Curso Hidraulica Tp501 Festo Labo

Hidráulica

CURSO DE HIDRÁULICA PARA LA FORMACIÓN PROFESIONAL

Manual de estudio

I

Hidráulica-

CURSO DE HIDRÁULICA PARA FORMACIÓN LA PROFESIONAL Manual de estudio

CURSO DE HIDRÁULICA PARA FORMACIÓN LA PROFESIONAL Manual de estudio

Introducción (BBF) El pres presen ente te libr libro o form forma a part parte e de la ampl amplia ia docume documenta ntació ción n public publicada ada para para la enseñanz enseñanza, a, por el Instituto Federal de Investigación de la Form Formac ació ión n Prof Profes esio iona nall (Bun (Bunde desi sins nstititu tutt für  für  Berufs Berufsbil bildung dungsfo sforsc rschung hung), ), dentro dentro del Instit Instituto uto Federal de Formación Profesional (Bunde (Bundesin sinsti stitut tut für Berufs Berufsbil bildun dung) g) (BBF (BBF en el BIBB) de la República Federal de Alemania. Uno Uno de los los prin princi cipa pale less obje objetitivo voss de dich dicho o instituto, es el de fomentar y desarrollar nuevas técn técnic icas as para para la form formaci ación ón.. Dent Dentro ro de este este marco se perfeccionan, tanto en contenido como en método, los medios de enseñanza acreditados durante muchos años de utilización y se crea crean n y publ public ican an nuev nuevos os méto método doss de formación. Con numerosos modelos de ensayo se desarro desarrolla llan n y comprue comprueban ban contin continuame uamente nte nuev nuevos os sist sistem emas as con con múlt múltip iple less medio medios. s. Los Los sistemas sistemas así creados, permiten obtener óptimos óptimos resultados en la formación. Esto permite emplear  diferentes métodos de enseñanza, cada uno de ellos con los simuladores adecuados (hardware). Esto sto perm permit ite e una una ampl amplia ia visi visió ón de cada ada tecn tecnol olog ogía ía,, tanto anto en la teor teoría ía como como en la práctica. La admi admini nist stra raci ción ón autó autóno noma ma del del BIBB BIBB,, se compone de representantes de los ministerios del Bund y de los Lánder, asi como de los trabajadores y de los patronos. De esta forma se salvaguardan los intereses de todos y se crean las las cond condic icio ione ness labo labora rale less ópti óptima mass para para la investigación, el desarrollo y la realización. FESTO FESTO DIDACT DIDACTIC, IC, adquir adquirió ió los derech derechos os de lice licenc ncia ia para para las las edic edicio ione ness en idio idioma mass extranjeros y para la distribución del material fuera de la República Federal de Alemania. Con esta medida se pretende colaborar en la formación profesional, en todos aquellos lugares en los que todavía no han podido reunirse en forma tan ampl amplia ia y expe experi rime ment ntad ada a las las expe experi rien enci cias as adquiridas en un siglo de formación profesional sistematizada.

Índice pagina Lista de elementos 7 1. Fundamentos físicos de la hidráulica 1.1 Oleohidráulica – Introducción 1.2 Magnitudes físicas y unidades de la hidráulica 1.3 Leyes fundamentales físicas de la hidráulica

9 9 10 12

2. Bomba de engranajes, manómetro, símbolos en el esquema de circuito 2.1 Fluido a presión, depósito, filtro 19 2.2 Grupo de accionamiento, símbolo y esquema de circuito 2.3 Bomba de engranajes 2.4 Manómetro 24 2.5 Estructura del circuito, formación de la presión, característica de la bomba

18

3. Válvula limitadora de presión, de accionamiento directo

26

4. 4.1 4.2 4.3 4.4

29 33 33 34 35

Válvulas distribuidoras Válvula distribuidora 2/2 Válvula distribuidora 3/2 Válvula distribuidora 4/2 Válvula distribuidora 5/2

21 22 25

5. Válvula antirretorno

37

6. Cilindro de simple efecto

39

7. Cilindro de doble efecto

43

8. Diagrama desplazamiento/fase

46

9. Válvula antirretorno, desbloqueable hidráulicamente

48

10. Válvulas de caudal 10.1 Válvula de estrangulación 10.2 Válvula de estrangulación, regulable 10.3 Válvula de orificio regulable

51 52 53 54

11. Regulador de caudal, de dos vías 11.1 Tipo de construcción A 11.2 Tipo de construcción B

55 56 58

12. Válvula de estrangulación y antirretorno, regulable

62

13. Resistencias al paso de fluidos

64

14. Válvula distribuidora 4/3

66

15. Tarea de situación: avance del émbolo sin sacudidas

69

16. 16.1 16.2 17.

Regulación del caudal de entrada y de salida

71

Regulación del caudal de entrada Regulación del caudal de salida Circuito diferencial (circuito de circunvalación)

72 72 74

18.

18.1

Regulador de presión (válvula reductora de presión) Regulador de presión, de dos vías (regulador sin orificio de escape)

.

77 78

18.2 Regulador de presión, de tres vías (regulador con orificio de escape)

79

19. Válvula limitadora de presión, con mando indirecto (servopilotada)

81

20. Válvula de secuencia - mando en función de la presión

84

21. Circuito de avance rápido

87

22. 22.1 22.2 22.3

Motor hidráulico Modelo de principio Motor de émbolos axiales con disco inclinado Desarrollo del esquema de circuito

89 91 92 93

23.

Acumulador (acumulador de vejiga) Llenado de la vejiga del acumulador

23.1

23.2

Índice alfabético

95 97 Esquema de circuito y establecimiento del circuito 99 101

Lista de elementos  Además de los elementos hidráulicos abajo indicados, se necesitan los siguientes medios: Cronómetro Tuberías rígidas para el ejercicio «Resistencias al paso de fluidos» Cable, brazo y pesas Botella de nitrógeno Pincel, lejía jabonosa

  o    i   c    i   c   r   e    j   e   e    d   o    l   u    t    i    T

     o        "

  o   r    t    l    i    f    /   o    t    i   s    ó   p   e    d    /   o   r    t   e   m    ó   n   a   m    /   s   e    j   a   n   a   r   g   n   e   e    d   a    b   m   o    B

  s   o   t   o   t    3   o   t   e   l   e   s   /   a   s   a   l   o   4   a    b   d   r   n   r   c   c   n   d   í   v    i   e   e   u   a   o   t   o   l    f   e    l   u   a    d   r   s   u   l    i   e   e   e   m  a   c   o   g   (   o   u   r   a   r   e   e    d    i    l    l    i    b   c   e   d   e   e   i    i    l    d   e   r   r    t   u   n   p   b    t  ,    d   b   u   s   d   o   o   m   d   á   s   a   i   o   i    i   r   a  ,   s   r   n    t    d   l   a   s   e   d   l    l   r   s   u   a   o   a    i   s   u   e   d   i   p   v   d   t    l    d   v   d    h   l   a   l    l   e   o   e   á   u   a   r    l   u   á   o   a   r   r   a   l   r    d   v   V   d    t   s   u    b   V  c   i    l   n   a   n   v   a    á    i    i   e   a   i    l   n   l   e    d   c   á    V    l    i    i   u   r   y   n    C   C  q   e   V   o   n   t   o    d    l   s    i    i    b    l   a   ó   c   s   s   u   a   e   e   g   l    d   u   R   e  ,   g    R   o   n   n   a   r   r    t   o    t   s   e   e   r   r    i   e    t    d   n   a   a    l   a   u    l   v    l   u    á   v    l    V    á    V

  a    d    i    l   a   s   y   a    d   a   r    t   n   e   e    d    l   a    d   u   a   c   e    d   r   o    d   a    l   u   g   e    R

  a   o   o   )    i   c   a   c   d    i    i   g    i   n   p   l   u   i   e   á   e   u   r    á   r   v   c   e   d   e   e   c   i    d   s   n   h   r   r   e   a   t   o   o    d   v    d   a   o   a   a   e   M    l    l   u   u   d   v    l   m   o    á   t   u    i   c    V  u   a   c    (   r    i   r    C   o    d   a    l   u   m   u   c    A

Elementos

1 grupo de accionamiento 2 válvulas limitadoras de presión, de accionamiento directo 3 manómetros 3 válvulas de cierre 1 depósito de medición con válvula de cierre 1 válvula distribuidora 2/2, cerrada en posición de reposo 1 válvula distribuidora 2/2 con accionamiento por rodillo 1 válvula distribuidora 3/2, cerrada en posición de reposo 1 válvula distribuidora 4/2 ó 5/2

  o    t   c   e   r    i    d   o    t   n   e    i   m   a   n   o    i   c   c   a   e    d  ,   n    ó    i   s   e   r   p   e    d   a   r   o    d   a    t    i   m    i    l   a    l   u   v    l    á    V

1 1 1 1 2 1 1 1 1

  n    ó    i   s   e   r   p   e    d   r   o    d   a    l   u   g   e    R    l   a    i   c   n   e   r   e    f    i    d   o    t    i   u   c   r    i    C   a    d    i    l   a   s   e    d   y   a    d   a   r    t   n   e   e    d    l   a    d   u   a   c    l   e    d   n    ó    i   c   a    l   u   g   e    R   s   a    d    i    d   u   c   a   s   n    i   s   o    l   o    b   m    é    l   e    d   e   c   n   a   v   a   :   n    ó    i   c   a   u    t    i   s   e    d   a   e   r   a    T

  o    t   c   e   r    i    d   n    i   o    t   n   e    i   m   a   n   o    i   c   c   a   n   o   c  ,   n    ó    i   s   e   r   p   e    d   a   r   o    d   a    t    i   m    i    l   a    l   u   v    l    á    V

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 3 2 2 1 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 válvula distribuidora 4/3 con enclavamiento

1

3 válvulas antirretorno

3

1 válvula antirretorno, desbloqueable hidráulicamente

1

1 1 1 1 1 1 1 1 2 1

1 1

1 válvula antirretorno, con muelle 150-300 kPa

1 cilindro de simple efecto (o abierto, de doble efecto)

1 1

2 cilindros de doble efecto

1 1

1

1 1 1

1

2 ó 11 válvula de estrangulación y antirretorno, regulable

1 1

1 regulador de caudal, de dos vias

1

1 1

1 cilindro diferencial 2 : 1

1 válvula de estrangulación, regulable

1 1

1 1

2 1 1

1

1

1 regulador de presión con abertura de salida

1

1 motor de pistón axial

1 válvula limitadora de presión, de accionamiento indirecto (servopil.) 2 válvulas de secuencia 1 acumulador hidráulico (acumulador de vejiga)

1

1 dispositivo para llenar el acumulador 

1

1 válvula de seguridad para el acumulador 

1

* en el esquema simplificado del circuito del motor hidráulico

1. Fundamentos físicos de la hidráulica 1.1 Oleohidráulica - Introducción Generalidades sobre la hidráulica  A la pregunta: «¿Qué es la hidráulica?» puede responderse, desde el punto de vista técnico industrial, del modo siguiente:

Se entiende por hidráulica la transmisión y el control de fuerzas y movimientos mediante líquidos. Las instalaciones y elementos hidráulicos están muy divulgados en la técnica. Se emplean, por ejemplo, en la construcción de máquinas • -herramientas • en la construcción de prensas • en la construcción de instalaciones • en la construcción de automóviles • en la construcción de aviones y • en la construcción de barcos. Las ventajas de la hidráulica residen en el hecho de que con pequeños elementos, fácilmente pilotables y regulables, pueden producirse y transmitirse fuerzas y potencias grandes. La puesta en marcha de un objeto parado con carga máxima es posible con cilindros hidráulicos y con un motor hidráulico. 1

Disponiendo los correspondientes elementos de mando se puede invertir  rápidamente la dirección del movimiento. Los elementos hidráulicos son autolubricantes y, por tanto, su duración es larga. No obstante, también tienen desventajas. En muchos casos se encuentran en el medio de transmisión, en el mismo líquido a presión. • En las altas presiones del líquido hidráulico hay peligros inherentes. Por  esta razón, hay que prestar atención a que todas las conexiones estén firmemente apretadas y estancas.

•

El rozamiento y las fugas de aceite reducen el rendimiento. Combinándola con la electrotecnia, la mecánica y la neumática se pueden resolver de forma excelente problemas técnicos de fabricación. Condiciones que la hidráulica impone a la persona que la aplica: • Conocimientos de los fundamentos físicos de la hidrostática y de la hidrodinámica • Conocimientos de las unidades y magnitudes físicas de la hidráulica • Conocimientos de los elementos hidráulicos y de su actuación conjunta

en sistemas hidráulicos, que pueden telegobernarse.

Conversión de la energía en instalaciones hidráulicas Conversión de la energía en instalaciones hidráulicas

1.2 Magnitudes físicas y unidades de la hidráulica Para comprender mejor la hidráulica, deben mencionarse las magnitudes físicas que se presentan. Vd. se preguntará ahora seguramente: «¿Qué es en realidad una magnitud física?». En la técnica, por magnitudes físicas se entienden propiedades de cuerpos, así como procesos o estados que se pueden medir. Así, son magnitudes físicas la velocidad, la presión, el tiempo y la temperatura. Por ejemplo, los colores no son magnitudes físicas. Existen diferentes unidades para cada una de las magnitudes; por ejemplo, para la fuerza tenemos el kilopondio y también el newton y otras.  A fin de conseguir conceptos claros y unívocos, los servicios técnicos y científicos de la mayoría de los países están a punto de acordar la unificación de sus unidades conforme al «Sistema internacional de unidades» (abreviado SI). El sistema internacional de unidades parte solamente de 7 unidades básicas. Para la descripción de la hidráulica son necesarias las siguientes magnitudes y sus unidades:

- Longitud - Masa

en metros (m) en kilogramos

(kg) - -Tiempo en segundos (s) - Temperatura en kelvin (K) o grados Celsius (°C) De ellas pueden derivarse las demás magnitudes físicas importantes para la hidráulica, como son, fuerza, superficie, volumen, caudal, presión y velocidad. En el sistema internacional de unidades se ha establecido el kilogramo como unidad de masa. Pero, ¿qué significa masa? En sentido general se designa a la masa como peso. Un cubo de acero de 1 kg de peso tiene una masa de 1 kg. Característica de la masa es su independencia de la aceleración de la gravedad. Por ejemplo, una masa de 1 kg es también un kg en la luna.  Al fijar la unidad de la masa y combinarla con la aceleración de la gravedad se determina la unidad de fuerza. El inglés Newton (16431727) descubrió la siguiente relación natural: Fuerza = Masa • aceleración F

= m •

a

Representada como ecuación de unidades: m Fuerza = kg • 2 s

Como unidad de fuerza, tenemos pues la unidad derivada, kg . m , llamada en forma ábreviada newton (símbolo N). kg • m 1 N =1 s2 La unidad de fuerza newton puede demostrarse de la siguiente manera: Tomemos una pesa y colguémosla de un hilo. La pesa tira del hilo con una fuerza de 1 newton. ¿Por qué ocurre esto? Explicación: Fuerza = Masa • aceleración Para la aceleración hay que aplicar la aceleración de la gravedad  g = 9,81 m    ÷, puesto que soltásemos  s 2    la pesa, se caería al suelo debido a esta aceleración. En este caso se trata de una fuerza producida por el peso. Esta tiene dos características:

1) Su línea de acción es siempre vertical 2) Su causa es el campo de gravitación terrestre. Fuerza = Masa • aceleración de gravedad La masa se elige de 0,102 kg (102 g). Fuerza producida por el peso = m 0,102 kg 2  s m Fuerza producida por el peso = 1 kg * 2 Fuerza producida por el peso = 1 N Este ejemplo muestra también que sólo en nuestro planeta una pesa de 102 g origina una fuerza de 1 N, pues hemos tenido que aplicar la aceleración de la gravedad terrestre. En la luna, la misma pesa sólo produciría una fuerza de 0,166 N, porque la gravedad de la luna en m 2 solo es 1/6 de  s la tierra. La presión es la fuerza dividida por la superficie.  F N   p = en  A m2 La unidad SI derivada para la presión es por tanto  N  2 , llamada pascal (símbolo m Pa).

La presión de 1 Pa es muy pequeña. Tanto, que no se aprecia sobre la piel. La ejerce aproximadamente una hoja arrancada de este libro sobre el objeto en que se deposita. Un metro cuadrado de este papel pesa 100 g y ejerce una fuerza de 1 N por metro cuadrado, o sea, la presión de 1 Pa. Una reducción del papel no influye sobre la presión, puesto que la superficie sometida a ella es proporcional mente menor. Como el pascal es una presión pequeñísima, se suele emplear el múltiplo mil (103) del pascal, el kilopascal (símbolo kPa) o el múltiplo cien del kilopascal, el bar (símbolo bar). N  1 bar = 105 Pa - 100 kPa = 10 2 cm -5 1 Pa = 10 bar  Los datos de presión se entienden siempre relacionados con una presión de referencia, que en general es la presión atmosférica. Esta depende de los fenómenos climatológicos y varía. La presión referida a la atmosférica tiene el símbolo pe. El índice e es abreviatura de la palabra latina excedens, que significa excedente. Una presión de pe = 200 kPa (2 bar) es, pues, una presión de 200 kPa (2 bar) mayor  que la atmosférica. pe = -50 kPa (-0,5 bar) es una presión 50 kPa (0,5 bar) menor que la atmosférica. Los valores negativos de p e no pueden ser mayores de -100 (-1) (p. ej., no pueden ser de -200 kPa (2 bar), pues no existe una presión inferior al vacío absoluto. El vacío absoluto es el punto cero de la presión atmosférica, y la presión del aire medida en cada caso es la presión absoluta, teniendo el símbolo pabs. En las leyes de la física se utiliza con frecuencia la presión absoluta. Las presiones indicadas en Pabs no dependen en absoluto de la presión atmosférica. En la hidráulica y también en la neumática, los datos de presión se refieren a la presión atmosférica. Se emplea, pues, el símbolo p e, siendo pe = 0 el nivel de la presión atmosférica del lugar en que se efectúa la medición. Cuando la presión se indique en kPa (bar), N habrá que convertirla a---------2 cm

Ejemplo:

Sobre una superficie de 1 cm 2 actúa una presión de 5000 kPa (50 bar). ¿Qué magnitud tiene la fuerza que actúa sobre ella?  p =

F  A

F = A •p

 p =

F  A

100000 N p = --------------100 KN = 100000 N 200 cm2 N p = 500--------cm2 p = 5000 kPa (50 bar)

F = 1 cm2 • 5000 kPa 5000 kPa =  N  500 cm 2

N 2

F = 1 cm • 500---------cm2 F = 500 N

Ejemplo: En una tronzadora se necesita una fuerza de 100 kN. El cilindro hidráulico correspondiente tiene una superficie de 200 cm2. ¿Qué magnitud mínima debe tener la presión en el cilindro, para que el émbolo alcance esta fuerza?

