Preparado por : Ing.MBA. Víctor Bernales Vera 2008
Qué es tecnología óleo hidráulica?
En la tecnología oleo hidráulica transmitimos y controlamos fuerzas y velocidades transmitiendo y controlando presión y caudal. Usamos actuadores hidráulicos y técnicas de control en casi todas las ramas de la tecnología.
Qué es tecnología óleo hidráulica? Unos pocos ejemplos son: ingeniería mecánica tecnología automotriz tecnología agricola movimiento de tierras y minería tecnología de construcción naval aeronáutica y astronáutica
Qué es tecnología óleo hidráulica?
Los principios de la tecnología hidráulica no son nuevos. En el siglo XVIII en Londres fue construida una prensa hidráulica y la Torre Eiffel fue ajustada por gatas hidráulicas de agua. Cerca de 200 años AC los griegos ya usaban maquinas accionadas hidráulicamente con agua
Ley de Pascal
La Ley de Pascal, enunciada sencillamente, dice: la presión aplicada a un fluido confinado se transmite íntegramente en todas las direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales, actuando estas fuerzas normalmente en las paredes del recipiente,
Ley de Pascal
Esto explica por que una botella llena de agua se rompe si. introducimos un tapón en la cámara ya completamente llena El liquido es prácticamente incomprensible y transmite la fuerza aplicada al tap6n a todo el recipiente. El resultado es una fuerza considerablemente mayor sobre un área superior a la del tapón. Así, es posible romper el fondo de la botella empujando el tapón con una fuerza moderada.
Ley de Pascal
Los sistemas oleohidráulicos operan de acuerdo a la ley de Pascal. La ley de Blaise Pascal dice: 'La presión, en un fluido hidráulico estático en un sistema cerrado, es la misma en todos los puntos'. Sin embargo, cuando la velocidad del flujo es constante, también se puede aplicar la ley de Pascal.
Qué es tecnología óleo hidráulica?
Ley de Pascal
Cuando el hombre salta sobre el pistón pequeño, induce una presión en el sistema. Esta presión también actúa en el pistón grande; debido al área mayor de este pistón, la fuerza inducida por la presión es capaz de elevar el automóvil. La presión puede ser calculada con la fórmula: donde: P= F/A p = presión = (pascal: Pa) F = fuerza (newton: N) A = área (metro cuadrado: m2)
Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah En los primeros años de la revolución industrial, un mecánico británico llamado Joseph Bramah utilizó el descubrimiento de Pascal para desarrollar una prensa hidráulica. Bramah pensó que si una pequeña fuerza, actuando sobre un área pequeña, crea una fuerza proporcionalmente mas grande sobre un área mayor, el único limite a la fuerza que puede ejercer una máquina es el área a la cual se aplica la presión.
Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah
La figura 1 muestra cómo Bramah aplicación el principio de Pascal a la prensa hidráulica. La fuerza aplicada es la misma que en el tapón y el pequeño pistón tiene el área de 1 cm2. El pistón grande, sin embargo tiene un área de 10 cm2. El pistón grande es empujado con 10 Kp de fuerza por cm 2 de forma que puede soportar un peso total o fuerza de lOOK
Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah
Puede verse fácilmente que las fuerzas o pesos que equilibran este aparato son proporcionales a las áreas de los pistones. Así pues, si el área del pistón de salida es de 200 cm2, la fuerza de salida será de 2000 Kp (suponiendo el mismo empuje de 10 Kp sobre cada cm2). Este es el principio del funcionamiento de1 gato y de la prensa hidráulica.
Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah
Es interesante notar la similitud entre esta prensa simple y una palanca mecánica. Como Pascal ya habla indicado, en este caso, también la fuerza es a la fuerza como la distancia es a la distancia.
Definición de presión
Para determinar la fuerza total ejercida sobre una superficie es necesario conocer la presión o fuerza sobre la unidad de área .
