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JOHN DEERE LATIN AMERICA FUNDAMENTOS DE HIDRAULICA
NIVEL 1
JUNIO 2000
INDICE TEMATICO
12345678-
NOCIONES DE HIDRAULICA. BOMBAS HIDRAULICAS. VALVULAS HIDRAULICAS. CILINDROS HIDRAULICOS. MOTORES HIDRAULICOS. ACUMULADORES HIDRAULICOS. FILTROS HIDRAULICOS. DEPOSITOS,ENFRIADORES DE ACEITE MANGUERAS, TUBOS FLEXIBLES Y ACOPLAMIENTOS. 9- JUNTAS Y RETENES . 10- LIQUIDOS HIDRAULICOS. 11- MANTENIMIENTO Y CONSERVACION. 12- LOCALIZACION DE AVERIAS. 13- SIMBOLOS PARA CIRCUITOS HIDRAULICOS. 14- NORMAS DE SEGURIDAD. ANEXO 1 - CONTROL DE VALVULAS POR MICROPORCESADORES. ANEXO 2 - VALVULAS DE SECUENCIA Y MOTORES DE LEVA. ANEXO 3 - DIAGNOSTICO DE MAQUINA.
1
INDICE ALFABETICO A
Página
Acopladores ..................... - .. ......8-8, 8-11, 8-14 8-16 8-11 Acopladores, averías de los ............. .. 8-17 Acopladores de cierre deslizante .... . ....... .. 8-17 Acopladores de doble bola .... . ................... 8-17 Acopladores de doble cono ..... . ..... . . 8-15 Acopladores, instalación de los ... .... ........ 8-17 Acopladores de manguito y cono ....... Acopladores para tubería .. .................... 8-15 Acumuladores ......................... . ...... . 6-1 Acumulador de diafragma ........... . .. . . ............... 6-4 Acumulador de pistón .. ............ .. .... .................. 6-2 Acumulador, precarga .. .. ......... .. .... . .......... 6-5 6-5 Acumulador, preparación ................................... Acumulador de vejiga ............ 6-3 Acoplamientos hidráulicos rápidos ... ............. 8-17 Acumuladores cargados por muelle . .... . ...... 6-6 Acumuladores cargados con peso .......... 6-6 Acumuladores neumáticos . .............................. . . 6-2 Acumuladores, precauciones con los ................ 6-4 Adaptadores para manguera .. ............................. 8-8 Agua en el aceite ....................... .. ........... .......... 10-4 Aire en el aceite, forma de evitar el problema ... 11-7 Amortiguadores ............ . .................................. ... 4-4 Analizadores para sistemas hidráulicos ............. 12-5 Aplicaciones de la hidráulica ... . ...... . ...... ......... 1-11 Averías de los acopiadores para manguera ........ 8-11 .......... . : 2Averías de las bombas .... ........... . 19 Averías de las juntas y retenes .... . ... . ..... .......... . 9-3 Averías, localización en las bombas ................ 2-19 Averías, localización en los cilindros .... ............... 4-7 Averías, localización en el sistema .. ..................... 1-26 Averías, localización en las válvulas .... ................ 3-18 Averías de las mangueras ........ ...... ... ............ . ... 8-6 Averías de las tuberías ........... ........ . .. ................ 8-13 Averías de las válvulas .. ..... . ... . .......... . .......... . 3-18
B Bomba, cavitación ........ ........ .... Bomba de caudal constante ......... ......... .. Bomba, caudal, presión y velocidad ....... Bomba, desplazamiento ................ Bomba de engranajes externos ...... Bomba de engranajes internos ......
.... 2-18 2-2 2-2 ... 2-1 . 2-3 .... 2-4
Página Bomba, localización de averías ...... . ..... . ........... 2-19 Bomba, pérdidas por la ....................... . ............. 12-11 Bomba de pistones axiales ................. .......... ..... .. 2-10 Bomba, prueba de la ....... ......... . ........................... 12-5 Bomba, rendimiento .... . ........................ .............. 2-13 Bom-ba ruidosa ........... .......... ............................... . ....................................... ... ... ................................. 12-11 .. Bomba, sobrecarga de la ....... ......................... ..... . ....................................... ... ... ................................. 2-17 Bombas de caudal variable ......................... ......... ......2-2 Bombas de engranajes ...... . .......... ...................... . . 2-3 Bombas de engranajes externos .......... .. ... . ......2-3 Bombas hidráulicas ....... . ... .. ............... . ............ . 2-1 Bombas, mal funcionamiento ........ . . . ..................2-15 Bombas de paletas ......................... . . .. .................2-5 Bombas de paletas equilibradas Bombas de pistones ........... Bombas de pistones radiales ... ...