1.3 Leyes fundamentales físicas de la hidráulica Hidrostática reposo)

(líquidos

en

estado

de

En ambos recipientes (fig. (1)), la presión (fuerza dividida por superficie) que el líquido ejerce con su peso sobre el fondo de los depósitos es igual. La presión hidrostática depende únicamente de la altura [1] de la columna de líquido y no de la forma del recipiente.

Ensayo 1: Tres recipientes de diversa forma, pero con la misma superficie básica, se sujetan sucesivamente en un trípode y llenan de agua (fig. (2)). La placa de fondo [2]] se empuja con una pesa contra el fondo del recipiente. En cada recipiente se marca y se mide la altura del líquido [1] alcanzada en el momento en que se separa el fondo. Resultado: En los tres recipientes, la columna de líquido tiene la misma altura.

Si sobre un líquido se ejerce una fuerza por ejemplo, a través de la superficie  A del émbolo -, dicha fuerza se transmite uniformemente por el líquido. Produce en las paredes y en el fondo del recipiente una presión que en todas partes tiene la misma magnitud si no se considera la presión producida por el peso del líquido (fig. ®).

Ensayo 2: Se empuja el émbolo de una jeringa esférica introduciéndolo en el cilindro. Resultado: La presión del émbolo se transmite al líquido, y el agua sale eyectada por todos los orificios de la bola esférica. La presión del líquido se extiende hacia todos los lados (fig. (4)). La presión reinante en el recipiente de la figura ® se calcula dividiendo la fuerza F por la superficie A del émbolo.  F   P e =  A

Ejemplo: Fuerza F = 1000 N

Superficie A del émbolo = 10 cm2  P e =

1000 N  10cm2  N 100 cm 2

 Pe

=

 Pe

= 1000 KPa

10

N 

100 KPa cm 2 (1 bar) =

(10 bar)

N pe = 200--------100 kPa 2 cm

N 10-------- = cm2 (1 bar)

pe = 2000 kPa (20 bar) Conclusión: Con la misma fuerza aplicada sobre la mitad de la superficie del émbolo, la presión sube al doble. Por consiguiente, con una misma fuerza se puede elevar la presión, disminuyendo la superficie del émbolo.

Transmisión hidráulica de fuerza Si se configura de forma móvil la superficie  A| del émbolo del recipiente dibujado en la figura (5), se pueden transmitir fuerzas. La presión del recipiente se transmite también a la superficie  A2  del émbolo mayor y produce allí una fuerza mayor. Relación de la transmisión de fuerza de a F2: En el siguiente ejemplo, la fuerza F no ha de variar, pero la superficie del émbolo ha de ser la mitad de la del primer ejemplo.

Ejemplo: Fuerza F = 1000 N Superficie  A del émbolo = 5 cm2 1000 N Pe = —-------^

5 cm2

 Pe

=

 F1  A1

pe

=

F 1

F 2 A2

Como la presión en el recipiente es igual en todas las partes, tenemos:

 F1  A1

=

 F1 A1  A1  F1  F2

=

F 2

g A1

A2 =

 F2 A1  A2

: F 2

A1 A2

El comportamiento de las fuerzas es igual que el de las superficies de los émbolos. Si la superficie  A2  es cuatro veces mayor que la  A^  (este es el caso, si el émbolo tiene el doble de diámetro), también se cuatriplica la fuerza. Este es el principio de la prensa hidráulica (fig. (6)). Disponiendo de una presión, se puede obtener una fuerza mayor  aumentando el tamaño de la superficie del émbolo de trabajo. 1 Embolo de trabajo 2 Pieza 3 Válvula de cierre 4 Depósito 5 Válvula antirretorno 6 Embolo de apriete

Ejemplo: El émbolo grande de un transmisor de presión tiene una superficie A1= 100 cm2 ; a él se aplica una presión pe1 = 600 kPa (6 bar). ¿Qué magnitud tiene pe2, si A2 es de 10 cm2 ?

 pe1  pe 2

=

A2

 A2

 pe1

=

 A1

g pe1 = pe 2

 A2

 pe 2

=

g pe 2

A1

 A1

gpe 2

 A pe1 g 1  A2

gA1 : A2

100cm 2 = 600KPa g 10cm 2

= 6000 KPa (60bar ) Hidrodinámica (fluidos) Ley de circulación Por un tubo de diversas secciones (A1, A2 , A3 ) circulan en el mismo espacio de tiempo los mismos volúmenes. Esto significa que la velocidad del líquido tiene que aumentar (fig. (9)).

El caudal V, que fluye por el tubo, resulta de la cantidad de líquido V en litros (1) dividida por la unidad de tiempo í en minutos (min)

&= V V  t 

en

l  min

El volumen es también igual a la superficie A multiplicada por el largo s V = A • s (fig. (10)a). Reemplazando V por este producto, se obtiene para V (fig.

(10)b).

&=  Ags V  t  El camino s dividido por el tiempo f es la velocidad v. El caudal v'es, pues, también la superficie de la sección del tubo multiplicada por la velocidad del líquido (fig. ®c). V&= A v Como los caudales V 1 y V 2  en un tubo de diversas secciones  A1 y  A2  tienen que ser  iguales, deben variar   correspondientemente las velocidades (fig. (11)). V&= V & 2 V&= A gv 1

1

1

V& v2 2 = A2 g  A1 gv1

=

A2 gv2

(ecuación de continuidad)

Ejemplo: Por un tubo de una sección de 10 cm 2 circula un líquido a una velocidad de 20 cm/s. ¿Qué velocidad tiene el líquido si la sección disminuye a 2 cm2' Se dan:  A, =

10 cm2

 A2  =

2 cm2

V 1

= 20 cm/s

Se busca: v 2  en cm/s Solución:

A1 gv1 v2

=

v2 = v2

=

A 2 gv2

 A1 gv1

de 10000 o de 20000 kPa (100 o de 200 bar). Por esta razón, se habla también de accionamientos hidrostáticos.

 A2

10 cm 2 • 20 cm 2

Rozamiento y circulación

2cm2 gs 100cm / s

La energía hidráulica no puede transmitirse sin ninguna pérdida por tuberías. En las paredes del tubo y en el liquido mismo se produce rozamiento, que a su vez genera calor. La energía hidráulica se convierte en energía térmica. Una pérdida de energía hidráulica significa una pérdida de presión del líquido hidráulico.

=

Energía hidráulica Un líquido tiene una energía mecánica determinada. Si este líquido se mueve, su energía total se compone de tres energías parciales: • La energía estática (por el peso) depende de la altura de la columna de líquido • La energía hidrostática (debida a la presión) depende de la presión pe • La energía hidrodinámica (debida al movimiento) depende de la velocidad de la masa del líquido.

En todos los lugares angostos del sistema hidráulico, el líquido hidráulico pierde presión. Esta pérdida de presión se debe al rozamiento del medio que circula. Se denomina Δp (delta p) (fig(12))

En la oleohidráulica se puede desestimar la energía estática, porque los circuitos oleohidráulicos no presentan generalmente grandes alturas de construcción (por  ejemplo, más de 20 m). La energía hidrodinámica es también pequeña y puede desestimarse, porque la masa de aceite movida por los tubos relativamente estrechos (en general, de menos de 40 mm de diámetro) es pequeña y su velocidad es de sólo algunos metros por segundo o incluso menos. La energía de un líquido oleohidráulico resulta, pues, realmente de su presión. Las bombas hidráulicas (p. ej., bombas de émbolo, bombas de engranaje) trabajan según el principio hidrostático (principio de desplazamiento). Conservando la corriente de suministro, están en condiciones de vencer obstáculos, p. ej., de levantar  cargas. La presión puede aumentar  entonces en el liquido hidráulico hasta más Esta pérdida de presión en los estrechamientos, debido a que la energía se convierte en energía térmica, se provoca a veces deliberadamente (por ejemplo, en la válvula reductora de presión), pero a menudo no se desea que en los estrechamientos se pierda presión, por el calentamiento. Todo líquido hidráulico se

calienta, pues, en servicio, por los muchos estrechamientos que hay en los elementos hidráulicos. Si se interrumpe la circulación, el líquido se para. Estando en estado de reposo, no se produce ningún rozamiento. Como consecuencia, la presión es la misma

delante y detrás estrangulación (fig. ®).

del

punto

de

Los líquidos se trasladan por el tubo, hasta determinadas velocidades, de modo laminar (en capas). La capa interior del líquido es la más rápida. La exterior  teóricamente está parada pegada a la pared del tubo (fig. ®). Si aumenta la velocidad de circulación, al alcanzar la llamada velocidad crítica, la corriente se vuelve turbulenta (se arremolina) (fig. ©). Con ello aumentan la resistenciade circulación y las pérdidas hidráulicas. Por  esta razón, generalmente no se desea que la corriente sea turbulenta. La velocidad crítica tiene un valor fijo. Depende de la viscosidad del líquido a presión y del diámetro del tubo. Puede calcularse y no debería sobrepasarse en una instalación hidráulica.

2. Bomba de engranajes, manómetro, símbolos en el esqueja de circuito Problema:

Ha de establecerse un sistema hidráulico conforme al esquema de circuito siguiente. Ha de determinarse la forma en que el caudal V depende de la sobrepresión pe.

Esquema del circuito

Fases de trabajo

Material didáctico

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el

[1] Grupo de accionamiento, compuesto de

esquema de circuito 3. Apretar los racores 4. Pedir al profesor que examine el circuito 5. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 6. Desmontar el circuito 7. Evaluar el ejercicio 8. Hacer el examen de conocimientos

engranajes) 1.2 Motor eléctrico 1.3 Depósito 1.4 Válvula limitadora de presión (válvula de seguridad) [2] Manómetro [3] Depósito de medición con válvula de cierre [4] Válvula de cierre [5] Tuberías rígidas con racores [6] Herramientas para armar  [7] Cronómetro [8] Hoja de protocolo [9] Examen de conocimientos Seguridad en el trabajo

Nota El siguiente ejercicio trata del funcionamiento de la válvula limitadora de presión (válvula de seguridad). La válvula de cierre [4] representa una resistencia hidráulica ajustable.

2.1 Líquido a presión, depósito, filtro

1.1 Bomba hidráulica (bomba de

 Apretar cuidadosamente todos los racores, pero sin violencia. No hay que dañar los pasos de las roscas. Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión. El liquido a presión El líquido a presión tiene que satisfacer  diversas tareas en una instalación hidráulica:

•

Debe transmitir la energía hidráulica Se genera: en la bomba hidráulica Se transforma: en el cilindro o motor  hidráulico • Debe lubricar todas las piezas de una instalación hidráulica (cojinetes, superficies de deslizamiento, etc.) • Debe evitar que las piezas interiores móviles sean atacadas por la corrosión • Debe evacuar suciedades, abrasión, etc. • Debe evacuar el calor  El líquido a presión debe satisfacer  diversas exigencias mínimas. Estas yaestán fijadas en la mayoría de los casos.

Depósito Toda instalación hidráulica tiene un depósito (fig. (1)). Este ha de satisfacer  diversas tareas: Depósito de reserva, separador de líquido a presión y aire, evacuador de calor, portador de una bomba incorporada o montada encima [11] y del motor de accionamiento, así como placa base para diversas piezas de mando.

mirilla de control. Los niveles mínimo y máximo deberían estar marcados. * Purga de aire [1] Todo depósito debe disponer de un sistema suficiente de aireación y desaireación, provisto de un filtro de aire. Es necesario airearlo y desairearlo, para que la presión atmosférica pueda actuar sin ningún impedimento sobre el nivel del líquido, con el objeto de que la bomba pueda aspirar y el aceite se mantenga sin burbujas de aire.  Al regresar el aceite tiene lugar una compensación del nivel y, con ello, una salida sin presión. Chapas tranquilizadoras [10] Dividen el depósito en una cámara de aspiración y otra de retorno. En ésta última, el líquido puede tranquilizarse y los cuerpos ajenos pueden depositarse.

Símbolos según ISO 1219 Depósito, ventilado, con una tubería por  debajo del nivel del liquido (fig. (2))

[1] Filtro de aire [2] Empalme de retorno [3] Tapa desmontable [4] Tornillo de la abertura de llenado, con varilla indicadora de nivel y cesta de tamiz [5] Tubo de aspiración [6] Tornillo de purga de líquido [7] Mirilla de control (nivel máximo) [8] Mirilla de control (nivel mínimo) [9] Tubo de retorno [10] Chapa tranquilizadora [11] Bomba Racor de llenado [4] Debería tener siempre un tamiz de malla, a fin de cribar sustancias ajenas al rellenar el depósito. Tornillo de purga [5] Debería hallarse en el lugar más bajo del depósito. En caso de sustituir el líquido, limpiar el depósito y el filtro. Verificación del nivel del líquido [6] y [7] El nivel del líquido se verifica continuamente por medio de la varilla indicadora o por la

Filtro

El filtraje del liquido a presión en las instalaciones tiene gran importancia para

conservar las funciones y la duración de los equipos hidráulicos. La abrasión metálica, la abrasión de los elementos de estanqueidad, el polvo y la suciedad del aire se entremezclan con el líquido a presión, especialmente durante el rodaje. Estas partículas, más o menos grandes, deben ser filtradas continuamente, pues de lo contrario obstruirán poco a poco los conductos y las aberturas importantes de la instalación. Las perturbaciones producidas pueden ser grandes. Las impurezas producen un desgaste muy grande en las piezas móviles de la instalación hidráulica. Los filtros de tamiz imantado garantizan un filtraje suficiente con el montaje de un elemento filtrante consistente en un tejido de alambre de malla estrecha preiman-tado y un fuerte imán (fig. (3)). El filtro mostrado al lado está previsto para ser montado en la tubería de retorno. Se diferencia entre:

Filtraje por aspiración El filtro se monta en la tubería "de aspiración. Se emplea para proteger la bomba de daños producidos por cuerpos ajenos. Se pueden producir daños por  cavitación (véase el ejercicio: Motor  hidráulico) cuando los filtros están sucios. y filtraje de presión El filtro se monta en la tubería de presión para proteger los elementos hidráulicos (p. ej., válvulas servopilotadas) contra cuerpos ajenos (se utiliza poco).

Filtraje de retorno El filtro se monta en la tubería de retorno (es el más empleado) (fig. (4)). Símbolo según ISO 1219 Filtro (fig. (5))

2.2 Grupo de accionamiento, símbolo y esquema de circuito Grupo de accionamiento El grupo de accionamiento (fig. (6)) comprende

[1] La bomba hidráulica (de engranajes) [2] El motor eléctrico [3] El depósito • La válvula limitadora de presión (válvula de seguridad) • Las tuberías rígidas y los racores La bomba de engranajes [1] está unida al motor eléctrico [2] por medio de un embrague [3] La bomba de engranajes, el depósito [4]y la válvula de seguridad están unidos entre sí mediante tuberías rígidas. El extremo de las tuberías que penetra en el depósito se encuentra por debajo del nivel del líquido, para que en ellas no pueda entrar aire. Símbolos según ISO 1219 Para simplificar la representación gráfica de los elementos y tuberías en los sistema hidráulicos se emplean símbolos. Cada símbolo muestra un elemento y su función, pero no el tipo de construcción. Para estandardizar su empleo, estos símbolos están normalizados: ISO 1219 Sistemas fluido-técnicos y elementos Símbolos

Bomba hidráulica (bomba de engranajes), fig.(7) Elemento para transformar la energía mecánica en energía hidráulica Bomba hidráulica con un sentido de flujo de impulsión Motor eléctrico (fig. (8)) (con velocidad casi constante) Depósito (fig. (9)) Ventilado; aquí, con dos tuberías debajo del nivel del líquido Tuberías (fig. (10)) Los elementos hidráulicos mediante tuberías:

se

unen

Tubería de trabajo [1] (para transmitir  energía) o tubería de retorno

Tubería de pilotaje [2] (para accionar  elementos hidráulicos) Tubería de fuga [3] (para la salida de las fugas de líquido que se producen)

Uniones de tuberías (fig. (11)) desmontables (p. ej., por rosca) fijas (p. ej., soldadas)

Cruce de tuberías (fig. (12)) Tuberías cruzadas que no están unidas

Válvula limitadora de presión (fig. (13)) Válvula para limitar la presión de trabajo (será tratada en el siguiente ejercicio)

Válvula de cierre (fig. (14)) Bloquea el paso del líquido en el sistema hidráulico

Grupo de accionamiento (fig. (15)) Bomba hidráulica [1] y motor eléctrico [2] sobre un eje [3] Válvula limitadora de presión [4] (válvula de seguridad) Depósito [5], tuberías [6] debajo del nivel del líquido. Se distingue como unidad por el marco de puntos y trazos [7]

Esquema del circuito para el ejercicio (fig.®)

[1] Grupo de accionamiento, compuesto de

1.1.

Bomba hidráulica (de

engranajes)

1.2. 1.3. 1.1.

Motor eléctrico Depósito Válvula limitadora de presión (Válvula de seguridad) [2] Manómetro [3] Depósito de medición con válvula de cierre [4] Válvula de cierre [5]Tuberías rígidas con racores

2.3 Bomba de engranajes Objeto En la bomba de engranajes, la energía mecánica del motor de accionamiento se

transforma en energía hidráulica. La bomba tiene por objeto producir una corriente del líquido (un flujo de impulsión).

Construcción La bomba de engranajes consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento:

• Cuerpo con brida • Dos ruedas dentadas • Juntas Las ruedas dentadas están bien ajustadas axialmente y en su periferia con respecto al cuerpo, con el objeto de mantener las pérdidas por fugas lo más pequeñas posible. La estructura de la bomba de engranajes es sencilla.

tranportan el líquido (desplazándolo) es una determinada, el volumen de líquido impulsado por revolución es constante. Se denomina volumen de extracción V  (centímetros cúbicos por revolución; cm 3/r). El caudal V e n l/min resulta del volumen de extracción V  multiplicado por el número de revoluciones n por minuto. En los entredientes entre las cámaras de aspiración y de presión se encuentra líquida aplastado. Este se conduce a la cámara de presión por una ranura practicada en la cara frontal del cuerpo. V = V • n en l/min

Funcionamiento La bomba de engranajes (fig. (17)) funciona según el principio del desplazamiento. La rueda dentada A, impulsada en el sentido de la flecha, arrastra la rueda B con su dentado, haciéndola girar en sentido opuesto. La cámara S tiene comunicación con el depósito. Al girar las ruedas y separarse los dientes quedan vacíos los entredientes (cámaras de los dientes). Por la depresión originada, se aspira líquido del depósito. Este líquido llena las cámaras de los dientes. Estas transportan el líquido a lo largo de las paredes del cuerpo hasta la cámara P. Los dientes engranados impelen el líquido de sus cámaras al espacio P y evitan que regrese de ésta a la S. Como consecuencia, el líquido enviado a la cámara P ha de salir forzosamente de la cámara del cuerpo, para dirigirse hacia el consumidor. Como en una revolución de la rueda, la cantidad de cámaras que

Aplicación Se utiliza para producir una corriente de líquido en instalaciones hidráulicas y para producir una corriente de lubricación. Símbolo según ISO 1219 Bomba hidráulica con un solo sentido de impulsión (fig (18))

2.4 Manómetro Objeto

amortiguar los impulsos de presión y proteger así el manómetro de daños.

