las ruedas rectas, bloquear el pedal del freno con ayuda del fijapedal, poner el volante recto en el punto medio de la cremallera, colocar los sensores de nivel (véase la figura 9.58). Proceder a la lectura del avance (realizando giros).

a

Figura 9.56.

a

Figura 9.57.

a

Figura 9.55.

a

Figura 9.58.


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La dirección

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Bloquear el volante (para direcciones asistidas poner el motor en marcha durante el bloqueo) (véase la figura 9.59). Y analizar las diferentes medidas que presenta el vehículo (véanse las figuras 9.60 y 9.61)

a

Figura 9.59.

a

Figura 9.60.

a

Figura 9.61.

Definir las nuevas cotas según los datos leídos en el equipo y las cotas facilitadas por el fabricante. Reglaje de la dirección Subir el vehículo a la altura que nos permita trabajar más cómodos. Desbloquear los elementos de reglaje y proceder en el siguiente orden: • Poner los valores del paralelo a cero. • Ángulo de caída del eje trasero. • Paralelo trasero (véase la figura 9.62). • Ángulo de avance delantero. • Caída de las ruedas delanteras. • Paralelo delantero (véanse las figuras 9.63 y 9.64). Comprobar que los nuevos datos obtenidos se ajustan a los indicados por el fabricante (véase la figura 9.65).

a

Figura 9.62.

a

Figura 9.63.

a

Figura 9.64.

a

Figura 9.65.


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MUNDO TÉCNICO Innovaciones para el automóvil Todo el mundo es consciente de que cada día se dispone de menos espacio para aparcar, especialmente en las grandes urbes hay que conformarse con espacios muy pequeños. Las maniobras de aparcamiento se dificultan por culpa de vehículos que no dejan ver bien o parachoques pintados, que no perdonan ningún error. Los asistentes para aparcar de Bosch facilitan maniobras seguras y cómodas.

Sistema para medir el hueco y aparcar automáticamente Como líder mundial en el desarrollo de técnica para el automóvil, Bosch fomenta innovaciones que aportan más seguridad y comodidad al conductor. Búsqueda relajada de una plaza de parking Para el conductor muchas veces es difícil calcular si un hueco ofrece el espacio suficiente para aparcar sin problemas. El sistema de medición del hueco para aparcar calcula la longitud de un hueco al pasar e informa al conductor mediante tres colores: rojo significa que se trata de un hueco demasiado pequeño, amarillo un hueco estrecho y verde señala un hueco adecuado para aparcar cómodamente. De esta manera se evitan largas y, muchas veces, infructuosas maniobras de aparcar. Además, el conductor se puede concentrar mucho mejor en los vehículos que tiene delante y molestará menos a los que le siguen, otro extra en seguridad. Ultrasonido mide huecos El sistema de medición de huecos para aparcar es una ampliación de la ya conocida ayuda para aparcar y emplea un sensor de ultrasonido adicional, colocado en el lateral del parachoques, para medir los posibles huecos. Bosch aparca por Vd En un futuro próximo, en cuanto se haya encontrado un hueco adecuado, el asistente inteligente para aparcar hará la maniobra por Vd. Después de que el conductor haya activado la función pulsando un botón, el sistema calcula en base a la posición del propio ve-

hículo y en relación con las limitaciones del hueco para aparcar (otros vehículos, árboles, arbustos u otros obstáculos), el movimiento óptimo del volante para poder aparcar el coche de manera segura. El vehículo será aparcado automáticamente en el hueco previsto. Vd. solo debe acelerar y frenar ligeramente. La ayuda para aparcar, que está activa durante la maniobra, le avisa por supuesto de manera fiable sobre la distancia restante hasta el obstáculo. Aparcar se convierte en un juego de niños. Puede recostarse cómodamente y disfrutar de la maniobra de aparcar. Además se reduce el peligro de daños que se pueden producir durante la maniobra. Y esto le ahorra disgustos y dinero. Estreno en el Citroën Picasso Bosch trabaja en el desarrollo escalonado de la conocida ayuda para aparcar. Ya está disponible en serie, el sistema de medición de los huecos para aparcar para los fabricantes de coches. Esta innovación tuvo su estreno mundial en el nuevo Citroën Picasso que se presentó en el marco del Salón del Automóvil de París. Aparcar sin la ayuda de las manos, pronto será realidad Ahora mismo estamos desarrollando el asistente inteligente para aparcar para su fabricación en serie. La maniobra de aparcar se revolucionará y se hará realidad el deseo de poder aparcar sin esfuerzo y con total seguridad. Un paso más hacia el automóvil perfecto, el confort y la seguridad.

Adaptado de http://www.robert-bosch-espana.es /content/language1/html/734_4803.htm


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La dirección

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EN RESUMEN LA DIRECCIÓN

COLUMNA DE DIRECCIÓN

VOLANTE

ALINEACIÓN Y GEOMETRÍA DE LA DIRECCIÓN

Geometría de giro

Geometría de ruedas

CAJA O MECANISMO DE DIRECCIÓN

TIRANTERÍA DE LA DIRECCIÓN

ORIENTACIÓN DE LAS RUEDAS TRASERAS

Forma pasiva

Forma activa

entra en internet 1. En esta página puedes encontrarás innovaciones y nuevas tecnologías sobre sistemas de dirección. • http://www.zf.com

3. En estas páginas puedes encontrar documentos de diagnosis y soluciones aportadas por distintos profesionales del sector. • http://www.autoprofesional.com

2. Busca en estas páginas temas relacionados con los sistemas de dirección seguridad activa. • http://www.cesvimap.com • http://www.centro-zaragoza.com.

• http://www.autoxuga.com


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La dirección asistida

vamos a conocer... 1. Asistencia hidráulica 2. Asistencia variable electromecánica 3. Asistencia variable hidráulica 4. Asistencia sobre las ruedas traseras 5. Intervención en la dirección asistida PRÁCTICA PROFESIONAL Montaje, desmontaje y diagnosis de la dirección asistida electromecánica MUNDO TÉCNICO Dirección asistida eléctrica (EPS)

y al finalizar esta unidad... Analizarás los distintos tipos de direcciones asistidas y de asistencia variable. Identificarás los distintos elementos que intervienen en direcciones asistidas y de asistencia variable. Establecerás las diferencias entre los diferentes sistemas de dirección asistida. Interpretarás los circuitos hidráulicos, eléctricos y electrónicos que intervienen en las direcciones. Realizarás los procesos de desmontaje, comprobación, y montaje de elementos de dirección asistida.


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CASO PRÁCTICO INICIAL situación de partida Jorge trabaja como profesional autónomo en una empresa dedicada al mantenimiento y reparación de vehículos autopropulsados. Los trabajos que tiene que realizar implican: • Mantener, reparar y diagnosticar la dirección asistida. • Interpretar los circuitos hidráulicos, eléctricos y electrónicos que intervienen en las direcciones asistidas y de asistencia variable. • Realizar los procesos de desmontaje, comprobación y montaje de elementos de dirección asistida. • Verificar el nivel de líquido, presiones y funcionamiento del circuito hidráulico. • Utilizar correctamente equipos de comprobación y diagnosis. • Cumplir las normas de seguridad y medioambientales para las reparaciones y/o mantenimiento de los sistemas de dirección asistida. Llega a la empresa un vehículo equipado con dirección asistida electromecánica, el conductor percibe un comportamiento excesivamente duro de la dirección, de tal forma que necesita realizar mayor esfuerzo en el volante a velocidades bajas y aplicar un gran esfuerzo en maniobras de aparcamiento. En caso de dureza excesiva, procede a realizar unas operaciones preliminares de la forma siguiente:

• Verifica presión de neumáticos • Realiza una inspección visual de los elementos de dirección para observar: – Sujeción de la columna. – Posibles deformaciones de brazos de acoplamiento. – Desgastes y dureza de las rótulas. • Observa que en el cuadro de abordo no exista ninguna lámpara encendida o mensaje que indique la causa del posible fallo. • Verifica la tensión en los bornes del motor eléctrico (accionando el contacto debe ser 12 V). • Mide la intensidad absorbida en funcionamiento, con las ruedas rectas, y en giro a tope. • Consulta el manual del fabricante para ver si la lectura es correcta. • Por último, realiza una prueba con equipo de diagnosis: Verifica la memoria de errores, en caso de existir alguno, efectúa el borrado y si no es posible, procede a reparar o sustituir el elemento defectuoso o el conjunto de dirección, siguiendo el manual de instrucciones del fabricante. Para realizar la sustitución de algún elemento eléctrico desconecta la batería para efectuar la reparación. Una vez realizada la reparación o sustitución, conecta la batería y efectúa los aprendizajes necesarios del captador de par, ángulo de giro y el aprendizaje del sistema.

estudio del caso Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial.

2. ¿Cómo está compuesta una servodirección?

4. ¿Cómo funciona la dirección electromecánica de asistencia variable?

3. ¿En qué consiste una dirección electromecánica de asistencia variable?

5. ¿Qué es una dirección electromecánica de doble piñón?

1. ¿Qué energía se emplea en una dirección asistida?


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1. Asistencia hidráulica caso práctico inicial La energía hidráulica de un fluido a presión y el movimiento de un motor eléctrico proporcionan la asistencia de la dirección.

saber más Servodirección La dirección asistida también se denomina servodirección.

La asistencia hidráulica y eléctrica es la más utilizada en las direcciones, para ello se dispone de la dirección mecánica, generalmente de: • Cremallera. • Tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes. La asistencia es proporcionada por un circuito hidráulico en el que el líquido está siempre circulando independientemente del ángulo de las ruedas y la importancia de la asistencia. Este circuito está formado por un depósito, una bomba, una válvula distribuidora, un cilindro o gato de asistencia y una válvula de regulación encargada de mantener la presión constante en el circuito. En funcionamiento, al accionar el volante en un sentido, se transmite el movimiento al piñón, como ocurre en una dirección normal, pero, además, el movimiento de rotación de la columna de dirección acciona la válvula distribuidora que proporciona líquido a presión a una cara del pistón y, así, al accionar el volante en el otro sentido, la válvula distribuidora proporciona líquido a presión a la otra cara del pistón.

1.1. Dirección de cremallera La asistencia hidráulica en la cremallera se consigue de dos formas: • Actuando sobre el propio mecanismo de dirección. • Actuando sobre la barra de acoplamiento. El primer caso se utiliza en direcciones de cremallera, donde la propia caja de cremallera constituye el cilindro de asistencia con dos cámaras y la cremallera incorpora el pistón de doble efecto. Este sistema también es muy utilizado en direcciones de tornillo sinfín y sector con bolas circulantes donde la caja de dirección constituye el cilindro y el pistón está unido al tornillo sinfín al que aplica la asistencia. En el segundo caso, la ayuda es proporcionada por un cilindro o gato de asistencia independiente. El cilindro está unido a la caja de dirección o anclado al bastidor y en su interior se desliza el pistón unido a un eje que transmite la asistencia hidráulica a una barra de acoplamiento (un extremo de la cremallera) o bien a la barra de mando en el caso de otros tipos de dirección. La asistencia en la dirección de tornillo sinfín y tuerca con bolas se consigue actuando sobre el propio mecanismo de dirección, con ayuda de un émbolo y dos cámaras incorporados en la misma caja de dirección.

saber más Dirección de cremallera También llamada dirección asistida de cremallera. Está basada en el empuje que proporciona el fluido al pistón en ambos lados de la cremallera según el giro a efectuar.

Dirección de cremallera asistida sobre el mecanismo Este sistema se utiliza en direcciones de cremallera, donde la propia caja de cremallera constituye el cilindro de asistencia con dos cámaras y la cremallera incorpora el pistón como se muestra en la figura 10.1. En los extremos van colocados los retenes de estanqueidad para evitar las pérdidas de aceite. Cuando se aplica un movimiento al volante, la válvula distribuidora proporciona líquido a presión a una u otra cara del émbolo y, por tanto, proporciona la asistencia desplazando la cremallera de dirección en uno u otro sentido. Este sistema también es muy utilizado en direcciones de tornillo sinfín y sector con bolas circulantes, donde la caja de dirección constituye el cilindro y el pistón está unido al tornillo sinfín al que aplica la asistencia.


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1

2 5

3 6

A

D

B 4

C

7

8 a

a

b

Figura 10.1. Dirección de cremallera asistida sobre el mecanismo.

Principio de funcionamiento Como se muestra en la figura 10.1, la bomba (2) absorbe líquido desde el depósito (1) y, a través del regulador de caudal (3) incorporado en la bomba, lo envía a la válvula distribuidora (4), accionada por el volante (5) a través del husillo o eje de mando (6), en cuyo extremo se encuentra el piñón (7) que transmite el movimiento a la cremallera (8). El distribuidor (4) realiza la función de válvula rotativa de cuatro vías con tres posiciones. Por A llega el líquido a presión procedente de la bomba, la salida B envía el líquido hacia el depósito y las conexiones C y D realizan la unión con cada una de las cámaras (a y b) del cilindro de asistencia. Cuando la dirección está en posición de línea recta, la válvula distribuidora permite el paso de líquido por C y por D de forma que la presión es igual en ambas cámaras (a y b), por tanto, en esta situación no existe asistencia. Al accionar el volante en cualquier sentido, por ejemplo en un giro a la derecha, la válvula distribuidora proporciona alimentación por C a la cámara a y a su vez conecta la otra cámara b con el depósito a través de la canalización B. De esta forma, la presión en la cámara a es mayor que la existente en la cámara b, por tanto, la cremallera es asistida en su movimiento hacia la derecha. Disposición de los elementos de la dirección asistida de cremallera Como se muestra en la figura 10.2, los elementos que componen la instalación de servodirección son los siguientes: • Depósito de aceite. • Bomba de paletas con válvulas de caudal. • Tubos de conexión. • Caja de la servodirección.

caso práctico inicial Aquí encontrarás los órganos capaces de proporcionar la asistencia de la dirección.


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La bomba es la encargada de suministrar una presión de alimentación que varía, aproximadamente, entre un mínimo de 3,5 bares y un máximo de 100 bares. El líquido que llega desde el depósito a la bomba es enviado después hacia la caja de la servodirección. Esta caja, en líneas generales, es muy parecida a una caja de dirección mecánica. De hecho, funciona mecánicamente por acoplamiento de piñón a la cremallera. Ejemplo de características constructivas de una dirección asistida. Características

Dirección asistida

Piñón de mando

7 dientes

Diámetro del volante

370 mm

Número de cardans en la columna

2

Recorrido de la cremallera

68 mm

Relación de desmultiplicación

ener-18

Número de vueltas entre topes

3,1

Diámetro de giro entre paredes

10,9

Ángulo de giro rueda interior

34°

Ángulo de giro rueda exterior

30°

Marca de la electrobomba

HPI

Capacidad del circuito hidráulico

0,95 L

Tipo de líquido

TOTAL FLUIDE ATX

Presión máxima

90 Bares

a Tabla 10.1. Características de la servodirección. Relación de desmultiplicación 18/1.

3

4 1

2 6

5

a

Figura 10.2. Dirección de cremallera asistida.

Órganos constructivos de una dirección asistida de cremallera La parte hidráulica está constituida por: • Depósito. Está construido de chapa embutida o plástico. En algunos casos va incorporado sobre la bomba hidráulica, sin embargo, en otros casos va colocado en una parte más elevada que la bomba. Se encuentra lleno de líquido y alimenta por gravedad a la bomba. En el interior del depósito va colocado un filtro para retener y eliminar del circuito cualquier impureza que se encuentre en el mismo e impedir que pueda dañar cualquier válvula o elemento del circuito. Su misión consiste en almacenar una determinada cantidad de líquido para el funcionamiento correcto del circuito. Además va provisto de una varilla de nivel, generalmente incorporada en el tapón, que permite el llenado de líquido y la verificación del nivel. • Bomba. Este sistema generalmente utiliza una bomba de paletas accionada directamente por el motor mediante una correa multigarganta (figura 10.3). Su función consiste en suministrar líquido al circuito a una presión comprendida entre 3,5 bares, en posición neutra en línea recta y 85 bares, en posición a tope de recorrido o giros máximos.


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Está formada por un eje de arrastre (1) que recibe el movimiento del motor a través de la polea y la correa. En el eje, va colocado el rotor de paletas (3) y la placa lateral de rotor (5). Este conjunto va alojado en el interior de un cuerpo de bomba (2) que además incorpora la válvula reguladora (6). 1. Eje de mando 2. Cuerpo bomba 3. Rotor de aletas

4. Junta de estanqueidad 5. Placa lateral del rotor 6. Válvula reguladora 5

6

2

4 3

1 a

Figura 10.3. Despiece de la bomba de paletas.

• Regulador de caudal y presión. Como se muestra en la figura 10.4, el regulador de caudal y presión generalmente está incorporado en la propia bomba. Está constituido por dos válvulas, una para mantener la presión constante y otra de descarga o sobrepresión. Este conjunto está formado por un cuerpo cilíndrico en el que se aloja un émbolo (1) aplicado contra su asiento por la acción del muelle tarado (2). En el interior del émbolo (1) va colocada una válvula de descarga de presión formada por una bola (3) y su correspondiente muelle (4). En funcionamiento, el líquido a presión procedente de la bomba llega por el conducto E. Por una parte, aplica la presión sobre la superficie de una cara del pistón (1) y por otra parte llega al estrechamiento de la boca de salida (7) por el orificio (5) y desde esta abastece a la válvula distribuidora por S. A través del conducto (6), que está comunicado con la cara posterior del pistón (1), el cual incorpora la válvula de descarga (3) que permite la salida del líquido por R hacia el depósito. Cuando el líquido sobrepasa la presión de regulación capaz de vencer el tarado del muelle (2), desplaza al émbolo (1), descubriendo el orificio R de retorno al depósito. 1. Émbolo 2. Muelle tarado de regulación 3. Válvula de descarga 4. Muelle tarado de descarga 5. Orificio calibrado de salida 6. Conducto de descarga 7. Boca de salida E. Entrada de líquido a presión S. Salida hacia la válvula rotativa R. Retorno al depósito a

2

3

R

4

5

1

Figura 10.4. Sección del regulador de caudal y presión.

6

E

S

7

saber más Válvula reguladora El regulador de caudal y presión también se denomina válvula reguladora.


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• Válvula distribuidora. Esta válvula es parte integrante del piñón de la dirección (figura 10.5). Es la encargada de distribuir el líquido a través del cilindro de asistencia, en función de los giros del volante. La barra de torsión está colocada de forma intermedia entre el volante y el piñón, fijada mediante grupillas por una parte al rotor solidario al volante y, por otra parte, al distribuidor solidario al piñón de la cremallera. Se considera el piñón de cremallera fijo porque el apoyo de las ruedas sobre el suelo dificulta su desplazamiento. Cuando el conductor gira el volante, la barra se torsiona, ocasionando un decalado angular entre el rotor y el distribuidor, es decir, el rotor gira con relación al distribuidor. Este decalado angular tiene como consecuencia la unión o aislamiento del circuito hidráulico. Este decalado entre el rotor y el distribuidor determina la intensidad de asistencia. En una maniobra a poca velocidad, la resistencia del suelo es muy importante y, por tanto, la barra de torsión crea un importante decalado, generando una gran asistencia. Al circular por carretera, la barra se retuerce ligeramente porque la resistencia del suelo es mínima, por tanto, la asistencia generada será menos intensa. a

De este modo, gracias a la barra de torsión, la válvula rotativa determina una asistencia proporcional a la velocidad del vehículo.

Figura 10.5. Válvula rotativa.

En la figura 10.6, se muestra una válvula distribuidora donde se pueden apreciar las correspondientes uniones hidráulicas. AP

R 1. Cuerpo (fundición)

6

7

1

2. Piñón de cremallera

5

2

3. Rodamiento 4. Segmentos 5. Barra de torsión 6. Rotor

4 d

Figura 10.6. Uniones hidráulicas.

7. Distribuidor cámara

3 C.I

C.D

C.I Cámara izquierda cilindro (giro a la izquierda) C.D Cámara derecha cilindro (giro a la derecha) AP Llegada de líquido a presión R Retorno al depósito

• Unión mecánica de seguridad. En el conjunto de dirección (figura 10.8) se muestra la unión de seguridad. En caso de fallo en el circuito hidráulico, el extremo del rotor garantiza la unión mecánica con el piñón después de un giro de 7°, a la izquierda o a la derecha (figura 10.7). Barra de torsión

2

1

1. Piñón de cremallera 2. Rotor unido a la columna de dirección Figura 10.7. Dispositivo de seguridad.

Sensor p. dirección asistida G250

hacia el cilindro de trabajo, lado izquierdo

Retorno

hacia el cilindro de trabajo, lado derecho Cilindro de trabajo Émbolo

de la bomba de engranajes Válvula de retención

Distribuidor giratorio

a

a

Casquillo de control

Figura 10.8. Unidad de mando hidráulica.


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• Caja de servodirección. El cilindro asegura la asistencia de la cremallera recibiendo por cada lado del pistón una cantidad de líquido, distribuido por la válvula distribuidora. La caja está constituida, como se muestra en la figura 10.9, por una caja de cremallera solidaria a un cilindro de asistencia (2). En su interior se desplaza un pistón de doble efecto (1) acoplado a la cremallera. 2

1 a

Figura 10.9. Caja servodirección.

• Funcionamiento de la servodirección. La servoasistencia se obtiene enviando el líquido a presión a una cámara de cilindro hidráulico y vaciando la otra. La diferencia de presión entre las superficies del pistón determina su desplazamiento y, por tanto, el de la cremallera. La alimentación de una u otra parte de la cámara del cilindro hidráulico se realiza cuando el par aplicado al volante tuerce la barra de torsión. En estas condiciones, se ponen en comunicación los orificios del eje de mando con los orificios de la caja distribuidora en función del sentido de rotación del volante de dirección (véase la figura 10.10). Cuando el par aplicado al volante no es suficiente para provocar la torsión de la barra debido a la baja resistencia de las ruedas, el servomando no interviene y el conjunto funciona como una dirección mecánica. Volante

Columna de dirección Depósito Eje de mando Válvula distribuidora

Bomba Rotor Regulador de caudal

Barra de Torsión Distribución

Piñón Cremallera a

Figura 10.10.

Cilindro de asistencia


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• Marcha en línea recta. Como se muestra en la figura 10.11, el líquido procedente de la bomba llega a través del racor (4), entra en la caja distribuidora y circula en la misma para retornar al depósito por el racor (1). En línea recta, el eje de mando (A) no está expuesto a la torsión y se encuentra en una posición central o neutra respecto a la caja distribuidora (B), la cual dirige el líquido procedente de la bomba a través de los orificios (C) directamente al depósito. El estrechamiento creado por la posición del eje (A) con relación a la caja distribuidora (B’) determina una presión de alrededor de 3,5 bares en ambas cámaras, derecha e izquierda, a través de los orificios (D y E). Este valor depende de la servodirección que incorpore el vehículo.

1

3,5 Bar D B A

4

C E 3,5 Bar

2 3,5 bar

3,5 bar

3 1. Canalización de retorno 2. Cámara de giro a la izquierda 3. Cámara de giro a la derecha 4. Canalización de presión a

Figura 10.11. Marcha en línea recta.

• Giro a la izquierda. Como muestra la figura 10.12, el líquido procedente de la bomba llega a través del racor (4), entra en la caja distribuidora y es enviado a la cámara (2) del cilindro hidráulico provocando el desplazamiento del pistón. Este movimiento del pistón empuja el líquido de la otra cámara (3), descargándolo por la caja distribuidora y enviándolo a través del racor (1) hacia el depósito. El desplazamiento del pistón en el sentido de la flecha indica el giro a la izquierda de la dirección. El eje de mando (A) gira a la izquierda con relación a la caja distribuidora (B). Por tanto, dirige el líquido a presión, procedente de la bomba, a través de los orificios (C) a la cámara derecha (2) a través de los orificios (C) y, a la vez, pone en comunicación con el retorno el circuito de la cámara izquierda (3) a través de los orificios (E).


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• Giro a la derecha. Como muestra la figura 10.13, el líquido procedente de la bomba llega a través del racor (4), entra en la caja distribuidora y es enviado a la cámara (3) del cilindro hidráulico provocando el desplazamiento del pistón. Este movimiento del pistón empuja el líquido de la cámara (2), descargándolo a través de la caja distribuidora y enviándolo por el racor (1) hacia el depósito. El desplazamiento del pistón en el sentido de la fecha indica el giro a la derecha de la dirección. El eje de mando (A) gira a la derecha con relación a la caja distribuidora (B). Por tanto, dirige el líquido a presión, procedente de la bomba, a través de los orificios (C) a la cámara izquierda por los orificios (E), y a la vez pone en comunicación con el retorno el circuito de la cámara derecha, a través de los orificios (D).

1

Envío de presión

1

4

Retorno D

D B A

B

C E Retorno Retorno

A

C E Envío de presión

2

2

3

a

Figura 10.12. Giro a la izquierda.