2-5
C Cambio de filtro y aceite, importancia M ............-11-3 Cambio o relleno de aceite . - .........- ... .......- ....11-3 Capacidad de los depósitos ...................... ............8-1 Cavitación en la bomba ............. ............. . ............2-18 Ci indro de pistón escalonado .. ............. .. ...........4-5 CÍ indro de pistón telescópico ................ ........................ 4-6 CÍ indro remoto ... . ...... .... . ................. .. ..... 4-1,4-8 Ci indros .............. .. ...... ... ................... .............. 4-1 Ci indros de acción simple . ................. . ...... . 4-2 Ci indros de doble acción . . ...... ....... . ...................... 4-3 CÍ indros, cuidado de los ... ................. ........ ........... 4-7 CÍ indros, forma de identificarlos ........ . . ............. 4-7 Ci indros de paletas ........... . ................... ............ ..4-6 Cilindros de pistón ... .... ............... . .......... . ...... . ..... 4-1 Cilindros hidráulicos .. .............. .. . ...... . ....... . ......... 4-1 Cilindros recuperadores . .......... ... .............. . ........ 4-5 Cilindros secundarios . .... .. .............. .... ........... ... 4-4 Comparación de sistemas cerrados ........ .. ..... ... 1-5 Contaminación ......... . ..... .. .............. ... ............... ... 7-5 Cuidado de los filtros ................ . ....................... 7-7 Cuidado de la bomba . ............. ......................... 2-19 Cuidado de los cilindros . ........... ..........................4-7 Cuidado de las juntas y retenes ............................9-5 Cuidado de las juntas tóricas .... . ....................... 9-3
2
D
Página
L
Página
Lavado de¡ sistema hidráulico ......................... 11-4 Depósitos ............. ........ ........................ ......... ....8-1 Limitadores de carrera, bombas Desgaste, prevención de¡ ....................... . ........... 10-2 Desplazamiento de la bomba ....... ... .......................... . 2-1 de pistones ...... .............. .............. ...........2-9, 2-12 Limitadores de carrera, cilindros ....... . .........4-4 Dirección hidráulica asistida ..... . ............. 1-14, 12-12 Limpieza, importancia de la ................... .. ... . ..... . 11-1 Limpieza y lavado de¡ sistema ........... ........... .... 11-4 Líquido inadecuado ................................ . ...........2-16 Efectos de la contaminación .... ........ Líquidos, contaminación de los ............. .............. 2-15 Empaquetadura prensada . . ...................... 9-3 Liquidos, cuidados de los .... ............. . ... ................. .... Emulsificación de¡ aceite .. ........................ . ....... 16-4 ................................................ .. .......... .. ..............10-5 Enfriadores de aceite ........ .. ..................... ......... 8-2 Liquidos hidráulicos ............... .... ......... . ............10-1 Enfriadores refrigerados por agua ....................... 8-2 Liquidos, propiedades de los .... ..... ............ ...... 10-1 Espuma en el aceite ... ............ ....................... . .12-11 Localización de averías en las bombas ...............2-19 Expansión térmica ...................... ................ ......... 11-7 Localización de averías en los cilindros 4-7 F
LL
Filtrado, grado de¡ . ........................ . ......... Filtros, cuidado de los ............ ........ ............ Filtros, empleo de los ....................... . Filtros hidráulicos ... . ................ ........ Filtros en profundidad .......... . Filtros de superficie ........ ........... . ........ Frenos hidráulicos . ........ .... ..... ... . Frenos actuados por fuerza hidráulica ........ Frenos de mano ...... . .. . ... . .............. . Fugas internas de aceite ...............
74 77 77-3 83 116 .11-5
G Gama de presión de¡ motor ........ ............... .... . 5-10
H Hidráulica, aplicaciones de la ........................... Hidráulica, principios básicos de .. . ... ...... . .. Hidráulica, ventajas e inconvenientes ......... ....... 1-5
Llenado de¡ sistema ......... ..
M Malas prácticas .. ..... Mangueras
............ .............. ................ ... .... ..... .
Mangueras, forma de elegirlas ...... . ........... . .... . 8-3 ... ...... ......... . 8-7 Mangueras, instalación . .Mangueras, racores para .... - ............. . Mantenimiento y conservación .. ....................... Motor de engranajes ................... ............... . . Motores hidráulicos .................... .................. Motores, localización de averías ... .... ................. Motores, mal funcionamiento de los ............ Motores de paletas ......................... ............ .... ......... Motores de pistón ................ .. . .
. 5-2 5-1 .. 5-12 5-11 5-5 5-6 5-8
0 Oxidación, resistencia de los líquidos a la ........ .10-3 Oxido y corrosión, prevención ........ .. ..... . ....... .10-3
I Indice de viscosidad ... .............. ............ ..... .. .... 10-2 Inspección de la máquina .............. .. ................. .12-2
p Par motor ......... .......... . ................. .. ............................. 5-9 Pérdidas, busca de los puntos de ... . ...... .. .......... 12
J
4 Pérdidas externas de aceite ....... ... ............. .. . . 11-5 Pérdidas externas de¡ sistema .. .. ............. .... .. .11-5 Pérdidas Drevención de ............ .. .......
Juntas, averías y soluciones Juntas, cuidado de las ......... Juntas hidráulicas .... ... ......... Juntas mecánicas ................. Juntas metálicas ......... .........
1 .................................................................................... ...... ............................. .. ........
Juntas tóricas ... .............. .................... ..................... . 2
K Kilovatios de¡ motor ...............
.. . ........ 5-9
Precarga de acumuladores ......... ................. .. .. 6-5 Precarga, efecto sobre el acumulador ............... 6-4 ...Principios básicos de hidráulica ........ . ..... ... . ....... 1-1 Propiedades de los líquidos hidráulicos .... ......... 10-1 Prueba de la bomba .... .... ............. .. ................ ....12-5 Prueba de¡ sistema ........ ... ............. .. ............... . ... 12-1 Purga de¡ aire de cilindros remotos .......... ... . ..... 4-8 Purga de¡ aire de¡ sistema ............. .. ........... 11-7
3 T
R
Racores sin abocardar . ..... .... ......... .... ... Racores abocardados .... .. ....... ..... . ....... .
.......