Generalmente expresamos expresamos esta presion en Kp por cm2. Conociendo la presión y el número. de cm2 de la superficie sobre la cual se ejerce, se puede determinar fácilmente la fuerza total.(fuerza en Kp = presi6n en Kp/cm2 x superficie en cm2)
Conversión de energía Una
ley fundamental de la física afirma que la energía no puede crearse ni destruirse
Conversión de energía Diagrama de un sistema hidráulico bomba-motor simple 1 Depósito de aceite, 2 bomba hidráulica, 3 manómetro, 4 motor hidráulico(capaz de girar en ambos sentidos) De hecho todos los sistemas hidráulicos pueden ser reducidos a un sistema bomba-motor simple como el mostrado en el diagrama.
Conversión de energía La bomba hidráulica es impulsada por un motor eléctrico ó un motor de combustión. La bomba hidráulica(2) succiona el aceite desde el depósito(1) y lo bombea a través de las líneas de tubería y mangueras hacia el motor hidráulico(4). El motor hidráulico por ejemplo acciona un winche.
Conversión de energía Así la bomba convierte la energía mecánica en energía hidráulica (presión y caudal) y el motor hidráulico convierte energía hidráulica en energía mecánica de nuevo!. El aceite fluye al depósito desde el lado de descarga del motor hidráulico .
Conversión de energía
La presión en la línea de retorno es casi cero! La presión necesaria para mover el motor hidráulico se puede leer en el manómetro(3) , y está determinada por la resistencia en el sistema. La resistencia más importante es la carga a ser movida por el motor hidráulico(4). Las líneas y mangueras influyen también en el nivel de la presión. La velocidad del motor hidráulico está determinada por sus dimensiones (desplazamiento) (desplazamien to) y por el caudal que es bombeado hacia él
Definición de oleohidráulica
Es un medio de transmitir energía empujando un liquido confinado. El componente de entrada se llama bomba; el de salida se denomina actuador. El actuador puede ser lineal (cilindro), o rotativo (motor). Características especiales que destacan a la Hidráulica . Muchas razones hacen que la elección recaiga en un control y propulsión hidráulicos.
Definición de oleohidráulica
- Grandes fuerzas o momentos de giro producidos en reducidos espacios de montaje. Las fuerzas se gradúan automáticamente a las necesidades. El movimiento puede realizarse con carga máxima desde el arranque. Graduación continua simple (ya sea control o regulación) de la velocidad, momento o fuerza. Protección simple contra sobrecarga.
Definición de oleohidráulica Util para movimientos rápidos controlados, así como para movimientos de precisión extremadamente lentos. Acumulación relativamente sencilla de energía por medio de gases. Posibilidad de sistema de propulsión central con transformación en energía mecánica descentralizada ( Gran economía).
Como se crea la presión
La presión se origina siempre que se produce una resistencia a la circulación de un liquido, o una fuerza que trata de impulsar el liquido. La tendencia a suministrar caudal (o empuje) puede originarse mediante una bomba mecánica o simplemente por el peso del fluido
Como se crea la presión
Es un hecho bien conocido que en una columna de agua la presión aumenta con la profundidad. La presión es siempre la misma a una profundidad determinada, debido al peso de la columna de agua sobre ella.
Como se crea la presión
En la época de Pascal, un científico italiano llamado Torricellí demostró que si se hace un agujero en el fondo de un tanque de agua, el agua se escapa a la máxima velocidad cuando el tanque está lleno y que el caudal disminuye a medida que baja el nivel de agua. En otras palabras a medida que disminuye la columna de agua sobre la abertura también se reduce la presión.
Como se crea la presión
Torricellí pudo expresar la presión en el fondo del tanque solamente coma "carga de agua" o sea la altura en metros de la columna de agua. Hoy en día, con el valor de Kp/cm2 como unidad de presión, podemos expresar la presi6n en. cualquier punto de un líquido o de un gas en términos más convenientes. Todo lo que se necesita es conocer el peso de un metro metro cúbico del fluido.