3

a

Figura 10.13. Giro a la derecha.

Dirección de cremallera asistida sobre la barra de acoplamiento En este caso, la ayuda es proporcionada por un cilindro o gato de asistencia independiente (figura 10.14). El cilindro está unido a la caja de dirección o anclado al bastidor y en su interior se desliza el pistón unido a un eje que transmite la asistencia hidráulica a una barra de acoplamiento de un extremo de la cremallera. Este sistema utiliza los mismos elementos que el sistema anterior, pero existen dos diferencias. La primera es que sustituye el cilindro incorporado en la cremallera por uno totalmente independiente. La otra es que aunque la válvula distribuidora es muy parecida constructivamente su funcionamiento es distinto.

4


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1

2 5 3 A

D

6

B C

4

a

b

7

1. Depósito 2. Bomba de aceite 3. Regulador de cuadal 4. Válvula rotativa 5. Volante 6. Columna de dirección a

A. Entrada de aceite a presión B. Retorno al depósito C. Conexión de la válvula rotativa con la cámara a D. Conexión de la válvula rotativa con la cámara b

Figura 10.14. Dirección asistida sobre la barra de acoplamiento.

El cilindro independiente asegura la asistencia de la cremallera recibiendo por cada lado del pistón una cantidad de líquido, distribuido por la válvula distribuidora (figura 10.15).

Válvula rotativa

Cilindro

E R E. Entrada de líquido a presión R. Retorno al depósito a

Figura 10.15. Unión en la válvula rotativa con el cilindro de asistencia.

La diferencia de presión entre las dos cámaras del cilindro genera el movimiento del eje de mando y la asistencia de la dirección. Como muestran las figuras 10.16 y 10.17, la superficie de acción del líquido sobre la pared izquierda del pistón (cámara 1) es el doble que la superficie de acción so-


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bre la pared derecha (cámara 2). La alimentación de líquido de la cámara 2 está asegurada por el canal 3 y la válvula distribuidora asegura la distribución del líquido a través del cilindro de asistencia en los giros del volante. Alimentación de la cámara 1 Válvula rotativa

S Superficie de la cara izquierda del émbolo.

Carter Cámara 1 Canal 3

Alimentación de la cámara 2

Eje de mando

S

S'

Cámara 2

S = 2 S´

a Figura 10.16. Principio de funcionamiento del cilindro de asistencia.

Figura 10.17. Superficies de contacto del líquido sobre las caras del cilindro.

a

Funcionamiento de la dirección asistida La asistencia se obtiene en un sentido de giro enviando el líquido a presión a una cámara de cilindro hidráulico y vaciando la otra. La asistencia en el otro sentido se obtiene enviando el líquido a presión a las dos cámaras del cilindro hidráulico. • Línea recta. Cuando el volante no es solicitado, la barra de torsión mantiene al rotor y al distribuidor en posición neutra (figura 10.18). El líquido suministrado por la bomba a las cámaras del cilindro de asistencia vuelve directamente al depósito. Por tanto, el circuito hidráulico de mando del cilindro de asistencia se queda sin presión. • Giro a la derecha. Por la acción del conductor sobre el volante y la resistencia que las ruedas ofrecen al suelo, la barra de torsión se tuerce y genera un decalado angular entre el rotor y el distribuidor (figura 10.19). En esta situación, la bomba suministra líquido a la cámara derecha del cilindro. La presión en esta cámara aumenta y la cámara de la izquierda se pone en comunicación con el depósito y se queda sin presión. Por tanto, el pistón se desplaza a la izquierda y el vehículo gira a la derecha.

b

a 1

a

Figura 10.18. Línea recta.

S' Superficie de la cara derecha del émbolo.

a

Figura 10.19. Giro a la derecha.


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• Giro a la izquierda. Por la acción del conductor sobre el volante y por la resistencia del suelo a las ruedas, la barra de torsión se tuerce originando un decalado angular entre el rotor y el distribuidor (figura 10.20). En esta situación, las dos cámaras del cilindro se quedan aisladas del depósito y la presión sube en cada una de las dos cámaras. Como la sección de la cara izquierda del pistón es el doble que la sección de la cara derecha, la fuerza generada por el líquido a presión sobre la pared izquierda del pistón es el doble que la ejercida sobre la pared de la derecha y de esta forma el pistón se desplaza a la derecha y el vehículo gira a la izquierda. El cilindro de asistencia proporciona así la misma ayuda para ambos lados.

b

a

1

a

Figura 10.20. Giro a la izquierda.

EJEMPLO En el caso que la bomba suministre una presión de 50 bares, y sabiendo que la superficie S de la cara izquierda es de 8 cm2 y la superficie S’ de la cara derecha es de 4 cm2, calcula la fuerza que es capaz de transmitir el eje (1) unido al émbolo en los casos siguientes: 1. Fuerza aplicada en la cara (a) del émbolo y fuerza aplicada en la cara (b) del émbolo. Solución P = 50 bares = 5.000 kPa = 5 · 106 Pa F1 = P · S’ = 5 · 106 Pa x 4 · 10–4 m2 = 2.000 N F2 = P · S = 5 · 106 Pa x 8 · 10–4 m2 = 4.000 N Diferencia de fuerzas FR = F2 – F1 = 4.000 N – 2.000 N = 2.000 N Por tanto, el émbolo se desplaza en el sentido de la fuerza de mayor intensidad, desplazando al eje (1) a la derecha. 2. Fuerza aplicada en la cara (a) del émbolo. F1 = P · S’ = 5 · 106 Pa x 4 · 10–4 m2 = 2.000 N Como en este caso el émbolo no recibe presión por la cara (b) porque está comunicada con el depósito, el eje (1) se desplaza a la izquierda.


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Dirección de cremallera asistida con grupo electrobomba Como se muestra en la figura 10.21, este sistema es parecido al estudiado en el punto anterior. Está formado por una dirección mecánica de cremallera asistida hidráulicamente por un grupo electrobomba que proporciona presión para gobernar un cilindro hidráulico o bien el gato de asistencia que aplica su fuerza a la barra de acoplamiento. Como en el caso anterior, el sistema de asistencia se compone de: • Un depósito (1) destinado al almacenamiento de aceite. Este puede poseer una marca indicativa de niveles o bien una varilla incorporada en el tapón. Generalmente se encuentra en la parte delantera del vehículo. • Un grupo electrobomba (2) compuesto por un motor eléctrico, una bomba y, en algunos casos, un depósito. • Una válvula distribuidora (3) que es accionada a la vez por el volante de dirección y por el piñón de cremallera, que permite dirigir el aceite a alta presión hacia un lado u otro de un pistón, en función del giro del volante. • Un cilindro de asistencia (4), paralelo a la caja dirección de cremallera de tal forma que el cilindro de doble efecto constituye la parte fija que está unida a la caja en el lado de la válvula rotativa o bien anclada sobre el bastidor. El pistón es la parte móvil, que transmite el movimiento a las barras de acoplamiento. Está unido al punto de articulación opuesto a la cremallera (5) con la bieleta. Tubo alta presión

5

Tubo baja presión

3

1

4

2 Soporte GEP (Grupo Electrobomba de Presión) Soportes elásticos a

Figura 10.21. Dirección de cremallera asistida con grupo electrobomba.

Grupo electrobomba El conjunto es totalmente autónomo, de forma que su funcionamiento es independiente del motor (figura 10.22). Está constituido por una bomba mecánica de paletas o engranajes (figura 10.23) arrastrada por un motor eléctrico que gira alrededor de 10.000 r.p.m. para proporcionar un caudal constante a una presión correcta.

saber más Dirección de cremallera asistida La única diferencia es la forma de arrastre de la bomba, la cual es accionada por un motor eléctrico.


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Retorno válvula rotativa 2

Llenado 3

Representación de la evolución de la presión entre dientes

Presión

Salida presión 1

Transferencia del fluido Aspiración a

Figura 10.22. Grupo electrobomba.

a

Figura 10.23. Funcionamiento de la bomba de engranajes.

En la figura 10.24, se muestra el despiece del grupo bomba, que incorpora dos válvulas de regulación de presión: una de limitación de sobrepresión, generalmente tarada a 90 bares máximo; otra de evacuación de aceite del cilindro en caso de pérdida de asistencia para extraer el líquido contenido en la cámara del cilindro, teóricamente a presión. Chaveta de bomba Apoyo delantero

Anillo elástico

Cuerpo central

Placa rígida

Cuerpo trasero

Piñón conductor

Tetón de centrado

Tornillo de fijación Retén estanqueidad

Junta tórica

Cuerpo delantero

Piñón conducido

Árbol conductor

B

A

Figura 10.24. Despiece del grupo electrobomba.

Arandela

Junta de compensación

Z

B

A

X a

Tapón plástico

Apoyo trasero

Baja presión

Zonas de equilibrado

Alta presión


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1.2. Dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes En la figura 10.25, se muestra el conjunto de un sistema de dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes, en el cual la presión es proporcionada por una bomba independiente de lóbulos (1).

saber más Para vehículos grandes La dirección asistida de tornillo sinfín y bolas circulantes se caracteriza por su suavidad y por la aplicación de poco esfuerzo en el volante para mover grandes ruedas. Es utilizada en vehículos todo terreno y pesados.

Este sistema está formado por una dirección de tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes, donde la carcasa (4) aloja a un émbolo (5), que además constituye la tuerca sinfín que engrana por la parte exterior con el sector unido al eje (7). De esta forma, el giro del sinfín (7) es transformado en movimiento axial del pistón (5), que mediante la cremallera arrastra en giro el árbol de salida (7) unido al sector, y este a la palanca de ataque. En la parte interior del pistón (5) y en su acoplamiento al sinfín (17) se encuentra la correspondiente pista de bolas circulantes (6) en circuito cerrado en la rotación del sinfín. Las bolas que alcanzan el extremo del acoplamiento entre el tornillo sinfín y el pistón vuelven nuevamente a introducirse por el otro extremo a través del tubo circulatorio (18). El movimiento de rotación del volante a través de la columna de dirección se transmite al eje de mando (10), que está unido al sinfín (17) mediante la barra de torsión (19). Esta está rodeada por una camisa o manguito de control (20), con dos brazos (21) en sus extremos y dos pernos introducidos perpendicularmente en los pistones-válvula (11 y 12), de forma que, con una ligera rotación del volante, estos pistones se introducen en sus alojamientos determinando la apertura y cierre de los orificios de paso del aceite, para llegar así a las cámaras (8 y 9) del cilindro de mando. 1. Servobomba 2. Depósito hidráulico 3. Válvulas de regulación de presión 4. Cuerpo de la caja de la dirección 5. Pistón de reacción 6. Eje de tornillo con bolas circulantes 7. Eje de sector dentado 8. Cámara izquierda 9. Cámara derecha 10. Extremo del eje 11. Válvula inferior 12. Válvula superior 13. Conducto de llegada del caudal y la presión 14. Conducto de rebose 15. Conducto de alimentación a la cámara 9 16. Conducto de alimentación a la cámara 8 17. Tornillo sinfín 18. Tubo circulatorio 19. Barra de torsión 20. Manguito de control 21. Pernos de accionamiento de las válvulas a

2 12 1 11

3 13 4 5 18

14 12 20

19 10 21 8

Figura 10.25. Dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes.

11 7

6

17

9

15

16


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Funcionamiento de la dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes En la figura 10.26, se muestra una dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes con bomba de paletas con depósito incorporado. La bomba (1), accionada por el motor, absorbe líquido hidráulico del depósito incorporado, que además posee una válvula de sobrepresión (3) y otra de regulación (2) que garantizan la presión necesaria independientemente del régimen del motor. 1

15 9

10 1. Bomba

8

2. Válvula de regulación 3. Válvula de sobrepresión

7

4. Eje de mando

11 3

5. Barra de torsión 6. Sinfín

2 15

19

8. Pistón (válvula de accionamiento)

14

B

7. Pistón (válvula de accionamiento)

9. Dispositivo o caja hidráulica 5

10 y 11. Conductos de paso 12 y 13. Orificios de paso a las cámaras A y B

4 16 6

A

18 17 12 13

14 y 15. Orificios de retorno 16. Manguito de control 17. Brazo de unión 18. Perno de accionamiento 19. Pistón

a

Figura 10.26. Funcionamiento en línea recta de la dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con bolas circulares.

Cuando se gira el volante de la dirección, a través de la columna, se arrastra el árbol de mando (4) y, si el esfuerzo necesario para orientar las ruedas es pequeño e insuficiente para torsionar la barra de torsión (5), el sistema funciona como una dirección normal. Sin embargo, cuando el esfuerzo supera el tarado de la barra de torsión, se produce una rotación entre el eje (4) y el sinfín (6), capaz de hacer girar el manguito de control (16) con dos brazos en sus extremos (17) y dos pernos (18), necesarios para el accionamiento de los pistones (7 y 8) del dispositivo hidráulico (9). Al recuperar el volante, la barra de torsión (5) provoca el retorno de los pistones válvula (7 y 8) a la posición neutra, favoreciendo así la reversibilidad del sistema de dirección. En línea recta (figura 10.26), el líquido que absorbe la bomba actúa sobre los pistones válvula (7 y 8) los cuales se encuentran en posición neutra. En estas condiciones, los canales de paso (10 y 11), están abiertos y permiten el paso de líquido a través de los orificios radiales (12 y 13) y, mediante los orificios (14 y 15), el flujo de líquido retorna al depósito.


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Cuando se inicia un giro del volante en cualquier sentido (figura 10.27), los pistones (7 y 8) son desplazados de su posición de reposo para permitir el paso de líquido hacia una de las cámaras (A o B) en las que se alcanza una presión que desplaza el pistón (19) proporcionando la asistencia necesaria. Al mismo tiempo el líquido contenido en la cámara opuesta retorna al depósito a través de los conductos (15) que destapan los pistones de la válvula (11).

8

7 11

19 B

A

12

13

Figura 10.27. Funcionamiento en giro de la dirección asistida de tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes.

a

EJEMPLO ¿Cómo funciona el conjunto émbolo-cilindro para conseguir la asistencia hidráulica? Solución Se obtiene en un giro enviando el líquido a presión a una cámara de cilindro hidráulico y vaciando la otra.

ACTIVIDADES 1. Dibuja de forma esquemática los elementos y el circuito hidráulico que interviene en la dirección asistida. 2. ¿Qué función realiza la válvula distribuidora? 3. ¿Qué misión cumple la barra de torsión? 4. Explica cómo funciona la unión mecánica de seguridad. 5. Explica la diferencia entre una bomba accionada por correa y un grupo electrobomba.


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2. Asistencia variable electromecánica caso práctico inicial La dirección electromecánica está formada principalmente por un calculador que gobierna un motor eléctrico para transmitir el movimiento de ayuda a la columna de dirección o bien a la cremallera.

En este tipo de direcciones, la asistencia se realiza mediante un motor eléctrico que transmite el movimiento de ayuda a la columna de dirección o bien a la cremallera.

2.1. Asistencia variable eléctrica sobre la columna Está compuesta por una columna en la que están montados el sensor de esfuerzo en el volante y el servomotor eléctrico. En las figuras 10.28 y 10.29, se muestra un esquema del funcionamiento de este sistema. Cuando el conductor acciona el volante, la unidad de control electrónico pone en funcionamiento el motor eléctrico, que acciona el mecanismo de tornillo sinfín sobre la columna de dirección (véase la figura 10.29).

Sensor de par Sensor de velocidad r.p.m. del motor

CALCULADOR

1

1. Centralita control de la dirección asistida 2. Toma de diagnosis 3. Motor de la dirección asistida 4. Sensor de esfuerzo 5. Fusible 6. Centralita portafusible

Testigo luminoso 2

Toma de diagnosis

1. Volante 2. Columna de dirección 3. Servomotor 4. Limitador mecánico de par 5. Piñón 6. Cremallera

5

4 1

3

3 4

2 6

5

6

a

Figura 10.28. Principio de funcionamiento de una dirección con asistencia eléctrica.

caso práctico inicial La asistencia variable proporciona una dirección muy blanda con una gran asistencia para facilitar las maniobras a baja velocidad y por un endurecimiento que aumenta en función de la velocidad del vehículo.

En funcionamiento, el calculador electrónico utiliza la información proporcionada fundamentalmente por dos sensores: el sensor de par, que determina el esfuerzo que el conductor aplica sobre el volante, y el sensor de velocidad, que informa de la propia velocidad del vehículo. Además se utiliza otro sensor de régimen del motor. La asistencia de la dirección se realiza en función de la velocidad del vehículo. Cuando aumenta la velocidad, el calculador electrónico desconecta el embrague del motor eléctrico de forma que la dirección se acciona exclusivamente de manera manual. El control electrónico determina cualquier tipo de asistencia variable para adoptar la desmultiplicación más apropiada en cualquier situación. Incluso se puede controlar la alimentación de la dirección a la salida de una curva.


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c Figura 10.29. Componentes de la columna de dirección.

Mando combinado en la columna de dirección Tubo envolvente Engranaje sin fin Unidad de control

Motor para servodirección

Eje de crucetas

Funcionamiento de la dirección asistida eléctrica Como muestra la figura 10.30, en el eje de salida del servomotor (1) está montado un tornillo sinfín (3) que engrana en una rueda helicoidal (2) acoplada a la columna de dirección formada por un eje de entrada (5) y un eje de salida (6).

saber más Dirección asistida eléctrica La asistencia eléctrica se caracteriza por su reducción de volumen y peso. Utiliza un pequeño motor eléctrico, gestionado electrónicamente, que proporciona la asistencia sobre la columna de dirección.

El eje de entrada (5) está acoplado al volante, que arrastra en rotación la barra de torsión (4), la cual a su vez transmite el par al eje de salida (6). El eje de entrada y el eje de salida están desfasados por un pequeño ángulo proporcional al par aplicado al volante. El desfase angular se convierte en un movimiento axial del anillo (8) mediante bolas (7) que se deslizan a través de específicas ranuras internas (8). El potenciómetro de esfuerzo (10) está montado en la caja externa de la dirección asistida y se vincula al perno de guía (9) en la ranura externa del anillo (8). De esta forma el movimiento axial del anillo es proporcional al par aplicado al volante, para hacer girar angularmente el potenciómetro que proporciona la señal eléctrica a la centralita electrónica.

b Figura 10.30. Dirección con asistencia eléctrica.

11 Sec B-B

1

10

Sec A-A

Sec A-A

Sec B-B

8

7

3 2

8 9

6

5

1

4

3 2

1. Servomotor 2. Limitador de par 3. Tornillo sinfín 4. Rueda helicoidal 5. Dispositivo de medición del par en el volante 6. Potenciómetro 7. Conexionado de servomotor 8. Conexionado de potenciómetro del sensor de esfuerzo 9. Columna

6

4

7

5

1. Servomotor 2. Rueda helicoidal 3. Tornillo sinfín 4. Barra de torsión 5. Eje de entrada 6. Eje de salida 7. Rodamiento de bolas 8. Anillo ranurado 9. Perno de mando potenciómetro 10. Potenciómetro 11. Limitador mecánico de par

9


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Ventajas de la dirección eléctrica Ocupa menos espacio que el sistema hidráulico, pues solo consta del motor eléctrico que se coloca perpendicularmente a la columna de dirección (figura 10.31). La gestión electrónica del motor eléctrico determina una dirección de relación variable, capaz de adaptarse a cada situación. Motor eléctrico

Carcasa

Acoplamiento de goma

Eje del engranaje de sin fin con rueda dentada a

Sin fin

Figura 10.31. Engranaje de sinfín.

2.2. Dirección asistida electromecánica de doble piñón caso práctico inicial En dirección electromecánica de doble piñón, la cremallera está accionada por dos piñones uno accionado por el conductor y otro encargado de proporcionar la asistencia.

La dirección asistida electromecánica está dotada de doble piñón. Se identifica por sus dos piñones, uno de dirección y el otro de accionamiento, con cuya ayuda se aplica la asistencia necesaria a la cremallera.

Motor para dirección asistida electromecánica

Volante Columna

Eje de crucetas

Sensor de par de dirección Caja de dirección

Unidad de control para dirección asistida b

Figura 10.32. Componentes de la dirección asistida electromecánica.


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Como muestra la figura 10.32, está formada por los siguientes elementos: • Volante de dirección. • Mando combinado en la columna de dirección con sensor de ángulo de dirección. • Columna de dirección. • Sensor de par de dirección. • Caja de la dirección. • Motor para dirección asistida electromecánica. • Unidad de control para dirección asistida. En la figura 10.33 se muestran el despiece de la dirección asistida electromecánica y sus componentes, que actúan directamente en la caja de la dirección.

Piñón de dirección

Sensor de par de dirección

Unidad de control para dirección asistida Motor para dirección asistida electromecánica a

Engranaje sin fin

Figura 10.33. Despiece de la dirección asistida electromecánica.

Una ventaja de la dirección asistida electromecánica, respecto a la asistencia hidráulica, reside sobre todo en la particularidad de renunciar a la presencia del sistema hidráulico.

Piñón de accionamiento


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De ahí se obtienen otras ventajas, como: • Se suprimen los componentes hidráulicos, como la bomba de aceite, canalizaciones rígidas, flexibles, depósitos de aceite y filtros. • Se elimina el líquido hidráulico. • Reducción del espacio requerido. • Menor sonoridad. • Reducción del consumo energético. El conductor obtiene una sensación buena al volante en cualquier situación, buena estabilidad rectilínea, respuesta directa y suave en el manejo de la dirección, sin reacciones desagradables sobre pavimento irregular. Estructura del sistema En la figura 10.34 se muestra la estructura del sistema, formado por los elementos siguientes: Unidad de control para ABS

Sensores de régimen (señal de velocidad) Sensor de régimen del motor

Unidad de control para sistema de inyección directa diésel

Interfaz de diagnosis para bus de datos

Unidad de control con unidad indicadora en el cuadro de instrumentos

Unidad de control para electrónica de la columna de dirección

Borne 15 CAN Tracción Sensor de ángulo de dirección Testigo luminoso

Unidad de control para dirección asistida

Motor para dirección asistida electromecánica Sensor de par de dirección

a

Figura 10.34. Estructura del sistema.


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Funcionamiento de la dirección asistida electromecánica de doble piñón La regulación de la servoasistencia para la dirección se lleva a cabo recurriendo a una familia de curvas características almacenada en la memoria permanente de programas de la unidad de control (véase la figura 10.35). Esta memoria abarca varias familias de características. v = 0 km/h

v = 15 km/h

v = 50 km/h

4

Par de servoasistencia [Nm]

v = 100 km/h 3 v = 250 km/h

2

1

Par de dirección [Nm]

0 0 a

2

4

6

8

Figura 10.35. Familia de curvas características.

Como muestra la figura 10.36, en la dirección asistida electromecánica con doble piñón la fuerza necesaria para el mando de la dirección se realiza mediante el piñón de dirección y el piñón de accionamiento de la cremallera. El piñón de dirección transmite el par de dirección aplicado por el conductor y el piñón de accionamiento transmite a través de un engranaje de sinfín el par de servoasistencia del motor para la dirección asistida electromecánica. Sensor de par de dirección

Piñón de dirección

Unidad de control

Cremallera

Motor eléctrico

Piñón de accionamiento

Columna de dirección Sensor de ángulo de dirección

a

Figura 10.36. Dirección asistida electromecánica con doble piñón.


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Estrategia de funcionamiento 1. El ciclo de servoasistencia de dirección comienza en el momento en que el conductor mueve el volante (véase la figura 10.37). 2. Como respuesta al par de giro del volante, se tuerce la barra de torsión en la caja de dirección. El sensor de par de dirección detecta la magnitud de la torsión e informa a la unidad de control. 3. El sensor de ángulo de dirección informa sobre el ángulo momentáneo y el sensor de régimen del rotor informa sobre la velocidad actual con que se mueve el volante. 4. En función del par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo, el régimen del motor, el ángulo de dirección, la velocidad de mando de la dirección y las implementadas en la unidad de control, ésta calcula el par de servoasistencia necesario para cada caso concreto y excita correspondientemente el motor eléctrico. 5. La servoasistencia se realiza a través de un segundo piñón que actúa paralelamente sobre la cremallera. Este piñón es accionado por un motor eléctrico que ataca la cremallera a través de un engranaje de sinfín y un piñón de accionamiento, transmitiendo así la fuerza de asistencia. 6. La suma compuesta por el par de giro aplicado al volante y el par de servoasistencia constituye el par total aplicado para el movimiento de la cremallera.

6 5

2 4

3

1

Par de giro aplicado al volante

a

Par de servoasistencia

Par eficaz

Figura 10.37. Funcionamiento de la dirección asistida electromecánica con doble piñón.


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3. Asistencia variable hidráulica En este tipo de direcciones, la asistencia se realiza mediante una bomba hidráulica que proporciona energía para transmitir el movimiento a la cremallera.