Tablas para la localización de averías ......... . .....12-8 Tuberías .................. - ......- ....... .......... .. .... .. ....8-13 Tuberías, averías de las .... ........ . .........................8-13 Tuberías, selección de las ..... .................... . - ........ ....... ................................................. . ......... ....... .. .......8-13
Racores para manguera ....................... .. ..........8-8 Racores para tubería .. .... .. ....... ..... ... ...... ....... . Resistencia a formar espuma de los líquidos . ... 10-4 Resistencia a la oxidación de los líquidos ........10-3 V Retenes con labio cargado por muelle .............. .. 9-2 Vaciado del sistema ...... .. . .... . ....................... .. 11-4 Retenes con labio de sellado ...... ...... . ........ ...9-2 3-1 Válvulas ............... ...... ...... . .... . ........... Revisión de¡ aceite y el depósito ........... ............. 11-8 Válvula reguladora de caudal .. .. ............. . ..... ... 3-14 Reglas generales de seguridad .............. . .......... 11-9 Válvula reguladora de caudal por derivación ..... 3-15 Repartidor de caudal, sistema abierto .. .. . ......... 1-9 Válvula repartidora de caudal .............. . ..... . .. ... 3-14 3-14 Válvulas de aguja y bola .. ....... .. .............. . 3-2 S Válvulas de alivio . ........ ...... . ........... ...... .. 3-7 Válvulas de carrete de distribución ............. .. .... 1-7 Sistema cerrado ...........Válvulas de control .. ................ . ...... ............ 1-2, 3-6 ........ 1-8 Válvulas de distribución Sistema cerrado, variantes M ... 3-6 ....... 1-7 Sistema cerrado, ventajas del .... Válvulas de charnelas .... 3-18 ... 11-1 Válvulas de descarga térmicas 4-6 Sistema, cuidado M ...... 3-7 ........ 1-24 Válvulas direccionales rotativas Sistema hidráulico de bulldozer ... 3-1 Sistema hidráulico de las cargadoras frontales . 1-23 Válvulas hidráulicas .......... . 3-21 Válvulas, localización de averías .............. Sistema, limpieza M ........ . .................. . ... . ....... 11-4 3-1 Válvula de presión reducida constante ....... Sistema, localización de averías .......... ........ ....... .12-1 3-17 Sistema hidráulico de horquilla ........... ....... ................. .. Válvulas con purga automática del aire ... ....... 3-4 ................................................................ ..... ........... 1-26 Válvulas reductoras de presión ...... . 3-1 Válvulas reguladoras de presión .. ... .. Sistema hidráulico de retroexcavadoras ...... .. ..... 1-25 Sistema, prueba de¡ ............ . ............... ................ 12-8 Válvulas reguladoras de caudal .. 3-15 Sistemas abiertos . .......... ... . .. . ......... . .... . .............. . 1-5 compensadas ..... ................... .. ... . .. 3-19 Sistemas abiertos, variantes de los ..... ....... .. .......... ..... 1-8 Válvulas, reparación de las ..... ..... .. .. 3-16 Sistemas abiertos, ventajas de los ...... . .... .. ......... 1-7 Válvulas repartidoras de caudal prioritarias Válvulas repartidoras de caudal Sistemas hidráulicos, localización de averías en los ...... ..... . . . ... ... ............. . ........ 12-8 Sistemas hidráulicos de dirección ....... ..1-14, 12-12 proporcionales ........ ....... . ........... ........ ............ 3-16 .. 1-22 Sistemas de nivelación automática .... Válvulas de retención .... . ..... ............ ..... ................ ... 2-17 Sobrecarga de la bomba .... ....... .. ....... 3-6 ...... 12-10 Válvulas, tipos de ....... ....... . ...... ............ . ........3-1 Sobrecalentamiento de¡ aceite ............... ....11-6 Válvulas pilotodas .................... .................. . .......3-5 Sobrecalentamiento, prevención M ....... . .. 2-18 Sobrerevolucionado de la bomba .............. Viscosidad de los líquidos . . ........... . .................
-1
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NOCIONES DE HIDIRAULICA/CAPITULO 1 PRINCIPIOS DE HIDRAULICA La hidráulica está basada en unos pocos principios, muy simples: o
Los líquidos no tienen forma propia.
o
Los líquidos son prácticamente incompresibles. Los líquidos transmiten en todas las direcciones la presión que se les aplica. Los líquidos permiten multiplicar la fuerza aplicada. Fig. 3 - Los Líquidos Transmiten en Todas las Direcciones la Presión que Se Les Aplica
Fig. 1 - Los Líquidos no Tienen Forma Propia
LOS LIQUIDOS NO TIENEN FORMA PROPIA. Adquieren la forma de¡ recipiente que los contiene (Fig. l). Gracias a esta condición el aceite de cualquier sistema hidráulico puede circular en cualquier dirección y a través de tuberías y canalizaciones de cualquier diámetro o sección.
Fig. 2 - Los Líquidos Son Prácticamente Incompresibles
LOS LIQUIDOS SON PRACTICAMENTE INCOMPRESIBLES. La Fig. 2 ilustra esta condición. Por razones de seguridad, obviamente no realizaríamos este experimento mostrado. Sin embargo, si empujaríamos hacia abajo el corcho de la botella herméticamente cerrada, el líquido en la botella no se comprimiría. Primero se rompería la botella. (NOTA: Los líquidos se comprimen ligeramente bajo presión, pero para nuestro objetivo son incompresibles.)
LOS LIQUIDOS TRANSMITEN EN TODAS LAS DIRECCIONES LA PRESION QUE SE LES APLICA. El experimento de la Fig. 2 rompió la botella al no ser compresibles los líquidos y demostró que la presión es transmitida en todas las direcciones. Este hecho es de mucha importancia para los sistemas hidráulicos. Tomar dos cilindros de¡ mismo tamaño, como los de la Fig. 3 y comunicarlos por medio de un tubo. Llenar de aceite hasta el nivel indicado. Poner un pistón en cada cilindro, apoyado sobre la superficie de¡ líquido. Ejercer ahora una fuerza de un kilogramo sobre uno de los pistones. La presión se transmitirá al otro cilindro y el aceite hará subir el otro pistón con la misma fuerza de un kilogramo.