Los manómetros sirven para indicar las presiones

(Para el efecto de estrangulación véase el ejercicio: Válvulas de caudal)

Construcción

Aplicación

El manómetro (fig. [3]) consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento:

El manómetro se utiliza para vigilar, p. ej., sistemas hidráulicos

[1] Cuerpo [2] Muelle tubular  [3] Palanca [4] Sector dentado [5] Piñón dentado [6]  Aguja indicadora [7] Escala [8] Empalme con estrangulador 

Símbolo según ISO 1219 Manómetro (fig.

Funcionamiento La presión pe desdobla el muelle tubular  curvado [2] . Cuanto mayor es la presión, tanto más se abre el radio de la curvatura. Este movimiento se transmite a la aguja indicadora por medio de la palanca, el sector dentado y el piñón. En la escala puede leerse entonces la presión PeEn el empalme del manómetro hay un estrangulador  [8] , que tiene por objeto

(20))

2.5

Estructura del circuito, formación de la presión, característica de la bomba

Función La corriente de líquido, impulsada por la bomba de engranajes, entra en la tubería que conduce a la válvula de cierre [4]. Si no se opone ninguna resistencia - es decir, si la válvula [4] está abierta -, no puede originarse ninguna presión. Esta se forma sólo cuando se estrecha la sección o hay obstáculos en la sección de paso de la corriente en las tuberías y los elementos. Si la resistencia es pequeña, la presión que se origina será también pequeña. En el presente circuito (fig. (21)) se puede variar la resistencia y obtener así una presión pe de diversa magnitud abriendo o cerrando la válvula de cierre [4].  A fin de que no se produzcan presiones demasiado altas, se necesita como válvula de seguridad una limitadora de presión

(será tratada en el ejercicio: Válvula limitadora de presión). La magnitud de la presión puede leerse en el manómetro. Cuanto mayor sea la presión pe, tanto mayores serán las pérdidas por fricción y las pérdidas de fuga interiores en la bomba. Con presiones elevadas se obtendrá por  tanto volúmenes de extracción más pequeños. En el diagrama se obtiene la llamada característica de la bomba o la característica V-pe (fig. (22)).

Esquema del circuito

3. Válvula limitadora de presión, de accionamiento directo

Las mediciones han de mostrar las propiedades de la válvula limitadora de presión.

Problema: Establecer un sistema hidráulico conforme al esquema de circuito siguiente.

Esquema del circuito

Fases de trabajo

Material didáctico

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

esquema de circuito 3.  Apretar los racores 4. Pedir al profesor que examine el circuito 5. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 6. Desmontar el circuito 7. Evaluar el ejercicio 8. Hacer el examen de conocimientos

Nota Para ajustar la presión máxima en el sistema, todos los elementos hidráulicos deben estar cerrados, a fin de que todo el caudal de extracción pueda evacuarse por  la válvula limitadora de presión y pueda ajustarse así la presión máxima.

No hacer funcionar el sistema hidráulico sin válvula limitadora de presión. Hay que montarla directamente después del grupo de accionamiento.

Objeto La válvula limitadora de presión sirve • para limitar la presión de trabajo a un determinado valor ajustable • para ajustar la presión máxima en el sistema hidráulico

Grupo de accionamiento Válvula limitadora de la presión 2 válvulas de cierre [US, É 2 manómetros Depósito de medición Tuberías rígidas con racores Herramientas Hoja de protocolo Examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión.

• para proteger la instalación de una carga excesiva por demasiada presión

Construcción La válvula limitadora de presión consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. (1)):

[1] Cuerpo

[2] Cono [3] Muelle de compresión [4] Tornillo de ajuste [5] Tuerca

Funcionamiento En la posición inicial, el cono es empujado por el muelle de compresión conra la abertura del taladro. El líquido que entra con la presión pe actúa sobre el cono (superficie circular  A , véase la figura (1). Sobre dicha superficie actúa una fuerza F = pe • A en N siendo pe = presión delante del cono en kPa(bar) y  A = superficie circular del cono en cm2 La fuerza del muelle que actúa sobre el cono puede ajustarse por medio del tornillo de ajuste y del muelle de compresión. Al sobrepasar la fuerza F lentamente la fuerza del muelle ajustada (presión de apertura), el cono se levanta de su asiento (fig. (2)). Por el intersticio anular producido, el líquido sale sin presión en dirección hacia el depósito. Por el comportamiento fluídico del líquido a presión, la abertura no se cierra cuando la presión disminuye hasta el valor de apertura, sino sólo cuando baja un poco más (presión de cierre).

 Al aumentar repentinamente la presión en la abertura de entrada, por la inercia del cono y del muelle se producen puntas de presión que sobrepasan el valor máximo admisible (véase la figura (3)). En la válvula limitadora de presión, de mando directo, también hay que tener en cuenta que la presión del sistema varia, independientemente de la presión máxima ajustada, junto con el caudal que sale.

Aplicación En todos los sistemas hidráulicos hay que montar una válvula limitadora de presión de la bomba, con el objeto de evitar  accidentes y daños por una presión excesiva. Las válvulas limitadoras de presión cerradas por muelles se utilizan para

ajusfar la presión de trabajo y limitar la presión de servicio, o como válvulas de seguridad para finalidades secundarias. Esta ejecución sencilla es económica y, dentro de grandes límites, insensible a líquidos sucios sometidos a presión. Para caudales grandes se emplean válvulas limitadoras de presión con mando indirecto (servo-pilotadas) (ejercicio (19))

Representación mediante símbolos Para representar las válvulas en esquemas de circuitos se emplean símbolos. Estos símbolos muestran solamente las funciones de las válvulas, pero no los distintos tipos de construcción. Los símbolos están normalizados según ISO 1219. Las válvulas que durante su funcionamiento pueden ocupar, entre las dos posiciones finales, posiciones intermedias conforme al valor de ajuste (aquí, presión), se califican de válvulas sin posiciones de conmutación fijas. La válvula limitadora de presión es una válvula de este tipo. Las válvulas se representan por  medio de cuadrados (fig. (4)).

flechas, hasta los empalmes. Para facilitar  la comprensión, se representa aquí la posición final (fig. (7)). La válvula es accionada por presión hidráulica. Simbólicamente se representa con una línea de pilotaje [2] , actuando en sentido opuesto al de la presión del muelle de reposición [1] (fig. (8)).

Símbolo según ISO 1219 Válvula limitadora de presión (fig. (9)) Válvula para limitar la presión en la entrada; se abre venciendo la fuerza del muelle recuperador. La flecha diagonal significa que la fuerza del muelle puede regularse

Dentro de los cuadrados, los conductos se representan mediante líneas, y las direcciones de flujo, mediante puntas de flechas (fig. (5)). Si al conmutar la posición se une la entrada [1] o la salida [4] con un empalme (fig. (6)), la línea de la flecha recibe en este extremo una línea transversal, que se entiende unida a la flecha al desplazar el cuadrado. Se representa la posición de reposo. En válvulas con dispositivo de reposición (p. ej., mediante muelle), por posición de reposo se entiende la posición en que las piezas móviles ocupan una posición determinada, si no se acciona la válvula. El cambio de posición hay que imaginarlo esquemáticamente con un desplazamiento del cuadrado, con todas sus líneas y

4. Válvulas distribuidoras Problema: Establecer un sistema hidráulico según el esquema siguiente.

 Accionando las válvulas distribuidoras se gobierna la corriente de líquido.

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema de circuito 3.  Apretar los racores 4. Pedir al profesor que examine el circuito 5. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 6. Desmontar el circuito 7. Hacer el examen de conocimientos Nota: La presión de servicio p e1 ha de ajustarse en la válvula limitadora de presión a 2500 kPa (25 bar)

Material didáctico [1] Grupo de accionamiento

[2] [3] [4] [5] [6]

Válvula distribuidora 2/2 Válvula distribuidora 3/2 Válvula distribuidora 4/2 ó 5/2 Válvula limitadora de presión 3 manómetros [7] Depósito de medición con válvula de cierre [8] Tuberías rígidas con racores [9] Herramientas [10] Hoja de protocolo [11] Examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión.

Posiciones de conmutación según ISO 1219 Para representar las válvulas en los esquemas de circuito se utilizan símbolos. Estos muestran solamente las funciones de las válvulas, pero no los distintos tipos de construcción. Están normalizados según ISO 1219. Las piezas móviles de las válvulas pueden ocupar diversas posiciones de conmutación (por ejemplo, abierta - cerrada -> dos posiciones, fig. (1)). Cada posición de conmutación se representa mediante un cuadrado (fig. ©). Las posiciones de conmutación pueden señalarse con letras. La representación muestra una válvula de tres posiciones de conmutación (a-O-b), (fig. (2)). La posición media está señalada con la 0. Dentro de los cuadrados, los conductos se representan mediante lineas, y las direcciones de flujo, mediante puntas de flechas (fig. (4)). Los cierres se señalan mediante líneas transversales dentro de los cuadrados (fig. (5)). Los empalmes se marcan en el cuadrado de la «posición de reposo» (fig. (6)). Los empalmes pilotados pueden señalarse con letras mayúsculas: Conductos de trabajo y de alimentación hacia los cilindros A, B, C... Entrada, presión P Escape, salida R, S, T El escape y la corriente de retorno a los depósitos se señala acoplando el símbolo del depósito (fig. (7)). Ejemplos de empalmes pilotados (empalmes principales)

2 empalmes pilotados -> dos empalmes principales (fig. (8)) 3 empalmes pilotados -> tres empalmes principales (fig. (9)) 4 empalmes pilotados -> cuatro empalmes principales (fig. (10)) El líquido de fuga se evacúa por la tubería de fuga (fig. (11)). Para simplificar la representación, ésta ya no se dibuja en los símbolos ni en los esquemas de circuito.

Los empalmes de fuga y de los conductos de pilotaje no son empalmes principales.

Las otras posiciones de conmutación se obtienen desplazando los cuadrados, hasta que los empalmes coincidan con las líneas del otro cuadrado (los empalmes no varían), fig. (12). Las válvulas distribuidoras gobiernan los conductos de la corriente del líquido en determinadas direcciones. Las válvulas distribuidoras van acompañadas de cifras. La primera indica el numero de empalmes (conductos) y la segunda, el numero de las posiciones de conmutación. Las dos cifras se separan por  medio de una barra oblicua.

Ejemplos: a) La válvula más sencilla: válvula de cierre 2 empalmes 2 posiciones de conmutación (cuadrados) se obtiene una válvula distribuidora 2/2 (fig. (13)) (se habla de una: válvula distribuidora 2-raya-dos) b) 3 empalmes 2 posiciones de conmutación (cuadrados) se obtiene una válvula distribuidora 3/2 (fig. (14)) (se habla de una válvula distribuidora tres-rayados) c) 4 empalmes 2 posiciones de conmutación (cuadrados) se obtiene una válvula distribuidora 4/2 (fig. (15)) (se habla de una válvula distribuidora cuatro-raya-dos) d) 5 empalmes 2 posiciones de conmutación (cuadrados) se obtiene una válvula distribuidora 5/2 (fig. (16)) (se habla de una válvula distribuidora cinco-raya-dos) Tipos de accionamiento El accionamiento de una válvula se representa también mediante un símbolo.  Accionamiento muscular en general (fig. (17)) Accionamiento muscular mediante pulsador (fig. (18))  Accionamiento mecánico mediante muelle incorporado (fig. (18)) Estos elementos de accionamiento se aplican lateralmente a los cuadrados de los

símbolos de las posiciones de conmutación (fig. (19)). He aquí, como ejemplo, una válvula distribuidora 2/2. Para otros tipos de accionamiento, véase el ejercicio siguiente y la norma IS01219.

Posiciones de conmutación En las válvula., con dispositivo de reposición (p. ej., mediante muelle), se califica de posición de reposo aquella en que las piezas móviles de la válvula se encuentran si no se acciona la válvula (fig. (21)). En válvulas de dos posiciones de conmutación, la posición de reposo puede señalarse con una a ó b. Posición inicial se denomina aquella en que las piezas móviles de una válvula montada se encuentran después de montar ésta. La presión del sistema actúa entonces sobre las piezas móviles de la válvula. En las válvulas aqui descritas, la posición de reposo (a) es idéntica a la inicial (a) (fig. (22)).

Posición de cierre (válvula cerrada) Todos los empalmes están cerrados (fig. (23)).

Posición de paso (válvula abierta) Los empalmes dispuestos frente a frente están unidos (fig. (24)).

Válvula cerrada en posición de reposo En la posición de reposo, no hay paso de P hacia A (fig. (25)).

Válvula abierta en posición de reposo En posición de reposo, hay paso de P hacia A (fig. (26)).

Paso en ambas posiciones Los empalmes dispuestos frente a frente están unidos (fig. (27)). (Las flechas de paso son paralelas) Los empalmes situados uno diagonal respecto al otro están unidos (fig. (28)). (Las flechas de paso son oblicuas o están cruzadas)

4.1 Válvula distribuidora 2/2 Objeto Las válvulas distribuidoras 2/2 gobiernan el paso de la corriente de líquido, bloqueando o abriendo el paso.

Construcción La válvula distribuidora 2/2 consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. 29):

[1] Cuerpo [2] Embolo de mando [3] Muelle de compresión [4] Juntas Funcionamiento El émbolo de mando de la válvula distribuidora 2/2 (dos empalmes, dos posiciones de conmutación) en la posición de reposo (fig. (29)) bloquea el paso de P>A.  Al accionar la palanca, el émbolo de mando abre el paso de P—A (fig. (30)).  Al soltar la palanca de accionamiento, el muelle de compresión conmuta la válvula de nuevo a la posición de reposo (fig. (29)) (se bloquea la entrada P) El líquido de fuga se evacúa por una tubería de fuga.

Aplicación Se emplea para abrir y cerrar conductos

Símbolo según ISO 1219 Válvula distribuidora 2/2 (fig.(31)) Cerrada en posición de reposo (paso de P —A, cerrado)

4.2 Válvula distribuidora 3/2

Objeto Las válvulas distribuidoras 3/2 deben gobernar el paso de la corriente del líquido, de modo que permitan la circulación en una dirección y corten al mismo tiempo el paso en la otra dirección.

Construcción La válvula distribuidora 3/2 consta de los s.guientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. (32)):

[1] Cuerpo [2] Embolo de mando [3] Muelle de compresión [4] Juntas

Funcionamiento El émbolo de mando de la válvula distribuidora 3/2 (3 empalmes, 2 posiciones de conmutación) cierra en posición de reposo (fig. (32)) la entrada P y abre el paso para el retorno A—T. Al accionar la palanca, uno de los bordes de reglaje cierra primeramente la salida T y el otro abre luego el paso de P—A (fig. (33)).  Al soltar la palancade accionamiento, el muelle empuja de nuevo el émbolo de mando a la posición de reposo (fig. (32)); se cierra nuevamente la entrada P y, al mismo tiempo, se abre el paso para el retorno de A--T. El líquido de fuga se evacúa por las tuberías de fuga.

Aplicación Las válvulas distribuidoras 3/2 se utilizan para mandar cilindros de simple efecto (véase el ejercicio: Cilindro de simple efecto).

Símbolo según ISO 1219 Válvula distribuidora 3/2 (fig. (34))

Cerrada en posición de reposo (paso de P —A, cerrado)

4.3 Válvula distribuidora 4/2 Objeto Las válvulas distribuidoras 4/2 deben gobernar el paso de la corriente de líquido permitiendo la circulación en ambas direcciones.

Construcción La válvula distribuidora 4/2 consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig: (35)):

[1] Cuerpo [2] Embolo de mando [3] Muelle de compresión [4] Juntas Funcionamiento El émbolo de mando de la válvula distribuidora 4/2 (4 empalmes, 2 posiciones de conmutación) en posición de reposo (fig. (35)) abre el paso P-M y de B—T.  Al accionar la palanca (fig. (36)), se abre el paso de P^B y de A—T. La corriente de líquido proveniente de A pasa a T por un conducto existente en la válvula.

 Al soltar la palanca de accionamiento, el muelle de compresión conmuta de nuevo la válvula a la posición de reposo (fig. (35)).

Aplicación La válvula distribuidora 4/2 se emplea para mandar cilindros de doble efecto: para sujetar, aflojar, adelantar y retroceder  piezas.

Símbolo según ISO 1219 Válvula distribuidora 4/2 (fig. (37))

4.4 Válvula distribuidora 5/2 Objeto Las válvulas distribuidoras 5/2 deben gobernar el paso de la corriente del líquido permitiendo el paso en ambas direcciones y dejar pasar el líquido desplazado por el émbolo de un cilindro, para emplearlo en otros mandos.

Construcción La válvula distribuidora 5/2 consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. (36)):

[1] Cuerpo [2] Embolo de mando [3] Muelle de compresión [4] Juntas

Funcionamiento

El émbolo de mando de la válvula distribuidora 5/2 (5 empalmes, 2 posiciones de conmutación) abre en posición de reposo el paso de P—B y de A—R. El empalme T está bloqueado (figura (38)).  Al accionar la palanca (fig. (39)), el émbolo de mando es enviado al otro extremo. Al mismo tiempo, el líquido pasa de P—A y de B—T. El empalme R queda bloqueado.  Al soltar la palanca de accionamiento, el muelle empuja el émbolo a la posición de reposo (fig. (38)).

Aplicación La válvula distribuidora 5/2 se utiliza para mandar cilindros de doble efecto. Cada uno de los empalmes de trabajo (A, B) tiene su propio reflujo (B tiene siempre T y A siempre R). El líquido que regresa del cilindro puede emplearse así para otras tareas de mando. Símbolo según ISO 1219 Válvula distribuidora 5/2 (fig. (40)).

6. Válvula antirretorno Problema Establecer un sistema hidráulico según el esquema de circuito siguiente. Ha de determinarse la actuación de las válvulas

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema de circuito 3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el

Objetivos La válvula antirretorno debe cerrar el paso del líquido a presión en un sentido y dejarlo pasar en el otro (en sentido contrario).

Construcción

armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión. Material didáctico [1] Grupo de accionamiento [2] Válvula limitadora de presión [3] Válvula distribuidora 4/2 [4] 3 válvulas antirretorno [4a] [4b] [4c] [5] 2 manómetros [6] Depósito de medición con válvula de cierre [7] Válvulas de cierre [7a], [7b], [7c] [8] Cilindro de simple efecto [9] Tuberías rígidas con racores [10] Herramientas [11] Hoja de protocolo [12] Examen de conocimientos

La válvula antirretorno (fig. (1)) consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento:

[1] Cuer  po

[2] Cono

[3] Muelle de compresión

Funcionamiento  Al actuar la presión pe1 sobre el cono [2], éste se levanta de su asiento y deja pasar  el líquido. La presión pe1 tiene que vencer la fuerza pequeña del muelle de compresión [3].  Al aplicar una contrapresión, el cono es empujado contra su asiento por la fuerza del muelle y adicionalmente por p e2. El paso queda cerrado (fig. (1)). Si actúan las dos presiones Peí y Pe2. el líquido pasa cuando pei es mayor que la suma de p e2 y la fuerza del muelle.