3.1. Dirección de asistencia variable (accionamiento mecánico) En la figura 10.38, se muestra una dirección con efecto variable controlado en función de la velocidad del vehículo. Está compuesta por los mismos elementos que una dirección asistida de cremallera, es decir: • Depósito de aceite. • Bomba de paletas. • Regulador de caudal. • Tubos de conexión. • Caja de dirección.

saber más

1 80 C

2

130

a

3

La dirección de asistencia variable también se llama servodirección de efecto variable.

6

7

5

Servodirección de efecto variable

4

1. Velocímetro 2. Centralita electrónica 3. Sensor de velocidad 4. Convertidor electro-hidráulico 5. Bomba 6. Depósito de aceite 7. Serpentín de refrigeración

Figura 10.38. Servodirección de efecto variable (Z Servotronic).

Además incorpora los elementos siguientes: • Sensor de velocidad del vehículo colocado en la caja de velocidades. • Calculador electrónico. • Convertidor electrohidráulico, colocado sobre la caja de dirección. • Serpentin de refrigeración, encargado de mantener constante la fluidez del aceite para evitar, cuando se alcanzan altas temperaturas, que se reduzca el poder lubricante además de evitar pérdidas o filtraciones. La presión de asistencia, y por tanto, la asistencia varía en función de la velocidad que lleva el vehículo.


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d Figura 10.39. Asistencia en función de la velocidad.

%

65 % 95 %

35 % 5% 50

100

150

200

240

km/h

En el diagrama de la figura 10.39, se indica el porcentaje de efecto variable hidráulico, que a bajas velocidades asume el valor máximo alrededor del 95%. Este disminuye progresivamente hasta aproximadamente el 65% a 150 km/h y después se mantiene constante. Con este efecto se garantiza un esfuerzo mínimo durante las maniobras efectuadas a baja velocidad, como un aparcamiento, y a la vez se consigue un óptimo control del vehículo a velocidades más altas. Por tanto, cuando el vehículo viaja a altas velocidades el conductor no tiene la sensación de inestabilidad de la dirección, que permanece siempre con dureza y bajo control. Principio de funcionamiento Para realizar esta función, se dispone de un control electrónico de la presión. Como se muestra en la figura 10.40, durante el funcionamiento, la instalación gestiona la descarga de la presión en los lados del pistón de reacción de la dirección asistida, aumentando o reduciendo la sección de paso de esta descarga. 1

A. Entrada de líquido a presión B. Retorno al depósito C. Conexión con la cámara "a" D. Conexión con la cámara "b" 1. Depósito 2. Bomba 3. Regulador de caudal 4. Válvula rotativa 5. Columna de dirección 6. Piñón 7. Cremallera 8. Émbolo a

Motor paso a paso 2

CALCULADOR

Sensor de velocidad

3 5

A B 4

D C

6

7

a

8

b

Figura 10.40. Funcionamiento de la servodirección de asistencia variable.

La sección de descarga se controla mediante el convertidor electrohidráulico (motor paso a paso), que está pilotado por el calculador electrónico. El calculador recibe la señal procedente del sensor de velocidad del vehículo y, en función de la misma, alimenta el convertidor electrohidráulico con un valor de corriente proporcional a la asistencia que se quiera aplicar.


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De esta forma a bajas velocidades, la descarga es de gran sección y, por tanto, tenemos el máximo efecto variable. Sin embargo, en medias y altas velocidades la sección de descarga disminuye progresivamente y, por tanto, proporcionalmente a dicha sección disminuye el efecto variable.

Velocidad del vehículo (km/h)

Corriente de alimentación (mA)

Vehículo parado

800 mA

20 km/h

600 mA

40 km/h

500 mA

60 km/h

400 mA

90 km/h

250 mA

120 km/h

20 mA

En la tabla 10.2 tenemos un ejemplo de la corriente de alimentación del convertidor electrohidráulico o motor paso a paso, en función de la velocidad del vehículo.

3.2 Dirección asistida electrohidráulica Este sistema de dirección recurre a la hidráulica para realizar la asistencia. La presión es generada con ayuda de una bomba hidráulica impulsada por un motor eléctrico. La asistencia se realiza en función del ángulo de dirección y de la velocidad de marcha. Está formada por los componentes que se muestran en la figura 10.41.

a

Tabla 10.2. Consumo.

Tapa de cierre Sensor p. dirección asistida Depósito

Empalme retorno Caja de dirección

Bomba de engranajes

Depósito

Empalme tubo flexible presión

Unidad de control para dirección asistida

Silentbloc Bomba de engranajes con motor Unidad de control para dirección asistida Motor eléctrico

a

Figura 10.41. Dirección asistida electrohidráulica: conjunto, depósito, bomba, motor, unidad de mando.

Estructura del sistema En la figura 10.42 se muestra la estructura del sistema. Estrategia de funcionamiento Al conectar el encendido se enciende el testigo. Durante unos segundos se desarrolla un ciclo interno de verificación. Si existe alguna avería, el testigo luminoso no se apaga después de concluir el ciclo de verificación. El sensor de ángulo detecta el giro de la dirección y calcula su velocidad. En caso de avería pasa a una función de emergencia programada, aumentando las fuerzas que se deben aplicar a la dirección. La unidad de control va integrada en el grupo motobomba. Es la encargada de transformar las señales para ordenar el accionamiento del motor eléctrico y la bomba de engranajes, en función de la velocidad de giro del volante y de la velocidad del vehículo. La unidad de control efectúa la autodiagnosis del sistema, detecta y memoriza las averías que ocurren durante el funcionamiento.


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Testigo luminoso para Servotronic Transmisor para velocímetro Unidad de control para Motronic

Unidad de control con unidad indicadora en el cuadro de instrumentos

Señal de la velocidad de giro de la dirección

Válvula de retención

Depósito de aceite hidráulico Válvula limitadora de presión Bomba de engranajes Unidad de control para dirección asistida Dirección asistida borne Dirección asistida borne Masa

Motor de la bomba a

Figura 10.42. Estructura del sistema.

Señal régimen del motor

Caja de servodirección

Señal velocidad vehículo

Sensor de dirección asistida


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3.3. Servotronic Como muestra la figura 10.43, la barra de torsión en la válvula del distribuidor giratorio va comunicada directamente con el eje de la columna por medio de una articulación cardán. El distribuidor giratorio es torcido conjuntamente con la barra, de forma relativa con respecto al casquillo de control. De esa forma, se modifica la posición mutua de las ranuras y de los taladros de paso en el distribuidor giratorio y en el casquillo de control, permitiendo que determinados conductos de aceite puedan ser abiertos y otros puedan cerrarse, según la torsión angular entre el distribuidor giratorio y el casquillo de control.

Barra de torsión Empernado Distribuidor giratorio

Casquillo de control

Piñón de la cremallera

a

Figura 10.43. Conjunto barra de torsión y distribuidor giratorio.

Funcionamiento de la dirección de asistencia variable (Servotronic ZF) Funcionamiento sin señal de velocidad Como muestra la figura 10.44 la barra de torsión (10) va unida por la parte superior al distribuidor giratorio (12) y por la parte inferior al piñón (20) y al casquillo de control (13). Al girar el volante, el distribuidor (12) rota conjuntamente con el piñón (20), el manguito de control (13) y el émbolo de reacción (8) en la caja de válvulas (23). Mediante el par de giro transmitido por la columna de la dirección, se deforma la barra de torsión (10), que produce un desplazamiento radial del distribuidor giratorio (12) hacia el manguito de control (13). El aceite hidráulico procedente de la bomba de la servodirección se dirige al lado correspondiente del émbolo de trabajo (24) en el mecanismo de la dirección. El émbolo de reacción (8) permanece desactivado.

a

Figura 10.44. Servotronic ZF.

22

21

lado izquierdo del cilindro

11. Válvulas de retención

10. Barra de torsión

de la dirección

9. Conexión al eje de la columna

8. Émbolo de reacción

7. Orificios fijos

lado derecho del cilindro

3

23

2

6

8

20

9

18. Tubería de retorno

17. Tubería de presión

16. Depósito

de presión y corriente

15. Válvula limitadora

14. Bomba de aletas

13. Manguito de control

12. Distribuidor giratorio

4

5

7

17

15

16

18

24. Émbolo de trabajo

23. Caja de válvula

22. Lado izquierdo del cilindro

21. Lado derecho del cilindro

20. Piñon propulsor

19. Cremallera

19

12 13

11

14

10

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5. Ranura de control, conexión

4. Válvula limitadora de reacción

3. Convertidor de par electrohidráulico

2. Módulo de servoasistencia

21

6. Ranura de control, conexión

24

km/h

+ –

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1. Velocímetro electrónico

22

5

17

6

1

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A Sección tranversal caja de válvula

A

23

13

10

12

18

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Funcionamiento con señal de velocidad También en este caso la carga del émbolo de trabajo (24) permanece inalterada comportándose como una dirección asistida. Pero cuando el módulo electrónico de la servodirección recibe una señal de tensión procedente del velocímetro electrónico (1), y somete al convertidor de par electrohidráulico (3) a una corriente, cuya intensidad corresponde a la velocidad de marcha momentánea. Por tanto, en función de la intensidad de corriente se abre la válvula del convertidor de par electrohidráulico (3) y se liberan los canales hidráulicos hacia el émbolo de reacción (8). El émbolo de reacción (8) va unido en su parte interior con el distribuidor giratorio (12) mediante tres guías esféricas dispuestas axialmente. Y por la parte exterior va unido al manguito de control (13) mediante una rosca esférica de cuatro filetes. El movimiento axial del émbolo de reacción (8) provocado por la carga de aceite hidráulico es transformado en un movimiento radial por la rosca esférica, el cual obra en sentido contrario al desplazamiento radial del distribuidor giratorio (12). En la caja de válvulas (23) se encuentra la válvula de limitación de reacción (4), que tiene la función de limitar la presión sobre el émbolo de reacción (8) y hacer retornar el aceite hidráulico sobrante. Posición neutra Si no se ejerce ninguna fuerza sobre el volante (véase la figura 10.45), el cilindro de trabajo y el conducto de presión se encuentran comunicados con el depósito de aceite. No se genera ninguna presión en el sistema.

a

Figura 10.45. Posición neutra.

Giro a la izquierda Cuando gira el volante a la izquierda (véase la figura 10.46), la barra de torsión y el distribuidor giratorio experimentan un efecto de torsión debido a la resistencia que oponen los neumáticos y el pavimento al efectuar el giro.

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a

Figura 10.46. Posición de giro.

Por el efecto de torsión, descubre el conducto de aceite a presión que comunica con el cilindro de trabajo de la derecha. El cilindro de trabajo izquierdo queda comunicado con el tubo de retorno hacia el depósito. La presión aplicada al émbolo genera una fuerza en dirección para efectuar el giro. El movimiento de giro del distribuidor giratorio se mantiene hasta que la suma de la fuerza generada por el émbolo y la fuerza aplicada por el conductor al volante alcance una magnitud suficiente para producir el viraje de las ruedas. También el piñón de la cremallera se tuerce por la parte inferior y la barra de torsión con el casquillo de control. Este movimiento de torsión se mantiene en vigor hasta que la torsión de la barra vuelva a ser neutra, de tal forma que el conducto de retorno que comunica con el depósito de aceite vuelva a quedar comunicado con los cilindros de trabajo y el tubo de presión, con lo cual el sistema vuelve a quedar casi exento de presión. Con cada nuevo esfuerzo aplicado al volante se produce una torcedura en la barra de torsión y se vuelve a desarrollar el ciclo descrito. Efecto amortiguante Las irregularidades del pavimento transmiten un movimiento a las ruedas que generan una fuerza FA (véase la figura 10.47) que se aplica a la cremallera en sentido FZ. En ese caso, la servodirección actúa de forma amortiguante al producirse la torsión en la barra provocada por el esfuerzo FZ que ejerce la cremallera sobre el piñón, y éste a su vez sobre la barra de torsión. El distribuidor giratorio y el casquillo de control se decalan mutuamente, saliendo de la posición cero y permitiendo el paso de aceite a presión hacia la cámara del cilindro de trabajo, generando una fuerza de reacción FR que actúa en contra del movimiento de la cremallera.


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a

Figura 10.47. Efecto amortiguante.

3.4 Servotronic II La diferencia respecto a la Servotronic I es que posee un diámetro mayor de émbolo en la caja de dirección y 10 posiciones de encastre en el dentado de la columna de dirección. Trabaja según el principio de la retroacción hidráulica activa (véase la figura 10.48). En la zona por encima del casquillo de control va situado el émbolo de retroacción. Se encuentra comunicado con el distribuidor giratorio y con la barra de torsión, apoyado, por medio de bolas, contra el elemento centrador solidario del casquillo de control. Cuando no está accionado el volante, no se ejerce torsión sobre la barra de torsión, por lo tanto, las bolas se encuentran dentro de una guía de casquete esférico. El espacio por encima del émbolo de retroacción queda sometido a la presión del aceite. Según la magnitud de la presión del aceite varía la fuerza que ejerce el émbolo de retroacción sobre las bolas y consiguientemente sobre el casquillo de control. Cuanto mayor es la presión del aceite, tanto mayor es a su vez la fuerza ejercida y tanto mayor también el par de mando que tiene que aplicar el conductor al volante. El elemento actuador para el control de la presión es la electroválvula para Servotronic. El sistema ESP informa a través de la red multiplexada de la velocidad de marcha a la unidad de control, que excita la válvula para modificar su sección de apertura. Cuanto menor resulta la caída de presión en la válvula, mayor es la presión en la cámara por encima del émbolo de retroacción.

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Unidad de control

Barra de torsión Electroválvula

Émbolo de retroacción

Bolas

Elemento de centraje

a

Figura 10.48. Esquema Servotronic II.

Esta versión, además de las funciones de la Servotronic, aporta dos ventajas más: • Por el diseño de la guía de casquete esférico, que aloja las bolas, impone un centraje adicional, sobre todo a velocidades superiores, aumentando así la estabilidad rectilínea. • No se reduce la presión del aceite ni el caudal volumétrico. Por tanto, se dispone siempre de reservas de seguridad para situaciones de emergencia, como correcciones repentinas e imprevistas. Electroválvula Es una válvula de acción proporcional. Cuanto mayor es la intensidad de la corriente eléctrica con que se excita, tanto menor es la sección de la abertura de paso, para regular el par de mando a aplicar al volante en función de la velocidad del vehículo. La servoasistencia máxima está disponible con el vehículo parado o a muy baja velocidad (véase la figura 10.49). Estrategias de actuación ante posibles anomalías Cuando el calculador (figura 10.50) no recibe información del sensor de velocidad de forma permanente o bien temporalmente, asume las estrategias de emergencia de la forma siguiente:

a

Figura 10.49. Electroválvula.

• A altas velocidades, el calculador memoriza esta condición y, por tanto, durante toda la duración del viaje, la dirección será ideal para las altas velocidades, mientras que tiende a endurecerse en las maniobras de aparcamiento.


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– A bajas velocidades, el calculador memoriza esta condición y, por tanto, durante toda la duración del viaje, la dirección será ideal en las maniobras de aparcamiento y muy ligera a altas velocidades. Estas condiciones memorizadas por el calculador se cancelan en el momento en el que se desactiva la llave de contacto, por tanto, en los viajes sucesivos, al seguir fallando la señal tacométrica, el calculador memoriza la condición de vehículo parado y, por tanto, tendremos una dirección con el máximo nivel de efecto variable hidráulico a todas las velocidades. En el caso de falta de alimentación o masa del calculador, se produce un endurecimiento a cualquier velocidad, dando lugar a una dirección ideal para altas velocidades, muy dura para las bajas velocidades y las maniobras de aparcamiento. 1. Alimentación 2. Masa 3. Convertidor electro-hidráulico

4. Señal de velocidad 5. Diagnosis 6. Testigo

1 2 3 4 5 6 a

Figura 10.50. Centralita electrónica (calculador).

EJEMPLO En la dirección de asistencia eléctrica, ¿sobre qué elemento de la dirección actúa el motor eléctrico? Solución Sobre la columna de dirección.

ACTIVIDADES 6. Dibuja de forma esquemática los elementos y el circuito hidráulico que interviene en la dirección de asistencia variable. 7. Explica en función de qué parámetro se obtiene la asistencia variable. 8. ¿Qué ventajas aporta una dirección con asistencia variable? 9. ¿Cómo se obtiene el arrastre en una dirección asistida eléctrica? 10. Dibuja de forma esquemática los elementos que intervienen en la dirección con asistencia eléctrica.


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4. Asistencia sobre las ruedas traseras El sistema de dirección en las ruedas traseras está hecho para mejorar la seguridad activa. Las ruedas traseras tienen dirección, como las delanteras (figura 10.51), y pueden girar en sentido contrario a ellas o en el mismo sentido. También mejora la maniobrabilidad de aparcar. El sistema está formado por los elementos que se muestran en la figura 10.52. Figura 10.51. Dirección en las ruedas.

a

3

1. Centralita y módulo hidráulico del control de estabilidad

5 1

2

2. Sensor del ángulo del volante 3. Centralita del sistema de dirección trasero

4

4. Red de datos CAN 5. Motor eléctrico para la dirección trasera

Figura 10.52. Elementos de dirección. d

Cómo se muestra en la figura 10.53, sobre el eje trasero van colocados unos bujes que pivotan sobre un eje, con ángulo máximo de 3,5° (mucho menor que el de las ruedas delanteras, que suelen girar en torno a 60°). Un motor eléctrico colocado al lado del eje trasero (figura 10.54), mueve las ruedas mediante un sistema de palancas semejante al que hay en las ruedas delanteras. El sistema está controlado por una unidad electrónica de control que tiene en cuenta la velocidad y aceleración angular del volante, ángulo de giro, la velocidad del coche y los datos que proporciona el control de estabilidad. En funcionamiento hasta una velocidad de 60 km/h, las ruedas traseras pueden cambiar de dirección en sentido contrario a las delanteras. Cuando la velocidad del vehículo es muy baja, eso facilita la maniobra de aparcar porque disminuye el diámetro de giro y porque la dirección se vuelve más rápida, por lo tanto; hay que mover menos el volante para conseguir el mismo efecto porque se suma el giro de las ruedas traseras. 3,5°

3

5

Figura 10.53. Eje trasero y bujes que pivotan.

a

Figura 10.54. Motor eléctrico colocado en el eje trasero. a


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5. Intervención en la dirección asistida 5.1. Precauciones Antes de efectuar el desmontaje de algún elemento se procede a vaciar el líquido del depósito a través del tornillo de vaciado. Si carece de este, se utiliza una jeringuilla o bien se realiza el desmontaje del tubo de conexión que alimenta la válvula distribuidora y se recoge el líquido en un recipiente. Para el correcto vaciado de ambas caras del cilindro de asistencia es conveniente girar el volante a tope en los dos sentidos. Siempre es aconsejable no utilizar el aceite recuperado.

saber más Dirección mediante palanca En cuanto a la dirección accionada a través de una palanca joystick ya existen prototipos sometidos a pruebas y ensayos.

Purga de la servodirección La purga de la servodirección es automática; para purgar el sistema solo hay que girar completamente el volante a la derecha y a la izquierda con el motor en marcha y el coche parado. Esta operación debe realizarse cada vez que se interviene en los tubos de conexión o cualquier otro componente de la instalación. En algunos vehículos, para realizar el purgado de la servodirección, se requiere una bomba de vacío/presión manual. Este purgado se realiza de la forma siguiente (figura 10.55): • Conectar la bomba de vacío manual mediante un adaptador al tapón de llenado del depósito. • Poner el motor en marcha y girar el volante lentamente a la derecha (posición inmediatamente anterior al tope). • Parar el motor y accionar la bomba de vacío hasta generar un vacío que elimine el aire del sistema (5 minutos mínimo). • Llevar el sistema a presión ambiental mediante la bomba de vacío. • Girar el volante hacia la izquierda y repetir el proceso de purga.

a Figura 10.55. Purgado de la servodirección.

Para verificar el purgado, se debe poner el motor en marcha y girar el volante de tope a tope. Si se producen ruidos fuertes, deberá repertirse el purgado del sistema.

5.2. Mantenimiento El control del nivel de aceite se debe realizar de la forma siguiente: • Poner el motor en marcha y girar repetidamente el volante de tope a tope. • Al efectuar estas operaciones, se deberá observar que el nivel de aceite en el depósito no baja nunca de la marca de llenado mínimo para que no se introduzca aire en el circuito hidráulico. • Mientras que el motor esté en marcha, se verifica la estanqueidad de todos los componentes del circuito hidráulico. • Parar el motor y comprobar el nivel de líquido del depósito como muestra la figura 10.56. El sistema de grupo electrobomba, por su parte, es un sistema sin mantenimiento. No tiene fugas internas y, por tanto, no necesita puesta a nivel. En fábrica se realiza el llenado del circuito de la dirección asistida. Este se realiza en vacío para eliminar todas las burbujas de aire. Un llenado manual provoca una compresión de las burbujas de aire, las cuales solo podrán ser eliminadas accionando repetidas veces la dirección de un tope al otro. Por tanto, esta operación hace necesario revisar de nuevo el nivel del depósito.

a Figura 10.56. Purgado de la servodirección.


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5.3. Comprobaciones Para realizar la diagnosis de una servodirección, se debe efectuar una comprobación del par de arrastre del volante con el coche parado y el motor en marcha. Mecánicas

saber más

El par de arrastre debe ser de:

Equivalencias

• 0,5 a 0,6 daNm con el motor en ralentí. • 0,75 daNm con el motor al máximo.

1 daNm = 1,02 kgm

Si se superan estos valores, debe comprobarse la presión con las ruedas totalmente giradas. Hidráulicas Para ello, se coloca un manómetro con un racor en forma de T, en el tubo de salida de la bomba que abastece de aceite a presión a la servodirección (figura 10.57). El motor debe estar funcionando entre 2.000 y 4.000 r.p.m. A continuación: • Girar completamente hacia un lado forzando la rotación del volante. La presión del manómetro debe subir al valor próximo que vendrá indicado sobre la bomba de la servodirección. • Girar completamente hacia el otro lado forzando la rotación del volante. La presión del manómetro debe subir hasta el mismo valor alcanzado anteriormente. Si no es así, quiere decir que puede haber una anomalía sobre la bomba de aceite o en la válvula distribuidora de la servodirección. Para determinar la causa con exactitud tendremos en cuenta los valores de presión obtenidos. d Figura 10.57. Intercalación del manómetro para verificar la presión del circuito.

Si el valor de la presión alcanzada en las dos pruebas es igual pero inferior al indicado por el fabricante, la causa está en la bomba y posiblemente se deba a una excesiva holgura, las paletas desgastadas o el muelle de la válvula de regulación cedido. Si el valor de la presión alcanzada en las dos pruebas es igual pero superior al indicado por el fabricante, el problema está en la bomba y posiblemente haya un agarrotamiento de la válvula de regulación. Si el valor de la presión alcanzada en las dos pruebas es distinto, el problema está en la válvula distribuidora.


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Nota: los valores de presión son orientativos, siempre es aconsejable consultar las indicaciones del fabricante. Generalmente los conjuntos de la servodirección y bomba no son reparables. Eléctricas electrónicas En una instalación equipada con grupo electrobomba (figura 10.58), en caso de mal funcionamiento del mismo, se verifican con el polimétro y la pinza amperimétrica: • La tensión en los bornes del motor eléctrico (accionando el contacto debe ser 12 V). • La intensidad absorbida. En funcionamiento, con las ruedas rectas, la intensidad absorbida por el grupo electrobomba oscila entre 10 y 25 amperios. En giro a tope, la intensidad máxima alcanzada es de 55 amperios. c Figura 10.58. Diagnosis de la servodirección.

5.4. Localización de averías

b

Tabla 10.3.

Síntoma

Causas posibles

Ruidos extraños al accionar el volante

– Nivel de líquido bajo. – Correa de accionamiento destensada. – Polea dañada.

– Cojinetes desgastados. – Válvula de regulación defectuosa.

Dureza excesiva en las maniobras

– Canalizaciones obstruidas. – Nivel de líquido bajo. – Presencia de aire en el circuito.

– Válvula de regulación defectuosa y presión insuficiente. – Correa de accionamiento destensada.

Falta de asistencia

– Falta de líquido. – Revisión de posibles fugas.

– Comunicación entre los dos lados del émbolo de asistencia. – Falta de presión en la bomba.

Pérdidas de líquido

– Retenes defectuosos.

– Unión de canalizaciones en mal estado.