1 - 1 kg 2 - 10 kg
3 - 10 cm3 4 -1 cm3
Fig. 4 - Los Líquidos Permiten Multiplicar la Fuerza Aplicada
LOS LIQUIDOS PERMITEN MULTIPLICAR LA FUERZA APLICADA. Tomemos ahora otros dos cilindros, pero esta vez de diámetro diferente, comunicándolos por medio de un tubo como puede verse en la Fig. 4. El primer cilindro tiene una sección de 1 CM2 de área, mientras que el segundo cilindro tiene una sección de lo CM2. Aplicando ahora una fuerza de 1 kg al pistón de¡ cilindro de
1-2
Nociones de Hidráulica
2 - Cilindro
1 - Bomba Fig. 5 - Sistema Hidráulico Elemental
menor diámetro, ésta se transmite a todo el sistema como en el caso anterior. La fuerza transmitida así al pistón de mayor diámetro es de 1 kg/CM2. Pero como este cilindro tiene una sección 10 veces mayor, la presión total ejercida sobre su pistón será de 10 kg. Dicho en otras palabras, hemos multiplicado la fuerza. Este principio es el que nos permite parar una gran máquina con sólo pisar un pedal de freno.
COMO FUNCIONA UN SISTEMA HIDRAULICO Montemos un sistema hidráulico, pieza por pieza. Un sistema hidráulico elemental se compone de dos partes:
1. La BOMBA que impulsa el aceite. El CILINDRO que transforma la fuerza hidráulica en trabajo. 2.
Aplicando fuerza a la palanca de la Fig. 5, la bomba de mano impulsa el aceite, que entra en el cilindro de la derecha. La presión de¡ aceite hace subir el pistón que lleva la carga. En efecto, la bomba convierte la fuerza mecánica en potencia hidráulica, mientras que el cilindro convierte la potencia hidráulica devuelta a fuerza mecánica para efectuar el trabajo. Pero si queremos que el sistema trabaje de un modo continuo, tenemos que incorporarle otros elementos (Fig. 6).
3. VALVULAS DE RETENCION cuya función es la de retener el aceite en el cilindro entre cada dos emboladas y evitar el paso del mismo al depósito. Las válvulas de bola se abren cuando el aceite circula y se cierran en el momento en que deja de circular.
4. Un DEPOSITO para el aceite. Para poder seguir bombeando el aceite y subir la carga, se necesita más aceite. El depósito lleva un orificio de comunicación con el exterior que permite que el aceite vaya entrando en la bomba por la acción de la gravedad. Observar que la bomba es de menos sección que el cilindro. Por esta razón a cada embolada de¡ pistón de¡ cilindro subirá nada más que una fracción de la carrera de¡ pistón de la bomba, pero la carga que levantará el cilindro es mucho mayor que la fuerza aplicada sobre el pistón de la bomba. Si se desea levantar el mismo peso más de prisa, se deberá accionar también con más rapidez la bomba, aumentando el volumen de aceite que se envía al cilindro.
El sistema que hemos descrito puede encontrarse aplicado en un gato hidráulico o en una prensa hidráulica; sin embargo, para cumplir con los requisitos de la mayoría de las aplicaciones, debemos proveer una mayor cantidad de aceite a una velocidad más uniforme y también debemos tener mejor control del movimiento del aceite.
Completemos el circuito y agreguemos algunos elementos nuevos como los mostrados en las Figs. 7 y 8.
Nociones de Hidráulica
1 - Válvula de Retención 2 - Entrada de Aire Atmosférico
3 - Depósito 4 - Válvula de Retención
Fig. 6 - Sistema Hidráulico al que Se Han Añadido un Depósito y Dos Válvulas de Retención
1 - Bomba 2 - Depósito 3 - Válvula de Seguridad
4 - Cilindro Hidráulico 5 - Válvula de Control
Fig. 7 - Sistema Hidráulico con Válvula de Seguridad, y Cilindro Hidráulico de Doble Acción
1 -3
1-4
Nociones de Hidráulica
1 - Válvula Está Desviada, Enviando el Aceite Tal Como se Muestra 2 Aceite a Presión Levanta el Pistón y Carga
3 - Este Aceite se Devuelve al Depósito
Fig. 8 - Sistema Hidráulico Func'onando - Levantando una Carga (Tipo Centro Abierto)
Ahora hemos agregado una bomba tipo engranaje. Esta es una de muchos tipos de bombas que transforman la fuerza rotativa de¡ motor eléctrico o motor de combustión en energía hidráulica. Para más detalles sobre bombas, ver el Capítulo 2. 5. La VALVULA DE CONTROL dirige el aceite. Esto permite al operador controlar el suministro constante de aceite desde la bomba hacia y desde el cilindro hidráulico. Cuando la válvula de control está en la posición neutral, mostrada en la Fig. 7, el flujo de aceite desde la bomba pasa directamente a través de la válvula a la línea que lleva el aceite devuelta al depósito. Al mismo tiempo, la válvula tiene aceite bloqueado a ambos lados de¡ cilindro hidráulico, impidiendo así el movimiento en cualquier dirección.
6. La VALVULA DE SEGURIDAD protege el sistema contra las altas presiones. Si la presión requerida para levantar la carga es demasiado alta, esta válvula se abre y alivia la presión vaciando el aceite devuelta al depósito. La válvula de seguridad también se requiere cuando el pistón alcanza el final de su carrera. En este momento no existe ningún otro paso para el aceite y debe regresar al depósito a través de la válvula de seguridad.
Esto completa nuestro sistema hidráulico básico.
RESUMEN
Cuando la válvula de control se mueve hacia abajo (Fig. 8), el aceite de la bomba se dirige a la cavidad en el fondo de¡ pistón, empujándolo hacia arriba y levantando el peso. Al mismo tiempo, la línea en la parte superior de¡ cilindro está conectada a la galería de retorno, permitiendo que el aceite forzado desde el lado superior de¡ pistón regrese al deposito.
Para resumir:
Cuando la válvula de control se mueve hacia arriba (no se muestra), el aceite se dirige a la parte superior de¡ cilindro, bajando el pistón del peso. El aceite del fondo del cilindro regresa al depósito.