Aplicación Permite el paso del líquido en un sentido y bloquea en sentido contrario. Se emplea para evitar el retorno del líquido del sistema hidráulico a la bomba hidráulica. Evita que se «vacíen» las tuberías rígidas y los tubos flexibles (acoplamientos rápidos).

Símbolo según ISO 1219 Válvula antirretorno (fig. (2)) cierra el paso cuando la presión de la salida pe2 es mayor que la de la entrada pe1. Válvula antirretorno con contrapresión, p. ej., con muelle (fig. (3)). cierra cuando la presión de la salida es mayor o igual que la de la entrada Muchas "veces se dibuja únicamente el símbolo de la figura (2).

6. Cilindro de simple efecto Problema:

Establecer un sistema hidráulico según el esquema siguiente. Al accionar una válvula distribuidora 3/2, el vastago del émbolo del cilindro de simple efecto debe salir. Al dejar de aplicar la presión, la pesa m debe hacer regresar el émbolo a su lugar.

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema de circuito 3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

Nota La válvula de cierre [6] sirve para gobernar  la velocidad del émbolo en su movimiento de avance y de retroceso (reemplaza a una válvula de estrangulación)

Seguridad en el trabajo Fijar la pesa con seguridad en el centro del vastago del cilindro.

Objeto El cilindro de simple efecto debe transformar el caudal sometido a presión

Material didáctico [1] Grupo de accionamiento [2] Cilindro de simple efecto [3] Válvula distribuidora 3/2 cerrada en posición de reposo [4] Válvula limitadora de presión [5] 2 manómetros [6] Válvula de cierre [7] Pesa m [8] Tuberías rígidas con racores [9] Herramientas [10] Hoja de protocolo [11] Examen de conocimientos Conectar el motor eléctrico únicamente cuando lo indique el profesor. Eliminar  defectos únicamente estando el sistema sin presión. Desarmarlo únicamente cuando los manómetros ya no indiquen presión. en una fuerza que actúe en línea recta así como en un movimiento rectilíneo.

Construcción

El cilindro de simple efecto (fig. (1)) consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento: [1] Tubo con tapas [2] Vástago de émbolo [3] Embolo [4] Juntas

Funcionamiento El líquido entra en el tubo del cilindro por el lado del émbolo (alimentación por un solo lado). Por la resistencia del émbolo se establece en el líquido una presión. Al vencer la resistencia, el émbolo se desplaza y su vastago sale (avance). El émbolo regresa (retorno) al conmutar la válvula distribuidora con ayuda de una fuerza exterior (en este caso, con la pesam) fig. ©. El movimiento de retorno puede ser  producido también por medio de un muelle de compresión (muelle recuperador) montado en el cilindro (fig. (2)). Velocidad y fuerza del émbolo La velocidad de avance v  en m/s depende del caudal V  en l/min y de la superficie  A del émbolo en cm2. Velocidad de avance caudal V  v =--------------------------------------------superficie A del émbolo

Explicación de la fórmula por medio de un ejemplo V  = 90 l/min  A = 78,54 cm2 con 100 mm de diámetro v =? V = 90 l/min = 90 dm3/min

v= v=

V &  A 90dm3 78.5cm2 gmin

Las unidades deben convertirse ametros m y segundos s; primeramente se convierten todas a dm.

90dm3

v

=

v

=

v

=

v

=

0.7854dm 2 gmin 90m 7.854min 90m 60g7.854 s 0.19 m

Simplifiquemos:

dm • dm • dm dm • dm Dividamos por 10, es decir, multipliquemos el denominador por 10, para obtener m Transformemos a segundos, dividiendo por  60, o sea, multiplicando el denominador por  60. & V  v= 6g A v se obtiene sin transformar en m/s, si V  se añota en l/min A en cm2 y se aplica adicionalmente el factor 6. La fuerza a producir depende de la presión pe, medida en Pa  N  2 y de la cm superficie del embolo en cm2.

)

(

Fuerza (N) = Superficie del émbolo (cm2) Pa  N  2 cm Presión

(

)

Ejemplo:  A = 78,5 cm2

Pe = 200 N/cm2

F =? F = A • pe F = 78,5 cm2 • 200 N/cm2 F - 15 700N F = 15,7 kN

Aplicación Se utilizan para levantar, sujetar, bajar, introducir y expulsar piezas y herramientas en sentido vertical. Se pueden montar en cualquier posición si se emplean cilindros de simple efecto con muelle de recuperación. Símbolo según ISO 1219 Cilindro de simple efecto, con movimiento de retorno por fuerza exterior (fig. (3)). Cilindro de simple efecto con muelle de recuperación (fig. (4)).

Reglas generales para confeccionar  esquemas de circuitos • En el esquema deben disponerse de forma clara, con símbolos, los elementos hidráulicos y sus uniones. Debe poderse reconocer los procesos de mando y los movimientos. Atender a

que los conductos estén tendidos de forma sencilla y clara.

• No es necesario que la posición de los símbolos en el esquema coincida con la de los elementos hidráulicos y de las tuberías en el sistema hidráulico.

• Los

elementos hidráulicos deben representarse de abajo hacia arriba, en la dirección de la corriente de energía (fig. (5)).

Funcionamiento El grupo de accionamiento proporciona el caudal de líquido. Hay montada una válvula limitadora de presión, a fin de que la presión en el sistema hidráulico no sobrepase el valor admisible. La presión puede leerse en un manómetro. Para mandar el cilindro de simple efecto hay intercalada una válvula distribuidora 3/2 (cerrada en posición de reposo). Al accionar ésta, se abre el paso de P-*A (posición b) y el émbolo de trabajo se desplaza a su posición final. Después de conmutar la válvula distribuidora (a la posición a), la pesa m empuja el émbolo hasta su posición inicial; el líquido a presión sale del cilindro y regresa por A-*T al depósito. El ejercicio puede realizarse también con un cilindro dotado.de un muelle de recuperación. Después de conmutar la válvula distribuidora (a la posición a), el muelle de compresión empuja el émbolo de trabajo hasta su posición inicial y, como consecuencia, el líquido sale del cilindro y llega por A-T al depósito (fig. (5)).

7. Cilindro de doble efecto Problema: Establecer un sistema hidráulico según el esquema de circuito siguiente. Al accionar la válvula distribuidora 4/2 debe salir el vastago de émbolo del cilindro de doble efecto; al dejar de actuar  la presión, debe volver a entrar.

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema de circuito 3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Efectuar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar firmemente parado y no derrame

aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión

Material didáctico

[1] Grupo de accionamiento [2] Válvula distribuidora 4/2 [3] Válvula limitadora de presión [4] Manómetro [5] Cilindro de doble efecto [6] Válvula de cierre [7] Tuberías rígidas con racores [8] Herramientas

[9] Cronómetro [10] Hoja de protocolo [11] Examen de conocimientos

Objeto El cilindro de doble efecto debe convertir el caudal de líquido sometido a presión en una fuerza y un movimiento rectilíneos, cuya dirección pueda ser elegida.

Construcción El cilindro de doble efecto consta de los si guientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. (1)):

[1] Tubo con tapas [2] Embolo con vastago [3] Juntas Funcionamiento En la carrera de trabajo, el líquido a presión entra por B en el cilindro y actúa en el lado del émbolo. Se forma una presión, que desplaza el émbolo y hace salir el vastago. El líquido a presión que se encuentra en el lado del vastago es desplazado y fluye por  una tubería al depósito (fig. (1)). En el movimiento de retroceso, el líquido a presión entra por E en el cilindro. El émbolo se desplaza y el vastago entra. El líquido que se encuentra en el lado del émbolo es desplazado y fluye al depósito (fig.(2) Si se aplica la misma presión para los movimientos de trabajo y de retorno, la fuerza disponible en el movimiento de avance es mayor que en el de retorno, porque la superficie circular es mayor que la anular del émbolo (conforme a la siguiente ecuación: Fuerza F = Superficie A • Presión pe Como consecuencia, también es mayor la velocidad de retorno, porque el mismo caudal actúa sobre una superficie menor  (conforme a la siguiente ecuación: Caudal V  Velocidad de avance v = -------------------------Superficie A

Aplicación Se utiliza para producir un movimiento rectilíneo de vaivén. Especialmente en el carro de avance de máquinas herramientas, empleándolo en lugar del cilindro de simple efecto, se puede efectuar  también el movimiento de retorno con carga.

Símbolo según ISO 1219 Cilindro de doble efecto (fig. (3))

Funcionamiento El grupo de accionamiento suministra el caudal de líquido a presión. Se necesita una válvula limitadora de presión, para evitar que las presiones suban demasiado. La magnitud de la presión ajustada puede leerse en un manómetro. Para mandar el cilindro de doble efecto se utiliza una válvuladistribuidora4/2. Al accionar ésta, se abre el paso de P—B, y el émbolo de trabajo se desplaza hasta su posición final exterior. Al mismo tiempo, el líquido a presión que se encuentra en el lado del vastago es evacuado por A—T al depósito. Después de conmutar la válvula distribuidora 4/2 (a la posición de reposo), se abre el paso de P--A. El émbolo de trabajo entra y desplaza el líquido a presión existente en el lado del émbolo, por B—T, hacia el depósito (fig. ©).

8. Diagrama desplazamiento/fase

const onstru rucc cciión, ón, las las rep reparac araciiones ones localización de averías.

Objeto

Ejemplo

Los diagramas desplazamiento/fase deben representar de forma gráfica el orden en que se efectúa el mando y la regulación regulación de los los elem element entos os.. Puede Pueden n reemp reempla laza zarr a la descripción del funcionamiento.

En un formulario, como el que se enseña aquí aquí de mues muestr tra a (fig (fig.. ©), ©), se anot anotan an los los eleme element ntos os hidrá hidrául ulic icos os con con su núme número, ro, designación, denominación y función. En el diag diagra rama ma de «fun «funci cion ones es» » que que sigu sigue e a continuación se dibujan luego las señales según su orden (en fases).

Realización de un diagrama El diagrama desplazamiento/fase se dibuja sobre dos coordenadas (líneas). En una de las coordenadas se registran las diversas fases de una serie de trabajos y en la otra, el estado correspondiente (desplazamiento). Los movimientos de los elem elemen ento toss de trab trabaj ajo o y de mand mando o se representan con líneas funcionales (rectas).

y

la

En las columnas tituladas «N° de elemento» y «Denominación» se anotan los números y denominaciones de los elem elemen ento toss que que se encu encuen entr tra an en el respectivo esquema. Además de la fuente de energía hay que anotar únicamente los elem elemen ento toss que que dete determ rmin inan an el func funcio io-namiento, como válvulas y cilindros.

Aplicación

En la columna «Movimiento» y «Función» resulta

Los Los diag diagra rama mass desp despla laza zami mien ento to/f /fas ase e facilitan la descripción del funcionamiento de inst instal alac acio ione ness hidr hidráu áulilica cass y son son un auxili auxiliar ar excele excelente nte en la planifi planificac cación ión,, la

para el motor eléctrico —> conversión de energía para la bomba hidráulica —>conversión de energía

para las válvulas distribuidoras —>mando  Antes del punto «0», los elementos de la instala instalació ción n están están dibuja dibujados dos en posici posición ón inicial. Con la señal de puesta en marcha & , en «0» tiene lugar la conexión del motor  eléctr eléctrico ico.. Como Como consec consecuenc uencia, ia, la bomba bomba hidr hidráu áullica ica impu impullsa el líq líquido uido.. En el diagrama, para la bomba hidráulica al igual que para el motor eléctrico hay que anotar  en el punto «0» la fase de «desconectado» «desconectado» a «conectado» (fig. (2)).

El movimiento de salida o de entrada del vast vastag ago o con con el émbo émbolo lo se repr repres esen enta ta gráf gráfic icam amen ente te con una una línea línea rect recta a hacia hacia arriba o hacia abajo. Para facilitar la supervisión, en la mayoría de los casos se suele tener en cuenta el factor tiempo. Si el émbolo se desplaza hacia adelante y haci hacia a atrás atrás con con la mism misma a velo veloci cida dad, d, se obtiene la representación mostrada al lado en el diagrama diagrama desplaz desplazami amient ento/f o/fase ase (fig. (fig. (3)). Si el vastago regresa más rápidamente de lo que que avan avanza za,, habr habrá á que que dibu dibuja jarr una una inclinación mayor (se aplica a menudo con cilindros de doble efecto), fig. (4). Si el vastago regresa más lentamente de lo que avanza nza, habr habrá á que dibuj bujar una inclinación menor (fig. (5)).

Problema:

Para el esquema de circuito (fig. (6)) debe confeccionarse un diagrama desplazamiento/fase (fig. (7)).

9. Válvula antirretorno, desbloqueable hidráulicamente

Problema: Debe establecerse un sistema hidráulico según el esquema de circuito siguiente. Una válvula antirretorno desbloqueable hidráulicamente debe mantener el cilindro en diversas posiciones (l-lll). Después de accionar la válvula distribuidora 3/2, el émbolo debe desplazarse haciendo entrar el vastago.

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema de circuito 3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Efectuar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos

Objeto

manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión. Material didáctico

[1] Grupo de accionamiento [2] Válvula distribuidora 4/2 [3] Válvula distribuidora 3/2 [4] Válvula antirretorno, desbloqueable [5] Cilindro de doble efecto [6] 3 manómetros [7] Válvula limitadora de presión [8] Tuberías rígidas con racores [9] Herramientas [10] Hoja de protocolo [11] Examen de conocimientos La válvula antirretorno desbloqueable hidráulicamente dejar pasar la corriente de

líquido en un sentido, pero debe cerrar el paso en sentido contrario. Un líquido piloto debe abrir el paso de la corriente de líquido en sentido opuesto, es decir, debe desbloquear la válvula antirretorno. Construcción La válvula antirretorno desbloqueable hidráulicamente consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. (1)): [1] Cuerpo [2] Embolo de desbloqueo [3] Cono de retención [4] Muelle [5] Tapa [6] Juntas

Funcionamiento La corriente del líquido pasa de A hacia B.  A ella se opone sólo una resistencia pequeña (cono de retención - muelle). Al mismo tiempo, el émbolo de desbloqueo se encuentra en el lado izquierdo del cuerpo de la válvula. El líquido no puede regresar de B hacia A, porque el cono de retención bloquea el paso de la corriente (fig.(1) Si se desea que pase una corriente de B hacia A, hay que levantar el cono [3] de su asiento. Ello se logra aplicando presión al émbolo de desbloqueo [2] a través de la tubería de pilotaje x. El émbolo de desbloqueo [2] levanta entonces el cono de retención venciendo la fuerza del muelle y la presión de trabajo actuante. La fuerza necesaria al efecto resulta de la presión de pilotaje que actúa sobre la superficie  A x  (fig. (2)). Aplicación Se utiliza cuando un cilindro hidráulico debe soportar una carga exterior (peso), sin modificar su posición. Ello no es posible con válvulas distribuidoras por las pérdidas de aceite de fuga. En caso de necesidad, desbloqueando la válvula antirretorno se puede modificar la posición del vastago de émbolo. Símbolo según ISO 1219 Válvula antirretorno, hidráulicamente (fig. (3))

desbloqueable

Funcionamiento (mando) El grupo de accionamiento suministra la corriente del líquido a presión. Estando la válvula distribuidora 3/2 en posición de reposo, el paso del líquido a presión está bloqueado; por la válvula distribuidora 4/2 pasa únicamente al lado del vastago del cilindro. El vastago no entra, porque la válvula antirretorno desbloqueable hidráulicamente cierra el paso de la corriente de líquido a presión del cilindro a la válvula distribuidora 4/2.  Al accionar la válvula distribuidora 3/2, el líquido de pilotaje puede pasar; el cono de retención abre el paso (desbloquea). La corriente de líquido puede pasar  entonces libremente del cilindro, por la válvula distribuidora 4/2, al depósito.  Al volver la válvula distribuidora 3/2 a su posición de reposo, la válvula antirretorno bloquea el paso de la corriente de líquido, y el émbolo en el cilindro se detiene.  Al accionar la válvula distribuidora 4/2 (a la posición b), la corriente del líquido pasa libremente por la válvula antirretorno hacia

ei cilindro. Como consecuencia, el vastago del émbolo sale (fig. (4)).

10. Válvulas de caudal Problema Establecer un sistema hidráulico según el esquema de circuito siguiente

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema de circuito 3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Efectuar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión.

Material didáctico [1] Grupo de accionamiento [2] Válvula limitadora de presión [3] 3 manómetros [4] Válvula de estrangulación, regulable y tres estranguladores de diversa sección [5] H3 Válvula de cierre [6] Depósito de medición con válvula de cierre [7] Tuberías rígidas con racores [8] Herramientas [9] Cronómetro [10] Hoja de protocolo [11] Examen de conocimientos

10.1 Válvula de estrangulación Objeto La válvula de estrangulación debe producir  una resistencia hidráulica. Construcción La válvula de estrangulación consta del cuerpo con los orificios de empalme y de un estrechamiento constante (taladro del estrangulador), fig. (1). Funcionamiento La formación de la presión delante de la resistencia hidráulica permite dividir el caudal. Una parte del caudal de la bomba fluye por la válvula limitadora de presión y la otra, por el estrechamiento constante El volumen se reduce, pues, en esta parte de la tubería. El líquido que entra por A con la presión p e1 tiene que pasar por el estrechamiento constante (taladro). Por la fricción, este estrechamiento actúa como una resistencia. La energía hidráulica se transforma en energía térmica. Esta pérdida de energía se expresa como caída de presión. La diferencia entre ambas presiones se denomina Δp (se lee delta p) Δ p = pei - Pe2 El caudal que pasa por la válvula de estrangulación depende • de la sección del estrechamiento (fig. (2)), • de la diferencia de presión Ap, es decir, de la magnitud de la contrapresión pe2 y • de la viscosidad del líquido a presión. Si hay secciones de diverso tamaño, tiene validez lo siguiente

• sección grande - resistencia pequeña -gran caudal • sección pequeña - gran resistencia -pequeño caudal Aplicación La válvula de estrangulación se utiliza para modificar de forma sencilla la velocidad, cuando las condiciones de presión son más o menos constantes (Ap constante) y no se

necesitan velocidades exactas (prensas, mesas elevadoras, (fig. (3)).  Además se utiliza con mucha frecuencia para amortiguar choques de presión (por  ejemplo, para manómetros).

Símbolo según ISO 1219 Válvula de estrangulación (fig. (4)).