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ACTIVIDADES FINALES 1. Explica qué tipos de asistencia conoces 2. ¿Cómo funciona cada una de las válvulas del regulador de caudal? 3. Explica la diferencia entre dos direcciones asistidas de cremallera, una sobre el mecanismo y otra mediante gato de asistencia. 4. Explica la diferencia que existe entre el pistón de doble efecto utilizado en un mecanismo de cremallera y el pistón de reacción utilizado en el mecanismo de tornillo sinfín y tuerca con bolas. 5. ¿Qué sistemas de arrastre utilizan las bombas hidráulicas utilizadas en las direcciones asistidas? 6. ¿Qué ocurre en el caso de una pérdida importante de líquido? 7. ¿Cómo funciona una dirección de asistencia variable? 8. ¿Cuántos pares de fuerzas se suman en una dirección de doble piñón? 9. ¿Qué diferencia existe entre una dirección electromecánica y una electrohidráulica? 10. ¿Qué ventajas aporta la Servotronic II?

Unidad de control

Barra de torsión Electroválvula

Émbolo de retroacción

Bolas

Elemento de centraje


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1. En una dirección asistida de cremallera, la válvula de distribución es:

b) Mínimo a velocidad más baja y aumenta con la velocidad.

a) La encargada de distribuir el líquido a la cremallera.

c) Siempre es mínimo.

b) La encargada de distribuir el líquido a través del cilindro de asistencia en función de los giros del volante.

d) Siempre es el mismo.

c) La encargada de distribuir el líquido a los brazos de acoplamiento. d) La encargada de distribuir los giros a las ruedas. 2. La dirección asistida de tornillo sinfin y bolas circulantes se caracteriza por: a) Ser necesario dar menos vueltas al volante para el mismo giro de ruedas. b) Que las bolas disminuyen el rozamiento. c) Su suavidad y el poco esfuerzo necesario en el volante. d) Que el tornillo sinfin es más corto.

6. En la servodirección de asistencia variable el convertidor electrohidraúlico: a) Está mandado por el volante directamente. b) Está mandado por la electrobomba. c) Está mandado por un servosistema de empuje. d) Está pilotado por el calculador electrónico que recibe información del sensor de velocidad. 7. En una dirección asistida, si nos quedamos sin líquido: a) La dirección se bloquea. b) El giro del volante se hace más resistente. c) Nos quedamos sin dirección.

3. En la dirección con asistencia eléctrica, el calculador precisa información de los sensores de: a) Esfuerzo sobre el volante y velocidad del vehículo. b) Par sobre el volante, velocidad del vehículo y rpm del motor. c) Presión de aceite, de vacío, de funcionamiento del motor. d) Alimentación del motor, de presión de aceite y giro del volante. 4. En una dirección asistida de cremallera sobre el mecanismo, el pistón de doble efecto se monta en: a) La barra de acoplamiento.

d) No pasa nada, el aceite es para lubricar. 8. ¿Cómo se ejerce la asistencia en la dirección asistida electromecánica dotada de doble piñón? a) Los dos piñones ejercen la asistencia de la cremallera pilotados por el calculador. b) Un piñón ejerce la asistencia en la columna y el otro, en la cremallera. c) Un piñón accionado por el conductor y otro accionado por el motor transmiten la asistencia a la cremallera. d) Los dos piñones ejercen la asistencia de la columna pilotados por el calculador.

b) La columna de dirección. c) Los brazos de mando. d) La propia cremallera. 5. En una dirección de asistencia variable, el esfuerzo del conductor es: a) Máximo al aparcar y mínimo durante la marcha.

9. ¿En función de qué parámetros se realiza la asistencia en una dirección electrohidráulica? a) Velocidad de marcha. b) Ángulo de dirección. c) Ángulo de dirección y de la velocidad de marcha. d) Presión proporcionada por la bomba de engranajes.


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PRÁCTICA PROFESIONAL HERRAMIENTAS • Equipo individual de herramientas • Elevador de dos columnas • Bloqueador de dirección • Polímetro • Equipo de diagnosis

MATERIAL • Vehículo o maqueta equipada con dirección asistida hidráulica o electromecánica • Documentación técnica • Manual de reparación

Montaje, desmontaje y diagnosis de la dirección asistida electromecánica OBJETIVO Realizar el montaje, desmontaje y comprobación de cada uno de los elementos de una dirección asistida electromecánica, realizando la interpretación correcta de datos, utilizando los esquemas y útiles adecuados. Cumpliendo las normas de seguridad.

PRECAUCIONES • Seguir las normas indicadas en el manual de reparación. • Antes de realizar cualquier intervención en el volante o columna, bloquear el sistema del airbag con el equipo de diagnosis, que permite también el desbloqueo del cerrojo eléctrico de columna. • Tras el reglaje de los trenes rodantes, efectuar el aprendizaje del captador de par y de ángulo con el equipo de diagnóstico.

DESARROLLO 1. Desmontaje de la caja de dirección: • Centrar el vehículo en el elevador. Poner las ruedas rectas. Centrar el volante de dirección. • En el habitáculo, extraer el tornillo y la tuerca-leva de pinza abatible para colocar el útil bloqueador de volante. • Desconectar la batería empezando por el borne negativo. • Extraer la cuna del tren delantero, las rótulas y los dos tornillos de fijación de la caja de dirección (proceder como en una dirección de cremallera mecánica) para extraer la caja de dirección. Desmontaje de la columna de dirección 2. Desmontaje del conducto de aire. Soltar el conducto de aire (3) en (4). Doblar el conducto de aire (3) hacia abajo en (5). Levantar el conducto de aire en (6). Extraer el conducto (3) de distribución de aire (figura 10.59). 3. Desmontaje del airbag y volante (figura 10.60). Insertar un destornillador por el orificio situado en la parte trasera del volante. Desbloquear el sistema (7). Retirar el airbag frontal del conductor. Desconectar el conector del airbag. Poner las ruedas rectas. Desconectar los conectores en el volante. Extraer el tornillo del volante y el volante. 4. Desmontaje del conector giratorio (figura 10.61). Como se muestra en la figura 10.61, extraer los tres tornillos inferiores (8) y las coquillas de protección superiores e inferiores. Marcar la posición del conjunto mando bajo el volante.


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5

4

7 6

3 2

a

Figura 10.59.

a

Figura 10.60.

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9 8

a

Figura 10.61.

Verificar que la marca "0" del contactor giratorio (9) está correctamente colocada frente al índice. Extraer el conjunto mando bajo el volante. Aflojar el tornillo (10) y soltar el conjunto de la columna de dirección. Desconectar los diferentes conectores (limpiaparabrisas, mando de radio y de iluminación), y el conector del contactor giratorio.


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PRÁCTICA PROFESIONAL 5. Desmontaje de las protecciones de la columna. Como se muestra en la figura 10.62, quitar los dos tornillos (11). Soltar los dos clips superiores (12). Extraer parcialmente la segunda coquilla inferior. Extraer la visera del cuadro de instrumentos. Quitar el tornillo superior (13). Ejercer una presión sobre los dos clips (14). Extraer el cuadro de instrumentos. Desconectar el conector del cuadro de instrumentos. Y extraer parcialmente la moqueta del lado del conductor.

13

12

11

a

Figura 10.62.

14


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6. Desmontaje de la columna (conjunto de asistencia eléctrica sobre la columna) Como se muestra en la figura 10.63, retirar la campana (15), que siempre debe ser sustituida por una nueva. Quitar el tornillo de la pinza abatible. Desconectar el conector del cerrojo de columna y el conector de señal del calculador de dirección asistida eléctrica con ayuda de un destornillador pequeño. Desgrapar el cableado del conmutador rotativo de la columna de dirección.

16

15

a

Figura 10.63.

Acceder a las tuercas de fijación (16) por la parte trasera de la columna de dirección, entre el eje intermedio de la columna de dirección y el pedal de freno. Retirar las tuercas. Posteriormente quitar las dos tuercas (17) de fijación de la columna de dirección. Y extraer la columna de dirección y la empuñadura de reglaje (véase la figura 10.64). Centralita de dirección de asistencia variable Motor eléctrico

17

Unión flexible

Unión retráctil Columna de dirección unida a la cremallera a

Figura 10.64.

Empuñadura de reglaje Reductor (corona + tornillo sin fin)


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PRÁCTICA PROFESIONAL 7. Montaje. Proceder en el sentido inverso de la extracción. 8. Aprendizaje del sistema • Conectar la batería y efectuar los aprendizajes necesarios del captador de par y de ángulo. • Hacer un control completo y borrar los fallos posibles. 9. Realización de la diagnosis del sistema (figuras 10.65, 10.66, 10.67, 10.68 y 10.69).

a

Figura 10.65. Parámetros.

a

Figura 10.66. Estados.


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a

Figura 10.67. Regulaciones y aprendizajes del sistema.

a

Figura 10.68. Errores.

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Figura 10.69. Información Unidad Electrónica de Control.

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MUNDO TÉCNICO Dirección asistida eléctrica (EPS) En la dirección asistida eléctrica, un sensor registra el movimiento que el conductor hace con el volante y controla un motor eléctrico en la columna de la dirección o la cremallera a través de la electrónica. Este motor crea un par adecuado a las necesidades que apoya el movimiento del volante. Bosch permite tanto la aplicación en el espacio del motor como en la cabina. Junto a la variante de serie asíncrona –que ya está en producción– Bosch ofrecerá en el futuro también motores de la variante sin escobilla con excitación permanente (PSM) con o sin electrónica reguladora y de control integrada. Estas variantes se pueden utilizar en sistemas de dirección electromecánicos con fuerzas de la cremallera de hasta 10,4 kN (ASM) y en el futuro hasta de 13 kN (PSM). En dependencia del principio, los motores asíncronos (ASM) no muestran par de detención, una mínima deformación del par de giro y un elevado estándar de seguridad. De esa manera cumplen especialmente con los elevados requisitos de los motores EPS. La serie PSM ofrece una mayor eficiencia, requiere menos espacio y pesa menos. De esta manera es una aportación más a la reducción del consumo y de las emisiones.

Cualidades del sistema EPS En comparación con los sistemas de dirección hidráulicos: • Necesitan menos espacio. • Menos energía y menos consumo. • Mayor número de funciones a través del direccionamiento electrónico. Características técnicas del motor ASM El principio asíncrono no requiere imanes permanentes, sin par de detención, mínimas deformaciones del par de giro. Características técnicas del motor TSM • Elevada eficiencia. • Mínimo par de detención y mínimas deformaciones del par de giro. • Necesita poco espacio, dimensiones compactas. • Poco peso. http://rb-kwin.bosch.com/es/es/powerconsumptionemissions/ hybrid_technology/eps.html


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EN RESUMEN DIRECCIÓN ASISTIDA

Hidráulica

Parte hidráulica

• Depósito • Bomba • Regulador de presión • Válvula distribuidora • Cámaras de asistencia

Asistencia variable

Ruedas delanteras

Parte mecánica

Unión de seguridad Caja de dirección

• Tornillo sinfín con bolas circulares • Dirección de cremallera – Asistencia sobre el mecanismo – Asistencia sobre la barra de acoplamiento – Asistencia de cremallera mediante grupo

Ruedas traseras

Electromecánica

Hidráulica

• Asistencia sobre la columna • Asistencia sobre la cremallera

• Accionamiento mecánico • Electrohidráulica • Servotronic • Servotronic II

Electromecánica

entra en internet 1. Busca en esta página innovaciones, técnicas de comprobación para talleres relacionadas con la diagnosis y alineado de dirección. • http://www.robert-bosch-espana.es 2. Busca en estas páginas archivos de problemas relacionados con los sistemas de seguridad activa. • http://cochesconproblemas.blogs.terra.es.

• http://www.autocity.com/documentos-tecnicos. 3. Busca en esta página el sistema de alerta de paso involuntario de línea (AFIL). Es un nuevo sistema de ayuda a la conducción que detecta un cambio no intencional de vía. • http://citroen.ebuga.es/blog/alerta-cambioinvoluntario-de-carril-afil/


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Seguridad y gestión ambiental en el taller

vamos a conocer... 1. Política sobre prevención y protección de riesgos laborales 2. Riesgos en el taller de MVA, prevención y protección 3. Señalización empleada en el taller 4. Consideraciones de seguridad e higiene en el taller 5. Gestión ambiental 6. Almacenamiento y retirada de residuos peligrosos (RP) del taller PRÁCTICA PROFESIONAL Elaboración de una ficha de evaluación inicial de los riesgos en el taller y su prevención MUNDO TÉCNICO El reciclaje en la fase de eliminación

y al finalizar esta unidad... Conocerás la normativa que regula la prevención de riesgos en centro de trabajo. Conocerás los riesgos que presenta el desarrollo de la actividad de MVA. Aprenderás a protegerte y evitar estos riesgos. Sabrás interpretar la señalización empleada en los talleres. Conocerás las condiciones básicas de seguridad e higiene que debe cumplir un taller. Aprenderás a tratar y gestionar los residuos generados por los talleres y a colaborar en la conservación del medio ambiente.


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CASO PRÁCTICO INICIAL situación de partida Juan ha terminado sus estudios en el ciclo formativo de Automoción, después de adquirir una experiencia de dos años trabajando en un taller, pretende dar un giro en su orientación profesional y ponerse a trabajar como propietario y empresario. Le preocupa especialmente el desconocimiento que tiene sobre las obligaciones que ahora debe adquirir en materia de prevención y protección de riesgos laborales (ley de PRL) y protección ambiental y gestión de residuos del taller (ley de RP). Los conocimientos que tiene que adquirir implican: • Conocer la normativa que le afecta en materia de prevención de riesgos laborales (Ley de PRL). • Conocer la normativa que le afecta en materia de residuos peligrosos (Ley de RP). • Seleccionar la documentación que le ayude a conocer sus obligaciones como empresario.

La empresa inicialmente se prevé con dos empleados y él mismo. Mantener en la actualidad un taller de reparación de automóviles, implica no solo el conocimiento en la técnica de diagnosticar, reparar y mantener los vehículos que cada día pasan por el taller, si no que además, se hace imprescindible conocer la normativa actual vigente para su obligado cumplimiento. Por ello, para este caso concreto es necesario conocer los deberes y obligaciones que en materia de prevención de riesgos laborales, gestión ambiental y residuos peligrosos generados en el taller debe cumplir Juan como empresario y responsable del taller. Para empezar, quiere saber qué documentación tendrá que realizar en materia de prevención y protección de riesgos laborales, y como productor de residuos peligrosos, para el cumplimiento de las leyes de PRL y de RP.

• Realizar las fichas que sean de obligado cumplimiento.

Además de cumplir con la obligación de cumplimentar los documentos que se exigen en estas dos leyes, a Juan le preocupan las obligaciones que como empresario tiene con sus empleados y las que como trabajadores están obligados a cumplir con la ley de PRL y la ley de RP.

• Cumplir las normas de seguridad, salud laboral y medioambiental que sean de obligado cumplimiento en el taller.

Por último, qué responsabilidades y sanciones puede tener si no cumplimenta ninguno de los documentos que se exigen en las dos leyes.

• Utilizar las fichas que le ayuden a llevar el control necesario para cumplir con sus obligaciones.

estudio del caso Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial. 1. ¿Qué Ley regula la prevención de riesgos laborales? 2. ¿Qué sanciones hay previstas si no se cumple con la documentación prevista en la ley de PRL? 3. ¿A qué están obligados los trabajadores para cumplir la ley de PRL?

4. ¿Qué Ley regula las acciones ante la generación de residuos en el taller? 5. ¿En el registro de entregas de residuos al gestor, qué datos deben constar?


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1. Política sobre prevención y protección de riesgos laborales Desarrollamos en este apartado de forma breve los aspectos de la actual normativa en materia de prevención y protección de riesgos laborales, relacionados con el desarrollo de la actividad del Mantenimiento de Vehículos Autopropulsados (MVA).

1.1. Ley de prevención de riesgos laborales (Ley de PRL) caso práctico inicial Aquí tienes la Ley 31/95 que establece las condiciones de la prevención de riesgos laborales.

Con fecha de 10 de noviembre de 1995 se publicó en el B.O.E. la Ley 31/1995 de 8 noviembre, la Ley de PRL. Esta ley desarrolla la Directiva 89/391/CEE relativa a la aplicación de las medidas que se deben poner para promover la mejora de la seguridad y de la salud de los trabajadores en el puesto de trabajo, conteniendo el marco jurídico general en el que opera la política de prevención comunitaria. La ley de Prevención de Riesgos Laborales tiene por objeto fijar las garantías y responsabilidades necesarias para establecer un adecuado nivel de protección de la salud de los trabajadores frente a los riesgos derivados de las condiciones de trabajo, y ello en el marco de una política coherente, coordinada entre los diferentes sectores de la empresa, para conseguir una eficaz prevención de los riesgos laborales. La ley se estructura en 7 capítulos: • Capítulo I Objeto, ámbito de aplicación y definiciones. • Capítulo II Política en materia de prevención de riesgos. • Capítulo III Derechos y obligaciones. • Capítulo IV Servicios de prevención. • Capítulo V Consulta y participación de los trabajadores. • Capítulo VI Obligaciones de los fabricantes, importadores y suministradores. • Capítulo VII Responsabilidades y sanciones. Se añaden: • 15 disposición adicionales • 2 disposiciones transitorias • 1 disposición derogatoria • 2 disposiciones finales Esta ley supone un mayor esfuerzo por parte de todos, empresarios y trabajadores, tanto en la actividad preventiva, especialmente en lo que afecta a su organización y a la información, formación y participación de los trabajadores, como en la facilitación y uso de los medios necesarios para llevarlo a cabo. En esta unidad pretendemos destacar aquellos aspectos de la ley que más relación pueden tener con el mundo de la reparación y mantenimiento del automóvil.

1.2. Derechos y obligaciones de empresarios y trabajadores Los trabajadores tienen derecho a una protección eficaz en materia de seguridad y salud en el trabajo; esto supone un deber del empresario, por lo que realizará la prevención de los riesgos laborales mediante la adopción de cuantas medidas sean necesarias con arreglo a los siguientes principios generales: • Evitar los riesgos.


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• Evaluar los riesgos no evitables. • Combatir los riesgos en su origen. • Adaptar el trabajo a la persona. • Tener en cuenta la evolución de la técnica. • Sustituir lo peligroso. • Planificar la prevención. • Anteponer la protección colectiva a la individual. • Informar y formar a los trabajadores. Además, el empresario adoptará las medidas necesarias que garanticen que a las zonas de riesgo grave y específico solamente puedan acceder los trabajadores que hayan recibido información suficiente y adecuada. • El empresario planificará la acción preventiva en la empresa a partir de una evaluación inicial de los riesgos para la seguridad y la salud de los trabajadores y la actualizará cuando cambien las condiciones de trabajo. • El empresario adoptará las medidas necesarias con el fin de que los equipos de trabajo sean adecuados para el trabajo que deba realizarse y proporcionará a los trabajadores equipos de protección individual y colectiva velando por el uso efectivo de los mismos. • El empresario adoptará las medidas adecuadas para que los trabajadores reciban todas las informaciones necesarias en relación con: – Los riesgos para la seguridad y la salud de los trabajadores. – Las medidas y actividades de protección y prevención aplicables. – Las medidas de emergencia adoptadas. • El empresario, teniendo en cuenta el tamaño y la actividad de la empresa, así como la posible presencia de personas ajenas a la misma, deberá analizar las posibles situaciones de emergencia y adoptar las medidas necesarias en materia de primeros auxilios, lucha contra incendios y evacuación de los trabajadores. • Cuando los trabajadores estén o puedan estar expuestos a un riesgo grave e inminente con ocasión de su trabajo, el empresario estará obligado a: – Informar lo antes posible a los trabajadores afectados de la existencia del riesgo y de las medidas adoptadas. – Adoptar las medidas y dar las instrucciones necesarias. – Disponer lo necesario para que el trabajador esté en condiciones de adoptar las medidas necesarias para evitar las consecuencias de dicho peligro. • El empresario garantizará a los trabajadores a su servicio, la vigilancia periódica de su estado de salud en función de los riesgos inherentes al trabajo. Esta vigilancia solo podrá llevarse a cabo cuando el trabajador preste su consentimiento, excepto cuando la realización de los reconocimientos sea imprescindible por las características del puesto de trabajo o del trabajador.

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saber más El empresario informará a menores de 18 años y a sus padres o tutores de los posibles riesgos y de todas las medidas adoptadas para la protección de su seguridad y salud.

• El empresario deberá elaborar y conservar a disposición de la autoridad laboral la siguiente documentación: – Evaluación de los riesgos y planificación de la acción preventiva. – Medidas de protección y prevención a adoptar. – Resultados de los controles periódicos de las condiciones de trabajo y de la actividad de los trabajadores. – Práctica de los controles del estado de salud de los trabajadores y conclusiones obtenidas de los mismos. – Relación de accidentes de trabajo y enfermedades profesionales.

saber más Corresponde a los trabajadores velar por su propia seguridad y salud en el trabajo y por la de las personas a las que pueda afectar su actividad profesional.

caso práctico inicial Aquí se citan las obligaciones de los trabajadores en materia de prevención y seguridad en el trabajo.

Si los resultados de la evaluación revelasen un riesgo para la seguridad y la salud o una posible repercusión sobre el embarazo o la lactancia de las trabajadoras afectadas, el empresario adoptará las medidas necesarias para evitar la exposición a dicho riesgo. • Antes de la incorporación al trabajo de jóvenes menores de dieciocho años, el empresario deberá efectuar una evaluación de los puestos de trabajo a desempeñar por los mismos, a fin de determinar cualquier actividad susceptible de presentar un riesgo específico para la seguridad o la salud de estos trabajadores. El empresario informará a los jóvenes y a sus padres o tutores de los posibles riesgos y de todas las medidas adoptadas para la protección de su seguridad y salud. Los trabajadores estarán obligados a: a) Usar adecuadamente los medios (equipos, sustancias, EPI...) con los que desarrollen su actividad. b) Utilizar correctamente los medios y equipos de protección facilitados por el empresario. c) No poner fuera de funcionamiento y utilizar correctamente los dispositivos de seguridad. d) Informar de inmediato acerca de cualquier situación que entrañe un riesgo para la seguridad y la salud de los trabajadores. e) Contribuir al cumplimiento de las obligaciones establecidas por la autoridad competente. f) Cooperar con el empresario para que este pueda garantizar unas condiciones de trabajo seguras. Servicios de prevención El empresario designará a uno o varios trabajadores para ocuparse de esta actividad, constituirá un servicio de prevención o concertará dicho servicio con una entidad especializada ajena a la empresa y dispondrá de medios humanos y materiales para realizar las actividades preventivas que garanticen la adecuada protección de la seguridad y salud de los trabajadores. La planificación de la prevención podemos esquematizarla en los siguientes apartados: • Fijar los objetivos, tanto generales como específicos, que deben alcanzarse a corto, medio y largo plazo. A ser posible, deben poderse medir con algún indicador.


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• Concretar por escrito los programas de trabajo para la realización de actividades. • Determinar las funciones y las responsabilidades correspondientes en cada nivel de la estructura organizativa de la empresa. • Establecer los sistemas de recogida y tratamiento de la información que generan los programas de trabajo. • Aportar los medios para el desarrollo de las acciones formativas, dirigidas a toda la línea jerárquica de la empresa. Según la ley de PRL, en su art. 23, establece la documentación que deberá realizarse, que resaltamos en la tabla 11.1: Según Art. 23 (Ley de RPL) Evaluación de riesgos

Documentos básicos Evaluación de riesgos. Actualización de la evaluación de riesgos.

Planificación de la actividad preventiva.

Planificación para el control de riesgos. Manual de gestión de la prevención y procedimientos documentados de las actividades preventivas. Documentación sobre la organización preventiva. Plan de formación. Seguimiento y control de las acciones correctoras. Previsiones frente a cambios. Documentación referente a la información, consulta y participación de los trabajadores. Programa anual de prevención de riesgos laborales.

Medidas y material de protección y prevención Proyecto de instalación y equipos con sus autoa adoptar. rizaciones. Resultados de los controles periódicos de las Manuales de instrucciones de los equipos. condiciones de trabajo y de la actividad de los Instrucciones de trabajo en tareas críticas y nortrabajadores. mas de seguridad. Plan de emergencia. Documentación referente a EPI. Fichas de seguridad de los productos químicos. Revisiones de instalaciones, equipos y lugares de trabajo. Actas de las reuniones de prevención. Observaciones de trabajo. Práctica de los controles del estado de salud Plan de vigilancia de la salud. de los trabajadores. Certificados de aptitud. Relación de accidentes de trabajo y enferme- Registro de la siniestralidad. dades profesionales con incapacidad laboral Investigación de los accidentes de trabajo. superior a un día. Actas de Inspección de Trabajo. Informes de auditorias internas y externas. a

Tabla 11.1.


