Introducción a los Sistemas Lógicos y Comandos Automáticos Hidráulica y Neumática Industrial Circuitos Hidráulicos Básicos
2009 - Circuitos hidráulicos básicos Circuito hidráulico (oleohidráulico) Un circuito hidráulico es un conjunto o cadena de componentes hidráulicos vinculados entre sí hidráulicamente, mecánicamente y/o eléctricamente destinado a entregar energía mecánica. Los componentes son en su mayoría estandar o comerciales, fabricados por empresas especializadas (por ejemplo: bombas, válvulas, actuadores –cilindros y/o motores-, filtros, acumuladores, etc.) y se identifican por sus hojas de datos. Las vinculación fundamental entre componentes es hidráulica mediante tuberías, mangueras, acoples, etc. Otra vinculación puede ser mecánica y se realiza mediante levas, mecanismos, etc. En electrohidráulica habrá vinculación electro-electrónica con la utilización de mandos, solenoides, límites de carrera, sensores, etc. En un circuito hidráulico intervienen 5 funciones fundamentales o principales: 1. Generación de la potencia oleohidráulica 2. Control de la presión 3. Control de la dirección del fluido 4. Control del caudal 5. Aplicación de la potencia oleohidráulica (actuadores) Otras funciones son: - Filtrado permanente - Control y/o limitación de la temperatura - etc. Representación gráfica El esquema o diagrama de un circuito hidráulico constituye una representación funcional hidráulica y mecánica que se realiza mediante símbolos normalizados a partir de la norma ISO1219 – IRAM 4542-1. El diagrama se utiliza tanto para el análisis del funcionamiento como para el diseño de circuitos hidráulicos. Si bien todos los componentes se dibujan en estado inicial y desenergizados, la persona que lea el símbolo o el circuito que lo contiene, debe mover mentalmente los componentes e interpretar tanto las secuencias posibles de movimientos como el comportamiento hidráulico interno del circuito (evoluciones de presión y caudal en cualquier punto del mismo). Respecto del mando, los circuitos hidráulicos presentan la característica particular de que pueden ser analógicos, digitales, o una combinación de ambos. Por lo general el mando analógico está implícito en las válvulas hidráulicas que componen el circuito. El mando digital o binario puede ser de tipo manual, hidráulico, electromecánico, electrónico, plc, etc. La representación de las funciones de mando pueden estar incluidas en el circuito si es de mando manual, pero en los casos de electrohidráulica, se representa separadamente el diagrama eléctrico por lo que generalmente no se dibuja en el circuito hidráulico.
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Análisis y descripción de circuitos hidráulicos Para realizar el análisis y posterior descripción del funcionamiento de los circuitos hidráulicos, se parte de su representación gráfica, que se realiza mediante símbolos normalizados a partir de la norma ISO1219 – IRAM 4542-1. Si no se dispone de la misma deberá obtenerse a partir del relevamiento del circuito real. En la representación gráfica se ubican en general la central hidráulica en la parte inferior, los órganos de comando y/o control en la parte central y los actuadores (cilindros y motores) en la parte superior. Se numeran consecutivamente todos los componentes comenzando por el depósito (1) y se adjunta la lista de componentes a la representación gráfica (en un plano se ubica sobre el rótulo). El circuito se representa con todos sus componentes desenergizados (en posición neutra o “no actuante”) y en la posición inicial del ciclo o aplicación. La persona que lea el símbolo o el circuito que lo contiene, debe mover mentalmente los componentes e interpretar las evoluciones posibles. El claro reconocimiento de los componentes individuales es fundamental para un adecuado análisis del circuito. A partir de la representación gráfica, el análisis del circuito consiste en interpretar el funcionamiento interno del circuito y el comportamiento resultante de los actuadores, como consecuencia de la respuesta a las señales externas de mando. El análisis del circuito se refleja en una memoria descriptiva donde como mínimo intervienen: • puesta en marcha del circuito, • las órdenes de mando y las acciones del sistema de mando, • análisis para marcha en vacío y para marcha de trabajo (con carga o solicitación exterior) • el comportamiento de los diferentes componentes hidráulicos, • solicitaciones de fuerza y movimiento, • las variaciones de presión y caudal, sobre todo en los puntos principales, • identificación y referencia de todas las situaciones posibles en que se alcanza el intervalo de presión máxima (apertura parcial o total de la válvula limitadora en circuitos con bombas de caudal constante o centrado parcial o total de la bomba de caudal variable) • el movimiento resultante de los actuadores (velocidad, posición, fuerza) El texto anterior se puede complementar con gráficas representativas como la gráfica presión – posición de cilindros relacionada con la curva Q-P de la bomba y/o central hidráulica donde se indiquen los puntos principales de la evolución del circuito.