Como se crea la presión
Una columna de un metro de agua es equivalente a 0,1 Kp; una columna de agua de 5 metros equivale a O,5 Kp/cm2, y así sucesivamente. Una columna de aceite de la misma altura es equivalente aproximadamente, a 0,09 Kp/cm2. por metro.
Como se crea la presión
En muchos lugares se utiliza el término "carga" para describir la presión, sin tener en cuenta cómo ha sido creada. Por ejemplo, se dice que una caldera crea una carga de vapor cuando la presión se origina vaporizando agua en un recipiente cerrado . Los términos presión y carga se utilizan, a veces, indistintamente.
Presión atmosférica
La presión atmosférica no es otra cosa que la presión ejercida por el aire de nuestra atmósfera, debida a su propio peso. Al nivel del mar, una columna de aire de 1 cm2 de sección, y cuya altura es la atmosférica pesa 1,03 Kp.
Presión atmosférica
Así pues, la presión es 1,03 Kp/cm2. A alturas más elevadas, naturalmente la columna pesa menos y la presión es inferior. Bajo el nivel del mar la presión atmosférica es superiora 1 Kp/cm2 .
Presión atmosférica Cualquier condición donde la presión sea inferior a la presión atmosférica se denomina vacío o vacío parcial. Un vacío perfecto es la ausencia total de presión o sea O Kp/cm2 absolutos. La presi6n atmosférica también puede medirse en milímetros de mercurio (mm.Hg) mediante un aparato llamado barómetro.
Presión atmosférica
El barómetro de mercurio, inventado por Torricellí, se considera generalmente como el punto de partida y la inspiración de los estudios de Pascal sobre la presión. Torricellí descubrió que cuando se invierte un tubo lleno de mercurio, sumergiendolo en un recipiente abierto que contenga el mismo liquido, la columna del tubo desciende sólo una cierta distancia. Su razonamiento fue que la presión atmosférica sobre la superficie del liquido equilibraba el peso de la columna de mercurio al
Presión atmosférica
En una atmósfera normal, la columna tendrá siempre una altura de 760 mm. Así pues, 760 mm. de mercurio es otro equivalente de la presión atmosférica.
Medida del vacío
Como el vacío es una presión inferior a la atmosférica puede medirse con las mismas unidades. Es decir, el vacío puede expresarse en Kp/cm2 o en mm de mercurio. La mayoría de los vacuómetros, sin embargo, están calibrados en mm de mercurio. Un vacío perfecto, que equilibra una columna de mercurio de 760 mm de altura, es 760 mm. El vacío absoluto viene indicado con un cero en la escala del vacuómetro.
Medida del vacío
Resumen de escalas de presión y vacío
Puesto que hemos mencionado varias formas de medir la presión y el vacío, seria conveniente resumir las diferentes unidades.
Medida del vacío
1- Una atmósfera es una unidad de presión equivalente a 1,03 Kp/cm2 ( el peso de una columna de aire de 1 cm2 de sección sobre la superficie de la tierra o 760 mm de una columna de mercurio). 2- Los mm absolutos de mercurio son una escala que empieza en el vacío perfecto (cero). La presión atmosférica es 760 mm en esta escala. 3- Los mm manométricos de mercurio se calibran en las mismas unidades que los mm absolutos pero sin tener en cuenta la presión
Medida del vacío 4- Para pasar de mm absolutos a mm manométricos:
mm manométricos / 760 = mm absolutos
mm absoluto -760 = mm manométricos 5-. La presión atmosférica en la graduaci6n del barómetro es 760mHg. Comparándolo a la escala absoluta de l
1 Kg/cm2 (abs) = 760 mm.Hg
1 Kg/cm2 (man)=1520 mm.Hg
6- Una atmósfera es equivalente a la presión ejercida por una columna de agua de 10,3 m o de aceite de 11,2 m.