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Los puntos que debe recoger el programa de organización de la prevención son: • Planificación de la prevención desde el momento mismo del diseño. • Evaluación inicial de los riesgos inherentes al trabajo. • Actualización periódica de la evaluación a medida que se modifiquen las condiciones de trabajo. • Ordenación de un conjunto de medidas de prevención adecuadas al riesgo. • Control de la efectividad de dichas medidas. • Información y formación de los trabajadores. Consulta y participación de los trabajadores El empresario deberá consultar a los trabajadores para la adopción de decisiones relativas a: a) La planificación y la organización del trabajo en la empresa y la introducción de nuevas tecnologías, en lo que puedan afectar a la seguridad y la salud de los trabajadores. b) La organización y desarrollo de las actividades de protección de la salud y prevención de los riesgos profesionales en la empresa. c) La designación de los trabajadores encargados de las medidas de emergencia. Plantilla de trabajadores

Delegados de prevención

d) Los procedimientos de información y documentación. e) El proyecto y la organización de la formación en materia preventiva.

De 50 a 100

2

De 101 a 500

3

De 501 a 1.000

4

De 1.001 a 2.000

5

De 2.001 a 3.000

6

• Hasta 30 trabajadores: un delegado de prevención que coincidirá con el delegado de personal.

De 3.001 a 4.000

7

• De 31 a 49 trabajadores: un delegado de prevención elegido por los delegados de personal.

Más de 4.000

8

a

Tabla 11.2.

f) Cualquier otra acción que afecte sustancialmente a la seguridad y la salud de los trabajadores. En los talleres que cuenten con seis o más trabajadores, la participación se canalizará a través de los delegados de prevención, que serán designados por y entre los representantes del personal:

A partir de 49 trabajadores en plantilla, la participación se concretará de acuerdo con la tabla 11.2:

1.3. Responsabilidades y sanciones El incumplimiento por parte de los empresarios de sus obligaciones en materia de prevención de riesgos laborales dará lugar a responsabilidades: • Administrativas: incumplimiento de las normas legales reglamentarias y cláusulas normativas de convenios en materia de seguridad y salud laboral. • Civiles: responsabilidad civil contractual recogida en el Código Civil. • Penales: delito según el Código Penal. Las infracciones se establecen según la siguiente tabla 11.3.


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Infracciones leves Grado mínimo

De 40 a 405 €

Grado medio

De 406 a 815 €

En la tabla 11.3 se expresa la cuantía de las sanciones previstas en la Ley 31/95.

De 816 a 2.045 €

Grado máximo Infracciones graves Grado mínimo

De 2.046 a 8.195 €

Grado medio

De 8.196 a 20.490 €

Grado máximo

De 20.491 a 40.985 € Infracciones muy graves

Grado mínimo

De 40.986 a 163.955 €

Grado medio

De 163.956 a 409.890 €

Grado máximo

De 409.891 a 819.780 €

a

Tabla 11.3.

También se tipifican las reincidencias, la prescripción de las infracciones y la suspensión o cierre del centro de trabajo. Las propuestas de infracción son formuladas por la inspección de trabajo, y serán sancionadas de la forma siguiente: • Hasta 30.050,61 €, por la autoridad laboral a nivel provincial. • Hasta 90.151,82 €, por la Dirección General de Trabajo. • Hasta 300.506,05 €, por el Ministro de Trabajo. • Hasta 601.012,10 €, por el Consejo de Ministros.

EJEMPLO ¿Qué debe recoger el programa de organización de la prevención? 1. Planificación de la prevención desde el momento mismo del diseño. 2. Evaluación inicial de los riesgos inherentes al trabajo. 3. Actualización periódica de la evaluación a medida que se modifiquen las condiciones de trabajo. 4. Ordenación de un conjunto de medidas de prevención adecuadas al riesgo. 5. Control de la efectividad de dichas medidas. 6. Información y formación de los trabajadores.

ACTIVIDADES 1. ¿A quién afecta la Ley de PRL? 2. ¿A partir de que número de trabajadores en el taller es obligatorio tener delegado de prevención?


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2. Riesgos en el taller de MVA, prevención y protección Para el estudio de los riesgos en un taller, lo consideramos dividido en tres grupos en función de su naturaleza, de incendios, eléctricos y los propios al desarrollo de la actividad en el puesto de trabajo.

2.1. Riesgos de incendios, prevención, protección y extinción El riesgo de incendio es intrínseco a gran parte de las actividades que se desarrollan en los talleres de reparación de automóviles, por este motivo será de vital importancia el conocimiento de los mismos, así como la forma de prevenirlos y protegerse de sus consecuencias. Los incendios tienen repercusiones graves tanto de carácter humano, social y económico, por lo que, cada día existe una concienciación mayor sobre la importancia que tiene una buena formación en materia de conocimiento de los riesgos que pueden ocasionar, las formas de prevenirlo y los medios de protegerse para reducir los efectos no deseados. Conceptos básicos

Energía activación

Comburente

Combustible a Figura 11.1. Triángulo del fuego.

• Triángulo del fuego. Para que un proceso de combustión, se inicie, necesitamos la existencia de tres factores que son: el combustible, el comburente y la energía de activación (figura 11.1). La eliminación de cualquiera de sus lados determina la desaparición del fuego. • El combustible. Es toda sustancia que al combinarse con el oxígeno es capaz de arder, desprendiendo calor. Los combustibles pueden ser: sólidos, líquidos y gaseosos. En el estudio de la prevención contra incendios en los talleres de MVA, es conveniente conocer algunas características de los combustibles más empleados, por lo que damos sus definiciones y adjuntamos una tabla con sus valores críticos: – Límite inferior de inflamabilidad (L.I.I.). Es la relación más pobre de combustible-aire, capaz de entrar en combustión. – Limite superior de inflamabilidad (L.S.I.). Es la relación más rica de combustible-aire, capaz de entrar en combustión. – Temperatura de inflamación (ti). Es la mínima temperatura, en °C, y a presión atmosférica, a la que un combustible emite gases inflamables suficientes para alcanzar en su atmósfera el límite inferior de inflamabilidad, a partir del cual, con una fuente de calor externa puede producirse una combustión, no automantenida, con lo cual, si se retirara la energía de activación, la combustión se detendría. – Temperatura de autoignición (ta). Es la mínima temperatura, expresada en °C, y a presión atmosférica, a la que un combustible arde espontáneamente sin necesidad de energía de activación. – Poder calorífico (Pc). Es la cantidad de calor en (Mcal/kg) o (kca/kg) que puede emitir un combustible por unidad de masa, al realizarse el proceso de combustión completo. – Toxicidad (T). Es el veneno que producen algunos combustibles, al emitir humos o gases en el momento de la combustión. Ejemplo: las fibras acrílicas, aerosoles impermeabilizantes o de pinturas de vehículos, etc.


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– Reactividad (R). Son reacciones de gran potencial energético que presentan algunos combustibles como consecuencia de choques, frotamientos o incompatibilidades. Ejemplo: el sodio con el agua. En la siguiente tabla se indican las características de algunos de los productos más empleados en el taller: L.I.I. %

L.S.I. %

ti ºC

ta ºC

Pc (Mcal/kg)

Acetona

2,6

12,8

17,8

465

7,5

Acetileno

2,5

100

GAS

305

11,6

Alcohol etílico

3,3

19

12,8

423

6,45

Alcohol metílico

6,7

36

12

385

4,5

Benzol

1,3

7,9

–11

560

9,6

Gasolina

0,7

8

–39 a –18

330 a 450

10,4

0,6 a 1

7

55 a 60

220 a 260

10,2

GLP

1,9

9,5

–105

450

10,9 ca

Keroseno

0,9

6

37,8

210

10,3

Disolvente (Tolueno)

1,1

6,8

29

480

8,65

Gasoil

a

Tabla 11.4.

– El comburente: es toda mezcla de gases en la que el oxígeno está en proporción suficiente para que, en su seno, se inicie y se desarrolle el proceso de la combustión. El comburente habitual es el aire, que contiene un 21% de oxígeno. – Energía de activación: es la energía mínima (calor) que necesitan el combustible y comburente para que la reacción se inicie. Esta energía es aportada por una chispa, una cerilla, un cortocircuito, rayos solares, etc. – Tetraedro del fuego: para que el fuego se mantenga, es preciso la existencia de un nuevo factor, que es la reacción en cadena (producida por la energía desprendida, capaz de convertir cada partícula en combustión en foco de ignición de las próximas a ella), unido a los anteriores forman el «tetraedro del fuego»: combustible, comburente, energía de activación y reacción en cadena (figura 11.2). Una forma de prevención de los incendios se consigue eliminando una de las caras del tetraedro. Clases de fuegos • • • • •

Clase A: fuegos de materias sólidas, generalmente de naturaleza orgánica. Clase B: fuegos de líquidos o sólidos licuables. Clase C: fuego de gases. Clase D: fuego de metales. Clase E: cualquier fuego en presencia de tensión eléctrica superior a 25 voltios.

Seguridad contra incendios La seguridad contra incendios la plantearemos desde tres puntos diferentes: • La prevención, basada en las medidas que eviten que el riesgo se produzca. • La protección, poniendo los medios para controlar las consecuencias. • La extinción, en caso de fallo de las anteriores, las consecuencias sean mínimas.

Reacción en cadena Energía activación

Comburente

Combustible a Figura 11.2. Tetraedro del fuego.


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Sistemas de detección y alarma Se entiende por detección y alarma al hecho de descubrir y avisar de la existencia de fuego y el lugar en el que se encuentra. Por lo general ambos sistemas se montan combinados, para aumentar su eficacia (tabla 11.5). DETECTORES AUTOMÁTICOS Detectores térmicos

Termovelocimétricos: • De lamina bimetal • De mercurio • Neumáticos De temperatura predeterminada: • De fusible • De bulbo • De lámina bimetal • De cable termoplástico

Detectores ópticos de humo

De oscurecimiento de la luz De difusión de la luz De ionización

Detectores ópticos de llama

De radiaciones infrarrojas De radiaciones ultravioleta

a

Tabla 11.5. Sistemas de detección y alarma.

Riesgos y métodos de prevención, detección y extinción contra incendios más corrientes en los talleres De forma general, como medidas de prevención contra incendios, podemos llevar a cabo las indicadas en la siguiente tabla: MEDIDAS DE PREVENCIÓN Sobre el combustible

Aislamiento de los combustibles Eliminación de residuos Ventilación de atmósferas peligrosas Envasado de productos peligrosos en recipientes apropiados Mantenimiento de orden y limpieza Refrigerando los combustibles

Sobre el comburente

Eliminando el aire Utilizando atmósferas controladas Utilizando atmósferas inertes Evitando corrientes de aire

Sobre los focos de ignición

Diseñando las instalaciones eléctricas correctamente Prohibiendo fumar en lugares peligrosos Evitando focos térmicos, como llamas, chispas pro fricción, etc. Controlando los motores eléctricos que puedan producir chispas Instalando conexiones a tierra Controlando las reacciones químicas exotérmicas

Sobre la reacción en cadena

a

Tabla 11.6.

Inhibición de la reacción en cadena Aliviando cualquiera de los tres elementos principales, combustible, comburente y foco de ignición según se ha indicado


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Los talleres de reparación de automóviles constituyen locales de riesgos de incendios, considerando en los mismos determinadas zonas de riesgo especial como son, la sala de mezclas de pinturas, zonas de pintado y lijado, zona de carga de baterías, zona de soldaduras, fosos, etc. En recintos en los que exista riesgo de incendio deben evitarse las fuentes de ignición. Para ello es importante tener en cuenta las siguientes medidas de prevención: a) Prohibir fumar y mantener fuego abierto en toda la zona de pintura (protección secundaria contra explosiones). b) Disponer de señalizaciones específicas, sobre las prohibiciones que hay en estas zonas. c) Separar y aislar los recintos con riesgo de incendio de las otras zonas de trabajo, cumpliendo con la resistencia al fuego (RF) exigida. d) Depositar en recipientes exentos de otros tipos de residuos los sobrantes de las masillas de poliéster mezcladas con catalizador, ya que estas desprenden gran cantidad de calor durante el proceso de endurecimiento. e) No almacenar en estos recintos los envases vacíos de pintura y demás recipientes metálicos, ya que estos contenedores pueden provocar chispas por rozamiento y choque de unos con otros. f) Observar y cumplir la normativa contenida en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión sobre instalaciones eléctricas para estas zonas.

a Figura 11.3. Extintor polivalenteABC.

g) Mantener estas zonas y locales siempre bien ventilados, para evitar concentraciones de gases, que pueden resultar peligrosos. Instalaciones y equipos necesarios para la extinción de incendios a) Junto a cada cabina de pintura, y en cada una de las zonas de riesgo, en lugar accesible, se instalará un extintor de CO2, o de polvo, con eficacia mínima de 21A-89B. b) Cuando en la sala de pintura se realicen otras operaciones, como mezcla, secado, etc., se dispondrán, además, extintores portátiles (Tabla 11.7).

DE AGUA PULVERIZADA DE AGUA A CHORRO DE ESPUMA FÍSICA DE POLVO POLIVALENTE-ABC DE POLVO SECO-BC DE ANHÍDRIDO CARBÓNICO-CO2 DE HIDROCARBURO HALOGENADO-HALÓN ESPECÍFICO PARA FUEGO DE METALES

a

Tabla 11.7. Tipos de extintores y su adecuación (fuente: CYMA).

c) Toda la zona de pintura estará provista de bocas de incendio equipadas (BIE) de 25 milímetros, ubicadas y dimensionadas conforme a lo establecido en las Instrucciones Técnicas de Protección contra Incendios (ITSEMAP). Las lanzas deberán contar con un dispositivo que permita la aplicación del agua en forma pulverizada (figura 11.4).

CLASE A: Fuego de materias sólidas, generalmente de naturaleza orgánica, donde la combustión se realiza con formación de brasas. CLASE B: Fuego de líquidos o sólidos licuables. CLASE C: Fuego de gases. CLASE D: Fuego de metales. (E) Fuegos en presencia de tensión eléctrica superior a 25-V.


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saber más

Puesto de agua IPF-43

Lanzas, racores, válvulas y accesorios

Normas prácticas contra los incendios a) Avisar al personal que pueda resultar afectado. b) Intentar apagar el fuego desde el inicio. c) Avisar a los bomberos. d) No actuar de forma que pueda provocar el pánico. e) No perder los nervios.

IPF-39, 40 y 41

f) Ayudar a los afectados. g) No utilizar ascensores ni montacargas.

Depósito de arena a

Dto. para trapos

Detección

Figura 11.4. Foto equipos de incendios.

d) Cuando en la zona de pintura se instalen rociadores automáticos, estos se dimensionarán de forma que hagan frente a un riesgo extra de proceso (según norma UNE correspondiente). e) El sistema de rociadores será de tubería mojada, protegida con aislante en caso de necesidad. f) Cuando el área de pintura sea controlada mediante vigilancia de seguridad contra incendios o el edificio donde se encuentre no esté protegido con rociadores automáticos, deberá instalarse un sistema automático de extinción por inundación. Equipamiento contra incendios en los vehículos REF de extintor

a Figura 11.5. Extintor homologado para el transporte de personas o mercancías (fuente: SESISA).

VEHÍCULOS PARA EL TRANSPORTE DE PERSONAS Nº DE PLAZAS incluido conductor

Nº de extintores

VEHÍCULOS PARA EL TRANSPORTE DE MERCANCÍAS Y COSAS KGS DE PESO MÁXIMO AUTORIZADO

Nº de extintores

CATEHOGAR TIPO GORIAS A EXTINGUIR de Fuego Fuego extinclase A clase B tores

Conforme a la Orden 17.384 de 30 de Julio de 1975 del Ministerio de Industria

a

Tabla 11.8. Tabla de categorías y equipos de extintores (fuente: SESISA).


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2.2. Riesgos eléctricos, prevención y protección La electricidad conlleva diversos riesgos potenciales para la salud de las personas que manejan aparatos y máquinas y para las instalaciones donde se emplea. Por todo ello, es recomendable conocer estos riesgos y adoptar las medidas de prevención y protección adecuadas, para evitar los posibles accidentes.

Fase Fase Fase Neutro Tierra Interruptor

Contactos directos e indirectos • Contactos directos: son aquellos en los que la persona toca un conductor, instalación o elemento eléctrico en tensión (figura 11.6). • Contactos indirectos: son aquellos que se producen al tocar las partes metálicas de máquinas (que no deberían de tener tensión) y que por derivaciones accidentales están sometidas a tensión (figura 11.7).

Motor

Tierra a

Figura 11.6. Contacto directo.

Medidas de protección y seguridad ante los riesgos eléctricos Fase

A la hora de tratar de evitar riesgos o al menos disminuirlos las medidas a tomar serán de dos tipos:

Fase Fase

Informativas:

Neutro Tierra

a) De información de riesgos (mediante señales de peligro, etc.).

Interruptor

b) De formación del personal (mediante cursos, documentación, explicaciones, etc.). Motor

De protección: a) Del personal.

Tierra

b) De las instalaciones.

a

PROTECCIÓN CONTRA LOS CONTACTOS ELÉCTRICOS DIRECTOS

INDIRECTOS • Separación de partes activas de circuitos y masas accesibles • Empleo de bajas tensiones

• Separación de partes activas Pasiva

• Recubrimiento de las partes activas

• Separación de circuitos Clase A

• Interposición de obstáculos

• Inaccesibilidad simultánea de conductores y masas • Recubrimiento de masas con aislamiento de protección • Conexiones equipotenciales

• Empleo de tensiones de seguridad Activa

• Doble aislamiento en equipos y herramientas • Protección diferencial

a

Clase B

• Puesta a tierra de las masas y dispositivos de corte por corriente de defecto • Puesta a tierra de las masas y dispositivos de corte por tensión de defecto

Tabla 11.9. Cuadro con protecciones de contactos directos e indirectos.

Idefecto

Figura 11.7. Contacto indirecto.


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El contacto entre fase y tierra es el que se puede producir más fácilmente. Cualquier máquina o aparato eléctrico metálico, luminaria o máquina de soldadura aisladas de tierra por las ruedas de goma o cualquier otro medio, funcionará perfectamente si una de las fases que la alimenta está en contacto con su carcasa metálica; sin embargo, si una persona que está pisando el suelo tocase esa carcasa, recibiría una descarga eléctrica. La prevención se realiza a través de una red de tierra que comienza en el cuadro general. Esta consiste en un cable de color amarillo y verde, que recorre toda la instalación y que está unido a una pica o estructura metálica enterrada. Esta red ha de presentar una resistencia baja menor de 10 ohmios al paso de la corriente a tierra. A esta red de tierra, a través de todas las cajas de conexión y de todos los enchufes, se conectarán todas las carcasas metálicas de todos los aparatos eléctricos, de forma que si una fase hace contacto con la carcasa, la electricidad derivará a tierra por el conductor de tierra con más facilidad que a través de cualquier persona. R

R

S

S

T

T

Defecto Defecto

Toma de tierra a

Figura 11.8. Falta de toma de tierra.

saber más La sensibilidad del diferencial nos indica la diferencia máxima entre la entrada y salida que el diferencial permite antes de cortar el circuito. Cuanto mayor es la sensibilidad mayor es la protección.

Otra protección complementaria son los diferenciales. Estos tienen la misión de desconectar automáticamente el circuito en el que detecten un paso de corriente de una fase a tierra. Por consiguiente, actuarán tanto si la derivación se origina directamente de la fase al «circuito de tierra», como si se produce de la fase a tierra a través de una persona. Cuando un diferencial salta se debe averiguar dónde se está produciendo la derivación a tierra (cables pelados, humedad alta en algunas máquinas, motores que producen excesivas chispas en su colector, etc.) y reparar el defecto, pero no se debe puentear nunca el diferencial, pues sería quitar una protección para las personas. Riesgos y métodos de prevención más corrientes del taller La tensión más frecuente en los talleres es de 400 V, entre fases (empleada para maquinaria) y de 230 V entre cualquiera de las fases y el neutro (para alumbrado y aparatos de poca potencia).


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Los riesgos más corrientes en el taller son los originados por:

saber más

• El empleo de cables inadecuados (alargaderas no reglamentarias, cables por el suelo, o lugares inadecuados, consumos excesivos, etc.).

La tensión de seguridad es de 24 V en local húmedo y hasta 50 V en local seco.

• El empleo de ladrones (sin toma de tierra, sometidos a consumos excesivos). • El uso de tensiones inadecuadas (las portátiles deben ir con tensiones de seguridad) Por lo que: • En zonas de alto riesgo de incendio o de explosión, por la presencia de materias fácilmente inflamables o explosivas, como combustibles, disolventes, pinturas, etc., será necesario cuidar especialmente la instalación eléctrica. Siguiendo la normativa vigente en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, en determinados recintos, es necesario una instalación eléctrica del tipo «estanca y antideflagrante», capaz de asegurar que cualquier defecto eléctrico que se produzca quede contenido en ella y no afecte al entorno inmediato. • El empleo de las soldaduras se realizará siempre con las protecciones correspondientes. • La zona de carga de baterías debe estar bien ventilada (si es posible directa al exterior), provista de una protección mecánica contra choques o golpes, y tener en cuenta los volúmenes peligrosos a que hace referencia el REBT. Por seguridad se recomienda que para la carga de baterías se disponga de un local específico o sala de carga, lejos de otras operaciones, máquinas y vehículos. Para evitar estos riesgos es necesario: • Cuidar el aislamiento y limpieza de la instalación.

saber más

• Tener montada una buena red de tierra que llegue a todos los puntos de uso de la instalación.

Antes de manipular en un cuadro, aparato o circuito eléctrico es absolutamente necesario haberlos desconectado de la red.

• Proteger cada circuito de la instalación con interruptores diferenciales y PIAS convenientemente dimensionados. • Los conductores y aparatos de conexión y maniobra eléctricos, como enchufes o interruptores, estén dimensionados adecuadamente para soportar la intensidad nominal de las máquinas o herramientas a las que alimentan. • El aislamiento del circuito (cables, enchufes, interruptores, motores, cuadros eléctricos, luminarias etc.) sea el adecuado para la tensión de uso y que esté en buenas condiciones. • Mantener seca y limpia la instalación eléctrica, puesto que el agua de uso común es un excelente conductor que se puede infiltrar por cualquier resquicio y llevar la electricidad a puntos inesperados. • Antes de manipular en un cuadro aparato o circuito eléctrico es absolutamente necesario haberlos desconectado de la red y, si contienen condensadores, haberlos descargado. • Utilizar guantes y herramientas aislantes. • Estar bien protegida eléctrica y mecánicamente. • Estar bien cuidada. • Ser manejada con cuidado por personas que sepan cómo protegerse de los peligros que entraña su uso.


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Electricidad estática. Origen y protección La electricidad estática tiene su origen cuando se rozan dos sustancias de diferentes constantes dieléctricas y al menos una de ellas no es conductora. Puede producirse por: • La conducción de un líquido por una tubería. • El gas en movimiento contenido en un deposito. • El pintado por pulverización a pistola. • Bandas transportadoras, correas de transmisión, etc. Esta electricidad estática puede producir chispas que en presencia de vapores inflamables pueden originar una explosión. Para prevenirlo conectaremos a tierra los depósitos, tuberías, bandas transportadoras que puedan tener electricidad estática y ventilaremos bien los locales que puedan tener acumulación de gases inflamables. Se entiende por puesto de trabajo protegido aquel donde pueden controlarse las cargas estáticas en las personas y materiales conductores.

2.3. Riesgos inherentes al puesto de trabajo en la sección de electromecánica Los trabajos en esta sección se centran en: • Operaciones de diagnosis. • Operaciones de desmontaje y montaje de elementos. • Operaciones de vaciado y llenado de circuitos (aire, refrigeración, líquido de frenos, aceite, etc.). • Operaciones de manipulación de elementos mecánicos y eléctricos. • Mediciones e inspecciones de los diferentes sistemas del vehículo. • Limpieza de piezas. • Uso de herramientas generales (elevadores, carros, brazos aéreos, mesas y bancos de trabajo). • Uso de herramientas específicas (llaves, detector de fugas, carga y descarga de aire, etc.). Los riesgos generales en este puesto de trabajo son: • Cortes con herramientas. • Sobreesfuerzos posturales. • Golpes y contusiones. • Atropamientos. • Ruidos. • Proyección de cuerpos sólidos. • Quemaduras por temperatura, por ácido y frías. • Inhalación de productos tóxicos. • Quemaduras por descargas eléctricas. • Irritaciones en las vías respiratorias. • Irritaciones oculares. Para llevar a cabo una buena prevención y protección de los trabajadores, previamente realizaremos una evaluación inicial de los riesgos previsibles en el taller, similar a la siguiente tabla 11.10:


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Actividad

Diagnosis

Desmontaje y montaje

Operaciones de carga y descarga (aceites, anticongelante, gases, etc. )

Manipulación de elementos mecánicos y eléctricos

Limpieza de piezas

a

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Tipos de protecciones

Posibles riesgos

Tipo de acciones

Zona del cuerpo afectada

Derrame de combustible a alta presión

Acciones químicas

Manos y otras partes

Explosión material pirotécnico

Acciones químicas y ópticas

Todo cuerpo

Quemaduras

Acciones térmicas

Manos

Ruidos

Acciones sonoras

Oídos

Inhalación de gases

Acciones químicas

Vías respiratorias

Cortes

Acciones mecánicas

Manos

Guantes de protección mecánica

Atrapamientos

Acciones mecánicas

Manos


Proyecciones

Acciones mecánicas

Ojos

Gafas de seguridad

Ruidos

Acciones sonoras

Oídos

Protectores Auditivos

Sobreesfuerzos

Acciones mecánicas

Todo cuerpo

Golpes

Acciones mecánicas

Pies

Golpes

Acciones mecánicas

Manos


Quemaduras

Acciones térmicas

Ojos


Irritaciones

Acciones químicas

Ojos

Proyecciones

Acciones químicas

Vías respiratorias

Caídas

Acciones mecánicas

Todo cuerpo

Inhalaciones

Acciones químicas

Vías respiratorias

Golpes

Acciones mecánicas

Manos

Acciones térmicas/químicas

Manos

Sobreesfuerzos

Acciones mecánicas

Manos

Golpes

Acciones mecánicas

Todo cuerpo

Irritaciones

Acciones químicas

Manos

Quemaduras

Proyecciones

Acciones mecánicas

Ojos

Caídas

Acciones mecánicas

Todo cuerpo

Tabla 11.10. Evaluación inicial de riesgos en el taller.