10.2 Válvula de estrangulación, regulable Función La válvula de estrangulación regulable debe producir una resistencia hidráulica ajustable.

Construcción La válvula de estrangulación regulable consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. (5)):

[1] Cuerpo [2] Tornillo de regulación [3] Junta Funcionamiento La formación de la presión delante de la resistencia hidráulica permite dividir el caudal. Una parte del caudal de la bomba fluye por la válvula limitadora de presión y la otro, por el estrechamiento regulable. Así puede reducirse el caudal en esta parte de la tubería. El líquido a presión que entra pasa por un intersticio anular  [2] y llega a la salida. Este intersticio anular es el punto de estrangulación que puede agrandarse o aminorarse girando el tornillo de regulación.  Al aumentar el tamaño del intersticio anular  disminuye la estrangulación; al disminuir el tamaño de dicho intersticio, el efecto de estrangulación aumenta. El caudal que todavía fluye por la válvula de estrangulación regulable depende del tamaño del intersticio anular (punto de estrangulación), de la viscosidad del líquido a presión y de la diferencia de presión Δp. Δp = Peí " Pe2

Aplicación No es posible mantener el caudal a un valor exacto, porque en las válvulas de estrangulación el caudal depende del ajuste de la caída de presión y de la

viscosidad del líquido. Por esta razón, se utilizan en instalaciones hidráulicas para ajustar el caudal sin escalones, por  ejemplo, para plataformas elevadoras y dispositivos de fijación, cuando no es necesario mantener muy exacto el caudal (fig. (6)). Símbolo según ISO 1219 Válvula de estrangulación, regulable (fig. (7)) (posibilidad de regular, marcada con una flecha)

10.3 Válvula de orificio regulable Objeto La válvula de orificio regulable, debe producir una resistencia hidráulica ajustable. La viscosidad del líquido a presión casi no influye en absoluto sobre el caudal que pasa.

Construcción La válvula de orificio regulable, consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. (8)):

[1] Cuerpo [2] Leva de envolvente [3] Tapa [4] Juntas

Funcionamiento El líquido a presión entra por B hacia el diafragma S1. La leva de envolvente cubre una gran parte y forma así el orificio de estrangulación (fig. (9)a). Girando dicha leva 0 se puede modificar el tamaño de la abertura. El caudal puede regularse aun con más exactitud, cuando la leva de envolvente tiene una abertura de entrada triangular  (fig. (9)b). Como el largo del punto de estrangulación es / = 0, la viscosidad no tiene casi ninguna influencia sobre el caudal. En la figura (10) se compara la válvula de orificio regulable con la válvula de estrangulación.

Aplicación La válvula de orificio se utiliza para modificar de forma sencilla la velocidad de émbolos, cuando reinan condiciones de presión más o menos constantes (Ap = constante) y no se necesitan velocidades

exactas. Con la válvula de orificio, el caudal puede ajustarse con más exactitud.

Símbolo según ISO 1219 Válvula de orificio regulable (fig. (11)) Orificio fijo (fig. (12))

10. Regulador de caudal de dos

vías 11. Problema Debe establecerse un sistema hidráulico en el que el caudal ajustado permanezca constante, conforme al esquema de circuito siguiente. Las mediciones deben mostrar las propiedades de la válvula reguladora de caudal, de dos vías necesaria al efecto.

Fases de trabajo

Seguridad en el trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el

Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar  firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión. Material didáctico

esquema de circuito 3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

[1] Grupo de accionamiento

[2] Válvula reguladora de caudal, de dos vías [3] Válvula limitadora de presión [4] Válvula de cierre [5] 3 manómetros

11.1 Regulador de caudal, de dos vías Tipo de construcción A Objeto La válvula reguladora de caudal, de dos vías, puede mantener constante el caudal ajustado que sale V  , aunque las presiones de salida y entrada varíen. Construcción Esta válvula reguladora de caudal, de dos vías, consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. 1):

[1] [2] [3] [4]

Cuerpo Tornillo de estrangulación Embolo de regulación Muelle de compresión

El émbolo de regulación y el muelle de compresión forman una balanza de presión.

Funcionamiento El caudal debe pasar por el intersticio anular S1 - entre el cuerpo [1] y el tornillo de estrangulación [3] - y por el intersticio S2 - entre el émbolo de regulación [1] y el cuerpo [4] .  Al girar el tornillo de estrangulación aumenta o disminuye el tamaño del intersticio anular S1 del estrangulador. Con ello, la cantidad de líquido a presión que puede pasar es mayor o menor. Si el caudal Vestá fijado por una determinada posición del estrangulador, el émbolo de regulación [3]  junto con el muelle de compresión [4] (balanza de presión) mantienen este caudal, aunque fluctúe la presión en la entrada o en la salida o en ambos conductos de la válvula reguladora de caudal, de dos vías. Explicación y prueba matemática de cómo la balanza de presión compensa las fluctuaciones de presión y mantiene así constante el caudal Definiciones:

[6] Depósito de medición con válvula de cierre [7] Tuberías rígidas con racores [8] Herramientas [9] Hoja de protocolo [10] Examen de conocimientos

pe1 = presión del líquido delante del tornillo de estrangulación de la entrada A Pe2 = presión del líquido después del primer  punto de estrangulación (después del tornillo de estrangulación) Pe3 = presión en la salida B  A1  A2  = superficies de émbolo FF = fuerza de muelle Peí debe ser siempre mayor que  pe3 (300... 500 kPa/3 . . . 5 bar) a fin de garantizar el funcionamiento. Por el lado izquierdo actúa sobre el émbolo de regulación la fuerza F,, que depende de la superficie del émbolo y de la presión Peí (f¡g. 2)• La fuerza F, es, por tanto, F1=A1•pe1

Por el lado derecho actúa sobre el émbolo de regulación la fuerza F2, que también depende de la superficie del émbolo  A de la presión pe2 y de la fuerza del muelle F F. (Esta fuerza FF es más o menos constante, pues las carreras del muelle que se presentan son muy pequeñas). H

La fuerza F2 es entonces F 1 =A 1 • Pe2 + FF 

Las fuerzas que so originan en la cámara anular interior del émbolo de regulación en los lados  A izquierdo y derecho de éste se anulan, porque las superficies anulares tienen el mismo tamaño. 2

Condición: Las fuerzas F ^ y F2 actuantes sobre el émbolo de regulación deben encontrarse en equilibrio.  F1 = F 2  A1 gpe1  pe1

=

=

A1 gpe 2 + FF 

pe 2 +

 pe1 − pe 2

: A1

 F  F 

− pe 2

 A1

=+

 F  F   A1

Como FF y  A diferenciape1 -pe2 constante.

1

son constantes, la debe ser también

Pe1 - Pe2 = Δp = constante

La diferencia de presión Δp está, pues, «montada» con la fuerza del resorte FF y la superficie del émbolo A1. Conclusión: Como la diferencia de presión en el intersticio de estrangulación S1 es constante, también tiene que ser constante el caudal V que pasa por dicho intersticio. En otras palabras: Si la diferencia de presión Ap permanece constante (independientemente de la presión en la entrada), también permanece constante el caudal que pasa por el punto de estrangulación.

Regulación del caudal en caso de fluctuaciones de la presión En la entrada o en la salida pueden producirse fluctuaciones de presión. Son producidas en la entrada, por ejemplo, por  la conexión y desconexión de elementos hidráulicos, y en la salida, por ejemplo, por  diversas cargas de trabajo. Regulación del caudal al aumentar la presión en la entrada Si aumenta la presión p e1 en la entrada, también aumenta la fuerza F1 Esta desplaza el émbolo de regulación hacia la derecha y aminora al mismo tiempo el intersticio S2 hasta que también aumenta la presión pe2 por el estrangulador. Obedeciendo la condición pe1 - pe2 = constante, al aumentar pe1 aumenta también en la misma medida pe2. Esta

última produce una fuerza mayor, F 2, que a su vez se mantiene en equilibrio con la mayor fuerza F1. Por el intersticio S2 ahora más pequeño fluye entonces, cuando la caída de presión pe2 - pe3 es mayor, el mismo caudal que antes de la variación de pe1. La presión pe3 no sufre prácticamente ninguna modificación durante todo el proceso.

Regulación del caudal al disminuir la presión en la entrada Si la presión pe1 disminuye en la entrada, disminuye también la fuerza F 1. La fuerza

Regulación del caudal al aumentar la presión en la salida Si aumenta la presión p e3 en la salida, también aumenta en el primer momento la presión pe2. Esta produce a su vez un aumento de la fuerza F2> que entonces desplaza el émbolo de regulación hacia la izquierda. Con ello aumenta el tamaño del intersticio S2 hasta que vuelve a reinar la caída de presión Ap = pei - pe2 originaria. Por el intersticio mayor S2 fluye entonces, con una caída de presión pe2 -  pe3 más pequeña, el mismo caudal que antes de la variación de pe3. La presión pe1 no sufre prácticamente ninguna variación durante todo el proceso.

11.2 Regulador de caudal, de dos vías Tipo de construcción B Objeto La válvula reguladora de caudal, de dos vías, puede mantener constante el caudal ajustado que sale V, aunque las presiones de salida y entrada varíen.

Construcción Esta válvula reguladora de caudal, de dos vías, consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. 3):

[1] Cuerpo [2] Tornillo de estrangulación

entonces mayor F2 desplaza el émbolo de regulación hacia la izquierda y agranda al mismo tiempo el intersticio S2 hasta que por él disminuye también la presión pe2 (pe1 - pe2 = constante). Como consecuencia de la presión aminorada pe2disminuye también lafuerzaF2, queasu vez se mantiene en equilibrio con la fuerza más pequeña pe3 Por el intersticio mayor S2 fluye entonces, con una caída de presión pel - pe3 más pequeña, el mismo caudal que antes de la variación de pei-La presión pe3 no sufre prácticamente ninguna modificación durante todo el proceso. . 

[3] Embolo de regulación [4] Muelle de compresión El émbolo de regulación y el muelle de compresión forman una balanza de presión.

Funcionamiento El caudal debe pasar por el intersticio S1 entre el cuerpo [1] y el émbolo de regulación [3]- y por el intersticio S2 - entre el cuerpo y el tornillo de estrangulación [2].  Al girar el tornillo de estrangulación aumenta o disminuye el tamaño del intersticio anular S2 del estrangulador. Con ello, la cantidad de líquido a presión que puede pasar es mayor o menor. Si el caudal Vestá fijado por una determinada posición del estrangulador, el émbolo de regulación [3]  junto con el muelle de compresión [4] (balanza de presión) mantienen este caudal, aunque fluctúe la presión en la entrada o en la salida o en ambos conductos de la válvula reguladora de caudal de dos vías

Explicación y prueba matemática de cómo la balanza de presión compensa las fluctuaciones de presión y mantiene así constante el caudal

La fuerza F2 es entonces

Definiciones

Las fuerzas que se originan en la cámara anular  interior del émbolo de regulación en los lados izquierdo y derecho de éste se anulan, porque las superficies anulares tienen el mismo tamaño. Condición: Las fuerzas F2 y F3 sobre el émbolo de regulación deben encontrarse en equilibrio.

pe1 = Presión en la entrada A = Pe2 Presión delante del segundo punto de estrangulación (delante del tornillo de estrangulación) pe3 = Presión después del tornillo de estrangulación en la salida B  Ai.  A2 , A3 = Superficies de émbolo FF = Fuerza del muelle pe1 debe ser siempre mayor que pe3 (300 . . . 500 kPa/3 . . . 5 bar) con el objeto de garantizar el funcionamiento. Por el lado izquierdo actúa sobre el émbolo de regulación la fuerza F3, que depende de la superficie del émbolo A1, de la presión p e3 y de la fuerza del muelle FF. Esta última F F es más o menos constante, porque se presentan sólo carreras de muelle muy pequeñas (fig. 4). La fuerza F3 es entonces F3 = A1 •pe3 + FF Por el lado derecho actúa la fuerza F 2, que depende de las superficies  A2  y  A3 y la presión Pe2-

Las superficies  A2  y  A3 tienen juntas el tamaño de la superficie  A-¡.

F 2  = A 2  - pe2 + A3 • pe2 F2 = (A2  + A3 ) • pe2

 A2  + A3 = A1

F 2  = A1•pe2

F 2  = F 3

 A1 • pe 2  pe 2

=

=

A1 • pe3 + FF 

pe 3 +

 pe 2 − pe 3

=

 F  F   A1

: A1 − pe 3

 F  F   A1

Como FF y  A^ son constantes, también tiene que ser constante la diferencia pe2  _  Pe3Pe2 - Pe3 = Δp = constante

Conclusión: ∆ p =

 F  F 

 A1 en el Como la diferencia de presión intersticio de estrangulación S2 es constante, también el caudal que pasa V  tiene que ser  constante. En otras palabras:

Si la diferencia de presión Δp permanece constante (independientemente de la presión en la entrada), también permanece constante el caudal que pasa por el punto de estrangulación. Regulación del caudal en caso de fluctuaciones de la presión En la entrada o en la salida pueden producirse fluctuaciones de presión. Son producidas en la entrada, por ejemplo, por la conexión y desconexión de elementos hidráulicos, y en la salida, por ejemplo, por diversas cargas de trabajo. Regulación del caudal ai aumentar la presión en la entrada Si aumenta la presión p e1 en la entrada, en el primer momento aumenta también la presión pe2. Como consecuencia, aumenta también la fuerza F2, que desplaza el émbolo de regulación hacia la izquierda. Al mismo tiempo disminuye el tamaño del intersticio S1 hasta que

Regulación del caudal al aumentar la presión en la salida Si aumenta la presión pe3 en la salida también aumenta la fuerza F3. Esta desplaza el émbolo de regulación hacia la derecha y aumenta el tamaño del intersticio S1 hasta que vuelve a reinar la caída de presión Ap = pe2 - pe3 originaria. La presión aumentada  pe2  produce una fuerza mayor  F 2,  que a su vez se mantiene en equilibrio con la mayor fuerza F3. Por el intersticio mayor S1 fluye entonces, con una caída de presión pe1 - pe2 menor, el mismo caudal que antes de la variación de  pe3.

La presión pe1 no sufre prácticamente ninguna modificación durante todo el proceso.

Regulación del caudal al disminuir la presión en la salida Si disminuye la presión p e3 en la salida, también disminuye la fuerza F3. La fuerza entonces mayor F2 desplaza el émbolo de regulación hacia la izquierda y aminora el tamaño del intersticio S1 hasta que vuelve a reinar la caída de presión Ap = p e2 - pe3 originaria. La presión aminorada pe2 produce una fuerza menor F2, que se mantiene en equilibrio con la fuerza menor  F3. Por el intersticio menor S1 fluye en-

vuelve a reinar la caída de presión Δp = p e2 -pe3 originaria. Por el intersticio menor S1 fluye entonces, con una caída de presión p e1 - pe2 mayor, el mismo caudal que antes de la variación de pe1. La presión pe3 no sufre prácticamente ninguna variación durante todo el proceso. Regulación del caudal al disminuir la presión en la entrada Si disminuye la presión p e1 en la entrada, en el primer momento disminuye también la presión pe2. Esta caída de presión produce una disminución de la fuerza F2 y, como consecuencia, un desplazamiento del émbolo de regulación hacia la derecha. Al mismo tiempo aumenta el tamaño del intersticio S1, hasta que vuelve a reinar la caída de presión Δp = pe2 ~ Pe3 originaria. Por el intersticio mayor S1 fluye entonces, con una caída de presión pe1 - pe2 menor, el mismo caudal que antes de la variación de pe1. La presión pe3 no sufre prácticamente ninguna modificación durante todo el proceso. tonces, con una caída de presión p e1 - pe2 mayor, el mismo caudal que antes de la variación de pe3. La presión pe1 no sufre prácticamente ninguna variación durante todo el proceso.

Aplicación y símbolos de los tipos de válvulas reguladoras de caudal Aplicación Un caudal constante se requiere con cargas variables • por ejemplo, en carros portaútiles, que deben trabajar con velocidad de avance constante y ajustable con diversos esfuerzos de trabajo (fig. 5). limitar exactamente las • para velocidades de bajada de elevadores • para sincronizar el movimiento de cilindros y elementos semejantes (fig. 9)

Símbolos según ISO 1219 Válvula reguladora de caudal, que mantiene automáticamente constante el caudal de salida, en gran parte independientemente de la presión y de un mayor caudal de entrada. Sólo es posible regularla en una dirección. Como símbolo de la válvula reguladora de caudal, de dos vías, se puede emplear la representación simplificada (fig. 6) de ambos tipos de válvulas o las representaciones detalladas del tipo A (fig. 7) y del tipo B (fig. 8).

Explicación referente al esquema de circuito (fig. 9) Una placa sometida a carga desuniforme (por ejemplo, una mesa elevadora) debe ser levantada o bajada uniformemente por  medio de dos cilindros. Dos válvulas reguladoras de caudal, de dos vías, ajustadas al mismo caudal aminorado, proporcionan el movimiento síncrono. En la posición dibujada de la válvula distribuidora 4/2, la placa baja uniformemente. Con la disposición especial de las válvulas antirretorno (mando Graetz) se logra que la dirección del caudal por las válvulas regula-

doras de caudal, de dos vías, sea siempre igual. Sin esta disposición, la placa podría ladearse, puesto que las válvulas reguladoras de caudal, si el líquido pasara en dirección contraria, harían sólo las veces de estranguladores.

12. Válvula de estrangulación y antirretorno, regulable Problema: Establecer un sistema hidráulico conforme al esquema de circuito siguiente.

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el 3. 5. 6.

esquema de circuito Pedir al profesor que examine el circuito 4. Realizar el ejercicio conforme a la hoja de protocolo Desmontar el circuito Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión. Cuidar de que no haya ningún obstáculo en la carrera del vastago del cilindro.

Material didáctico [1] Grupo de accionamiento [2] Cilindro de doble efecto [3] Válvula distribuidora 4/2 [4] Válvula limitadora de presión [5] 3 manómetros [6] Válvula de estrangulación y antirretorno regulable [7] Válvula de cierre [8] Válvula de retención [9] Tuberías rígidas con racores [10] Herramientas [11]Cronómetro [12] Hoja de protocolo [13] Examen de conocimientos Nota La velocidad de avance del émbolo debe po derse regular; por esta razón, prestar atención a que la válvula de estrangulación y antirretorno sea empalmada correctamente. La presión pe2 se ajusta mediante la válvula de cierre [7] al salir el vastago del émbolo.

Objeto La válvula de estrangulación y antirretorno debe limitar el caudal del líquido a presión en un sentido (estrangular) y en sentido contrario debe abrir toda la sección de paso (válvula antirretorno). Construcción La válvula de estrangulación y antirretorno consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. 1):

[1] [2] [3] [4] [5]

Cuerpo de la válvula Tornillo de estrangulación Cono (válvula antirretorno) Muelle Junta anular 

Es una combinación de una válvula de estrangulación regulable y de una válvula antirretorno.