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Circuitos hidráulicos básicos Además de producir el movimiento de los actuadores, en un circuito hidráulico se busca controlar sus 4 variables: 1 – sentido de movimiento, 2 – velocidad, 3 – fuerza, 4 – posición. El control elemental de estas variables se logra insertando en el circuito las válvulas adecuadas, constituyendo los circuitos hidráulicos básicos. De la combinación o superposición de los controles básicos nacen las infinitas soluciones circuitales completas y más complejas. Para el estudio y comprensión de estos circuitos es necesario tener previamente el conocimiento suficiente de Mecánica de los Fluidos y sobre la constitución interna y las funciones de los componentes oleohidráulicos utilizados. En la presentación de los circuitos básicos por lo general no se realiza el análisis completo, sino que solamente se destacan los aspectos específicos a considerar en cada ejemplo. Por otra parte, en ciertos casos es frecuente representar solamente una parte del circuito, para tratar aspectos particulares o puntuales del funcionamiento. Central hidráulica En la mayoría de los circuitos, la generación de la energía oleohidráulica parte de un conjunto conocido como “central hidráulica”. La central hidráulica está integrada por el depósito (con sus conexiones y tapas), colador de aspiración, motor, bomba, válvula limitadora de presión (o bomba de caudal variable), filtro de retorno con válvula by-pass, elementos indicadores, etc. Comportamiento de la bomba en el circuito Las bombas hidráulicas generan caudal. Como consecuencia de la resistencia a la circulación del caudal en el circuito se crea la presión dentro del mismo. Por los principios constructivos utilizados las bombas hidráulicas son de tipo volumétricas (desplazamiento positivo) y de cilindrada constante, por lo tanto de caudal constante (considerando constante su velocidad de accionamiento, por ejemplo 1.450 rpm). Esto implica posibilidad alcanzar una presión que “tiende a infinito” si se impide la circulación del caudal impulsado (este caudal afectado por el rendimiento de la bomba). Este comportamiento se refleja en la “curva de la bomba” que representa la relación entre caudal y presión. Es una modalidad muy difundida representar el caudal en abscisas y la presión en las ordenadas, debido al antecedente histórico de la representación de la presión como “altura de líquido”.
Es necesario incorporar dispositivos que limiten la presión máxima que se permitirá alcanzar en un circuito. Surgen dos alternativas diferentes: colocar una válvula limitadora de presión en derivación a tanque e inmediatamente a continuación de la bomba, o modificar la construcción de la bomba transformándola en una bomba de caudal variable cuyo mecanismo o sistema de variación constituye además el sistema de limitación de la presión máxima. En ambos casos, la limitación en la presión máxima, implicará una disminución del caudal que ingresa al circuito dentro de un pequeño intervalo de presión hasta la anulación del mismo. 2009 - Circuitos oleohidráulicos básicos - página 3
Las válvulas limitadoras de presión (de acción directa o pilotadas) permanecen cerradas hasta que se alcanza el valor regulado de presión de apertura. A partir de esta presión la válvula se va abriendo gradualmente (parcialmente) permitiendo proporcionalmente el pasaje de caudal Qv a través de ella. Con un aumento adicional de presión se completa el intervalo ΔP de apertura total de la válvula y el caudal máximo previsto pasa a través de la válvula.
En relación al resto del circuito hidráulico, el comportamiento conjunto de la bomba y la válvula limitadora se puede considerar como la “curva de la central hidráulica” y se logra con la superposición de ambas curvas. Esta es la manera en la que el circuito “percibe” a la central hidráulica. El caudal que ingresa al circuito será Qc = QB - Qv
En el caso de bombas de caudal variable, el mecanismo regulador más difundido es el llamado de presión constante, el que al alcanzar el valor de presión regulado, comienza el centrado parcial de la bomba disminuyendo progresivamente el caudal generado hasta anularlo completamente al alcanzar la presión superior.