Colectiva

Individual Guantes de protección y gafas de seguridad

Técnicas de manipulación

Guantes de protección mecánica y gafas de seguridad Guantes de protección mecánica

Aislamiento a zonas exclusivas

Protectores Auditivos

Extracción de gases

Mascarillas

Técnicas de manipulación Calzado de seguridad

Aplicar técnicas de manipulación y realizar en zonas delimitadas

Guantes de latéx Gafas de protección contra líquidos

Mascarillas Guantes de protección mecánica Aplicar técnicas de manipulación y realizar en zonas delimitadas

Guantes de protección química Guantes de protección mecánica Guantes de protección y botas Guantes de látex

Realizar en zonas restringidas

Gafas de protección contra líquidos Botas antideslizantes


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Protecciones colectivas correspondientes al puesto de trabajo de electromecánica Por protección colectiva se entiende la técnica que protege a más de una persona frente a riesgos que no se han podido evitar o reducir al máximo. Tiene como objetivo disminuir los efectos de los riesgos sobre los trabajadores de un área determinada. Por ejemplo, extractores de gases de escape, barandillas, aislamiento de zonas diferenciales, etc. Las protecciones colectivas deben anteponerse a las de carácter individual. Por ejemplo, un extractor de gases de escape, antes que una protección individual para inhalación de gases. Para los riesgos generales del taller, las protecciones colectivas más adecuadas son: • Aplicación de técnicas establecidas de manipulación. • Eliminación de gases de escape mediante la extracción y la ventilación. • Reducción de ruidos. • Utilización de zonas delimitadas. • Adecuación de la iluminación. • Uso de equipos y herramientas que faciliten el trabajo ergonómico. • Orden y limpieza en los lugares de trabajo. • Utilización de brazos aéreos para evitar obstáculos en el lugar de trabajo. Otro aspecto importante es disponer de energía eléctrica, aire comprimido y de las extracciones necesarias, lo más cerca posible del puesto de trabajo, agilizando la tarea del operario y suprimir los cables, mangueras, etc. tirados por el suelo, eliminando el riesgo que esto implica. Conseguir que el puesto de trabajo sea un lugar ordenado y limpio que contribuya a la protección individual y colectiva. Equipos de protección individual (EPI) Es cualquier equipo o complemento destinado a ser llevado o sujetado por el trabajador para que le proteja de uno o varios riesgos que puedan amenazar su seguridad o su salud en el trabajo. Los EPI deberán utilizarse cuando existan riesgos para la seguridad o salud de los trabajadores que no hayan podido evitarse o limitarse suficientemente por los medios técnicos de protección colectiva mediante medidas, métodos o procedimientos de organización del trabajo. Requisitos que deben cumplir los EPI Los requisitos que deben cumplir son: • Eficacia e idoneidad. Un EPI debe proporcionar una protección eficaz frente a los riesgos para los que ha sido elegido, y adecuarse y acoplarse al trabajador, para la protección de ese riesgo concreto. • Compatibilidad. Cuando es necesario utilizar más de un EPI simultáneamente para desempeñar una labor, deberán complementarse entre si, sin interferir en las protecciones de cada uno. • Inocuidad. No debe ocasionar nuevos riesgos. • Comodidad. Que durante su utilización el trabajador no se sienta incómodo lo que podría originar un riesgo en su utilización ya que complica el trabajo del operario que lo utiliza.


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• Facilidad de limpieza y mantenimiento. La limpieza y mantenimiento será fácil y cómoda de realizar, ya que de no ser así, puede que no se realice, en cuyo caso se generaría un nuevo riesgo. • Estética. Buen diseño. • Tener marcado CE. Un producto con marcado CE es garantía de que cumple con las normas impuestas para la libre circulación de un producto dentro de la Unión Europea (figura 11.9). La diferencia entre homologación y marcado CE está en el hecho de que un producto puede estar homologado en un país, siendo posible su comercialización en ese país, pero no necesariamente en el resto de los países de la Unión Europea, mientras que un producto con marcado CE cumple las normas de cualquier estado miembro que haya admitido las normas EN y las haya armonizado.

a Figura 11.9. Marca de conformidad de la UE.

Clasificación Los EPI están clasificados en tres categorías según los riesgos que cubren, desde la considerada para daños menos perjudiciales categoría I, a la de daños más perjudiciales categoría III. CLASIFICACIÓN DE LOS EPI En esta categoría están incluidos los EPI diseñados para proteger de riesgos mínimos y superficiales, sin consecuencias nocivas. Ejemplo: guantes de jardinero o gafas de sol. Categoría I

Estos EPI no necesitan pasar el examen CE y solo deben llevar el marcado CE según la directiva 89/686/CE.

A esta categoría pertenecen los EPI que protegen de un riesgo elevado-medio, pero sin consecuencias mortales ni irreversibles. Ejemplo: guantes de riesgo mecánico. Categoría II

Estos EPI deben estar homologados y deben pasar el examen CE.

En esta categoría se engloban los EPI que protegen de un riesgo elevado de posibles consecuencias mortales o irreversibles.

Categoría III

Ejemplos: los equipos de protección respiratoria filtrantes que protegen contra aerosoles sólidos y líquidos o contra gases irritantes, peligrosos y tóxicos, como una mascarilla para utilizar en la cabina de pintura; los EPI que solo brinden una protección limitada contra las agresiones químicas o contra las radiaciones no ionizantes, como la careta de soldador. Estos EPI deben estar homologados y deben pasar el examen CE.

a

Tabla 11.11. Clasificación de EPI.


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Identificación En el siguiente cuadro se recoge la nomenclatura que marca los EPI. NOMENCLATURA DE LOS EPI A = EPI Categorías I y II

CE + XXXX A

B

A + B = EPI categoría III B = Código de cuatro dígitos identificativos del organismo que lleva a cabo el control de aseguramiento de la calidad de la producción en el ámbito de la Unión Europea.

Cada EPI tiene que llevar incluido, además de lo anterior, un folleto informativo con las indicaciones siguientes: • Instrucciones de almacenamiento, uso, limpieza, mantenimiento, revisión y desinfección. • Rendimientos técnicos alcanzados. • Accesorios que se puedan utilizar en los EPI y características de las piezas de repuesto adecuadas. • Clases de protección adecuadas a los diferentes niveles de riesgo y límites de uso correspondientes. • Fecha o plazo de caducidad de los EPI o de algunos de sus componentes. • Tipo de embalaje adecuado para transportarlo. • Explicación de las marcas. • Disposiciones aplicadas para poder llevar el marcado CE. • Nombre, dirección y número de identificación de los organismos de control notificados que intervienen en la fase de diseño de los EPI. a

Tabla 11.12. Nomenclatura de los EPI.

Riesgos, acciones colectivas y EPI, en las diferentes operaciones de electromecánica En función a las diversas operaciones que realiza el trabajador de electromecánica, identificamos los riesgos correspondientes, acciones colectivas y EPI que en cada caso se deben emplear. Identificación de riesgos potenciales

Operaciones de diagnosis

Acciones colectivas para reducir los riesgos

• Los derivados de la manipulación • Utilización adecuada de los equi- • Guantes para evitar cortes o incurde los equipos de diagnosis: fugas, pos y útiles de diagnosis. siones de material. atrapamientos, proyecciones, inha- • Mantenimiento adecuado de equi- • Gafas de protección contra prolación de gases y ruidos. pos y útiles de diagnosis. yecciones. • Formación de los trabajadores en los procesos de trabajo.

Operaciones de desmontaje y montaje

Equipos de protección individual

• Protectores auditivos.

• Los derivados del empleo de herra- • Utilización adecuada de los equi- • Guantes para evitar cortes o incurmientas: golpes, contusiones, atrapos y de las herramientas y útiles siones de material. pamientos y sobreesfuerzos. de trabajo. • Calzado de seguridad con puntera • Los derivados de la manipulación • Mantenimiento adecuado de equireforzada para evitar daños por caíde piezas: golpes, contusiones, pos y herramientas. das de objetos. atrapamientos, cortes, proyeccio- • Formación de los trabajadores en • Gafas de protección contra prones, sobreesfuerzos y ruidos. los procesos de trabajo. yecciones. • Protectores auditivos.


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Identificación de riesgos potenciales

Operaciones de carga y descarga

Operación de manipulación de elementos mecánicos y eléctricos

Operaciones de limpieza

a

• Los derivados de la manipulación de líquidos: proyecciones o salpicaduras, irritaciones de la piel, intoxicaciones, quemaduras, contusiones y golpes. • Los derivados de la manipulación de gases: quemaduras frías y explosiones.

• Los derivados de la manipulación de airbags y pretensores: golpes y contusiones. • Los derivados de la manipulación de baterías: quemaduras, proyecciones y explosiones.

Acciones colectivas para reducir los riesgos

Equipos de protección individual

• No exponer las botellas de refrige- • Gafas para evitar los efectos de las rante al calor ni a los rayos solares. proyecciones. • Mantener el orden y la limpieza en • Guantes de protección química para el lugar de trabajo. evitar el contacto con la piel. • No vaciar depósitos por aspiración con la boca. • Eliminar los productos químicos de la piel y de las prendas. • Evitar las fugas de gases refrigerantes a la atmósfera. • Formar a los trabajadores en el pro- • Gafas de seguridad contra proyeccioceso de montaje de airbags y prenes de partículas y de fluidos. tensores. • Guantes de protección mecánica y • Asegurar una buena ventilación en química. el recinto donde se manejen bate- • Calzado de seguridad para evitar conrías. tusiones y golpes.

• Los derivados de la manipulación • Vaciar los depósitos de combustide depósitos: golpes, contusioble antes de manejarlos. nes, irritaciones y explosiones. Los derivados de la operación de limpiar: proyecciones, irritaciones cutáneas, quemaduras y caídas por resbalamiento.

• Consultar la hoja de datos de los productos utilizados para la limpieza. • No utilizar nunca gasolina como desengrasante.

• Guantes para evitar que los productos de limpieza entren en contacto con la piel. • Calzado de seguridad con suela no deslizante e impermeable. • Ropa impermeable.

Tabla 11.13.

EJEMPLO Indica tres puntos del taller donde podamos encontrarnos con riesgos de contactos indirectos. Solución • La estructura metálica. • Cualquier equipamiento mal aislado (elevador, equilibradora… ) • Red de distribución metálica (de agua, de aire… ) Que entren en contacto accidental con un cable en tensión.

ACTIVIDADES 3. ¿Para que un fuego se mantenga qué factores se necesitan? 4. ¿Qué clases de fuegos hay? 5. En los recintos del taller donde existe riesgo de incendios ¿qué debe evitarse? 6. ¿De qué tipos pueden ser los riesgos eléctricos para las personas? 7. ¿Por qué no debe puentearse el diferencial? 8. ¿Con qué tensión deben funcionar las portátiles en el taller? 9. Antes de manipular en un cuadro eléctrico, ¿qué debemos hacer?


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3. Señalización empleada en el taller

saber más El RD 1403/86 impone: • Obligación de señalizar los riesgos presentes en el taller. • Obligación de emplear las formas y colores establecidos. • Obligación de informar y formar a los trabajadores en esta materia. SEÑALES DE PELIGRO

La señalización en los centros de trabajo está regulada por el RD 1403/86 que da cumplimiento a las Directivas 77/576 y 79/640 de la Comunidad Económica Europea cuya finalidad principal es la señalización de riesgos, equipos de seguridad, salidas y vías de evacuación, productos inflamables etc., mediante las señales de formas y colores que el mismo establece. Definimos la señalización como el conjunto de estímulos que condicionan la actuación del individuo que los recibe, frente a las circunstancias que se pretende señalizar. Según la forma de manifestación y el sentido estimulado podemos clasificarlas en: • Señalización óptica.

Materias inflamables

Materias explosivas

• Señalización acústica. • Señalización olfativa. • Señalización táctil.

3.1. Señalización óptica. Tipos de señales Materias nocivas o irritantes a

Riesgo eléctrico

Son las más empleadas por ser la vista el sentido más sensible pudiendo ser: • Señales y avisos de seguridad (señal de seguridad)

Tabla 11.14. Señales de peligro.

• Alumbrado de emergencia

SEÑALES DE PROHIBICIÓN

• Balizamiento Señales de seguridad Entre las señales de seguridad podemos encontrarnos con los siguientes tipos:

Prohibido fumar y encender fuego

Prohibido pasar a los peatones

• Señales de advertencia: alertan sobre un peligro determinado en la zona donde se encuentran. Son de forma triangular, fondo amarillo y orla de color negro (tabla 11.14). • Señales de prohibición: prohíben la realización de cualquier conducta considerada peligrosa. Son de forma circular, fondo blanco y orla de color rojo, con una barra oblicua, también de color rojo, que cruza el círculo de izquierda a derecha. El símbolo aparece en negro en el centro del círculo (tabla 11.15).

Prohibido apagar con agua

No tocar

Tabla 11.15. Señales de prohibición.

a

SALVAMENTO O SOCORRO

Vía / Salida de socorro

Primeros auxilios

Tabla 11.16. Señales de salvamento o socorro.

a

• Señales de salvamento y evacuación: indican dónde se encuentra un determinado equipo de protección o prevención, además de las vías de evacuación. Suelen ser de forma cuadrada o rectangular. El símbolo o texto se presenta en blanco sobre fondo verde (tabla 11.16). • Señales de obligación: indican que ha de realizarse o adaptarse un comportamiento determinado. Son de color azul y el símbolo o texto aparece en color blanco. Su forma puede ser circular o rectangular (tabla 11.17). • Señales de seguridad contra incendios: utilizadas para la protección contra in cendios, generalmente indicando la ubica ción o dirección de un equipo contra in cendios. Son de forma cuadrada o rectangular, utilizando símbolos de color blanco sobre fondo rojo. Las más utilizadas son las que indican la situación de extintores y bocas de incendio equipadas (tabla 11.18).


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Alumbrado de emergencia y señalización

SEÑALES DE OBLIGACIÓN

En todo local público y centro de trabajo, es obligatorio disponer de un alumbrado alternativo que entre en funcionamiento cuando falle el general o disminuya en un 70% la tensión de suministro. El objetivo de este alumbrado es el de facilitar la visión en las vías de evacuación y el reconocimiento de los obstáculos. La señalización consiste en colocar sobre la luminaria de emergencia, o en su entorno un mensaje descriptivo, que indique la vía de evacuación (figura 11.10).

Protección obligatoria de las manos

Protección obligatoria del cuerpo

Protección obligatoria contra caídas

Protección obligatoria de los pies

a Tabla 11.17. Señales de obligación.

LUCHA CONTRA INCENDIOS

a

Extintor

Figura 11.10.

Dirección a seguir

a Tabla 11.18. Señales de lucha contra incendios.

Tipos de alumbrado de emergencia Alumbrado de emergencia

Alumbrado de seguridad Garantiza la iluminación durante la evacuación de una zona.

De evacuación

a

Alumbrado de desplazamiento Permite la continuación de las actividades normales.

Ambiente o antipánico

Zona de alto riesgo

• Permite recorrer y utilizar las rutas de evacuación.

• Permite la identificación y acceso a las rutas de emergencia.

• Duración mínima: la necesaria para interrumpir las actividades.

• Permite identificar las pautas de los servicios contra incendios y cuadros de distribución.

• Tiempo mínimo de funcionamiento 1 hora.

• Permite la interrupción de los trabajos peligrosos con seguridad.

Figura 11.11.

Balizamiento Balizar es delimitar una zona de trabajo con el fin de que no se rebasen los límites establecidos y se elimine así la posibilidad de riesgos. Para el balizamiento se suelen emplear barreras, cintas de delimitación, indicadores luminosos, banderolas y barandillas (figura 11.12).

a

Figura 11.12.


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3.2. Señalización de tuberías y conductos Las tuberías se marcarán con el color de los fluidos que transportan. Se marcarán en las conexiones como válvulas, etc. y en las entradas y salidas de los empotramientos. También deberá indicarse el sentido de circulación del fluido (tabla 11.19). Fluido Aceites

Color básico Marrón

Estado fluido

Color complementario

Gasóleo

Amarillo

De alquitrán

Negro

Bencina

Rojo

Benzoil

Blanco

Ácido

Naranja

Concentrado

Rojo

Aire

Azul

Caliente

Blanco

Comprimido

Rojo

Polvo carbón

Negro

Potable

Verde

Caliente

Blanco

Condensada

Amarillo

A presión

Rojo

Salada

Naranja

Uso industrial

Negro

Residual

Negro + Negro

Agua

Verde

Alquitrán

Negro

Bases

Violeta

Concentrado

Rojo

Gas

Amarillo

Depurado

Amarillo

Bruto

Negro

Pobre

Azul

Alumbrado

Rojo

De agua

Verde

De aceite

Marrón

Acetileno

Blanco + Blanco

Ácido carbónico

Negro + Negro

Oxígeno

Azul + Azul

Hidrógeno

Rojo + Rojo

Nitrógeno

Verde + Verde

Amoníaco

Violeta + Violeta

De alta

Blanco

De escape

Verde

Vacío

Gris

Vapor

Rojo

a

Tabla 11.19. Señalización de tuberías y conductos.

Ejemplo


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3.3. Señalización de recipientes con gases a presión Los recipientes con gases a presión utilizan en su exterior (cuerpo, franja, ojiva), colores distintivos según nomenclatura EN 439. IDENTIFICACIÓN DE BOTELLAS Tipo de gas y su señalización correspondiente

Inflamables y combustibles

Inflamables y combustibles

Gas

Cuerpo

Marrón

Marrón

Butadieno

Blanca

Gris

Blanca

Blanca

Etileno

Violeta

Violeta

Metano

Gris

Gris

Aire comprimido

Negra

Blanca

Anhídrido carbónico

Gris

Gris

Argón

Amarilla

Amarilla

Helio

Marrón

Marrón

Naranja

Naranja

Nitrógeno

Negra

Negra

Oxígeno

Blanca

Blanca

Protóxido de nitrógeno

Azul

Azul

Xenón

Azul

Blanca

Amoníaco

Verde

Verde

Amarilla

Amarilla

Óxido de carbono

Roja

Roja

Sulfuro de hidrógeno

Blanca

Blanca

Cloro

Blanca

Blanca

Marrón

Marrón

Verde

Blanca

Naranja

Naranja

Etano

Neón

Rojo

Negro

Anhídrido sulfuroso Verde

Cloruro de hidrógeno

Amarillo

Fosgeno (oxicloruro de carbono) Butano a

Franja

Acetileno

Tóxicos o venenosos

Corrosivos

Ojiva

Tabla 11.20. Señalización de recipientes con gases a presión.

Naranja

Símbolo


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3.4. Señalización del transporte por carretera El transporte por carretera de mercancías peligrosas está regulado internacionalmente, de forma que sea identificada rápidamente en caso de accidente para poder proceder (tabla 11.21). NÚMERO DE IDENTIFICACIÓN DE PELIGRO (NIP) La primera cifra indica el peligro principal

La segunda y tercera cifra indican los peligros subsidirarios

2

Gas

0

Carece de significación

3

Líquido inflamable

1

Explosión

4

Sólido inflamable

2

Emanación de gas

5

Materia comburente o peróxido orgánico

3

Inflamable

6

Materia tóxica

5

Propiedades comburentes

7

Materia radioactiva

6

Toxicidad

8

Materia corrosiva

8

Corrosividad

9

Otros peligros

9

Peligro de reacción violenta resultante de la descomposición espontánea o de polimerización

Nota: cuando una cifra se repite, indica intensificación del peligro, excepto para el 22 que indica gas refrigerado. La letra X indica la prohibición absoluta de echar agua sobre el producto. NÚMERO DE IDENTIFICACIÓN DE ONU Y SUS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES N° ONU

Materia

N.I.P.

Etiqueta

1006

Argón comprimido

20

2

1114

Benceno

33

3

1965

Butano, hidrocarburos gaseosos en mezcla

23

3

3138

Etileno, acetileno y polipropileno

223

3

1263

Pinturas o materias para pinturas

33

3

1223

Queroseno

30

3

1294

Tolueno

33

3

1307

Xileno

30

3

1202

Gasóleo

30

3

1203

Gasolina

33

3

1978

Propano

23

3

3066

Pinturas o productos para pinturas

80

8

a Tabla 11.21. Señalización del transporte por carretera.

EJEMPLO Indica qué caracteriza a las señales de prohibición. Solución Son de forma circular, fondo blanco y orla de color rojo, con una barra oblicua, también de color rojo, que cruza el círculo de izquierda a derecha.

ACTIVIDADES 10. Indica qué caracteriza a las señales de obligación. 11. Indica qué caracteriza a las señales de advertencia. 12. Los vehículos de hasta 9 plazas para el transporte de personas ¿en qué categoría se consideran?


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4. Consideraciones de seguridad e higiene en el taller 4.1. Consideraciones en la construcción y distribución del taller Seguridad de los cerramientos y compartimentación La resistencia de cimientos, pisos y de más elementos estructurales del edificio debe ser la adecuada a las cargas que tengan que soportar (vehículos, equipos y maquinaria). Si los techos han de soportar esfuerzos de otras cargas como grúas, o polipastos, se tendrán en cuenta, indicando, las cargas máximas que pueden soportar. Debe comprobarse la estabilidad frente al fuego de los elementos estructurales, para soportar la intensidad y duración de un incendio (de máxima gravedad previsible abandonado a si mismo) sin que el edificio se derrumbe, conservando sus elementos una capacidad portante residual adecuada. Asimismo, debe comprobarse la resistencia al fuego, estanqueidad, estabilidad, y aislamientos de los elementos de compartimentación interna del taller o con otras actividades. Evacuación: puertas y salidas Al tratarse de centros de trabajo con riesgo especial de incendio y explosión, se dispondrá de dos salidas al exterior, salvo que la distancia entre todo origen de evacuación y una única salida no sobrepase los 15 m. Cuando se disponga de varias salidas, el recorrido de evacuación desde cualquier origen hasta alguna salida no debe ser superior a 50 m. El recorrido de evacuación desde cualquier origen hasta un nudo (punto del que parten al menos dos recorridos alternativos hacia sendas salidas) no debe ser superior a 15 m. Dos de las salidas deben estar distanciadas entre sí, por lo menos, la mitad de la diagonal mayor de la planta, distribuyéndose de tal forma que si una de las salidas queda inutilizada, las restantes estén libres. El ancho de las puertas exteriores para peatones será, como mínimo, de 1,20 m., su apertura será en sentido de la evacuación y estarán debidamente señalizadas. Las salidas de peatones dentro del taller (de oficinas, recambios, etc.) sobre una zona con riesgo de paso de vehículos se protegerán mediante topes o barandillas. (figura 11.13).

a

Figura 11.13. Protección salida de oficinas.