Para más detalles acerca de estos componentes, consultar el Capítulo 2 - Bombas, el Capítulo 3 Válvulas, el Capítulo 4 - Cilindros, y el Capítulo 8 - Depósitos.
o La bomba = generador de fuerza
* Cilindro = trabajo * Válvula = control del aceite o Depósito = reserva de aceite
Nociones de VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA FUERZA HIDRAULICA Tal como ha visto en el sistema hidráulico simple, hemos desarrollado el propósito de transmitir potencia desde una fuente (motor a combustión o motor eléctrico) al lugar donde se requiere esta potencia para trabajar.
Para comparar las ventajas y desventajas de¡ sistema hidráulico, hagámoslo con los otros métodos comunes de transferir potencia. Estos serían mecánicos (ejes, engranajes o cables) o eléctricos.
VENTAJAS 1. FLEXIBILIDAD - Diferente al método mecánico de transmisión de potencia, donde las posiciones relativas de/ motor y lugar de trabajo deben permanecer relativamente constantes con la flexibilidad de las líneas hidráulicas, la potencia se puede mover a casi cualquier lugar.
2. MULTIPLICACION DE FUERZA - En el sistema hidráulico se pueden usar fuerzas muy pequeñas para mover cargas muy grandes simplemente cambiando los tamaños de los cilindros. 3. SIMPLICIDAD - El sistema hidráulico tiene menos piezas móviles, menos puntos de desgaste. Y se lubrica por sí mismo. 4. COMPACIDAD - Comparar el tamaño de un motor hidráulico pequeño con un método eléctrico del mismo caballaje. Luego, imaginarse el tamaño de los engranajes y ejes que se requerirían para crear las fuerzas que se puede lograr con una prensa hidráulica pequeña. El sistema hidráulico puede manejar más potencia para su tamaño que cualquier otro sístema.
5. ECONOMIA - Esta es la consecuencia natural de la simplicidad y compacidad que provee un costo relativamente bajo de potencia transmitida. También, las pérdidas de potencia y fricción son comparativamente bajas. 6. SEGURIDAD - Hay menos piezas en movimiento, tales como engranajes, cadenas, correas y contactos que en otros sistemas. Las sobrecargas pueden controlarse con más facilidad usando válvulas de seguridad que lo que es posible con los disposítivos de sobrecarga en otros sistemas.
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DESVENTAJAS 1. EFICIENCIA - Mientras la eficiencia del sistema hidráulico es mucho mejor que el sistema eléctrico, es más baja que para la transmisión mecánica de potencia.
2. NECESIDAD DE LIMPIEZA - Los sistemas hidráulicos pueden averiarse por el óxido, corrosión, tierra, calor y descomposición de los líquidos. La limp7eza y el mantenimiento son más críticos en e/ sistema hidráulico que en cualquier otro método de transmisión.
COMPARACION DE LOS SISTEMAS HIDRAULICOS Dos son los principales tipos de sistema hidráulicos empleados hoy en día: o Sistemas de centro abierto o Sistemas de centro cerrado El sistema hidráulico simple que hemos estudiado anteriormente en este capítulo (Fig. 8) es lo que llamamos un SISTEMA DE CENTRO ABIERTO. Este sistema requiere que el carrete de la válvula de control esté abierto para dejar que el flujo de la bomba pase a través de la válvula y regrese al depósito. La bomba que hemos usado suministra un flujo constante de aceite y el aceite debe tener un paso para regresar cuando no se lo requiere para manejar una función.
En el SISTEMA DE CENTRO CERRADO, la bomba es capaz de "reposa” cuando el aceite no se requiere para una función. Por lo tanto, la válvula de control se cierra en el centro, lo que hace cesar el flujo de aceite desde la bomba característica de 11 centro cerrado".
En la Fig. 9 de la pagina siguiente se muestra el sistema de centro abierto en la posición neutral, mientras que en la Fig. 10 se muestra el sistema de centro cerrado.
Resumiendo: o El Sistema de Centro Abierto - la bomba funciona constantemente, con la válvula abierta en el centro para dejar que el aceite retorne al depósito.
o El Sistema de Centro Cerrado - el carrete de la válvula está cerrado en el centro para cesar el paso de aceite desde la bomba en neutral.
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Nociones de Hidráulica
1 - La Bomba Gira Constantemente 2 - El Aceite que Manda la Bomba Retorna al Depósito
3 - El Aceite Bloqueado Mantiene el Pistón Inmóvil 4 - En la Posición Neutral, el Aceite Atraviesa la Válvula de Control
Fig. 9 - Sistema de Centro Abierto en Neutral
1 - Esta Bomba Deja de Mandar Aceite en la Posición Neutral - La Válvula Cierra el paso de¡ Aceite, que se Mantiene a la Presión de Trabaja
3 - El Aceite Bloqueado Mantiene el Pistón Inmóvil
Fig. 10 - Sistema de Centro Cerrado, en Neutral
Nociones de Hidráulica
1 - Embolo de la Válvula de Control Corrido Hacia Arriba 2 -La Bomba Empieza a Mandar Más Aceite
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3 - El Aceite a Presión Eleva el Pistón y la Carga - Aceite que Retorna al Depósito
Fig. 11 - Sistema Hidráulico de Centro Cerrado, en Trabajo, Elevando la Carga
SISTEMA DE CENTRO CERRADO Veamos un sistema de centro cerrado con una bomba de caudal variable. En neutral, la bomba bombea aceite hasta que la presión aumenta a un nivel predeterminado. Luego la válvula reguladora de presión permite que la bomba se cierre y mantenga su presión a la válvula. Cuando la válvula de control funciona tal como se muestra en la Fig. 11, el aceite se desvía desde la bomba hacia el fondo de¡ cilindro. La caída de presión causada por la conexión de la línea de presión de la bomba al fondo de¡ cilindro hace que la bomba vuelva a trabajar, bombeando aceite al fondo del pistón y levantando la carga. Cuando la válvula se mueve, la parte superior del pistón se conecta a una línea de retorno, permitiendo así que el aceite de retorno empujado desde el pistón regrese al depósito o a la bomba. Cuando la válvula se regresa a neutral, el aceite
queda nuevamente bloqueado a ambos lados del cilindro y la galería de presión de la bomba se cierra. En este momento, la bomba queda en reposo. Al mover el carrete en la posición hacia abajo (no se muestra); se dirige el aceite a la parte superior del pistón, moviendo la carga hacia abajo. Luego_ el aceite desde el fondo del pistón es enviado a la línea de retorno. Con el sistema de centro cerrado, si la carga excede la presión de reserva predeterminado o si el pistón llega al termina¡ de su carrera, el aumento de presión indica a la bomba que se quede en reposo, eliminado así la necesidad de las válvulas de alivio para proteger el sistema. Hemos construido el más simple de los sistemas de centro abierto y cerrado. Sin embargo, la mayoría de los sistemas hidráulicos requieren que su bomba realice más de una función. Veamos como se hace esto y comparemos las ventajas y desventajas de cada sistema.