La presión atmosférica carga la bomba Normalmente
la entrada entrada de una bomba bomba está cargada con aceite, debido a la diferencia de presiones entre el depósito y la entrada de la bomba. Generalmente la presión en el depósito es la presión atmosférica, que es de l,03 Kp/cm2. Es, pues necesario tener un vacío parcial o una presión reducida a la entrada de la bomba, para que ésta pueda aspirar aceite.
La presión atmosférica carga la bomba
Situación típica de una bomba manual, que es simplemente un pistón reciproco. En la carrera de aspiración, el pistón crea un vacío parcial en la cámara de bombeo . La presión atmosférica en el depósito impulsa al aceite hacia la cámara para llenar el vacío. (En un bomba rotativa las cámaras de bombeo sucesivas aumentan de tamaño a medida que pasan por la entrada creando, efectivamente, una condición de vacío).
La presión atmosférica carga la bomba
Si fuese posible crear un vacío completo a la entrada de la bomba ,se dispondría de 1,03 Kp/cm2 para impulsar al aceite. Sin embargo, prácticamente la diferencia de presión disponible es mucho menor. Uno de los motivos es que los líquidos se evaporan en un vacío.
La presión atmosférica carga la bomba
Esto introduce burbujas de gas en el aceite. Las burbujas son arrastradas a través de la bomba, desaparecen con fuerza considerable cuando se ven expuestas a la presión en la salida y causan daños que pueden perjudicar al funcionamiento de la bomba y reducir su vida útil.
La presión atmosférica carga la bomba
Incluso si el aceite tiene buenas características de presión de vapor (como la mayoría de los aceites hidráulicos) , una presión en la línea de entrada demasiado baja (alto vacío) permite que se evapore el aire disuelto en el aceite. Esta mezcla de aceite también desaparece al verse expuesta a la presión de la carga y provoca los mismos danos de cavitaci6n. Si la bomba funciona a velocidad demasiado elevada, aumenta la velocidad en la línea de entrada y también la condición de baja presión, lo que incrementa la posibilidad de cavitación.
La presión atmosférica carga la bomba
Si los racores de la línea de entrada no están bien apretados, el aire exterior, a la presión atmosférica, puede penetrar hacia la presión más baja (zona de más baja presión de la línea y puede llegar hasta la bomba. Esta mezcla aire-aceite también es causa de problemas y de ruido pero es diferente de la cavitación.
La presión atmosférica carga la bomba
Cuando se ve expuesto a la presión en la salida de la bomba, este aire adicional se comprime, formando una especie de "cojín", y no desaparece tan violentamente. No se disuelve en el aceite pero penetra en el sistema en forma de burbujas compresibles que provocan un funcionamiento errático de las válvulas y actuadores
La presión atmosférica carga la bomba
La mayoría de los fabricantes de bombas recomiendan un vacío, que no exceda de 127 mm de mercurio, el equivalente de aproximadamente 0,83Kp/cm2 en la entrada de la bomba.
Con una presión atmosférica de 1,03 Kg/cm2 disponible en el depósito esto deja solamente una diferencia de presión de 0,20 Kp/cm2 para impulsar al aceite hacia la bomba. Debe evitarse una elevación excesiva y las líneas de entrada de la bomba deben permitir que el aceite circule con un mínimo de resistencia.
Bombas hidraúlicas
Su misión, es la de transformar la energía mecánica suministrada por el motor de arrastre (eléctrico o de combustión Interna) en energía oleohidraúlica. Dicho de otra manera , una bomba debe suministrar un caudal de aceite a una determinada presión. Pese a lo elemental de los conceptos físicos, vale la pena dar una versión intuitiva del trabajo de una bomba.
Bombas hidráulicas
En primer lugar debemos fijarnos en que, a diferencia del caso de los fluidos compresibles, no podemos almacenar aceite a presión ( a excepción de pequeñas cantidades en el acumulador) ; sólo habrá presión mientras actúe la bomba.