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Se observa que las curvas caudal – presión de ambas centrales son similares. En el primer caso, al alcanzarse la presión máxima todo el caudal de la bomba es derivado a tanque a través de la válvula limitadora, con la consecuente pérdida de energía por transformación en calor de toda la potencia aplicada. En el caso de las bombas de caudal variable, al alcanzarse la presión máxima la potencia absorbida es mínima ya que no hay circulación de caudal, con el consecuente ahorro de energía. En resumen, los puntos que constituyen las curvas caudal – presión son las únicas combinaciones posibles de caudal y presión disponibles a la salida de la central hidráulica durante el funcionamiento del circuito. Circuito con un solo actuador Entre los circuitos más simples que se pueden presentar se encuentra el de accionamiento de un solo actuador, sea un cilindro diferencial doble efecto o un motor.
La válvula direccional de 4 vías y 3 posiciones se constituye en el distribuidor principal debido a que comanda el avance y retorno (salida y entrada) del cilindro o el giro derecho o izquierdo del motor; o la inmovilización de ambos. Lo primero se logra conmuntando la válvula a la conexión de ramas paralelas o a la conexión de ramas cruzadas. De esta manera se comanda la importante propiedad de fácil y rápida reversión del movimiento de los actuadores hidráulicos. La posición central adoptada en este ejemplo pone de manifiesto la posibilidad de inmovilizar (bloquear) al cilindro en cualquiera de las infinitas posiciones intermedias que puede adoptar. De manera similar puede “frenarse” un motor con este tipo de centro. La longitud limitada de los cilindros introduce una diferencia operativa importante respecto de los motores, ya que en ambos movimientos (avance – retorno) el émbolo hará contacto con las cabezas del cilindro, o sea alcanza su fin de carrera. Esta situación impide la circulación de caudal a través del mismo, con la posible elevación de presión asociada, situación que impone considerar cómo reacciona el resto del circuito. Para facilitar el análisis estas variables se pueden representar mediante el diagrama presión – posición del cilindro, siendo la presión la medida a la salida de la central hidráulica. Utilizando el circuito anterior, para simplificar la representación, en el esquema siguiente se incluye solamente el cilindro, omitiendo el resto del circuito.
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La presión generada en la carrera de avance en vacío se deberá a las pérdidas de carga a lo largo del circuito o resistencias hidráulicas (localizadas en las válvulas y accesorios y distribuidas en cañerías) sumadas a la transformación en presión de las resistencias mecánicas dinámicas de los sellos. Al finalizar el recorrido el émbolo se detiene al hacer tope contra la cabeza del cilindro, al no haber circulación de caudal se produce un aumento “instantáneo” de la presión (del orden de centésimas de segundo) que provocará la apertura total de la válvula limitadora, derivando completamente a tanque el caudal impulsado por la bomba. Esta situación se persistirá mientras se mantenga actuada la válvula direccional en la conexión de ramas paralelas, y se representa mediante el punto lleno . En cuanto a las cargas o esfuerzos a realizar, es necesario establecer un convenio de signos debido a las distintas configuraciones que pueden presentarse.
Se establece como carga positiva aquella que actúa en sentido inverso al movimiento del actuador. Esto es debido a que los distintos sectores de los sistemas hidráulicos deben trabajar presurizados. Una carga negativa puede provocar que el fluido hidráulico ingrese en zona de depresión, pudiendo presentarse el fenómeno de cavitación, efecto stick-slip, etc. por lo que debe evitarse o tener en claro cómo influye en el circuito. Una carga constante positiva generará una presión constante dentro de la cámara del cilindro igual a su valor dividida el área de la cara del émbolo (cara llena o anular según el caso). Si la suma de esta presión y la presión de las resistencias hidráulicas mencionadas es menor a la de taraje de la válvula limitadora, el cilindro avanzará o retrocederá. Esto pone de manifiesto además la relación entre la presión de trabajo (con las cargas actuando) y la de taraje de la válvula limitadora: se utiliza el criterio separar o escalonar las presiones con un valor de un 10% de la presión considerada inferior. En la mayoría de las aplicaciones, las cargas son variables durante el recorrido de los actuadores, y en muchos casos pueden cambiar de sentido, es decir pasar de positiva a negativa. Esto refleja la necesidad de comprender claramente los esfuerzos y movimientos del mecanismo asociado al circuito hidráulico considerado.