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Condiciones de las puertas de acceso de vehículos Las puertas correderas deben llevar dispositivos de retención que impidan su vuelco y topes que impidan su desplazamiento más allá del efecto de los dispositivos mencionados. Las puertas basculantes cuya apertura se efectúe por medio de contrapeso suspendido de un cable metálico cumplirán las condiciones siguientes: • El recorrido del contrapeso estará cubierto en su totalidad, y deberá ser posible la inspección periódica del estado del cable y su sujeción al contrapeso. • La sujeción a ambos lados de la puerta se hará con cables independientes cuyos extremos se sujetarán al contrapeso, asimismo de forma independiente. • Dispondrá de dispositivo de sujeción que impida su cierre por la acción del viento o rotura del cable. Las puertas automáticas deben llevar dispositivos de parada de emergencia y, en caso de avería, deben poderse abrir de forma manual. Superficie y volumen del local y del puesto de trabajo La altura del techo será la requerida para la explotación al 100% de los equipos instalados, por ejemplo, elevadores, que en cualquier caso serán como mínimo de 3 m. En general la superficie requerida en el centro de trabajo será de 2 m2 por trabajador, y volumen de 10 m3, donde para el cálculo no se tienen en cuenta los espacios ocupados por maquinaria y equipos. En cuanto a la superficie del puesto de trabajo, los centros dedicados a la investigación de la reparación de automóviles, se considera adecuada una superficie mínima para cada una de las diferentes áreas como las reflejadas en la siguiente (tabla 11.22). CUADRO DE DIMENSIONES Dimensiones mínimas de los puestos de trabajo en los talleres de reparación de automóviles Área

Dimensiones en metros Mecánica y electricidad

Reparación

6 x 3,5

Recepción y peritación

6 x 3,5 Carrocería

Desmontaje

6 x 3,5

Reparación

6 x 3,5

Bancada

6 x 3,5 Pintura

Preparación de vehículos

6 x 3,5

Cabina de pintado/secado

7x6

Cuarto de mezclas

4x3 Espacio para movimiento de vehículos

50% de la superficie ocupada por los supuestos de trabajo a

Tabla 11.22.


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Zonas de paso y circulación En interior las zonas de paso se estudiarán en función de: • Peatones, trabajadores y clientes. • Vehículos. • Materiales y equipos. Las zonas de paso exclusivo de peatones tendrán, como mínimo, 0,80 m. El pasillo principal tendrá una anchura apropiada a la dimensión de los vehículos, teniendo en cuenta que si es compartido por peatones, se sumarán 0,80 m. Se recomienda en este caso, señalizar en el pavimento la zona reservada al paso de peatones. Si el local dispone de varias plantas salvando el desnivel por rampas, estas tendrán pavimento antideslizante. Si los laterales de las rampas son abiertos, estarán provistos de protección resistente metálica o de obra de altura mínima 40-45 cm. Si la rampa es utilizada por peatones, se reservará un paso protegido para estos de 0,80 m. Si dicho paso se encuentra en el lado abierto de la rampa, se protegerá mediante barandilla de altura mínima 0,90 m, y rodapié de 0,15 m. Las escaleras deben cumplir las condiciones que establece la Ordenanza General de Seguridad e Higiene en su artículo 17, que, entre otros aspectos, señala que la medida de los peldaños será uniforme, los lados abiertos se deben proteger mediante barandillas de 0,90 m, el pavimento será antideslizante, etc. Los accesos o desniveles y altillos mediante escaleras estarán de acuerdo con el artículo 17 de la O.G.S.H.T. El riesgo de caída por desnivel se protegerá perimetralmente mediante barandilla de 0,90 m, y rodapié de 0,15 m. Si existe riesgo de caída de piezas u objetos al nivel inferior, dicha protección carecerá de orificios que permitan su paso. Lavadero Debe constituir un recinto separado de otras dependencias, con buena ventilación y sistema de desagüe, y suelo antideslizante y ligeramente inclinado, a fin de facilitar la eliminación del agua y productos utilizados. La iluminación debe estar protegida contra el agua y las luminarias dispondrán de cubiertas resistentes al impacto del chorro de agua a presión. Los interruptores y mandos de la instalación eléctrica deben protegerse contra el agua y la humedad, o de lo contrario se instalarán exteriores al recinto. El acceso al recinto se cerrará, a base de lamas de plástico o puertas automáticas de caucho o plástico transparente, a fin de evitar el agua y la humedad en las áreas o recintos contiguos.

4.2. Condiciones ambientales Temperatura y humedad Se debería disponer de sistemas de climatización que mantengan lo más estable posible las condiciones de temperatura y humedad. La humedad relativa debería mantenerse siempre que sea posible, inferior al 60%. Si el taller se dota de calefacción, debe tratarse de una instalación fija. Pueden instalarse aerotermos suspendidos, siempre que se sitúen a más de 2,5 m del suelo y que entre la boca de salida de cada aerotermo y cualquier material combustible exista una distancia de seguridad.

saber más Unas condiciones ambientales adecuadas son fundamentales para conseguir del puesto de trabajo un lugar agradable y seguro.


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Iluminación Es preferible la iluminación natural si se dispone de esta. La intensidad de la iluminación general será, como mínimo, de 300 lux. En los puntos de operación se deben instalar puntos de luz con brazos extensibles a fin de evitar en lo posible las sombras, de forma que se consigan intensidades en torno a los 500 lux. Los colores claros de paredes y equipos favorecen la ausencia de contrastes, dando una impresión de mayor luminosidad. Ventilación Sea cual sea la especialidad del taller, debe contar con una buena ventilación general, ya sea natural o forzada por medios mecánicos, a fin de garantizar la eliminación de los gases de escape derivados del funcionamiento de los vehículos puesta en marcha y prueba de motores y circulación de estos en interior de los locales, así como evitar la generación de atmósferas inflamables, en especial en los recintos o áreas siguientes: • Aparcamiento de vehículos pre o post-reparados en recinto cerrado. • Reparación y prueba de bombas de inyección. • Almacén de líquidos combustibles e inflamables. • Limpieza de piezas con disolventes. • Área de preparación de pinturas. • Cabina o área de aplicación de pintura. • Fosos de revisión y reparación. • Área de carga de baterías. • Dependencias situadas por debajo del nivel del suelo. El monóxido de carbono es, en determinadas concentraciones, el más peligroso de los gases de escape, siendo actualmente 25 ppm la concentración máxima permisible (TLV) para 8 horas de trabajo diarias o 40 semanales. El dióxido de azufre puede ser así mismo molesto, incluso en pequeñas concentraciones. Por tanto, es necesario disponer, además de una buena ventilación general garantizada en todas las épocas del año, de una ventilación de evacuación local, a base de mangueras flexibles conectadas al tubo de escape, de forma que la emisión de gases sea canalizada al exterior del local. Aspiración de humos, partículas de polvo y fibras Es necesario disponer de aspiración localizada fija o móvil, para las operaciones de corte y soldadura, aun disponiendo de ventilación general en el taller. Para las operaciones donde se generan partículas molestas de polvo, se debe contar con ventilación de extracción localizada portátil, acoplada a la lijadora, pulidora, etc. Para controlar el riesgo de fibras, originado por la sustitución de las zapatas de freno que contienen amianto en su variedad de crisolito, especialmente si hay mecanización de estas, así como la reparación de embragues, se debe contar con equipos de aspiración localizada (Orden 31/10/84 Reglamento Amianto, y modificación Orden 26/07/931). Los residuos aspirados no se lanzarán fuera del taller sino que serán recogidos en bolsas o recipientes y eliminados de forma controlada.


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4.3. Equipamiento Conseguir un entorno de trabajo adecuado es fundamental para que el operario pueda desarrollar su trabajo en buenas condiciones, pero de poco servirá si no se dispone de un equipamiento suficiente que garantice la eficacia y la calidad necesarias exigibles a un taller de reparación. El equipamiento debe estar concebido desde el concepto de la ergonomía. Equipamiento que contribuye a la ergonomía: • Mesas o elevadores de pistón para bancadas. • Elevadores para reparación de elementos y colocación de accesorios. • Borriquetas de trabajo para la reparación de elementos desmontados. • Utillaje que facilite el movimiento de los conjuntos pesados de las bancadas. • Bancadas con elementos estructurales más ligeros. • Equipos de soldadura con ruedas para facilitar su desplazamiento por la zona de trabajo. • Herramientas neumáticas más ligeras y que eliminen las vibraciones. • Herramientas manuales adaptadas a la fisonomía de la mano. • Equipos de infrarrojos colocados en carriles aéreos o con ruedas que faciliten su desplazamiento. Fosos y elevadores La incorporación de los fosos lleva consigo una serie de riesgos derivados de la construcción de un hueco en el suelo en un lugar de trabajo, tales como la caída de personas, caída de piezas depositadas en las inmediaciones, inhalación de gases tóxicos procedentes de los humos de escape, explosión por acumulación de vapores inflamables, etc. Actualmente los fosos están siendo sustituidos por elevadores que ofrecen soluciones técnicas variadas en función de las necesidades de cada taller. Otra consideración importante a tener en cuenta es la ergonómica, puesto que con el elevador el operario puede regularse la altura de trabajo en función de la operación que pretende realizar y de sus propias características físicas, principalmente la estatura. La normativa en vigor en todos los países de la Comunidad Europea exige que los elevadores deban incorporar diversos sistemas de seguridad, como son: • Topes en los brazos que mantengan una abertura mínima entre si de 600 mm. • Bloqueo automático de brazos con mecanismo de desbloqueo manual. • Dispositivo de seguridad contra rotura de las cadenas de elevación. • Posibilidad de anclaje del conmutador de mando. • Limitador de recorrido, que actúa parando el elevador si el vehículo llegara a sobrepasar la medida máxima de altura. • Seguridad mecánica contra fallo del conmutador de mando. • Mecanismos de seguridad contra obstáculos en el descenso. En los modelos mecánicos, además, • Tuerca de seguridad contra rotura o desgaste de la tuerca principal de accionamiento de subida y bajada.

saber más El planteamiento ergonómico consiste en diseñar los equipos, herramientas y trabajos, adaptados a las personas y no al contrario.


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En los modelos hidráulicos: • Dispositivo de bloqueo mecánico. • Velocidad de descenso regulada en caso de rotura de la conducción hidráulica. • Válvula de seguridad en el grupo hidráulico, que actúa en caso de sobrepresión. El mantenimiento para garantizar un correcto funcionamiento y la seguridad de los operarios debe ser muy sencillo, basado en hacer un correcto uso de los mismos y efectuar los controles periódicos de los niveles de aceite, estado de las correas y cadenas de transmisión, conexiones eléctricas y realizar el engrase de las diferentes partes móviles que lo requieran.

4.4. Seguridad de los productos utilizados. Fichas de seguridad Todos los productos empleados en el taller deberán estar avalados por su correspondiente ficha de seguridad (figura 11.14), según exige la normativa vigente, la cual aportará datos tales como: 1. Identificación de la sustancia o el preparado y de la sociedad o empresa. 2. Identificación de los peligros. 3. Composición/Información sobre los componentes. 4. Primeros auxilios. 5. Medidas de lucha contra incendios. 6. Medidas en caso de liberación accidental. 7. Manipulación y almacenamiento. 8. Controles de la exposición/protección personal. 9. Propiedades físicas y químicas. 10. Estabilidad y reactividad. 11. Información toxicológica. 12. Información ecológica. 13. Consideraciones relativas a la eliminación. 14. Información relativa al transporte. 15. Otra información. FICHA DE DATOS DE SEGURIDAD Fecha de revisión: 10/02/2010

1. Identificación de la sustancia o el preparado y de la sociedad o empresa Nombre del producto: OIL ACEITE Código del producto: 12454455 Uso previsto: lubricante de motor Identificación de la sociedad o empresa Productor/Proveedor : ABR SA Dirección: Polígono Cigüeñal N5. Apdo/Código postal/Ciudad Información de emergencia Teléfono de urgencias xxxxxxxxx

38-215 Almería Teléfono xxxxxxxxx.

2. Identificación de los peligros En exposición prolongada puede producir dermatitis. El aceite usado contiene impurezas nocivas. Tóxico para los organismos acuáticos.

3. Composición/Información sobre los componentes Aceite mineral altamente refinado.

4. Primeros auxilios Lavar abundantemente la piel con agua. Consultar al médico si aparecen lesiones dérmicas. Lavar los ojos con agua y consultar al medico. En caso de ingestión consultar al médico inmediatamente. No provocar el vómito. a

Figura 11.14. Ejemplo simplificado de ficha de seguridad.

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4.5. Evacuación Para completar las medidas de protección en el taller se establecerá un plan de emergencia. Consistirá en un conjunto de acciones programadas previamente para proteger a las personas e instalaciones. El plan será elaborado por personal especializado en colaboración con representantes de los trabajadores. Este plan será específico de cada taller y lo conocerán todos los que trabajen en el taller. En la siguiente tabla, se reflejan los aspectos fundamentales que en él deben figurar. CONTENIDO BÁSICO DE UN PLAN DE EMERGENCIA • Indicación detallada de las situaciones de peligro, con todos los factores de riesgo Evaluación del riesgo

– Características constructivas, instalaciones, proceso productivo – Personas afectadas por la situación • Condiciones de evacuación según la Norma Básica de la Edificación • Planos de emplazamiento y localización de las zonas de riesgo

Medios de protección

• Inventario de todas las instalaciones contra incendios: detectores, alarmas, equipos de extinción, alumbrados de señalización y de emergencia • Recursos humanos disponibles en caso de incendio • Planos del edificio con la localización de los medios de protección, vías de evacuación • Desarrollo secuencial de las acciones a realizar en caso de emergencia

Plan de emergencia

• Clasificación de los tipos de emergencia: parcial, general, diurno, nocturno • Intervenciones de personas y medios • Alarma acústica para la evacuación • Equipos de emergencia • Organización y coordinación de las acciones necesarias para poner en marcha el plan de emergencia y realizar su actualización periódica

Implantación y ejecución

• Programa de mantenimiento de instalaciones peligrosas y de los medios de prevención y protección • Especificación del tipo de señalización de información que se debe dar • Programa para la realización de simulacros, como mínimo una vez al año • Programa para la implantación, desarrollo y control del plan de emergencia

a

Tabla 11.23.

ACTIVIDADES 13. ¿Con qué tensión deben funcionar las portátiles en el taller? 14. Antes de manipular en un cuadro eléctrico, ¿qué debemos hacer?

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5. Gestión ambiental Se entiende por gestión ambiental o gestión del medio ambiente al conjunto de diligencias conducentes al manejo integral del sistema ambiental. Dicho de otra forma e incluyendo el concepto de desarrollo sostenible, es la estrategia mediante la cual se organizan las actividades humanas que afectan al medio ambiente, con el fin de lograr una adecuada calidad de vida, previniendo o disminuyendo los problemas ambientales. Con la gestión ambiental se trata de conseguir un equilibrio adecuado para el desarrollo económico, crecimiento de la población, uso racional de los recursos y la protección y conservación del medio ambiente.

5.1. Gestión de residuos peligrosos En la figura 11.15 se muestra el organigrama de gestión de residuos del taller. GESTIÓN ADECUADA DE RESIDUOS PELIGROSOS

Trámites administrativos

Tratamiento interno de los residuos

Documentos de gestión

Autorización de producción

Separación

Documentos de aceptación de RP

Inscripción en el registro de PRP

Envasado

Documentos de control y seguimiento de RP

Declaración anual de producción de PR

Etiquetado

Registro del RP

Almacenamiento a

Figura 11.15. Organigrama de gestión de residuos del taller.

caso práctico inicial Aquí se destacan los puntos de la Ley 10/98 que inciden en la regulación de los residuos peligrosos generados por el taller.

De todos los residuos generados por los talleres, aquellos que por sus características puedan afectar a la seguridad, la salud humana o al medio ambiente se denominan residuos peligrosos y están regulados por la Ley básica de residuos 10/98, de 21 de abril de 1998. Los talleres de reparación de vehículos generan numerosos residuos peligrosos tales como: aceites usados, líquidos refrigerantes, baterías, pilas, líquidos de frenos, diferentes tipos de filtros, gases refrigerantes, disolventes, pinturas, lacas, envases de diversos productos, tubos de escape, catalizadores, etc., que de acuerdo con la normativa actual, precisan tratamiento y control estricto.


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Según los arts. 11 y 33 de la (Ley 10/98): «El taller es el responsable de los residuos que genera y/o posee, por lo tanto debe darles una gestión adecuada, de acuerdo a la legislación y hacerse cargo de los costes de dicha gestión». Según el art. 12 de la (Ley 10/98): Prohibiciones • El abandono de residuos. • El vertido o eliminación incontrolada de residuos. • La mezcla o dilución e residuos que dificulte su eliminación. Según los art. 11 de la (Ley 10/98): Obligaciones • Entregar a un gestor autorizado o participar en un acuerdo voluntario o convenio e colaboración. • Mantener los residuos en condiciones de higiene y seguridad. • Evitar la eliminación de los que se pueden reciclar o valorizar. • Sufragar los gastos de gestión. Para llevar a cabo este control la normativa distingue dos tipos de productores de residuos en función al volumen generado: • Pequeños productores hasta 10.000 kg de residuos peligrosos al año. • Grandes productores más de 10.000 kg de residuos peligrosos al año. El primer paso para la gestión de residuos es la inscripción en el registro especial de pequeños o grandes productores de residuos que depende de los órganos competentes de las comunidades autónomas. Los pequeños productores tienen una simplificación de la tramitación administrativa exigida en los traslados de residuos tóxicos y peligrosos. Los trámites administrativos para un taller como productor de residuos peligrosos son: • Inscripción en el registro de «pequeños productores de residuos peligrosos». • Autorización administrativa de productor de residuos peligrosos. • Declaración anual de residuos peligrosos. Además, los grandes productores de RP estarán obligados a: • Obtener la correspondiente autorización administrativa de productor de residuos peligrosos cuando se instale, amplíe, o modifique el taller. • Realizar una declaración anual de los resíduos peligrosos gestionados y almacenados. La solicitud para la inscripción en el registro de RP se realiza a través de la Comunidad Autónoma debiera aportar los siguientes datos: • Tipo y datos de la empresa. • Tipos y cantidades de residuos peligrosos que se generan. • Características de los residuos.

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6. Almacenamiento y retirada de residuos peligrosos (RP) del taller 6.1. Tratamiento interno en los talleres La gestión de los residuos comienza por el tratamiento en los talleres en que se producen, debiendo cumplir los siguientes requisitos: • Separar los residuos peligrosos de los que no lo son. • Envases y cierres sólidos, concebidos y realizados de manera que se evite cualquier pérdida de contenido. • Envases diferenciados según los productos que han de contener (figura 11.16). • Zona de almacenamiento separada y ventilada, a cubierto de la lluvia si es en el exterior, y con un sistema antiderrame de los líquidos. • Etiquetado de todos los envases de residuos, con una etiqueta de un tamaño mínimo de 10x10 cm en la que conste el nombre, la dirección y el teléfono del taller, el código nacional del residuo, los pictogramas de los riesgos que presenta el residuo y la fecha de envasado (figura 11.17). • El contenedor de aceite debe estar separado de los demás. • El tiempo máximo de almacenamiento no excederá de seis meses. Pictogramas de riesgos Tóxico: líquido de frenos, filtros de aceite y combustibles, aceite usado, envases contaminados.

Inflamable: envases contaminados con pintura, disolventes, filtros de aceite.

Corrosivo: baterías.

Nocivo: anticongelante, absorbentes impregnados, baterías.

a

Figura 11.16. Pictogramas de riesgos.


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SOLO ACEITE USADO Almacenamiento: CONTENEDOR ESPECÍFICO

RESIDUO PELIGROSO Código C.E.R.: 13 02 05 Código (según RD 952/1997): Q7//R9//L8//C51//H6/14//A

TÓXICO Tóxico por ingestión e inhalación Manipúlese con prudencia

Centro Productor (C.P.):

Fecha inicio envasado (C.P.): / / Fecha inicio almacenamiento (C.P.): / / Fecha inicio almacenamiento (C.Transf.): / /

Nombre: Dirección: Teléfono:

a

//B0019

Figura 11.17. Etiqueta de resíduos peligrosos.

6.2. Registro de las entregas al gestor autorizado de residuos Los productores de residuos deberán llevar un registro en el que figuren, al menos, los siguientes datos: • Origen de los residuos (generación propia o importación). • Cantidad, naturaleza y código de identificación.

caso práctico inicial En el apartado 6.2 encontrarás los datos que debe contener el registro de entregas de residuos.

• Fecha de entrega o inicio y finalización, en el caso de almacenamiento temporal. • Frecuencia de recogida y medio de transporte. Período de almacenamiento

Nº de Orden

a

Naturaleza

Fecha inicio

Fecha final

Tiempo almacen.

Datos de los resíduos Código

Código LER

Cantidad Bidones/ Bolsas (*)

Volumen total

Nº Doc. Control y Seguimien.

1

Baterías

18/07/2008

30/10/2008

104 días

//Q6//R4//S37//C18/23//H8//

160601

54

432 kilos

2

Aceite usado

18/07/2008

17/11/2008

122 días

Q7/D15-R13/L8/C51/H5/A841 /B0019

130205

1.400

1.400 litros

3

Anticongelante

18/07/2008

18/12/2008

153 días

Q07//D15//L20//C51//H05 //A0000841//B0019

160114

2

440 kilos

18074

4

Líquido de frenos

18/07/2008

18/12/2008

153 días

Q07//D15//L20//C51//H05/14 //A0000841//B0019

161101

1

30 kilos

16266

5

Filtros de aceite y combustible

18/07/2008

18/12/2008

153 días

Q6//D15//S35//C51//H05/

160107

1

220 kilos

18056

6

Catalizadores

30/10/2008

06/02/2009

99 días

//Q6//R4//S37//C18/23//H8//

160601

131

1.048 kilos

Tabla 11.24. Seguimiento de los residuos en el taller.

06295-04 A-124425-12

169-60-10


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6.3. Justificante de entrega saber más Es obligatorio informar a la Administración, en caso de pérdida, desaparición o escape de RP.

A los grandes productores se les exige el denominado «Documento de control y seguimiento» por cada residuo y entrega a la Administración y a los pequeños productores un justificante de entrega, más sencillo de cumplimentar y que no es necesario enviar a la Administración. Este justificante es válido para todos los residuos, excepto para los aceites usados, que precisan dicho documento de control y seguimiento, establecido específicamente para este residuo en la Orden de 28 de febrero de 1989 (BOE nº 57 de 8 de marzo de 1989).

6.4. Documentos de aceptación saber más Según la Ley 10/98, cabe destacar «quedan exentos de responsabilidad administrativa aquellos que cedan los residuos peligrosos a gestores autorizados, siempre que esta cesión conste en documento fehaciente».

Para la entrega de los residuos, se ha de disponer del documento de aceptación por parte del gestor. Este documento es un compromiso documental de aceptación y debe realizarse uno por cada residuo. Llevará un nº de orden de aceptación y aportará los datos del productor, datos del residuo, la cantidad generada y tratamiento final del residuo. Estos documentos deben conservarse durante un periodo no inferior a cinco años.

6.5. Comunicación del traslado de residuos El taller o el gestor deben comunicar a la Administración, al menos con 10 días de antelación, el traslado o la retirada de los residuos, mediante una notificación en la que figuren los datos del productor, transportista, gestor, cantidades, fechas e itinerarios previstos. Datos de la recogida

Datos del Transportista Nº autoriz. CC. AA.

Frecuencia recogida

Medio de transporte

30/10/2009

104 días

Camión caja

S.E. Acumulador Tudor, S.A.

GR CL 3/98

CAT España S.A. A-28006294.000.00

30/10/2009

17/11/2009

122 días

Camión caja

Gestión y protección ambiental S.L.

G.R. CL 2/03

CAT España S.A.

001/03/26395

17/11/2009

18/12/2009

153 días

Camión caja CAT España, S.A.

G.R. CL 05/02 CAT España, S.A.

CL/HIM/00902

18/12/2009

18/12/2009

153 días

Camión caja CAT España, S.A.

G.R. CL 05/02 CAT España, S.A.

CL/HIM/00926

18/12/2009

18/12/2009

153 días

Camión caja CAT España S.A.

G.R. CL 05/02

CL/HIM/00920

18/12/2009

06/02/2010

99 días

Camión caja

S.E. Acumulador Tudor, S.A.

Tabla 11.25. Entrega de los resíduos al gestor.

GR CL 3/98

Razón social

CAT España S.A.

Nº de aceptación

Fecha acept.

Fecha recogida

a

Razón social

Datos del Gestor

CAT España S.A. A-28006294.000.00

Entr. actual

06/02/2010


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6.6. Responsabilidades y sanciones El incumplimiento de la ley de residuos (ley 10/98) dará lugar a responsabilidades, infracciones y sanciones, que se tipifican en los artículos 33, 34 y 35 respectivamente: Las sanciones aplicadas a las infracciones leves podrán llegar hasta los 6.000 €. Las sanciones aplicadas a las infracciones graves van de 6.000 € a 300.000 €. Revocación de la autorización suspensión de la misma por un periodo de tiempo de hasta un año. Las sanciones aplicables a las infracciones muy graves van de 300.000 € hasta 1.200.000 €. Clausura temporal o definitiva, total o parcial, de las instalaciones o aparatos. Revocación de la autorización por un tiempo no inferior a un año ni superior a diez. Potestad sancionadora En los casos en que, de acuerdo con lo establecido en la presente Ley, la potestad sancionadora corresponda a la Administración General del Estado, será ejercida por: a) El Director general de Calidad y Evaluación Ambiental del Ministerio de Medio Ambiente, en los supuestos de infracciones leves. b) El Ministro de Medio Ambiente, en los supuestos de infracciones graves. c) El Consejo de Ministros, en el supuesto de infracciones muy graves. En estos casos, la iniciación de los correspondientes procedimientos sancionadores será competencia del Director general de Calidad y Evaluación Ambiental.