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Nociones de Hidráulica
1 - Depósito 2 - Bomba de Caudal Constante
3 - Válvula de Seguridad 4 - Válvula de Control Direccional (Centro Abierto) Fig. 12 - Sistema Hidráulico Abierto
VARIANTES DE LOS SISTEMAS HIDRAULICOS ABIERTOS Y CERRADOS Para realizar varias funciones a la vez, los sistemas hidráulicos tienen las siguientes conexiones: SISTEMAS DE CENTRO ABIERTO Centro Abierto con Conexión en Serie Centro Abierto con Conexión en Serie-Paralelo Centro Abierto con Repartidor de Caudal ISTEMAS DE CENTRO CERRADO o Centro Cerrado con Bomba de Caudal Constante
5 - Cilindros Hidráulicos
con Tomas de Fuerza Acopladas en Serie
en serie y regresa al depósito tal como se muestra con las flechas. Cuando se hace funcionar la válvula de control, el aceite entrante es desviado al cilindro al cual sirve esa válvula. El aceite de retorno de¡ cilindro es dirigido a través de la línea de retorno y a la válvula siguiente. El sistema está satisfactorio siempre que solamente una válvula funcione a la vez. En este caso, está disponible para esa función todo el rendimiento de la bomba a presión total de¡ sistema. Sin embargo, si se hace funcionar más de una válvula, el total de las presiones requeridas para cada función individual no puede exceder el ajuste de alivio del sistema.
y Acumulador Centro Cerrado con Bomba de Caudal Variable examinemos todos estos sistemas, uno por uno. SISTEMAS DE CENTRO ABIERTO Sistema de Centro Abierto con Conexión en Serie La Fig. 12 muestra una conexión en serie de un sistema de centro abierto. El aceite de la bomba es enviado a tres válvulas de control en serie. El retorno de la primera válvula es enviado a la entrada de la segunda, etc.
En neutral, el aceite pasa a través de las válvulas
Sistema de Centro Serie-Paralelo
Abierto
con
Conexión
en
Este sistema, ilustrado en la Fig. 13, es una variante de¡ anterior. El aceite que envía la bomba atraviesa las válvulas que están conectadas al circuito en serie y en paralelo a la vez. Las válvulas de control suelen "apilarse" para disponer de mayor número de canalizaciones de paso para el aceite.
En neutral, el aceite pasa a través de las válvulas en serie tal como se muestra con las flechas. Pero cuando se hace funcionar cualquiera de las válvulas, se cierra el retorno y el aceite a presión llega a
Nociones de Hidráulica
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Fig- 13 - Sistema de Centro Abierto con Conexiones en Serie-Paralelo
todas las válvulas a la vez por estar conectadas también en paralelo (línea azul superior). Cuando se hacen funcionar dos o más válvulas a la vez, el primer cilindro hidráulico que responde es siempre el que menos presión necesita, y el último, el que más presión requiere para hacer su trabajo. Esta facultad de realizar dos o más funciones a la vez es, sin duda, una ventaja de este tipo de conexión sobre la conexión en serie ilustrada en la Fig. 12. Sistema de Centro Abierto con Repartidor de Caudal La Fig. 14 ilustra un sistema hidráulico abierto con válvula repartidora de caudal. El repartidor de caudal recibe todo el aceite que envía la bomba y lo reparte entre dos circuitos. Por ejemplo, se puede ajustar de forma que deje pasar primero el aceite por el circuito de la izquierda, en el caso de ser actuadas ambas válvulas de mando a la vez. También se puede ajustar de forma que reparta la presión por igual entre ambos circuitos o en una proporción determinada. En este sistema la bomba tiene que ser capaz de entregar el caudal máximo que necesitan los dos circuitos funcionando a la vez. Esto significa que mucha de la potencia se gasta cuando se hace funciona solamente una válvula de control. Podemos ver ahora que el sistema de centro abierto es útil cuando tiene que realizar una sola función, pero tiene un valor limitado cuando han de realizarse diversas funciones a la vez.