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Como ejemplo de una carga variable se puede considerar el caso de utilizar el circuito simple anterior para comprimir un resorte (sin precompresión)
En el instante en que comienza a avanzar el cilindro, la presión debida a las resistencias hidráulicas se suma a la presión linealmente creciente que genera la compresión del resorte. Si la constante k del resorte fuera de la magnitud suficiente, ocurrirá la apertura total de la válvula limitadora en algún punto intermedio de la carrera del cilindro, quedando este detenido en equilibrio contra la fuerza del resorte, mientras siga accionada la válvula direccional como lo indica el punto .
En los casos de análisis precedentes no se tuvo en cuenta la velocidad, que al momento de la representación gráfica implicaría la utilización de una gráfica adicional. Considerando que se trata de un circuito de un solo actuador, se infiere que la cantidad de factores a considerar en circuitos más complejos ha llevado a realizar el análisis de circuitos mediante el método presentado al principio.
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Circuitos con variación escalonada de velocidad
Utilizando bombas de caudal constante, pueden lograrse variaciones de velocidad en circuitos hidráulicos a través de “escalonamientos” de caudales, es decir sumando o sustrayendo los mismos. Muchas aplicaciones requieren en la carrera de avance un primer tramo rápido de aproximación con poco esfuerzo y un segundo tramo de trabajo lento. Una alternativa difundida es la de utilizar dos bombas, una de alta presión y bajo caudal y otra de alto caudal y baja presión. En este circuito se dispone de una bomba A de alta presión y bajo caudal y una bomba B de alto caudal y baja presión. Al conmutar la válvula direccional a la conexión de ramas paralelas, el caudal sumado de ambas bombas produce la salida del cilindro a velocidad de aproximación (alta). Al hacer contacto con el trabajo a realizar, la carga (positiva) produce un aumento instantáneo de presión hasta la presión de trabajo que pilota la válvula limitadora de la bomba B, que en realidad opera como válvula de descarga, ya que todo el caudal de esta bomba estará circulando a tanque a presión mínima (menor a los 27bar de taraje). Al detenerse el cilindro, un nuevo aumento instantáneo de la presión pilotará la válvula limitadora de la bomba A, descargando todo su caudal a tanque a una presión tarada o regulada a 140bar.
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Circuitos con conexión regenerativa Una variación escalonada de velocidad muy difundida es la conexión regenerativa. En el comando de un cilindro diferencial doble efecto, si durante la carrera de salida se conecta direccionalmente la salida con la entrada, se produce el efecto de suma del caudal que ingresa al circuito más el caudal desalojado de la cámara anular. Se obtiene de esta manera un aumento en la velocidad de salida (que resulta ser el caudal Q aplicado sobre el área del vástago) a costa de una disminución en la fuerza útil disponible (que será la presión alcanzada aplicada sobre el área del vástago).
El circuito Nº1 tiene una conexión regenerativa que puede conectarse o anularse mediante una electroválvula direccional 4/2. Cuando se activa el solenoide S2 se habilita la conexión regenerativa. Esta válvula 4/2 no tiene influencia en la carrera de retroceso, ya que al conmutar el distribuidor principal a la conexión de ramas cruzadas, se asegura el pasaje del caudal a la cámara anular del cilindro a través de la válvula antirretorno.
En este circuito presenta dos velocidades de avance en la carrera de salida. La primera etapa es con conexión regenerativa. El hacer contacto el émbolo con el contacto LS se activa (y mantiene activado) el solenoide S1 conmutando la válvula a la conexión de ramas paralelas, anulando la conexión regenerativa. El resto del avance se hará a la velocidad normal provocada por el caudal de la bomba. Al conmutar el distribuidor principal a la conexión de ramas cruzadas, se asegura el pasaje del caudal a la cámara anular del cilindro a través de la válvula antirretorno, teniendo un retroceso a velocidad provista por el caudal de la bomba. La anulación de la conexión regenerativa es “por posición” es decir a partir del punto en que el vástago alcanza al contacto LS.
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Aplicación de válvulas de secuencia Al conmutar la válvula direccional (distribuidor principal) a la conexión de ramas paralelas, el caudal impulsado por la bomba se dirige a la cara llena del cilindro y el aceite desalojado de la cámara anular reingresa nuevamente a través de la conexión regenerativa. Se tiene un primer tramo de avance regenerativo. Al hacer contacto el vástago con la carga comienza la zona de trabajo, se produce un aumento instantáneo de la presión hasta la presión de trabajo. Durante este aumento se pilota la válvula de secuencia, lo que anula la conexión regenerativa. De esta manera el resto del avance será a velocidad normal y fuerza máxima. Al llegar al final de carrera, la imposibilidad de circulación de caudal produce un nuevo aumento instantáneo de presión que provoca el centrado total de la bomba de caudal variable, manteniéndose la presión máxima.