Bombas hidráulicas
En segundo lugar, es fundamental ver que en los circuitos con fluidos incompresibles, las bomba no crean la presión por disminución del volumen ocupado por la masa del fluido ya que esto no es posible- sino "empujando" el fluido que llena unos conductos, o pasa a través de unas restricciones.
Bombas hidráulicas
Esto nos permite comprender como una pequeña bomba puede a veces mantenerrnos un circuito a muy alta presión, ya que su única misión será la de compensar las fugas y dar la presión a base de "intentar" introducir más aceite.
Bombas hidráulicas
Si un circuito no tuviera fugas, ni fuera posible ninguna circulación de aceite, la presión iría aumentando (en fracciones de vuelta de la bomba) hasta frenar el motor de arrastre o romper la bomba o las conducciones. Es por esto que en cualquier circuito hay que poner elementos de protección contra sobrepresiones
Bombas hidráulicas
Es fácil ver que, con este mismo principio, hay tipos de trabajo cualitativamente distintos, que exigirán bombas de diferentes características.
Podemos pues clasificar las bombas desde dos puntos de vista: el de su función o el de su constitución interna.
Bombas hidráulicas
En cuanto a su función, podemos considerar dos posibilidades extremas de bombas: las que dan un gran caudal a pequeña presión y las que dan un pequeño caudal a alta presión.
Bombas hidráulicas
La misión del primer tipo será evidentemente llenar rápidamente las conducciones y cavidades del circuito (como ocurre al hacer salir un cilindro que trabaje en vacío). Las del segundo tipo servirán para hacer subir y mantener la presión en el circuito. Claro que en la mayoría de los casos no se van a usar dos bombas y hay que buscar un compromiso entre estos extremos.
Bombas hidráulicas
Otras consideraciones llevan a la necesidad de construir bombas que tengan características determinadas.
Así, para obtener una velocidad constante en un cilindro, nos hará falta una bomba de caudal constante.
Bombas hidráulicas
Si queremos después mantener el cilindro en posición - para lo que nos basta compensar las fugas - no necesitaremos todo el caudal, por lo que nos puede interesar una bomba capaz de trabajar a dos caudales constantes: uno alto y otro bajo.
Otro tipo de problemas exigirá bombas de caudal regulable en uno o en dos sentidos, bombas de potencia constante, etc.
Bombas hidráulicas
Las bombas se fabrican en muchos tamaños y formas - mecánicas y manuales - con muchos mecanismos diferentes de bombeo y para aplicaciones muy distintas. No obstante, todas las bombas se clasifican en dos categorías básicas :hidrodinámicas e hidrostáticas.
Bombas hidrodinámicas
Las bombas hidrodinámicas o de desplazamiento no positivo tales como los tipos centrífugos o de turbina, se usan principalmente para transferir .fluidos donde la .única resistencia que se encuentra es la creada por el peso del mismo fluido y el rozamiento
Bombas hidrodinámicas
La mayoría de las bomba de desplazamiento no positivo funcionan mediante la fuerza centrifuga, según la cual el fluido, al entrar por el centro del cuerpo de la bomba, es expulsado hacia el exterior por medio de un impulsor que gira rápidamente. No existe ninguna separación entre los orificios de entrada y de salida, y su capacidad de presión depende de la velocidad de rotación.
Bombas hidrodinámicas
Aunque estas bombas suministran un caudal uniforme y continuo, su desplazamiento disminuye cuando aumenta la resistencia. Es, de hecho posible bloquear completam completamente ente el orificio de salida en pleno funcionamiento funcionamiento de la bomba. bomba.
Por ésta y otras razones las bombas de desplazamiento no positivo se utilizan muy pocas veces en los sistemas hidráulicos modernos.