Funcionamiento Girando el tornillo de estrangulación, se aumenta o reduce la sección anular de paso por el punto de estrangulación [a]. Como consecuencia, puede variarse el caudal del líquido a presión en el sentido de A--B (estrangulación), fig. 1  Al fluir el caudal de B->A, el cono estanqueizador es empujado contra el muelle débil y deja pasar el líquido. El caudal pasa sin ser estrangulado; la corriente que pasa por el punto de estrangulación están pequeña que se la puede despreciar (fig. 2).

Aplicación Las válvulas de estrangulación y antirretorno se emplean cuando es necesario regular un caudal más o menos constante en una sola dirección, debiendo mantener libre el paso en la dirección contraria.

Símbolo según ISO 1219 Válvula de estrangulación y antirretorno, regulable (fig. 3) La posibilidad de regulación la indica la flecha.

13. Resistencias al paso de fluidos Problema: Deben establecerse los circuitos mostrados en el esquema. El ensayo ha de mostrar cómo la caída de presión (debido a la resistencia al paso de fluidos (depende de la longitud de las tuberías, de la sección de éstas y de los cambios bruscos de dirección.

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema del circuito

3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Realizar el ejercicio conforme a la 5. 6.

hoja de protocolo Desmontar el circuito Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión.

Material didáctico

[1] Grupo de accionamiento [2] Válvula limitadora de presión [3] Válvula reguladora de caudal, de dos vías

[4] 2 manómetros [5] Válvula de cierre [6] Depósito de medición con válvula de cierre [7] Tuberías con racores Tubos 6 x 1, de 250, 500 y 750 mm de largo Tubos 4x1,6x1 y12x1,de500mmdelargo Tubo 12 x 1, de 2300 mm de largo, con varios codos semicirculares Tubo 12 x 1, de 2300 mm de largo, con racores angulares [8] Tuberías rígidas con racores [9] Herramientas [10] Hoja de protocolo

[11] Examen de conocimientos

Fundamentos teóricos En un sistema hidráulico cerrado, la presión que el líquido en reposo ejerce sobre las paredes del depósito es en todas partes igual. Si el líquido en estado de reposo, encerrado en un tubo, se somete a presión, la presión estática o contra la pared del tubo es en todas partes igual, es decir, en todos los puntos de medición los manómetros indican la misma presión (fig. 1). Si el líquido se mueve en el tubo en la dirección de la flecha, las presiones medidas en el sentido de la corriente son cada vez más peqeñas (fig. 2)• Esta caída de presión es producida en cualquier corriente que circula por un tubo por la resistencia al paso de fluidos. La caída de la presión depende • del rozamiento interno del líquido • del rozamiento del líquido con las paredes de la tubería y, por otra parte, de otras resistencias especiales (en codos, etc.).

Influyen en la caída de presión: (véase también «Leyes fundamentales de la física») • la velocidad de flujo • si la corriente es laminar o turbulenta • el diámetro del tubo • la viscosidad del líquido • las asperezas de las paredes • el caudal de paso • la variación de la sección del tubo • codos, válvulas El manómetro [4] pe2 indica directamente la caída de presión sufrida en el largo de la tubería, puesto que en el extremo de ésta el líquido fluye sin presión (p e3 = 0) en el depósito de medición. Δp = Pe2 Pe3

Δp = pe2 - 0 Δp = Pe2 La resistencia al paso de fluidos, como valor numérico de una magnitud física

puede determinarse exactamente únicamente mediante ensayos. Por ejemplo, si por una tubería de 1 m de largo fluye un caudal de 10 l/min y se lee una diferencia de presión de 500 kPa (5 bar), se escribirá: 500 kPa Resistencia al paso =-----------------10 l/min El doble de la diferencia de presión no significa empero que el caudal se duplique como en la electrotecnia, donde el doble de tensión significa el doble de corriente. En los líquidos circulantes, los procesos son más complicados. La pérdida de presión y el caudal no son proporcionales, como demuestran los ensayos.

14. Válvula distribuidora 4/3 Problema: Ha de establecerse un sistema hidráulico conforme al esquema de circuito siguiente. Montando una válvula distribuidora 4/3 con posición media de circunvalación ha de establecerse un circuito de circunvalación.

Fases de trabajo 1.Preparar el material didáctico 2. Colocar las piezas según el esquema de circuito 3. Pedir al profesor que examine el circuito montado 4. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo

Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la intalación esté sin presión. Material didáctico

[1] [2] [3] [4]

Grupo de accionamiento Cilindro de doble efecto Válvula distribuidora 4/3 Válvula limitadora de presión

[5] [6] [7] [8] [9]

3 manómetros Tuberías rígidas con racores Herramientas Hoja de protocolo Examen de conocimientos

Nota Objeto Las válvulas distribuidoras 4/3 deben gobernar el flujo del caudal cuando se emplean cilindros de doble efecto. Construcción La válvula distribuidora 4/3 consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. 1):

[1] Cuerpo [2] Embolo de mando [3] Muesca [4] Juntas

Funcionamiento El émbolo de mando de la válvula distribuidora 4/3 (4 empalmes, 3 posiciones de conmutación), estando en posición media de circunvalación (fig. 1) deja pasar  el líquido de P->T y cierra el paso de A y de B.  Al accionar la palanca (pulsador) hacia afuera, se obtiene la posición a (fig. 2); se abre el paso de P—>A y de B->T.  Al accionar la palanca (pulsador) haciaadentro, se obtiene la posición b (fig. 3); se abre el paso de P->B y de A—>T.

Aplicación La válvula distribuidora 4/3 con posición media de circunvalación y dos posiciones de paso se utiliza para pilotar cilindros de doble efecto o motores hidráulicos. Tiene las siguientes ventajas:

1. En la posición media de circunvalación,

2.

el caudal puede fluir sin ningún obstáculo, es decir, sin calentarse, hasta el depósito. El émbolo de trabajo puede detenerse en cualquier posición, aunque actúen sobre él fuerzas exteriores.

Tiene, empero, también desventajas:

Las válvulas distribuidoras 4/3 pueden tener diversas posiciones medias. Con ellas hay diversas soluciones para el problema. Las posiciones medias que suelen emplearse con frecuencia puede verlas en la esquina superior derecha, en el símbolo.

1. Si la bomba alimenta a varios cilindros

2.

cuyos émbolos se desplazan en diversos momentos, hay que reemplazar  el sistema de circunvalación sin presión por otro circuito. En caso de cilindros diferenciales, el empalme T no debe tener presión, porque de lo contrario no podría excluirse que el émbolo de trabajo se desplace por el paso de aceite de fuga a las tuberías de los cilindros.

Símbolo según ISO 1219 (fig. 4) Válvula distribuidora 4/3 con posición media de circunvalación

Funcionamiento El grupo de accionamiento suministrael caudal de líquido. Para que no se produzcan presiones demasiado altas, hay prevista en el sistema hidráulico una válvula limitadora de presión. La magnitud de la presión puede leerse en un manómetro. Para pilotar el cilindro de doble efecto hay prevista una válvula distribuidora 4/3 con posición media de circunvalación. Estando dicha válvula en la posición media de circunvalación, el caudal de líquido puede pasar sin obstáculos al depósito. Los empalmes A y B están cerrados.  Al conmutarla a la posición de avance (a), se abre el paso de P A y de B—>T, y el vastago del émbolo del cilindro sale. 

 Al conmutarla a la posición de retorno (b), se abre el paso P B y de A T y el vastago del émbolo del cilindro entra. 



Si durante el movimiento de avance se conmuta la válvula a la posición media de circunvalación, el émbolo se detiene y no puede ser movido tampoco aplicando una fuerza exterior  (fig. 5).

Aplicación Cuando es necesario que el émbolo se detenga, el circuito de circunvalación tiene la ventaja de que el caudal enviado por la bomba puede ser evacuado directamente sin presión, sin calentarse y sin necesidad

de pasar por la válvula limitadora de presión. Si se evacuara el caudal por esta última, el líquido se calentaría (se perdería energía).

15. Tarea de situación: avance del émbolo sin sacudidas Problema: Ha de moverse una carga sin sacudidas con un cilindro de doble efecto, en la carrera de avance del émbolo. Al efecto, ha de establecerse un sistema hidráulico según los esquemas I y II y determinarse el efecto.

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar las piezas según el esquema I 3. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 4. Completar el circuito I conforme al esquema II 5. Efectuar el ejercicio según la hoja de protocolo 6. Desmontar el circuito 7. Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar  firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión.

Estructura del circuito I (fig. 1)  Al accionar la válvula distribuidora 4/2, el caudal de líquido enviado por el grupo de accio-

Material didáctico

[1] Grupo de accionamiento [2] 2 válvulas limitadoras de presión [2] , [2a] [3] Válvula antirretorno [4] 3 manómetros [5] Válvula distribuidora 4/3 [6] Válvula de estrangulación y antirretorno [7] Cilindro de doble efecto [8] Cable y brazo [9] Tuberías rígidas con racores [10] Herramientas [11] Hoja de protocolo [12] Examen de conocimientos

namiento pasa por la válvula reguladora de caudal al cilindro de trabajo y actúa sobre la superficie del émbolo; al mismo tiempo, el

líquido de retorno del lado del vastago sale sin presión. Según el peso de la carga, el émbolo se mueve con sacudidas más o menos fuertes. Este «deslizamiento con sacudidas», llamado también «Stick-Slip», se produce por el rozamiento variable producido por el deslizamiento y la adherencia. El émbolo no sólo es empu jado por el líquido a presión, sino también «extraído» por el peso de la carga. El «deslizamiento con sacudidas» puede presentarse también sin que haya una carga que tire, cuando las velocidades de arranque son lentas y las resistencias de trabajo varían. Dicho «deslizamiento con sacudidas» no es conveniente y se evita estructurando el circuito conforme al esquema II.

Estructura del circuito II (fig. 2) Después de accionar la válvula distribuidora 4/2, el caudal de líquido, como en el circuito I, pasa al cilindro y actúa sobre el émbolo con la presión pe2, que puede subir hasta alcanzar la presión p i = pe máx. ajustada en la válvula limitadora de presión [2] e

Por la válvula limitadora de presión M, montada en la salida, se produce en la cámara del vastago del cilindro una contrapresión p e3. Esta contrapresión está ajustada de modo que el émbolo «no está sometido a esfuerzo hidráulico». Con ello se evita que el émbolo «se deslice con sacudidas» y ya no es posible «tirar» del émbolo. El movimiento de avance tiene lugar entonces de forma uniforme. La válvula limitadora de presión como «válvula de retenida».

[2a]

actúa

Aplicación Se utiliza, por ejemplo, en máquinas herramientas, para que el carro de la herramienta avance uniformemente y sin sacudidas (se protege la herramienta y se obtiene una superficie de mejor calidad).

Hemos hecho un error de dibujo en ejercicio 16 (regulación del caudal de entrada). Le rogamos excusarnos por este error. Debido a que el circuito asi no funciona le rogamos cambiar el circuito antiguo por el nuevo incluido en el anexo. Le rogamos complementar el material didáctico y la lista de elementos con dos válvulas antirretorno respectivamente

16. Regulación del caudal de entrada y de salida Problema: Han de establecerse los circuitos para la regulación del caudal de entrada y de salida conforme a los esquemas siguientes. El ejercicio debe mostrar las ventajas y desventajas de ambos tipos de regulación.

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema

No colocar ningún obstáculo en la carrera del vastago del émbolo.

de circuito

3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar  firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión.

Material didáctico

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] Nota

Grupo de accionamiento Cilindro de doble efecto 2 válvulas limitadoras de presión Regulador de caudal, de 2 vías Válvula distribuidora 4/3 3 manómetros Válvula antirretorno Freno o cable Herramientas Tuberías rígidas con racores Hojas de protocolo Examen de conocimientos

Para que el émbolo esté sujeto hidráulicamente, en la regulación del caudal de entrada, en la válvula limitadora de presión se

ajusta la presión pe2. El ejercicio debe realizarse cargando el émbolo de trabajo y sin cargarlo.

16.1 Regulación entrada

pues, la corriente del líquido que sale; así se sujeta hidráulicamente el émbolo y el vastago puede salir a velocidad de avance constante.

del

caudal

de

Funcionamiento En la regulación del caudal de entrada, se regula el caudal alimentado al consumidor. El grupo de accionamiento suministra una corriente de líquido. La presión máxima pe1 la determina la válvula limitadora de presión.  Al accionar la válvula distribuidora 4/3, el lado del émbolo recibe el caudal de la válvula reguladora de caudal correspondientemente ajustada. El émbolo se desplaza y el vastago sale a una velocidad de avance constante. El líquido desplazado de la cámara del vastago es evacuado por la válvula distribuidora 4/3 y la otra válvula limitadora de presión ajustada a la presión pe2 y regresa al depósito. Esto es necesario para sujetar el émbolo hidráulicamente y compensar fluctuaciones de la presión. Como la válvula reguladora de caudal regula la entrada de la corriente de líquido, la superficie del émbolo se somete únicamente a la presión que exige la resistencia de trabajo respectiva. Como consecuencia, el cilindro y sus juntas se someten a pequeñas cargas, no se produce un salto al comenzar el movimiento y la velocidad del émbolo permanece también constante aunque la resistencia de trabajo varíe. No es posible conmutar en vaivén rápidamente, porque la presión tiene que formarse primero. Estando la válvula distribuidora 4/3 en posición media, la presión en la válvula reguladora de caudal se desvanece por la fuga (fig. 1).

16.2 Regulación del caudal de salida Funcionamiento En la regulación del caudal de salida, se regula el caudal que sale del consumidor. El grupo de accionamiento suministra la corriente de líquido. La presión máxima la determina la válvula limitadora de presión.  Al accionar la válvula distribuidora 4/3, el lado del émbolo recibe la corriente de líquido enviada por la bomba. El líquido desplazado de la cámara del vastago pasa por las válvulas reguladora de caudal y distribuidora 4/3 y llega al depósito. Se regula,

Como se regula la corriente de líquido desplazada, en el lado del émbolo la presión actuante aumenta siempre hasta alcanzar el valor máximo ajustado en la válvula limitadora de presión. El cilindro y sus juntas están sometidos a un esfuerzo continuo grande. Al comenzar el movimiento se produce un salto, porque el émbolo se mueve durante corto tiempo sin encontrar resistencia hidráulica (fig. 2).

Aplicación Regulación del caudal de salida Cuando se exige que el émbolo realice un movimiento continuo, por ejemplo, en accionamientos de avance con fuerzas de corte de magnitud y dirección variables (por ejemplo, en máquinas herramientas de todo tipo), fig. 3.

Regulación del caudal de entrada Se utiliza cuando en toda la carrera hay una carga más o menos constante que actúa en sentido contrario al de avance, por ejemplo, en plataformas elevadoras (fig. 4).

17. Circuito diferencial (circuito de circunvalación) Problema: Ha de establecerse un sistema hidráulico conforme al esquema de circuito siguiente. Al accionar la válvula distribuidora debe verse el funcionamiento del circuito diferencial.

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema de circuito 3. Pedir al profesor que examine el circuito 5. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo

Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar  firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión. Material didáctico

[1] CD Grupo de accionamiento [2] Cilindro diferencial Relación de superficies:

 A1  A2

=

2 1

[3] Válvula distribuidora 3/2 [4] Válvuladistribuidora4/3con posición media

de circunvalación [5] Válvula de estrangulación, regulable [6] 3 manómetros [7] Válvula limitadora de presión

[8] Válvula antirretorno [9] Tuberías rígidas con racores [10] Herramientas [11] Hoja de protocolo [12] Examen de conocimientos

Circuito diferencial 2 :1

 F1

=

pe 2 • A1

Es un cilindro de doble efecto, en el que las superficies efectivas del lado del émbolo y del lado del vastago están construidas en una determinada relación.

 F2

=

pe3 • A2

En este caso, la relación entre la superficie del émbolo y la anular del lado del vastago es de 2:1. La superficie del émbolo es, pues, el doble de la superficie anular del vastago.

Funcionamiento El grupo de accionamiento suministra la corriente de líquido. Hay montada una válvula limitadora de presión, a fin de no sobrepasar la presión admisible en el sistema. En el manómetro puede leerse la magnitud de la presión pe1. Para pilotar el cilindro diferencial con circunvalación hay que accionar la válvula distribuidora 4/3 (posición b) y la 3/2 (posición a). El vastago del cilindro sale sin circunvalación, es decir, lentamente, cuando la válvula distribuidora 4/3 se encuentra en posición b y la 3/2 en posición a (fig. 1). Prueba: Relación de superficies  A1 2  A2  A1 1 2

=

=

 A1

1

2 A2 =

A2

Presiones:  p e2 =p e3 (posicion de circunvalacion) Fuerzas:

 pe3

=

 pe3

=

 F1  A1

 F 2  A2 A2

2 •  A2 2  F1

 A1

F 2

=

 F1  F 1

 F 1

=

F 2 A2

=  F 2 =

porque p e 2

=  pe 3

porque A1

=

2 • A2

multiplicando por A 2

2 • F 2

Por tanto: F1 = 2 • F2 (el vastago sale)

 Al salir el vastago del émbolo, el líquido a presión de la cámara anular del lado del vastago pasa, junto con el caudal V  p de la bomba, al lado del émbolo. La velocidad de & V  avance  p , por la relación de superficies  A1 :  A2  = 2 : 1, es igual a la velocidad de retorno v r  (fig. 2).

Prueba:

vv

=

V& V&  p p  A1

+

A2

=

V& p A1

& V   p +

2  A1

=

2V& p   A

2 dm3 min 2 dm vr  = vv

=

& V   p  A2

dm min =

=

Desplazamiento Tiempo

2V & A1

= vr 

El ensayo debe mostrar que la velocidad de avance vv del émbolo es igual a la de retorno vr  (compárense los tiempos).

Aplicación El circuito diferencial (con circunvalación) se emplea en sistemas hidráulicos, con el objeto de elevar la velocidad de avance o de igualarla a la de retorno. Como el caudal de líquido desplazado se emplea directamente sumándose al caudal de la bomba, se puede emplear una bomba de menor potencia. El émbolo está sujeto hidráulicamente por el líquido actuante por ambos lados. Símbolo según ISO 1219 Cilindro diferencial (fig. 3).

18. Regulador de presión (válvula reductora de presión) Problema: Ha de establecerse un sistema hidráulico según el esquema siguiente: Debe empujarse un rodillo enderezador contra la chapa, por medio de un cilindro hidráulico y una presión aminorada (válvula reductora de presión).

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema de 3. 4. 5. 6.

circuito Pedir al profesor que examine el circuito Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo Desmontar el circuito Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión. Retirar todos los obstáculos de la carrera de desplazamiento del vastago del émbolo.