1 - Depósito 2 - Bomba de Caudal Constante 3 - Válvula de Seguridad
4 - Repartidor de Caudal 5 - Válvulas de Control 6 - Cilindros (de Acción Simple)
Fig. 14 - Sistema Abierto con Repartidor de Caudal
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Nociones de Hidráulica
Fig. 15 - Sistema Hidráulico Cerrado con Bomba de Caudal Constante y Acumulador
SISTEMAS DE CENTRO CERRADO Sistema de Centro Cerrado con Bomba de Caudal Constante y Acumulador Este sistema se muestra en la Fig. 15. Una bomba de caudal reducido pero constante, va cargando un acumulador de presión. Cuando el acumulador está cargado al máximo, la válvula de descarga desvía el aceite de la bomba devuelta al depósito. La válvula de retención bloquea el aceite a presión dentro de los circuitos que trabajan con fuerza hidráulica. Al hacerse funcionar la válvula de control, el acumulador descarga su aceite y activa el cilindro. A medida que la presión comienza a disminuir, el caudal de la bomba es enviado nuevamente por la válvula de descarga al acumulador para recargarlo. Este sistema, empleando una bomba de poco caudal, es eficaz cuando el aceite a presión se necesita solamente por un corto período de tiempo. Sin embargo, cuando las funciones necesitan mucho aceite por períodos largos, el sistema de¡ acumulador no puede manejarlo a menos que sea un acumulador muy grande.
Sistema de Centro Cerrado con Bomba de Caudal Variable Este sistema se muestra en la Fig. 16. Y hemos mostrado mucho de este sistema en la Fig. 10, pero ahora agregaremos una bomba de carga. Esta bombea aceite desde el depósito a la bomba de
caudal variable. La bomba de carga abastece solamente el aceite de relleno requerido en el sistema y provee un poco de presión de entrada para que la bomba de caudal variable sea más eficiente. El aceite de retorno de las funciones de¡ sistema es enviado directamente a la entrada de la bomba de caudal variable tal como se muestra.
Vimos anteriormente que el sistema de centro abierto es uno de los más simples y baratos para los sistemas hidráulicos que tienen solamente unas pocas funciones. Pero a medida que se agregan más funciones con demandas distintas para cada función, el sistema de centro abierto requiere el uso de repartidores de caudal para proporcionar el caudal de aceite a esas funciones. El uso de estos repartidores de caudal en un sistema de centro abierto reduce la eficiencia produciéndose aumento de calor.
Las máquinas de hoy necesitan más potencia hidráulica y la tendencia ha sido a usar sistemas de centro cerrado. Por ejemplo, en un tractor moderno, se puede requerir aceite para la dirección de potencia, frenos de potencia, cilindros remotos, enganche de tres puntos, cargadoras y otros equipos montados en la unidad.
En la mayoría de los casos, cada una de estas funciones requiere una cantidad diferente de aceite. Con el sistema de centro cerrado, la cantidad de
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Fig. 16 - Sistema Cerrado con
aceite. Con el sistema de centro cerrado, la cantidad de aceite para cada función puede controlarse mediante el tamaño de la tubería, tamaño de la válvula o mediante los orificios produciéndose menos aumento de calor cuando se lo compara con los repartidores de caudal necesarios en un sistema de centro abierto comparable.
Otras Ventajas de los Sistemas de Centro Cerrado 1. No se requieren válvulas de alivio en un sistema de centro cerrado básico porque la bomba se cierra por sí sola cuando se alcanza la presión de reserva. Esto impide el aumento de calor en los sistemas en que la presión de alivio se alcanza con frecuencia. 2. El tamaño de la tubería, válvulas y cilindros pueden adaptarse según los requisitos de caudal de cada función.
3. Al usar una bomba más grande, hay disponible un caudal de reserva para asegurarse que se obtiene la velocidad máxima hidráulica a bajas revoluciones por minuto de¡ motor. También se pueden servir más funciones.
Bomba de Caudal Variable
En un sistema de centro abierto similar, la bomba funciona aliviada para mantener esta presión.
APLICACIONES DE LA FUERZA HIDRAULICA La fuerza hidráulica tiene miles de aplicaciones. Aquí vamos a ocuparnos de algunas de ellas en equipos agrícolas e industriales. En una sola máquina se pueden realizar o asistir con fuerza hidráulica diversas funciones. El tractor ilustrado en la Fig. 17 emplea fuerza hidráulica para la dirección, los frenos, el equipo montado de control y abastecer la operación remota de equipos acoplados al tractor. Para cumplir con todas estas funciones basta un solo sistema hidráulico. Examinemos brevemente las principales aplicaciones de la fuerza hidráulica. SISTEMAS DE DIRECCION HIDRAULICA Los tres tipos principales de dirección usados en las máquinas actuales son: 1. DIRECCION MANUAL
4. En funciones tales como los frenos que requieren fuerza pero muy poco movimiento de¡ pistón, el sistema de centro cerrado es muy eficiente. Al mantener la válvula abierta, se aplica constantemente presión de reserva al pistón de¡ freno sin perder la eficacia porque la bomba regresa a reposo.
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2. DIRECCION DE POTENCIA a. Dirección hidráulica con barra de acopla miento mecánica b. Dirección hídrostática c. Dirección de bomba dosíficadora
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1 - Cilindro de Control Remoto 4 - Válvula de Control Remoto Principal 2 - Elevador de Potencia (Control de¡ Equipo)5 - Acumulador Cilindro de Dirección 3 - Válvula de Dirección de Potencia 6 - Enfriador de Aceite
7 - Bomba Hidráulica 8 – Cilindro de dirección 9 - Servo-frenos
Fig. 17 - Tractor Moderno con Todos los Mandos Asistidos por Fuerza Hidráulica (Se Ilustra el Sistema de
3. DIRECCION ASISTIDA POR FUERZA HIDRAULICA
puede adaptar igualmente al sistema de centro cerrado. La operación se muestra durante un giro hacia la derecha.
Veamos cada tipo en detalle. Dirección Manual El volante de la dirección está unido directamente con las ruedas y todo el esfuerzo necesario para hacerlas girar lo hace el conductor. No se usa fuerza hidráulica - solamente esfuerzo mecánico. Dirección de Potencia Con dirección de potencia total, el único esfuerzo requerido de parte de¡ operador es fuerza suficiente en el volante de la dirección para abrir las válvulas. La potencia hidráulica es suministrada por la bomba que entrega toda la fuerza de dirección hasta la capacidad de¡ sistema. Estos sistemas se dividen en tres categorías principales.