Bombas hidrostáticas
Como indica su nombre, las bombas hidrostáticas o de desplazamiento positivo suministran una cantidad determinada de fluido en cada carrera, revolución o ciclo. Su desplazamiento, exceptuando las pérdidas por fugas, es independiente de la presión de salida, lo que las hace muy adecuadas para la transmisión de potencia
Características y especificaciones técnicas
Al pedir oferta o al hacer el pedido en firme de la bomba, se ahorrará tiempo si se indican las siguientes características técnicas:
- Presión de funcionamiento en Kp/cm2 continua - momentánea. Si existen cargas punta de presión momentánea indique la duración de las mismas (en min).
Capacidad deseada en l/mm ., fija o variable.
Características y especificaciones técnicas
Número de revoluciones y dirección; la dirección de giro se indica según el sentido de las agujas de un reloj visto desde el eje de la bomba. En bombas fijas, en circuito cerrado, pueden existir las dos direcciones.
Características y especificaciones técnicas
El tipo de motor de accionamiento. Esto es muy importante, sobre todo cuando se utiliza un motor de combustión para el accionamiento de bombas de pistones. A bordo de barcos se utilizan a menudo bombas accionadas por motores diesel, en cuyo caso es necesario calcular las vibraciones torsionales.
Características y especificaciones técnicas Indicación del líquido de accionamiento. Condiciones de funcionamiento, continuo o de corta duración, instalación interior o exterior. - Condiciones de temperatura. Rendimiento volumétrico
Características y especificaciones técnicas
En teoría una bomba suministra una cantidad de fluido igual a su desplazamiento por ciclo o revolución. En realidad el desplazamiento efectivo es menor, debido a las fugas internas. A medida que aumenta la presión, las fugas desde la salida de la bomba hacia la entrada o al drenaje también aumentan y el rendimiento volumétrico disminuye.
Características y especificaciones técnicas
El rendimiento volumétrico es igual al caudal real de la bomba dividido por el caudal teórico. Se expresa en forma de porcentaje. Caudal real Rendimiento volumétrico = ------------------C. teórico
Las bombas de desplazamiento positivo La mayoría de las bombas utilizadas en los sistemas hidráulicos se clasifican como de desplazamiento positivo. Esto significa que, exceptuando los cambios de rendimiento, la salida de la bomba es constante, aislada de la entrada, de forma que cualquier cosa que entre se ve forzada a salir por el orificio de salida.
Las bombas de desplazamiento positivo
El único objeto de una bomba es dar caudal; la presión es originada por la resistencia al caudal. Aunque existe la tendencia de culpar a la bomba por la pérdida de presión, con pocas excepciones, la presión puede perderse solamente cuando hay fugas que desvían todo el caudal procedente de la bomba. Como ejemplo supongamos que una bomba de 10 litros por minuto se utiliza para alimentar un cilindro de 100 cm2 y para levantar una carga de 4000 Kp
Las bombas de desplazamiento positivo
Mientras la carga sea elevada o soportada por el aceite hidráulico, la presión debe ser 40 Kp/cm2. Incluso si hay un agujero en el pistón y 9,5 1/mm se fugan a 40 Kp/cm2, la presión se seguirá manteniendo. Con solamente 0,5 1/mm disponibles para mover la carga, ésta, naturalmente, se levantará muy despacio , pero la presión requerida para moverla seguirá siendo la misma.
Las bombas de desplazamiento positivo
Ahora imaginemos que la fuga de 9,5 1/mm estuviese en la bomba en vez de en el cilindro. Todavía habría 0,5 1/mm para mover la carga y todavía habría presión. Así pues, una bomba puede estar muy desgastada, perdiendo casi todo su rendimiento, y la presión todavía puede mantenerse. El mantenimiento de la presión no indica el estado de la bomba.
Es necesario medir el caudal a una presión determinada para comprobar si una bomba está en buenas o malas condiciones.
La bomba de engranajes
Para sistemas simples con un nivel de presión relativamente bajo (140 -180 bar / 14-18 MPa) la bomba de engranajes es la más usada. La bomba de engranajes es una bomba muy simple, fiable, económica y poco sensible a la suciedad. La bomba, en el dibujo, es movida en la dirección indicada.