Material didáctico [1] Grupo de accionamiento [2] Válvula limitadora de presión [3] Válvula distribuidora 4/3 [4] Cilindro de doble efecto con freno [5] Regulador de presión con orificio de salida [6] Válvula antirretorno [7] 3 manómetros [8] Tuberías rígidas y racores [9] Herramientas y cronómetro [10] Hoja de protocolo [11] Examen de conocimientos

18.1 Regulador de presión, de dos vías (regulador sin orificio de escape) Objeto El regulador de presión sirve para reducir la presión de entrada al valor de una presión de salida ajustable. Construcción El regulador de presión consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. 1):

[1] [2] [3] [4] [5]

Cuerpo

Embolo Muelle de compresión Tornillo de ajuste Junta Funcionamiento En la posición inicial, el émbolo es empujado por el muelle de compresión contra el fondo de la válvula (fig. 1). El líquido que entra con la presión pe1 pasa hasta la salida. Con la presión que se forma aquí, pasa por el conducto Y a la parte inferior de la superficie  A del émbolo (fig. 2)• Sobre el émbolo actúan las siguientes fuerzas: FF = Fuerza del muelle, constante o ajustable (N) F2 = p e 2  - A ( N ) pe2 = Presión en el lado de salida (Pa)  A = Superficie del émbolo (cm2) La presión pe1 no genera ninguna fuerza sobre el émbolo, porque actúa sobre dos superficies en sentido opuesto, con lo que F| es igual a cero. Como no actúan otras fuerzas sobre el émbolo, el caudal de liquido en el intersticio anular  [a] se ajusta de modo que la fuerza del muelle viene a resultar igual a la fuerza de la presión del líquido. FF =F2 FF = Pe2 • A De la ecuación se desprende, que la presión Pe2 depende únicamente de la magnitud de la fuerza del muelle FF. Si aumenta ésta, también aumentará la presión pe2; si disminuye, también disminuirá dicha presión (de modo directamente proporcional). La fuerza del muelle FF se ajusta mediante un tornillo. La regulación puede tener lugar únicamente cuando pe1 es mayor que pe2-

Regulación al aumentar la presión en la salida Si aumenta la presión p e2 en la salida, en el primer momento aumenta también la fuerza F2 y desplaza el émbolo venciendo la menor  fuerza del muelle F F. Al mismo tiempo disminuye el tamaño del intersticio anular  [a] ; como consecuencia disminuye de nuevo la presión pe2 hasta que se vuelve a establecer el equilibrio originario de las fuerzas FF y F2.  A pesar de que la presión pe2 aumenta en el primer momento, la disminución del tamaño del intersticio anular proporciona de nuevo una presión uniforme pe2. Cuando la presión disminuye al valor prescrito ajustado para el muelle, ello significa que tiene lugar una conversión de la energía hidráulica en energía térmica equivalente al valor de la caída de presión. Regulación al disminuir la presión en la salida Si disminuye la presión p e2 en la salida, en el primer momento disminuye también la fuerza F2. Como consecuencia, el émbolo se desplaza hacia abajo por el efecto de la mayor  fuerza del muelle FF. Al mismo tiempo aumenta el tamaño del intersticio anular  [a] ; como conse-cuenciaaumentade nuevo lapresiónpe2, hasta que vuelve a reinar el equilibrio entre las fuerzas FF y F2.  A pesar de que la presión pe2 disminuye en el primer momento, el aumento del tamaño del intersticio anular proporciona de nuevo una presión uniforme pe2. Cuando la presión aumenta hasta el valor prescrito ajustado para el muelle, ello significa aquí que se alimenta adicionalmente energía hidráulica del lado de la entrada.

Aplicación Se utiliza en máquinas herramientas, cilindros de fijación, con presión reducía en un circuito secundario.

Desventajas Los reguladores de presión en ejecución de dos vías tienen las siguientes desventajas:

1. Si no hay flujo hacia el consumidor, no

pueden ajustarse de una presión mayor a otra más baja. 2. Se necesita una válvula limitadora de presión, adicional para los golpes de

presión hacia atrás consumidor. Símbolo según ISO 1219

provenientes

del

Regulador de presión, de dos vías (llamado también Válvula reductora de presión), fig. 3 Es una válvula que mantiene en gran medida constante la presión de salida, aunque varíe la de entrada (ésta debe ser empero mayor). La posibilidad de regulación del muelle está marcada con la flecha.

18.2 Regulador de presión, de tres vías (regulador de presión con orificio de escape) Objeto El regulador de presión con orificio de escape sirve para regular (aminorar) la presión de entrada a un valor ajustable de la presión de salida. Al mismo tiempo pueden eliminarse los golpes de presión provenientes del consumidor; la presión puede ajustarse también a un valor más bajo, sin flujo. Construcción El regulador de presión consta de los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. 4):

[1] [2] [3] [4] [5]

Cuerpo Embolo Muelle de compresión Tornillo de ajuste Junta

[6] Tapa del cuerpo Funcionamiento En la posición inicial, el muelle empuja el émbolo [2] contra el cuerpo [1] . El líquido que entra con la presión pe1 pasa hasta la salida B. La presión que se forma por el punto amortiguador de estrangulación [a] produce una fuerza F2. El émbolo es desplazado hacia el muelle hasta que reina equilibrio de fuerzas con FF. Al mismo tiempo se estrecha el borde de regulación. La presión pe2 disminuye (fig. 4). El mecanismo de regulación es el mismo que en el regulador de presión sin orificio de salida, con la diferencia de que se amortiguan los golpes de presión provenientes del consumidor  o un aumento de la presión, y de que el líquido puede fluir al depósito por T. En ello, se cierra la tubería A (fig. 5). Este regulador de presión funciona, pues, también como una válvula limitadora de presión. Aplicación En las instalaciones hidráulicas se utilizan hoy casi sin excepción reguladores de presión, de

3 vías, puesto que con ellos se ahorra la válvula limitadora de presión. Los reguladores de presión, de 2 vías, se emplean principalmente en botellas de gas y en instalaciones domésticas de agua. Símbolo según ISO 1219 Regulador de presión, de 3 vías (regulador con orificio de salida), fig. 6

19. Válvula limitadora de presión, con mando indirecto (servopilotada) Problema: Ha de establecerse un sistema hidráulico conforme al esquema de circuito siguiente. Las mediciones han de mostrar las propiedades de la válvula limitadora de presión servopilotada, en comparación con una válvula limitadora de presión, de efecto directo.

Fases de trabajo

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema

de circuito 3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar  firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión.

Material didáctico

[1] Grupo de accionamiento [2] 2 válvulas limitadoras de presión, de efecto directo [2a] Válvula limitadora de presión, servopilotada [3] Válvula de estrangulación, regulable [4] 3 manómetros

Objeto Las válvulas limitadoras de presión, servopilotadas, sirven para • limitar la presión de trabajo a un determinado valor ajustable • ajustar la presión máxima en el sistema hidráulico • asegurar la instalación y protegerla de carga excesiva por una presión demasiado alta. Construcción La válvula limitadora de presión, servopilotada, consta de dos unidades con los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. 1): [1] Cuerpo Unidad de pilotaje: [2] Cono de pilotaje [3] Muelle de compresión [4] Tornillo de ajuste Unidad de pilotaje principal: Embolo de válvula con orificio de [5] estrangulación [a] y orificio interior [b] [6] Muelle de compresión Funcionamiento Estando la válvula cerrada (fig. 1), el líquido a presión fluye a la entrada. Por el orificio de estrangulación [a] , pasa al cono de pilotaje [2] , mantenido sobre su asiento por la tensión previa del muelle [3] . Dicha tensión previa y, con ella, la presión de apertura de la válvula son determinadas por el tornillo de ajuste [4] . El líquido actúa con la presión p e1 sobre el lado de admisión del émbolo de la válvula [5] O. A través del orificio de estrangulación [a] , detrás del émbolo de la válvula y delante del cono de pilotaje se forma una presión p e2, que debido a la propagación uniforme de la presión es igual pe1. Si, al aumentar la presión, la fuerza actuante sobre el cono de pilotaje [2] sobrepasa lafuerza ajustada del muelle de compresión [3] el cono se abre y el líquido fluye sin presión por el orificio interior  [b] hacia el depósito T.  Al abrirse el cono [2] , disminuye la presión pe2.

[5] Válvula distribuidora 4/3 Depósito de medición con válvula de [6] cierre [7] Tuberías rígidas con racores [8] Herramientas [9] Hoja de protocolo [10] Examen de conocimientos

Sobre el émbolo [5] actúa entonces una fuerza como consecuencia de la diferencia de presión. También fluye un poco de líquido a presión por el orificio estrecho de estangulación [b] . Por esta diferencia de presión, el émbolo [2] se levanta de su asiento (fig. 2).

El líquido a presión puedefluir, con ello, directamente al depósito T. Por la caída de la presión pe2, se cierra el cono de pilotaje [2] . El muelle de reposición [6] empuja de nuevo el émbolo [5] hasta su posición inicial (cerrando la válvula).

Aplicación Se utiliza en sistemas hidráulicos para ajustar  la presión máxima o la de trabajo. Este tipo de válvulas limitadoras de presión satisface las más altas exigencias, porque • sólo se presentan puntas de presión pequeñas que sobrepasan el valor ajustado • al aumentar lentamente la presión, la válvula no abre hasta poco antes de alcanzar  la presión ajustada • es insensible a las vibraciones del líquido.

Símbolo según ISO 1219 Para el símbolo detallado véase la figura 3 Válvula limitadora de presión, servopilotada (fig 4) La unidad de servopilotaje consta de una válvula limitadora de presión, sometida a la

carga de un muelle; launidad de pilotaje principal consta del émbolo de válvula con el orificio de estrangulación y el orificio interior, del muelle de compresión y del orificio de empalme.

20. Válvula de secuencia - mando en función de la presión Problema:

 Al accionar la válvula distribuidora 4/2, debe salir primeramente el vastago del émbolo transportador  [6b] y luego el del émbolo de fijación [6a] .

Ha de establecerse un sistema hidráulico conforme al esquema de circuito siguiente. En dicho sistema, el vastago del émbolo de fijación debe salir sólo después de que el émbolo del cilindro transportador alcance su posición final.  Avance:

Retorno:  Al conmutar la válvula distribuidora 4/2 a su posición de reposo por la acción del muelle, primeramente debe retroceder el vastago del émbolo de fijación [6a] y luego el del émbolo transportador [6b]

Fases de trabajo 1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema de circuito 3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar  firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite

(peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión. Material didáctico [1] Grupo de accionamiento [2] Válvula limitadora de presión [3] Válvula distribuidora 4/2 [4] 2 válvulas de secuencia [5] 2 válvulas antirretorno [6] 2 cilindros de doble efecto [6a] , [6b] [7] 3 manómetros [8] Tuberías rígidas con racores [9] l Herramientas [10] Hoja de protocolo [11] Examen de conocimientos

Objeto La válvula de secuencia debe abrirse al alcanzar una determinada presión ajustable y dejar  pasar el caudal a otro sistema hidráulico. Construcción La válvula de secuencia, servopilotada, consta de dos unidades con los siguientes componentes importantes para su funcionamiento (fig. 1): [1] Cuerpo

Unidad de servopilotaje: [2] Cono de pilotaje [3] Muelle de compresión [4] Tornillo de ajuste Unidad de pilotaje principal: [5] Embolo de válvula con orificio de estrangulación [a] [6] Muelle de compresión

Funcionamiento

Estando la válvula cerrada (fig. 1), el líquido a presión fluye por P hasta la admisión. Por el taladro de estrangulación [a] pasa hasta el cono de pilotaje [2] , que es mantenido sobre su asiento por la tensión previa del muelle [3] . Esta tensión previa y la presión de apertura de la válvula son fijadas por el tornillo de ajuste

[4] .

El líquido actúa con la presión p e-, sobre el lado de admisión del émbolo [5] . A través del orificio de estrangulación [a] , detrás del émbolo de válvula y delante del cono de pilotaje se • forma una presión p e2 igual a la pe1. Si, al aumentar la presión, la fuerza actuante sobre el cono de pilotaje [2] sobrepasa el valor ajustado de la fuerza del muelle de compresión [3] , el cono se abre (fig. 2). El líquido fluye por T hacia el depósito.  Al abrirse el cono [2] , la presión pe2 disminuye. La cantidad de líquido que fluye a través del orificio de estrangulación [a] ya no permite que las presiones se equilibren. Se origina una diferencia de presión Ap aplicada al émbolo de válvula.  Al aumentar más p i, aumenta también más la diferencia de presión. Por esta diferencia mayor, el émbolo de válvula [5] se levanta de su asiento venciendo la fuerza del muelle de compresión [6] . El líquido a presión puede fluir entonces hacia B y pasar a otro sistema (fig. 3). e

Aplicación Se utiliza para accionar otros sistemas hidráulicos al aumentar la presión hasta un determinado valor.

Símbolo según ISO 1219 Válvula de secuencia, servopilotada (fig. 4).

21. Circuito de avance rápido

Problema: Ha de establecerse un sistema hidráulico conforme al esquema de circuito siguiente, de modo que se disponga de un avance rápido, un determinado movimiento de avance ajustable y de un retorno rápido.

Fases de trabajo

4. Realizar el ejercicio según la hoja de

1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema

protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

3.

de circuito Pedir al profesor que examine el circuito

Seguridad en el trabajo

Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar  firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averias, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión. Retirar los obstáculos que se encuentren entre el rodillo y el riel de mando. Material didáctico

[1] Grupo de accionamiento

[2]

Cilindro de doble efecto con riel de

mando [3] Válvula distribuidora 2/2 con rodillo [4] Regulador de caudal, de dos vías [5] Válvula limitadora de presión [6] Válvula distribuidora 4/2 [7] Válvula antirretorno [8] 3 manómetros [9] Tuberías rígidas con racores [10] Herramientas [11] Hoja de protocolo [12] Examen de conocimientos

Funcionamiento El grupo de accionamiento suministra una corriente de líquido. En la válvula limitadora de presión [5] se ajusta la presión de servicio. Esta se lee en el manómetro [8] . La válvula distribuidora 4/2 [6] , no accionada todavía, deja pasar el líquido al lado del vastago del cilindro de doble efecto. Como consecuencia, el vastago entra. El líquido existente en el lado del émbolo es desplazado y regresa, por la válvula distribuidora 4/2 al depósito.  Al accionar ésta, el líquido a presión fluye al lado del émbolo del cilindro y el vastago sale. El líquido del lado del vastago fluye entonces, sin ser estrangulado, por las válvulas distribuidoras 2/2 [3] y 4/2 hacia el depósito (avance rápido [x] ). Cuando el riel de mando acciona el rodillo, la válvula distribuidora 2/2 cierra el paso y, al mismo tiempo, se cierra la válvula antirretorno [7] . Como la corriente es evacuada hacia el depósito únicamente por la válvula reguladora de caudal, tiene lugar una regulación del caudal en la salida. La velocidad del émbolo (avance [y] ) se ajusta en la válvula reguladora de caudal. Con ello, el émbolo queda «aflojado hidráulicamente». Al conmutar la válvula distribuidora 4/2 de nuevo a su posición de reposo, la corriente pasa sin ser estrangulada por la válvula antirretorno [7] al lado del vastago (retorno rápido [z] ). Durante el movimiento de retorno, la válvula distribuidora 2/2 no influye sobre el funcionamiento del circuito (fig. 1 y fig. 2).

Aplicación Este circuito se utiliza en máquinas herramientas, cuando además del avance ajustable se necesitan también movimientos rápidos.

1

22. Motor hidráulico (Esquema de circuito detallado)

Problema: Ha de establecerse un sistema hidráulico conforme al esquema de circuito siguiente. Debe reconocerse el funcionamiento de un motor de émbolos axiales con disco inclinado.

Fases de trabajo 1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema de circuito

3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito

6. Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar  firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión. No debe tocarse el eje de salida de fuerza, en rotación, del motor hidráulico. Material didáctico [1] Grupo de accionamiento [2] 3 manómetros [3] Motor de émbolos axiales con disco inclinado

[4]

2 válvulas de estrangulación y antirretorno

[4a] , [4b]

[5] Válvula distribuidora 4/3 [6] 3 válvulas limitadoras de presión [6a] , [6b] , [6c] [7] 2 válvulas antirretorno [7a] , [7b] [8] Válvula antirretorno (presión de apertura: 150 . . . 300 kPa/1,5 . . . 3 bar)

[9] Tuberías rígidas con racores [10] Cuentarrevoluciones [11] Hoja de protocolo [12] Examen de conocimientos

Nota En la página siguiente encontrará un esquema de conexiones simplificado.

Motor hidráulico (Esquema de circuito simplificado) Problema: Ha de establecerse un sistema hidráulico conforme al esquema de circuito siguiente. Debe reconocerse el funcionamiento de un motor de émbolos axiales con disco inclinado.

Fases de trabajo 1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema 3. Pedir al profesor que examine el circuito

4. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 5. Desmontar el circuito 6. Hacer el examen de conocimientos

Seguridad en el trabajo Conectar el grupo de accionamiento únicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar  firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión. No debe tocarse el ejer de salida de fuerza, en rotación, del motor hidráulico.

Material didáctico [1] Grupo de accionamiento [2] 4 manómetros Motor de émbolos axiales con disco [3] inclinado

22.1 Modelo de principio Objeto del motor hidráulico El motor hidráulico debe entregar un par motor  por el eje de salida de fuerza. Para ello, en él se convierte la energía hidráulica en energía mecánica. La energía necesaria al efecto la suministra el líquido a presión.

Principio El modelo del motor de émbolos axiales con disco inclinado funciona con un plano inclinado fijo (disco inclinado [3] ) y el émbolo axial [1] des-plazable en un tambor giratorio [2] (fig. 1). La fuerza F  - en el modelo representada como pesa - se descompone en una fuerza FN que actúa perpendicularmente al plano inclinado y en una fuerza tangencial Fj (fig. 2). La fuerza F T  actúa a la distancia del radio r  del centro del modelo y produce, con ello un momento de giro Md = F T  •r  El tambor obliga al émbolo a deslizarse por el plano inclinado en una vía circular. Al mismo tiempo, el tambor se pone en movimiento de rotación. Del eje de salida de fuerza, firmemente sujeto al tambor, puede tomarse un momento de giro. Para conseguir en dicho eje [2] un momento de giro lo más alto posible y un giro uniforme, en el tambor  [3] hay dispuestos varios émbolos axiales (fig. 3).

[4] Válvula reguladora de caudal [5] Válvula distribuidora 5/3 ó 4/3 [6] 2 válvulas limitadoras de presión [6a] , [6b] Depósito de medición con válvula de [7] cierre

Nota Este esquema debe emplearse únicamente si el motor funciona sin volante (masa centrífuga). La válvula limitadora de presión [6b] se emplea como dispositivo de retenida y satisface la misma función que la válvula antirretorno [8] que se encuentra en el esquema anterior.