La utilización de válvulas de secuencia comanda la ejecución de distintas sub-etapas dentro de una misma etapa de un ciclo, a través de escalonamientos internos de presión (aplicando el criterio del 10%), que serán menores que la presión final de trabajo dentro de esa etapa. En el circuito del ejemplo, al conmutar el distribuidor principal a la conexión de ramas paralelas, con baja presión el caudal de la bomba no puede circular a través de la válvula B por lo que se dirige completamente al cilindro 1 provocando su salida. Al hacer contacto el vástago con la pieza a sujetar, la no circulación de caudal produce un aumento instantáneo de presión que pilotará la válvula de secuencia B. Pilotada B se mantiene presurizado 1 y el caudal se dirige a 2 provocando su avance. En algún punto de este avance comienza el perforado con el consecuente aumento instantáneo de presión, que por ser progresivo continuará aumentando y se puede asimilar a la compresión de un resorte suave. Al llegar al final de carrera, la no circulación de caudal produce un último aumento instantáneo de presión produce la apertura de la válvula limitadora de presión, derivando a tanque todo el caudal. Un análisis similar se hace para la otra etapa del ciclo, que se produce al conmutar el distribuidor principal a la conexión de ramas cruzadas. 2009 - Circuitos oleohidráulicos básicos - página 10
Aplicación de válvulas antirretorno pilotadas
Las válvulas direccionales más utilizadas no son totalmente herméticas por lo que en un caso como el circuito de la izquierda, la carga descendería lentamente por las fugas a través de la válvula. Por ello se introduce la válvula antirretorno pilotada que asegura la inmovilidad de la carga por la estanqueidad que provee, pero necesita de un pilotaje de apertura con la presión adecuada para provocar su apertura cuando se quiere producir el descenso. Es frecuente duplicar este diagrama cuando se pretende asegurar el “bloqueo” de los cilindros, como lo refleja el circuito siguiente.
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Aplicación de válvulas de prellenado Dentro de la familia de las válvulas antirretorno se incluye a las válvulas de prellenado, de aplicación particular en prensas hidráulicas. Se caracterizan por su gran tamaño y su aplicación a llenado por gravedad (sin bomba). Incluyen además un sistema de preapertura para alivio de la presión almacenada en cilindros de gran tamaño. En el ejemplo siguiente se incluye además una válvula de secuencia que divide la carrera de avance en dos etapas. La primera de avance rápido (prellenado del cilindro principal 2) y avance de trabajo, lento y de fuerza (a la presión de trabajo).
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Variaciones continuas de velocidad en los actuadores Como se ha visto, se pueden obtener variaciones de velocidad en los actuadores a través de “escalonamientos” del caudal: conexión regenerativa, dos o más bombas, acumuladores, etc. Esto implica el contar con determinados valores fijos de velocidad. En muchas aplicaciones se necesita tener la posibilidad de una variación continua de velocidad hasta encontrar el valor de la misma que satisfaga las necesidades mecánicas del caso a motorizar. Para obtener variaciones continuas en la velocidad de los actuadores se recurre insertar en determinado lugar del circuito un componente hidráulico que produzca una pérdida de carga localizada y regulable. Si esta pérdida de carga es de magnitud suficiente tal que obligue a trabajar a la central hidráulica en la zona de limitación de la presión máxima, ingresará al circuito un caudal menor que se podrá variar continuamente entre el caudal nominal de la bomba disminuyéndolo progresivamente hasta un caudal nulo.
La implementación en un circuito de los fundamentos anteriores ofrece 3 modalidades posibles de regulación del caudal:
en derivación Se utiliza en casos de carga positiva muy estable o constante.
a la entrada La regulación a la entrada es aplicable en casos de carga positiva.
a la salida La regulación a la salida es indispensable en casos de carga negativa.