EJEMPLO Indica los trámites administrativos para un taller, como pequeño productor de residuos peligrosos. Solución • Inscripción en el registro de «pequeños productores de residuos peligrosos». • Autorización administrativa de productor de residuos peligrosos. • Declaración anual de residuos peligrosos.

a

Figura 11.18. El incumplimiento de la ley de resíduos da lugar a infracciones severas.

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Circuitos de fluidos SD Ud11_11 C_Fluidos 03/03/11 13:42 Página 466

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ACTIVIDADES FINALES 1. Indica las categorías de los EPI.

2. Indica tres protecciones colectivas del taller. 3. Indica tres condiciones que deben cumplir las salidas exteriores de peatones de los talleres. 4. ¿De cuánto debe ser la intensidad de iluminación general del taller? 5. ¿Qué se trata de conseguir con la gestión ambiental? 6. ¿Quién expide el documento de aceptación de los RP? 7. ¿Cuánto tiempo hay que conservar el documento de aceptación de residuos peligrosos? 8. En la notificación del traslado de residuos, ¿qué datos deben figurar? 9. ¿Cuánto es el tiempo máximo de almacenamiento de los residuos en el taller? 10. ¿A partir de cuántos kg, se considera gran productor de residuos?


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1. ¿Quién desarrolla el reglamento de la Ley de PRL? a) b) c) d)

Los sindicatos y empresarios. Los sindicatos. Los empresarios. El gobierno.

2. En materia de riesgos laborales, los trabajadores en el taller están obligados a: a) b) c) d)

Usar todas las máquinas y equipos del taller. Utilizar correctamente las máquinas, equipos, EPI… Utilizar los EPI que crean oportuno. No tienen obligación de usar los EPI.

3. Los delegados de prevención serán designados… a) b) c) d)

Por la dirección provincial de trabajo. Por la dirección de la empresa. Por y entre los representantes del personal. Por los sindicatos.

4. ¿Cuál de las siguientes ciencias estudia la interacción entre la persona y el trabajo que realiza para mejorar la calidad de la vida laboral? a) b) c) d)

La ergonomía. La medicina. La ingeniería. La geología.

5. La altura mínima para un taller es de: a) b) c) d)

2,80 metros. 5 metros. 3 metros. Cuanto más alto mejor.

6. Las tensiones de seguridad son: a) Hasta 24 voltios en locales secos y 50 voltios en locales húmedos. b) Hasta 24 voltios en locales húmedos y 50 voltios en locales secos. c) Hasta 12 voltios en el taller. d) Hasta 50 voltios en el taller. 7. Los diferenciales protegen a: a) Las personas. b) Las instalaciones eléctricas. c) Los aparatos eléctricos de mucha potencia. d) Los aparatos eléctricos que funcionan con menos tensión. 8. Las señales triangulares con fondo amarillo son de: a) Obligación. b) Advertencia. c) Prohibición. d) Seguridad. 9.Para que un fuego se inicie se necesita: a) Combustible, comburente y energía de activación. b) Combustible, comburente y reacción en cadena. c) Gasolina, hidrógeno y oxígeno. d) Gas, nitrógeno y oxígeno. 10. Los residuos peligrosos generados en el taller se entregarán: a) En un punto limpio de la ciudad. b) Al gestor autorizado de residuos. c) Al contenedor de basura. d) A cualquiera de los tres anteriores.


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Unidad 11

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PRÁCTICA PROFESIONAL HERRAMIENTAS • Bloc para tomar notas • Realización de la ficha a mano o en ordenador

MATERIAL • Los módulos o talleres de automoción de que disponga el centro educativo

Elaboración de una ficha de evaluación inicial de los riesgos en el taller y su prevención OBJETIVOS • Que el alumno detecte por sí mismo los riesgos que pueden presentarse en el taller durante el desarrollo de la actividad. • Que el alumno se plantee cómo evitar esos riesgos y vea la necesidad de emplear los medios de protección más adecuados a cada caso concreto. • Aplicar en cada caso los medios de protección colectivos y/o equipos de protección individual EPI. • Seleccionar los EPI más indicados para cada protección. • Aplicar y cumplir la normativa vigente en protección de riesgos.

PRECAUCIONES • Para la realización de esta práctica, no se requieren precauciones especiales, pues consiste básicamente en reconocer cada puesto de trabajo con el equipamiento que tenga asignado para el desarrollo de las actividades que en él se realicen. • No interferir durante la toma de datos con otros alumnos que trabajen en esos puestos.

DESARROLLO 1. Planteamiento del problema Se realizarán en los diferentes módulos de los talleres del centro educativo, una ficha de evaluación inicial de los riesgos, que ellos identifiquen en función de las operaciones que en cada módulo se realizan, indicando las protecciones que estimen necesarias. Como orientación, seguir la expuesta en esta unidad adaptándola a cada caso real. 2. Analizar el problema a resolver Tomar nota de las actividades que se realizan en el taller. 3. Realizar un estudio de los posibles riesgos que puedan entrañar cada una de las operaciones que se puedan realizar. 4. Determinar las posibles zonas o partes del cuerpo que puedan ser afectadas. 5. Analizar el posible tipo de protección que en cada caso sea más conveniente adoptar. 6. Determinar dentro de los posibles EPI, cual es el más indicado para cada caso. 7. Realizar la ficha correspondiente.


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Ejemplo de tabla Operación o trabajo Extracción de un motor

Carga de una batería Operaciones de diagnosis y puesta a punto Comprobación en banco del motor de arranque Sustitución del anticongelante

Cambio de dirección

Soldeo con soldadura de hilo Sustitución de una luna delantera de un vehículo Comprobación de los fusibles del vehículo Cambio de pastillas de frenos

Cambio de aceite

Preparación de aparejos

Sustitución de amortiguador

Sustitución de neumático

Tipo de riesgo

Medidas de seguridad


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Unidad 11

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MUNDO TÉCNICO El reciclaje en la fase de eliminación

Toyota junto a los demás fabricantes y sectores implicados (empresas desguazadoras y empresas fragmentadoras) ha constituido una asociación: SIGRAUTO (Asociación Española para el tratamiento medioambiental de los vehículos fuera de uso, www.sigrauto.com) que nace con el objetivo de coordinar y gestionar las actividades derivadas de la normativa que regula el procedimiento a seguir al final de la vida útil de los vehículos. ¿Qué debe hacer el propietario de un vehículo que ya no sirve? De acuerdo al Real Decreto*, el último propietario del vehículo será responsable de su entrega a un centro autorizado (o en su defecto en un centro de recepción), no pudiendo en ningún caso abandonarlo ya que sería considerado como infracción grave. * Real Decreto 1383/2002, 20/12/2002 sobre la gestión de vehículos al final de su vida útil. ¿Qué es un centro autorizado? Es una instalación homologada por cada comunidad autónoma que cumple todos los requisitos que obliga la directiva para poder realizar la adecuada descontaminación y separación de materiales y componentes para su reutilización, reciclado y valoración de la forma medioambiental más correcta. ¿Dónde se encuentran los centros autorizados para la entrega de los vehículos? A través de la página web de Sigrauto: www.sigrauto.com, seleccionando: LISTADO DE CENTROS DE DESGUACE se podrá localizar los centros autorizados (1) más cercanos para la entrega de los vehículos. En el caso de resultar mas cómodo la red de concesionarios Toyota está igualmente disponible para informar sobre el centro de entrega más próximo. ¿Supone algún coste la entrega de un vehículo viejo en un centro autorizado? La legislación establece que la entrega del vehículo en un centro autorizado sea totalmente gratuita para el último propietario, siempre que el vehículo tenga los componentes esenciales, carezca de residuos añadidos y no haya sido

sometido a operaciones previas de desmontaje, siempre que haya sido puesto en el mercado (vendido) después del 23/1/2003. A partir del 1/1/2007 todas la entregas de vehículos serán gratuitas independientemente de la fecha de venta (puesta en el mercado) siempre que las condiciones de entrega sean las indicadas anteriormente. ¿Qué es y para qué sirve el certificado de destrucción? Es el documento imprescindible para obtener la baja del vehículo, lo cual exime al propietario del pago del impuesto de circulación municipal y de las revisiones periódicas reglamentarias (revisiones ITV). Al entregar el vehículo debe exigirse el certificado de destrucción. El certificado de destrucción únicamente podrá ser emitido por los centros autorizados, los cuales son los únicos que garantizan la correcta realización de las operaciones que garantizan el correcto tratamiento ecológico del vehículo. De esta manera se evita la competencia desleal a través de centros no autorizados, que no respetarían las exigencias de la legislación en la descontaminación y reciclado de los vehículos. http://www.toyota.es/innovation/technology/eliminacion.aspx


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EN RESUMEN PREVENCIÓN DE RIESGOS

Política sobre prevención y protección de riesgos laborales Ley de prevención de riesgos laborales (Ley de PRL) Derechos y obligaciones de empresarios y trabajadores Responsabilidades y sanciones

Riesgos en el taller de MVA, prevención y protección

Riesgos de incendios, prevención, protección y extinción Riesgos eléctricos, prevención y protección Riesgos inherentes al puesto de trabajo en la sección de electromecánica

Señalización empleada en el taller

Observaciones de seguridad en el taller

Señalización óptica Señalización de tuberías y conductos Señalización de recipientes con gases a presión Señalización del transporte por carretera

Consideraciones en la construcción y distribución del taller Condiciones ambientales

Almacenamiento y retirada de residuos peligrosos (RP) del taller Tratamiento interno en los talleres Registro de las entregas al gestor autorizado de residuos

Equipamiento

Justificante de entrega

Seguridad de los productos utilizados. Fichas de seguridad

Documento de aceptación Comunicación del traslado de residuos

Evacuación

Responsabilidades y sanciones

entra en internet 1. En la siguiente página puedes encontrar la normativa vigente en materia de seguridad en el taller de automoción. • http://noticias.juridicas.com 2. Busca en la siguiente dirección catálogos, noticias y eventos acerca de la señalización de talleres.

• http://www.grafimetal.com 3. En la página siguiente puedes encontrar información de noticias, productos, fichas técnicas, reportajes, foros y blog, eventos, recursos. • http://www.lineaprevencion.com

12 C_Fluidos ANEXO:12 Automatismo ANEXO

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A SIMBOLOGÍA NEUMÁTICA B EL SISTEMA DE SUSPENSIÓN BOSE

anexos

Y


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Simbología neumática

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SIMBOLOGÍA NEUMÁTICA

A

SÍMBOLOS NEUMÁTICOS Conductores 1 – de trabajo 2 – de pilotaje 3 – de purga o drenaje

Deshumidificador

Lubricador

Conductor flexible Reductor de presión 2

1

Unión de conductores Reductor de presión pilotado

2

1

Cruce de conductores Manómetro (indicador de presión)

1

2

Purga de aire 1 – orificio de evacuación 2 – piso no conectable 3 – conectable por roscado

3

1 2 3 4

1

2

3

4

1

2

Grupo de accionamiento filtro-reductor, indicador de presión. Lubricador

Acoplamientos rápidos 1 – Acoplado sin válvula antirretorno 2 – Acoplado con válvula antirretorno 3 – Acoplado simple 4 – Cerrada por válvula antirretorno

Grupo de accionamiento Esquema anterior simplificado

Inicio de instalación (presión)

Depósitos 1 – Conducciones por encima 2 – Conducciones por debajo del nivel del líquido 3 – Conducciones a presión 4 – Conducciones con depósito con carga

Medidor de temperatura (termómetro)

Medidor de caudal

Acumuladores 1 – Hidráulico 2 – Neumático

Presostato

Válvula (símbolo general)

Silenciador

1

1

2

2

Filtro

Válvula directa (pilotaje neumático) Normalmente abierta

Purgadores 1 – Mando manual 2 – Mando automático

Válvula inversa (pilotaje neumático) Normalmente cerrada

Filtro con purgador 1 – Mando manual 2 – Mando automático

Válvula antirretorno 1 – No regulada 2 – Regulada (tarada)

1

2

Y


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Anexo A

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A SIMBOLOGÍA NEUMÁTICA (cont.) SÍMBOLOS NEUMÁTICOS

1

2

Válvula antirretorno 1 – Al cierre 2 – A la apertura

a b

Selector de circuitos

Regulador de caudal en un solo sentido

c

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Válvula de escape rápido

Limitador de presión (válvula de seguridad) 1

2

Limitador de presión pilotado 1

1

1

2 2

Limitador proporcional de presión

1

Distribuidor 2 p, 2 v 1 – Accionamiento manual 2 – Accionamiento neumático con retorno por resorte Distribuidor de 2p, 3 v Accionamiento neumático en dos sentidos

Reductor de presión pilotado

Distribuidor de 2 p, 4 v Accionamiento neumático en los dos sentidos

Reductor diferencial de presión

Distribuidor de 2 p, 5 v Accionamiento neumático en un sentido y retorno por resorte

2

Reductor proporcional de presión

Regulador de caudal (a) Simplificado

1a

1b

2a

2b

3a

3b

4a

4b

5a

5b

a

Regulador de caudal con retorno al depósito (a) Simplificado a

Divisor de caudal

M 6

Válvula de estrangulamiento (a) Simplificado a

Distribuidores a) Distribuidor de 2 posiciones b) Distribuidor de 3 posiciones con posición intermedia de paso c) Distribuidor de 3 posiciones indistintas Vías interiores 1 – 1 vía 2 – 2 vías paralelas 3 – 2 vías cruzadas 4 – 2 orificios cerrados 5 – 2 vías conexión transversal 6 – 2 orificios cerrados y 2 vías en by-pass 7 – 1 orificio cerrado y 2 vías 8 – 1 orificio cerrado 2 vías en paralelo 9 – 4 orificios cerrados

a

b

Mando de distribuidores 1 – Mando por fluido directo 1a - por presión 1b - por depresión (falta pres.) 2 – Mando por fluido indirecto 2a - por presión 2b - por depresión 3 – Mando combinado 3a - por electroimán y distribuidor piloto 3b - por electroimán o distribuidor piloto 4a - equivale a 3a 4b - equivale a 3b 5 – Mando eléctrico 5a - por electroimán (un arrollamiento) 5b - por electroimán (dos arrollamientos) 5c - por motor eléctrico Mando mecánico a - por pulsador b - por resorte (muelle)

Y


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Simbología neumática

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SÍMBOLOS NEUMÁTICOS

a

b

a

b

c

d

Mando mecánico a – por rodillo b – por rodillo abatible

Convertidor de presión aire-aceite

Mando manual a – símbolo general b – por pulsador c – por palanca d – por pedal

1

1 – Motor de caudal constante: Motor hidráulico no reversible 2

a

b

2 – Motor de caudal constante. Motor hidráulico reversible

Mecanismo articulador a – articulación simple b – articulación con palanca c – articulación con punto fijo

c

3

Ejes rotativos a – un solo sentido de rotación b – con dos sentidos de giro

a b

4

3 – Motor de caudal constante. Motor neumático no reversible 4 – Motor de caudal variable no reversible 5 – Motor de caudal variable reversible

Dispositivo de mantenimiento de posición

5

Dispositivo de enclavamiento

1

2

1

Cilindros 1 – de simple efecto 2 – de simple efecto con retorno por resorte

1 – de doble efecto

6 – Motor térmico

M

1

2

1 – Bomba de caudal constante, compresor Bomba hidráulica no reversible

3

2 – Bomba de caudal constante, compresor Bomba hidráulica reversible

2 – de doble efecto con doble vástago 2

3

4

5

6

7

3 – de doble efecto con amortiguación al retorno 4 – de doble efecto con amortiguación a la ida y retorno 5 – de doble efecto con amortiguación regulable al retorno 6 – de doble efecto con amortiguación regulable a la ida y retorno

3 – Bomba de caudal constante, compresor no reversible 4

4 – Bomba de caudal variable, no reversible 5

7 – multiplicador de presión con fluido de la misma naturaleza

5 – Bomba de caudal variable, reversible 6 – Bomba de vacío

6

8

8 – multiplicador de presión con fluidos de distinta naturaleza (aire-aceite)

Y


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Anexo B

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B EL SISTEMA DE SUSPENSIÓN BOSE Todas las suspensiones de automóviles tienen dos objetivos: comodidad para el pasajero y control del vehículo. La comodidad para el pasajero resulta de aislarlo de las irregularidades del pavimento. El control se logra evitando que el vehículo se balancee y se incline hacia adelante o hacia atrás en exceso y manteniendo un buen contacto entre el neumático y la carretera. Lamentablemente, estos objetivos están en conflicto. En un vehículo de lujo la suspensión generalmente está diseñada con énfasis en la comodidad, pero el resultado es un vehículo que se balancea y se inclina hacia adelante o hacia atrás mientras el conductor conduce, gira y frena. En los vehículos deportivos, donde el énfasis radica en el control, la suspensión está diseñada para reducir el balanceo y los movimientos hacia adelante y hacia atrás, pero se sacrifica la comodidad. La solución, después de evaluar los sistemas de resortes/amortiguadores convencionales y variables así como enfoques hidráulicos y neumáticos, se determinó que ninguno tenía la combinación de velocidad, fuerza y eficiencia necesaria para proporcionar los resultados deseados. El estudio llevó al electromagnetismo como el enfoque que podía hacer realidad las características deseadas de suspensión. La suspensión Bose exigía avances significativos en cuatro disciplinas principales: motores electromagnéticos lineales, amplificadores de potencia, algoritmos de control y velocidad de cómputo. Bose asumió el desafío de las primeras tres disciplinas y apostó a los desarrollos que la industria haría en la cuarta. Los prototipos de la suspensión de Bose han sido instalados en vehículos de producción estándares. Estos vehículos de investigación han sido probados en una amplia variedad de carreteras, en pistas y pistas de durabilidad. El sistema de suspensión Bose incluye un motor electromagnético lineal y un amplificador de potencia en cada rueda y un conjunto de algoritmos de control. Esta combinación patentada de suspensión y software de control hace posible, por primera vez, combinar comodidad y control superiores en el mismo vehículo. Motor electromagnético

a

Unidad de control

Sistema de suspensión instalado por completo

Un motor electromagnético lineal se encuentra instalado en cada rueda de un vehículo con equipos Bose. Dentro del motor electromagnético lineal se encuentran imanes y bobinas. Cuando la energía eléctrica se aplica a las bobinas, el motor se retrae y se extiende, creando movimiento entre la rueda y la carrocería.

Y


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El sistema de suspensión Bose

477

Una de las ventajas principales de un enfoque electromagnético es la velocidad. El motor electromagnético lineal responde lo suficientemente rápido para equilibrar los efectos de los baches y salientes, manteniendo la comodidad. El motor ha sido diseñado para una fuerza máxima en un pequeño paquete, lo que permite colocar la suficiente fuerza para evitar que el vehículo se balancee y se incline durante maniobras de manejo agresivas. Los amplificadores de potencia regenerativos permiten que la energía fluya en el motor electromagnético lineal y también permiten que la energía sea devuelta desde el motor. Por ejemplo, cuando la suspensión Bose encuentra un bache, la energía es usada para extender el motor y aislar a los ocupantes del vehículo de las perturbaciones. Del lado opuesto al bache, el motor opera como generador y devuelve la energía a través del amplificador. Al hacer eso, la suspensión Bose requiere menos de un tercio de la energía de un sistema de aire acondicionado de un vehículo típico. El sistema de suspensión Bose está controlado por un conjunto de algoritmos matemáticos de control que funcionan observando las mediciones de sensores obtenidas alrededor del vehículo y enviando los comandos a los amplificadores de potencia instalados en cada esquina del vehículo. El objetivo de los algoritmos de control es permitir que el vehículo se deslice suavemente por la carretera y eliminar el balanceo y la inclinación mientras se conduce. Actualmente, en la mayoría de los vehículos de producción, el sistema de suspensión consta de módulos de suspensión trasera y delantera que se fijan a la parte inferior del vehículo. La suspensión Bose aprovecha esta configuración creando módulos de reemplazo de suspensiones trasera y delantera. Mediante esta técnica, el equipo de investigación ha podido readaptar el sistema de suspensión Bose a los vehículos de producción actuales, con mínimas modificaciones. Los módulos de suspensión delantera Bose utilizan una configuración con puntal MacPherson modificada y los módulos de suspensión trasera usan varillaje de doble horquilla para conectar un motor electromagnético lineal entre la carrocería del vehículo y cada rueda. Se utilizan resortes de torsión para soportar el peso del vehículo. Además, la suspensión Bose incluye un amortiguador en cada rueda que evita rebotes provocados por los neumáticos mientras se conduce. A diferencia de los amortiguadores convencionales, que transmiten la vibraciones a los pasajeros del vehículo y sacrifican la comodidad, el amortiguador en el sistema Bose funciona sin ejercer presión contra la carrocería, conservando así el confort del pasajero. Los vehículos equipados con la suspensión Bose han sido probados en una gran variedad de carreteras y en diferentes condiciones y han demostrado los beneficios en comodidad y control que los conductores disfrutarán a diario mientras conducen. Además, los vehículos han sido sometidos a pruebas de maniobrabilidad y durabilidad en centros de pruebas independientes. Cuando los conductores que prueban autos hacen maniobras de giro bruscas, como cambiar de carril, perciben inmediatamente la eliminación del balanceo. De la misma manera, pueden notar rápidamente la eliminación del cabeceo cuando aceleran o frenan de golpe. Los conductores profesionales de pruebas han informado un aumento en la sensación de control y confianza gracias a estas ventajas. Cuando prueban la suspensión Bose en carreteras con baches, informan que la reducción en el movimiento de la carrocería del vehículo en general resulta en mayor comodidad y control. Y


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SOLUCIONES EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS RESPUESTAS CORRECTAS DE LA SECCIÓN UNIDADES 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

b

d

a

a

a

b

a

d

c

d

d

a

2

c

a

c

a

d

d

b

a

c

b

3

d

d

d

c

d

c

c

a

d

a

4

a

a

a

a

a

a

a

a

a

a

5

b

b

d

c

a

c

b

d

a

c

6

a

d

b

c

a

b

d

c

7

b

d

c

b

a

a

b

b

c

8

c

d

a

b

a

b

c

a

c

c

9

b

a

d

a

b

b

a

d

b

a

10

b

c

b

d

b

d

b

c

c

11

d

b

c

a

c

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a

b

a

b

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Circuitos de fluidos SD - cre digital_CF 06/04/11 11:43 Página 1

d

Edición: Javier Ablanque Diseño de cubierta: Paso de Zebra Fotocomposición, maquetación y realización de gráficos: J.B. Estudio Gráfico y Editorial, S.L. Fotografías: Audi, autores, BMW, BOSCH, Burmeister, Citroën, Deutz, Fiat Auto España, S. A., Ford, Honda, Mazda Corporation, Mitsubishi Sport España, Opel, Peugeot, Porsche Ibérica, S. A., Photodisc, Renault, Saab, Salzer, Seat, Tecner Ingeniería, S. A., Toyota, Volkswagen y archivo Editex Dibujos: FER - Fotocomposición, S. A., J.B. Estudio Gráfico y Editorial, S.L. y Seven Preimpresión: José Ciria Producción editorial: Francisco Antón Dirección editorial: Carlos Rodríguez

Editorial Editex, S. A. ha puesto todos los medios a su alcance para reconocer en citas y referencias los eventuales derechos de terceros y cumplir todos los requisitos establecidos por la Ley de Propiedad Intelectual. Por las posibles omisiones o errores, se excusa anticipadamente y está dispuesta a introducir las correcciones precisas en posteriores ediciones o reimpresiones de esta obra.

d

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El presente material didáctico ha sido creado por iniciativa y bajo la coordinación de Editorial Editex, S. A., conforme a su propio proyecto editorial. © Tomás González Bautista Gonzalo del Río Gómez José Tena Sánchez Benjamín Torres Vega © Editorial Editex, S. A. Vía Dos Castillas, 33. C.E. Ática 7, edificio 3, planta 3ª, oficina B 28224 Pozuelo de Alarcón (Madrid) ISBN papel: 978-84-9771-539-3 ISBN eBook: 978-84-9003-157-5 ISBN LED: 978-84-9003-158-2 Depósito Legal: M-10585-2011 Imprime: Orymu Ruiz de Alda, 1-3. Polígono Industrial La Estación 28320 Pinto. Madrid Impreso en España - Printed in Spain Queda prohibida, salvo excepción prevista en la Ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con autorización de los titulares de propiedad intelectual. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y sigs. del Código Penal). El Centro Español de Derechos Reprográficos (www.cedro.org) vela por el respeto de los citados derechos.

Circuitos de Fluidos. Suspensión y Dirección

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