 Al llegar uno de los émbolos axiales, por el efecto de la pesa, al punto muerto inferior  [1] , hay que retirar de nuevo la pesa y colocarla sobre el émbolo siguiente. Así, el giro es continuo. El sentido de giro puede invertirse de un modo muy sencillo, convirtiendo la zona de retorno en zona de presión y ésta en zona de retorno. Ello puede demostrarse fácilmente cambiando correspondientemente de lugar la pesa. En el apartado «Funcionamiento» se describe la forma en que se solucionó el problema constructivo: Efecto continuo de la fuerza sólo sobre un determinado émbolo axial.

22.3 Desarollo del esquema de circuito El motor hidráulico funciona de modo contrario al de la bomba hidráulica. La bomba recibe energía mecánica (momento de giro) por un eje de accionamiento y, transformándola en energía hidráulica, la transmite al sistema hidráulico; el motor hidráulico, en cambio, recibe energía hidráulica y la transmite transformada en forma de energía mecánica (momento de giro). Esto significa que el motor hidráulico puede convertirse también en bomba, a saber, si al eje de salida de fuerza se aplica un momento de giro. Esto ocurre cuando el motor pone en movimiento de rotación grandes masas y se cierran las tuberías de alimentación y salida con una válvula distribuidora 4/3. El volante trata de arrastrar al motor. Entonces sucede lo siguiente: El motor hidráulico desplaza el líquido todavía existente contra la válvula distribuidora 4/3 que está cerrada. La presión aumenta de tal manera que podría destruir los elementos hidráulicos empalmados a esta parte del sistema (fig. 6). Ello se remedia montando una válvula limitadora de presión [6c] (fig. 7), que

frena el motor junto con el volante (la fuerza de frenado puede ajustarse) y que determina el momento de giro máximo que debe transmitirse para que el motor gire en dirección contraria. El motor hidráulico produce, en el tubería de alimentación cerrada, una depresión que puede producir daños de material (los llamados daños por cavitación 2 '). Ello se remedia montando una tubería de aspiración posterior  [x] (fig. 8), empalmada a través de una válvula antirretorno [7a]. La válvula antirretorno 8 facilita la aspiración posterior y al mismo tiempo somete al aceite que sale del motor auna presión previa, puesto que no se abre hasta alcanzar una presión de 150 . . . 300 kPa (1,5. . . 3 bar). Ello es necesario para que los émbolos axiales estén unidos positivamente a su superficie de rodadura y el motor marche más tranquilo. 2

Cavitación (latín), llamada también formación de vacíos o cavidades. El proceso de cavitación puede presentarse en materiales que conducen líquidos de rápida circulación. Por la gran velocidad, la presión baja por debajo de la de vaporización. Allí, el líquido se evapora y se forma una cavidad. Detrás de la cavidad, en los sitios de presión creciente, el líquido se lanza de nuevo contra la pared. Los golpes producen con el tiempo corrosiones porosas en el material.

En nuestro caso, se puede modificar el número de revoluciones montando una válvula de estrangulación y antirretorno [4a] en la tubería de alimentación, entre la válvula distribuidora 4/3 y el motor hidráulico (fig. 9). Se trata entonces de una regulación del caudal de entrada con presión previa en el retorno (contrarretenida). Se puede invertir el sentido de giro, completando los elementos dispuestos en la figura 9 de forma simétrica (fig. 10). El esquema para este servicio se obtiene completando el circuito con el grupo de accionamiento, la válvula limitadora de presión y los manómetros.

Aplicación Los motores hidráulicos se utilizan, según su construción y ejecución, en todos los ramos de la industria. Así, por ejemplo, se emplean para accionar vehículos de todo tipo (sector móvil 00), como accionamientos de rodillos [1] , en plantas siderúrgicas y de laminado, en la construcción de maquinaria pesada y de prensas [2] , como accionamiento del husillo en máquinas de moldeo por inyección y a presión [3] y como elementos de accionamiento para toda

clase de movimientos rotatorios en la construcción naviera [4] (fig. 11).

Símbolo según ISO 1219 Motor hidráulico con volumen de desplazamiento constante y dos sentidos de circulación (direcciones de giro) y tuberías de fuga (fig. 12).

23. Acumulador  (acumulador de vejiga) Problema Ha de establecerse un sistema hidráulico con forme al esquema de circuito siguiente.

 Al accionar la válvula distribuidora 4/2, el vastago del émbolo del cilindro de doble efecto debe salir. En caso de fallar la bomba, el acumulador se empleará como fuente de energía, con el objeto de llevar a término la fase ya empezada por el cilindro de doble efecto.

Fases de trabajo 1. Preparar el material didáctico 2. Colocar los elementos según el esquema de circuito 3. Pedir al profesor que examine el circuito 4. Llenar de nitrógeno la vejiga del acumulador  5. Pediral profesor que examine el acumulador  6. Realizar el ejercicio según la hoja de protocolo 7. Desmontar el circuito 8. Dejar salir el llenado de nitrógeno 9. Hacer el examen de conocimientos Seguridad en el trabajo Conect Conectar ar el grupo grupo de accion accionami amient ento o únicaúnicamente si lo indica el profesor. Cuide de estar  firmemente parado y no derrame aceite. No trabaje con las manos manchadas de aceite (peligro de resbalar). Efectuar la localización de averías, el armado y el desarmado únicamente cuando la instalación esté sin presión Prestar atención a las prescripciones para la prevención de accidentes con «Depósitos de

presi presión» ón».. Los Los acum acumula ulado dore ress de veji vejiga ga son son depósitos de presión y están sujetos a disposiciones especiales. Material didáctico [1] Grupo de accionamiento [2] Válvula limitadora de presión (válvula de seguridad para el acumulador) [3] Válvula limitadora de presión [4] 3 manómetros [5] Válvula antirretorno [6] 2 válvulas de cierre [6a],[ab] [7] Válvula distribuidora 4/2 [8] Cilindro de doble efecto [9] Válvula de estrangulación y antirretorno [10] Acumulador  [11] Recipiente de medición con válvula de cierre, regulable [12] Dispositivo de llenado del acumulador  [13] Botella de nitrógeno [14] Pincel, lejía jabonosa [15] Tuberías rígidas con racores [16] Herramientas [17] Hoja de protocolo [18] Examen de conocimientos

Si disminuye la presión, el acumulador debe poder suministrar líquido a presión al sistema hidráulico. Construcción

El acumulador de vejiga consta de los siguientes comp compone onente ntess impor importa tant ntes es para para su funfuncionamiento (fig. ©): [1] Depósito de acero [2] Vejiga del acumulador 

[3] [4] [5] [6]

Válvula de gas Válvula de plato Tornillo de purga de aire Empalme para la tubería del líquido a presión Funcionamiento Se llena la vejiga elástica del acumulador de nitrógeno tomado de una botella a presión, por  la válvula de gas, hasta alcanzar la presión de llenado necesaria (p i). La vejiga del acumulador rellena interiormente el depósito de acero y cier cierra ra la válv válvul ula a de plat plato. o. El nitr nitróg ógen eno o contenido contenido en la vejiga tiene el volumen V, (fig. 1).  Al poner en marcha el grupo de accionamiento, una parte del líquido a presión enviado por la bomba pasa por la válvula de plat plato o y entr entra a en el depó depósi sito to acum acumul ulad ador or,, comprimiendo el nitrógeno en la vejiga hasta el valo valorr nece necesa sari rio o de la pres presió ión n máxi máxima ma de trab trabaj ajo o (pe3). El volum olumen en del del nitr nitróg ógen eno o disminuye con ello a V 3 (fig. 2)• Si baja la presión en el sistema hidráulico, el líquido a presión contenido en el acumulador  es desplazado por la vejiga que se dilata con la presión presión momentáneament momentáneamente e mayorpe3, hasta que que las las presi presion ones es se equi equililibr bran. an. Al mism mismo o tiempo, la presión en la vejiga disminuye de p e3 a  pe2 , y el volumen del gas se dilata de V 3 a V 2 2  (fig. 3). e

Aplicación Los acumuladores se utilizan • como suministradores de líquido en caso de emerg emergen enci cia a cuan cuando do fall falla a la bomba bomba por  alguna alguna perturbación, perturbación, con el objeto de finalizar un proceso iniciado (véase el esquema de circuito). La cantidad acumulada de líquido a presión para el circuito de al lado, debe ser tal que, en caso de fallar la bomba, el cilindro de doble efecto pueda efectuar los movi movimi mien ento toss de avan avance ce y reto retorn rno o tras tras acci accion onar ar la vál¬ vál¬vu vula la dist distri ribu buid idor ora a 4/2 4/2 (servicio de emer¬gencia).

• Como amortiguadores de puntas de presión, en los procesos de conmutación. • En sistemas hidráulicos, en los que el desarrollo de los trabajos exige brevemente un mayor caudal de líquido a presión. Con el acumulador se ahorra en este caso una bomba de mayor potencia, más grande y más cara, que se necesitaría para cubrir  una alta pero breve necesidad. La bomba debe tener sólo una potencia tal que pueda volver a llenar el acumulador en los tiempos de reposo. • Como Como amorti amortigua guador dor de vibraci vibraciones ones,, para evit evitar ar ruid ruidos os mole molest stos os o para para alis alisar ar el caud caudal al con con puls pulsaci acion ones es envi enviad ado o por la bomba. • Como compensador de pérdidas por fugas. • Como alimentador de energía para circuitos pilotos de válvulas de conexión servopilotadas. Símbolo según ISO 1219  Acumulador hidráulico (se dibuja en posición vertical), fig 4

23.1 Llenado de la vejiga del acumulador  Dispositivo de llenado Este sirve para llenar la vejiga del acumulador. Consta de los siguientes componentes (fig. 5):

[1] Racor de transición para empalmar a la botella de nitrógeno

[2] Tubo flexible de alta presión con empalme de boquilla tubular en ambos extremos

[3] [4] [5] [6] [7]

Válvula antirretorno Cabeza de válvula Manómetro Husillo Pieza para empalmar al cuerpo de válvula de la vejiga del acumulador 

Fases de trabajo Empalme del dispositivo de llenado

•  Atornillar el tubo flexible de alta presión [2]

del dispositivo de llenado, con su tuerca de racor al racor de transición [8] de la botella de nitrógeno [1]

• Desenroscar la tuerca de sombrerete y la

caperuza de la válvula de gas del acumulador.

Desenroscarel husillo [6] de la cabeza de válvula [4] del dispositivo de llenado hasta el tope. • Enroscar la pieza de empalme [7] al cuerpo de válvula de la vejiga del acumulador. •  Abrir la válvula de gas en el acumulador  [9] enroscando hasta el tope el husillo [6] de la cabeza de válvula [4] . El manómetro [5] indica ahora la presión de llenado reinante en la vejiga del acumulador (fig. 5).

•

Llenado de la vejiga del acumulador 

•

 Abrir un poco la válvula de cierre de la botella de nitrógeno, de modo que éste pueda entrar en la vejiga del acumulador. • En cortos intervalos, cerrar la válvula de cierre de la botella de nitrógeno y leer en el manómetro la presión de llenado reinante en la vejiga del acumulador. • Una vez alcanzada la presión de llenado deseada, esperar algunos minutos hasta que se compense la temperatura. • Después de compensarse ésta, medir  nuevamente la presión de llenado; si es necesario, rellenar de nitrógeno o dejar  escapar el exceso de nitrógeno soltando la pieza de empalme. • Cerrar la válvula de cierre de la botella de nitrógeno y desenroscar el husillo del dispositivo de llenado, para que pueda cerrarse la válvula antirretorno de la vejiga del acumulador. Desenroscar el dispositivo de llenado del acumulador y enroscar la caperuza de la válvula de gas. Comprobar la estanqueidad de ésta humedeciéndola con lejía jabonosa y enroscar luego la tuerca de sombrerete. La presión de llenado del acumulador (observar  los datos del fabricante) debe ser superior a la mínima de trabajo, para que el nitrógeno contenido en la vejiga de goma pueda desplazar todo el líquido del acumulador.

23.2 Esquema de circuito y establecimiento del circuito Funcionamiento La válvula de cierre [6b] está cerrada. El grupo de accionamiento [1] suministra el líquido a presión. Se necesita una válvula limitadora de presión [3] , a fin de que no se presenten presiones demasiado altas. La magnitud de la presión ajustada pei puede leerse en el manómetro [4] . Para pilotar el cilindro de doble efecto [8] hay intercalada una válvula distribuidora 4/2 [7] .  Al accionar  ésta, el vastago del cilindro de trabajo sale.  Al dejar de accionar la válvula distribuidora 4/2 [7] ,su muellelaconmutaalaposición dereposo. El vastago del émbolo de trabajo vuelve a entrar (fig. 6). Carga del acumulador 

Para cargar el acumulador [10] hay que cerrar la válvula de cierre [6a] y abrir la de cierre [6b] El vastago del émbolo del cilindro [8] está entrado. Después de conectar el grupo de accionamiento [1] , éste envía el líquido por la válvula de estrangulación y antirretorno, regulable [9] hasta el acumulador [10] y carga éste hasta alcanzar  el valor ajustado de la presión máxima de trabajo (pe1). El émbolo de [8] recibe al mismo tiempo presión. La presión máxima de trabajo elegida se ajusta en la válvula limitadora de presión [3] . La de retención [5] evita que el acumulador [10] pueda descargarse hacia la bomba. Después de realizar la carga, hay que cerrar la válvula de cierre [6b] . La válvula de cierre [6a] debe montarse siempre, como la válvula limitadora de presión [2] , en todas las instalaciones con acumulador hidráulico, con el objeto de aliviar todo el sistema hidráulico en caso de emergencia.

Servicio con acumulador 

hasta cero, es la presión de llenado de la vejiga del acumulador.

Para hacer funcionar la instalación con el acumulador [10] se abre la válvula de cierre [6b] El líquido a presión acumulado pasa por la válvula de estrangulación y antirretorno [9] y por  la distribuidora 4/2 [7] hasta el cilindro de doble efecto [8] .

¿Por qué no disminuye la presión lentamente hasta cero? ¿Por qué es la presión leída antes de la caída repentina idéntica con la presión de llenado de la vejiga? Trate de responder  primeramente Vd. mismo estas preguntas. Las respuestas pueden derivarse de la construcción del acumulador.

Comprobación de la presión de llenado de la vejiga del acumulador 

Los golpes de presión pasan sin ser estrangulados, por la válvula de estrangulación y antirretorno [9] , al acumulador  [10] No obstante, el acumulador entrega el líquido a presión estrangulado (amortiguado).

Conectar la bomba hidráulica hasta alcanzar la presión máxima de trabajo ajustada. Desconectar la bomba. Accionar la válvula distribuidora. El líquido a presión sale lentamente del acumulador. Observe al mismo tiempo el manómetro indicador de pe1. Al principio, la presión disminuye lentamente y luego, de golpe, hasta cero. La presión leída en el manómetro antes de disminuir la presión de golpe

Índice alfabético  Accionamiento por fuerza muscular 31 Aceleración de la gravedad 10  Acumulador 95  Acumulador de vejiga 95  Amortiguación de vibraciones 97  Aumento de la presión en la salida 79  Avance del émbolo sin sacudidas 69 Balanza de presión 56 Bar 11 Bomba de engranajes 21,22 Bomba hidráulica 21 Caída de presión 65

Caída de presión en la salida 79 Cámara de aspiración 23 Cámara de presión 23 Característica de la bomba 25 Carga del acumulador 97 Carrera de retorno 44 Carrera de trabajo 44 Caudal 15, 52, 53, 56 Cavitación 93 Cilindro de doble efecto 43 Cilindro de simple efecto 39 Cilindro diferencial 75

Circuito de avance rápido 87 Circuito de circunvalación 66 Clases de accionamiento 31 Compensación de presión 96 Comprobación de la presión de llenado 100 Cono de pilotaje 82, 85 Conversión de la energía 9 Corriente laminar 17 Corriente turbulenta 17 Cruce de tuberías 22 Chapa tranquilizadora 19 Daños por cavitación 93 Depósito del acumulador 96 Depósito (recipiente) 19 Descomposición de la fuerza 91 Deslizamiento sin sacudidas 70 Diagrama desplazamiento/fase 46 Disco de mando 92 Disco inclinado 91 Dispositivo de llenado 97 Ecuación de continuidad 15 Elemento de mando 41 Embolo 40 Embolo de desbloqueo 49 Embolo regulador 56 Empalme de fuga 30 Empalmes 30 Empalmes principales 30 Energía dinámica 16 Energía hidrodinámica 16 Energía por gravedad 16 Energía potencial 16 Esquema de circuito 41 Fijación hidráulica 70, 72, 88 Filtraje de aspiración 20 Filtraje de presión 20 Filtraje de retorno 20 Filtro 20 Filtro de aire 19 Fluctuaciones de presión 56 Fuerza 10 Fuerza del embolo 40 Fugas 92 Gravedad 10,12 Grupo de accionamiento 21 Hidráulica 9 Hidrodinámica 15 Hidrostática 12 Inversión del sentido de giro 91,94 Lado del émbolo 44 Ley de continuidad 15 Ley de Newton 10 Limitación de la presión de trabajo 27 Línea de estado 46 Línea de fase 46 Línea funcional 46 Líquido a presión 19 Llenado de la vejiga del acumulador 97 Mando en función de la presión 84 Manómetro 24

Manómetro de muelle tubular 24 Masa 10 Momento de giro 91 Motor de émbolos axiales 91 Motor hidráulico 89 Muelle de reposición 41 Muelle tubular 24 Oleohidráulica 9 Orificio de estrangulación 82 Pascal 10 Pérdida de presión 16 Pérdidas por fuga 92 Posición de cierre 32 Posición de circunvalación 24 Posición de conmutación 28, 30 Posición de paso 32 Posición de reposo 28 Posición inicial 32 Posición media de circunvalación 67 Prensa hidráulica 13 Presión 10 Presión de apertura 85 Presión de llenado 97 Presión de llenado de la vejiga del acumulador  97 Presión de trabajo 27 Presión hidrostática 12 Presión por gravedad Principio de desplazamiento 16 Protección contra carga excesiva 27 Puntas de presión 83 Regulación del caudal 56, 72 Regulación del caudal de entrada 71, 72 Regulación del caudal de salida 71, 72 Regulación del caudal primario 7 Regulación del caudal secundario 71 Regulador de caudal, tipo A 56 Regulador de caudal, tipo B 58 Regulador de presión 78, 80 Reposición por muelle 41 Representación mediante símbolos 28 Resistencia al paso de fluidos 64 Servicio con acumulador 100 Símbolos 28 Símbolos en el esquema de circuito 41 Sistema con acumulador hidráulico 99 Sistema internacional de unidades 10 Stick-Slip 70 Superficie anular del émbolo 44 Superficie del émbolo 44 Transmisión hidráulica de fuerza 13 Transmisión hidráulica de presión 14 Tubería de fuga 92 Tubería de pilotaje 21,49 Tubería de retorno 21 Tubería de trabajo 21 Unidad de pilotaje principal 82, 85 Unidad de servopilotaje 85 Unidades básicas 10 Unidades SI 10