Es conveniente aclarar que la regulación en derivación no alcanza la zona de limitación de la presión máxima, sino que deriva parte del caudal a tanque a una presión de trabajo menor que la máxima. 2009 - Circuitos oleohidráulicos básicos - página 13
Los componentes hidráulicos utilizados en la regulación de caudal son de dos tipos: fijos o compensados. El de tipo fijo es el restrictor variable. Si bien ofrece la posibilidad de variar la restricción que ofrece, es “fijo” en cuanto a su regulación permanece invariable durante el funcionamiento del circuito. Si la carga presenta variaciones, variará en consecuencia la presión en el circuito por lo que habrá modificaciones en el caudal que ingresa al circuito. Por lo tanto el regulador fijo es aceptable para cargas muy estables y en circuitos en que además admitan las variaciones porcentuales de velocidad que indefectiblemente ocurrirán con los restrictores, por ejemplo por variación de viscosidad debida a variación de temperatura. Los de tipo compensado hacen referencia a las válvulas reguladoras de caudal, que modificarán automáticamente la pérdida de carga localizada que introducen, en correspondencia inversa con las variaciones que presente la carga. En el ejemplo siguiente es un perfeccionamiento del circuito secuencial ya analizado. Se realiza un control de caudal a la salida incorporando la válvula reguladora de caudal 5 que estando adecuadamente regulada producirá el centrado parcial de la bomba de caudal variable. Esta regulación de caudal dará siempre la misma velocidad de avance, independientemente de la carga de perforado o inclusive para marcha en vacío (permite la puesta a punto de la operación). La válvula reductora de presión 2 limita la fuerza que el cilindro de amarre ejercerá sobre la pieza a taladrar.
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El siguiente circuito presenta la posibilidad de una carrera de avance del cilindro con tres velocidades decrecientes. Al conmutar el distribuidor principal a la conexión de ramas paralelas el caudal impulsado por la bomba ingresa a la cámara llena. El aceite desalojado de la cámara anular circula en conexión regenerativa, avanzando a máxima velocidad. Al accionar el vástago el switc L1, se acciona (y mantiene hasta el final de carrera) la electroválvula V1 pasa a la conexión de ramas paralelas anulando la conexión regenerativa. A partir de este punto el cilindro avanza a la velocidad generada por el caudal nominal de la bomba. En estos dos primeros tramos la presión alcanzada será la que se bebe a las resistencias hidráulicas sumadas a las resistencias de fricción del cilindro. Al hacer contacto con el switch L2 se activa la válvula V2 obligando al aceite a circular a través de la válvula reguladora de caudal. Se asume para esta válvula una regulación tal que produzca un aumento de presión suficiente para provocar el centrado parcial de la bomba de caudal variable con la disminución de caudal buscada. La regulación de caudal que provee esta válvula será independiente de la carga exterior. Al llegar al final de carrera, la detención del cilindro provoca un último aumento instantáneo de la presión hasta la máxima regulada, que produce el centrado total de la bomba, con la consecuente anulación del caudal manteniendo la presión máxima. El retorno se produce mediante la conexión a la posición de ramas cruzadas del distribuidor principal, asegurando la circulación de aceite a través de la antirretorno superior, sin influir el resto del circuito. Al final de la carrera de retorno, aumenta instantáneamente la presión, centrando la bomba hasta que se conmute el distribuidor principal a la posición central.
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Tratamiento de cargas negativas Es imprescindible evitar que sectores de un circuito hidráulico asuman valore negativos de presión o entren en depresión. Esta es la tendencia en el caso de haber cargas negativas. En el circuito considerado se ve un ejemplo típico de aplicación de una válvula de contrapresión 3 destinada a evitar esta situación presurizando el sector.
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Sincronización de movimientos Existen aplicaciones oleohidráulicas en las que se necesita que dos o más cilindros se muevan sincronizadamente, más precisamente a la misma velocidad y que obtengan igual posicionamiento. Lograr la sincronización de los movimientos es uno de los aspectos más delicados de la oleohidráulica, y la dificultad de lograrlo probablemente quizás sea su mayor desventaja.
De un simple análisis del circuito con dos cilindros idénticos en paralelo, rápidamente se concluye que la diferencia en las cargas provocará diferencias en las velocidades y los desplazamientos ya que el cilindro con menor carga exterior se moverá antes. La situación opuesta ocurrirá en el retroceso, caso en el que moverá antes el cilindro sometido a la carga mayor. En realidad esta diferencia de movimientos ocurrirá hasta en la marcha en vacío. En resumen: la viscosidad del fluido -variable con la temperatura-, la carga exterior –en muchos casos distinta en cada actuador-, las fugas por las juntas internas de los cilindros, el efecto acumulador de las tuberías debido a la presión –en muchos casos de geometría no simétrica-, el rozamiento interno del pistón y del vástago, etc. hacen que el sincronismo sea difícil de resolver hidráulicamente. Se han desarrollado distintas soluciones que según los casos de aplicación podrán resultar suficientemente satisfactorias. Sincronización mecánica de cilindros en paralelo En algunos casos es posible agregar a un circuito con cilindros en paralelo, un mecanismo como el de la figura que incorpora una sincronización mecánica exterior mediante un mecanismo de piñón y cremallera.
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Esta solución es utilizada frecuentemente en máquinas que disponen sistemas de guías mecánicas (algunas de gran resistencia) que pueden aprovecharse eficazmente para asegurar el sincronismo. Tal es el caso de prensas, cizallas, plegadoras, etc. De no ser posible la sincronización mecánica, se verán las sincronizaciones oleohidráulicas más difundidas. Circuitos gemelos idénticos Se construyen dos circuitos hidráulicos iguales alimentados por dos bombas iguales montadas sobre el mismo eje y accionadas por el mismo motor. Si las bombas son de la calidad adecuada y se logra la simultaneidad de los accionamientos direccionales, se obtiene la sincronización deseada. Esta solución requiere a nivel de detalle la mayor similitud posible en las cañerías (circuitos gemelos) no siempre posible de lograr. Sincronización con cilindros diferentes en serie
Para lograr la sincronización en este circuito debe tenerse en cuenta que además de ser de distinto diámetro, el área anular del cilindro 2 debe ser exactamente igual al área de la cara llena del cilindro 1. En estos casos uno de los cilindros puede ser normalizado y/o comercial pero el otro tendrá que ser de construcción especial para que se cumpla lo anterior con la mayor precisión. Al estar conectados en serie, el caudal que desaloja el primer cilindro que se acciona, será exactamente igual al que reciba el segundo. Como no es posible una sincronización absoluta de los cilindros, se ha previsto una compensación cíclica al final de la carrera de avance. Para ello se incorporan dos válvulas de secuencia taradas a un valor ligeramente inferior a la de la válvula de seguridad pero superior a la presión de trabajo de los cilindros. 2009 - Circuitos oleohidráulicos básicos - página 18
Supongamos que en la carrera de avance simultáneo, el émbolo del cilindro 2 llega ligeramente primero al final de carrera, ello provocará un aumento instantáneo que pilotará la válvula de secuencia 2, permitiendo al caudal desplazar al cilindro 1 hasta su final de carrera. Un comportamiento similar ocurrirá de llegar primero el cilindro 1.
Sincronización con cilindros idénticos doble efecto doble vástago en serie
Se obtiene una mejora del circuito anterior, utilizando dos cilindros idénticos de doble efecto y doble vástago. Los segundos vástagos pueden ser considerados como auxiliares. Esto asegura la igualdad de las dimensiones igualando los caudales en serie, pero implica utilizar mayor espacio para el desplazamiento de los vástagos auxiliares, además del costo mayor. A pesar de la uniformidad de medida, no existen dos componentes exactamente idénticos, en particular en rendimiento hidráulico y desgaste en el uso. Para absorber eventuales desajustes se incorporan las válvulas de secuencia que funcionan igual que en el ejemplo anterior.
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Sincronización de cilindros idénticos con válvulas reguladoras de caudal Se puede lograr la sincronización de dos cilindros iguales, en ambos sentidos del movimiento utilizando dos válvulas reguladoras de caudal iguales, asociadas a un puente hidráulico de válvulas antirretorno.
Sincronización de cilindros idénticos con válvulas divisoras de caudal Se fabrican válvulas divisoras de caudal que aplicadas a cilindros iguales permiten la sincronización de los mismos, independientemente de la diferencia de cargas aplicadas a los mismos. El esquema simplificado muestra solamente el símbolo de la válvula y los cilindros, omitiendo el resto del circuito.
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Según el tipo de aplicación se desarrollan otros métodos de sincronizacion, como el del ejemplo a continuación.
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Circuitos con acumuladores Acumulador como reserva de energía
Acumulador como depósito en sistemas cerrados
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Acumulador como fuente adicional de caudal
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Acumulador para mantenimiento de presión
Acumulador para aumento de potencia instalada
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Acumulador para absorber pulsaciones de la bomba
Acumulador para absorción de golpe de ariete
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