En el giro hacia la derecha, el operador da vueltas al volante en la dirección hacia la derecha, tal como se muestra. Debido a la resistencia que oponen las ruedas al girar, el eje es empujado hacia afuera hacia la tuerca sinfín. Esto cambia la válvula de carrete y el eje de la dirección hacia arriba, enviando el aceite al cilindro de las ruedas delanteras. Este cilindro gira sobre un dispositivo de piñón y cremallera que hace girar las ruedas delanteras. El aceite desde el otro lado del cilindro de la dirección es devuelto a través de la válvula de carrete al depósito, tal como se muestra. Mientras se mantenga girando el volante de dirección, el aceite continuará moviendo las ruedas. Tan pronto se detiene movimiento de¡ volante, la presión hidráulica hace girar las ruedas poco más hacia la derecha, moviendo la barra de dirección hacia adelante y tirando la válvula hacia atrás devuelta a la posición neutral.
A. DIRECCION HIDRALILICA CON BARRA DE ACOPLAMIENTO MECANICA B. DIRECCION HIDROSTATICA La Fig. 18 ilustra la dirección hidráulica con una barra de acoplamiento mecánica. Mostramos el sistema hidráulico La dirección hidrostática no tiene conexión mecánica de centro abierto; sin embargo, se
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1 - Bomba 2 - Depósito
3 - Volante de Dirección 4 - Válvula de Carrete de de Dirección
5 - Sinfín 6 - Barra de Dirección
7 - Cilindro de Dirección 8 - Piñón y Cremallera
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9 - Pistones 10 - Engranaje
Fig. 18 - Dirección Hidráulica Durante un Viraje Hacia la Derecha
entre la válvula de dirección y los cilindros de dirección. Básicamente, la operación es igual a la que recién explicamos excepto que tenemos una "barra" de acoplamiento" en vez de una mecánica. La Fig. 19 de la página siguiente muestra el sistema de dirección hidrostática usada con el sistema hidráulica de centro cerrado. La operación se muestra durante un viraje hacia la derecha. Cuando el operador gira el volante de dirección hacia la derecha, el eje de dirección, que está roscado a través de¡ pistón de la válvula de dirección, trata de tirar el pistón hacia arriba. Debido a que el aceite está atrapado en el cilindro en este momento, el eje en vez de mover el collar hacia abajo, gira la palanca pivote y abre una válvula de presión y retorno. Cuando las válvulas se abren, el aceite a presión entra en el cilindro de la válvula de dirección, empujando el pistón hacia arriba. Esto expulsa el aceite de¡ cilindro de la válvula hacia el interior de¡ cilindro de dirección derecho, girando las ruedas delanteras hacia la derecha.
A medida que las ruedas giran, el aceite es expulsado del cilindro de la dirección izquierdo y regresa a través de la válvula de retorno abierto al depósito o bomba. Cuando el operador deja de girar el volante de dirección, el eje de dirección es movido hacia arriba
por el cilindro de la válvula de dirección, tirando el collar hacia arriba y centrando la palanca pivote, cerrando así las válvulas. Durante el giro hacia la izquierda, se invierte la operación. (Para simplicidad, las válvulas usadas durante un giro a la izquierda no se muestran.) C. DIRECCION DE POTENCIA CON BOMBA DOSIFICADORA La dirección de potencia con bomba dosificadora consiste de tres conjuntos (Fig. 20): o bomba
dosificadora
o válvula
de dirección
o motor
de dirección
Tal como sucede con la dirección hidrostática, no hay conexiones mecánicas entre los conjuntos en la dirección con bomba dosificadora. Nota: Las indicaciones de direcciones se refieren a aquellas tal como se ven desde el asiento del operador. El lado A y el lado B ayudan a identificar la dirección del movimiento en la caja de la válvula de dirección.
La Fig. 20 muestra la operación de la dirección de potencia con bomba dosificadora durante un viraje hacia la derecha. Cuando el operador gira el volante hacia la derecha los engranajes en la bomba dosificadora
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1 - Bomba 2 - Depósito 3 - Válvula de Retorno
4 - Válvula de Presión 5 - Volante de Dirección 6 - Pistón
7 - Collarín 8 - Palanca con Pivote 9 - Cilindros de Dirección
Fig. 19 - Dirección Hidrostática Durante un Giro a la Derecha
cadora envían el aceite de sistema de dirección hacia la caja de la válvula de dirección y hacia el extremo izquierdo del pistón de retroalimentación. Este aceite (bajo la misma presión) mueve la válvula de dirección hacia el lado B.
El movimiento de la válvula de dirección abre el circuito de aceite de presión hacia el extremo del pistón de la dirección. El aceite desde el extremo derecho del pistón circula devuelta hacia la galería de aceite de la válvula de dirección y hacia el depósito. El aceite desde el extremo derecho del cilindro del pistón de retroalimentación es empujado hacia afuera, mediante el movimiento del pistón, y regresa a través de la caja de la válvula de dirección hacia la bomba dosificadora.
Este movimiento de los pistones de retroalimentación y dirección desde la izquierda hacia la derecha hace que el eje corto gire hacia la derecha y de vueltas a las ruedas delanteras hacia la derecha.
Cuando el operador deja de girar el volante de dirección, los engranajes de la bomba dosificadora cesan de enviar aceite a la válvula de dirección. La presión del circuito, desde el extremo derecho del pistón de retroalimentación hacia la válvula de dirección, (causado por el movimiento de¡ pistón de retroalimentación) actúa contra el lado B de la válvula de dirección. La válvula se mueve hacia el lado A, cerrando la galería de¡ aceite a presión desde la bomba hidráulica principal, y deteniendo el movimiento de giro. La válvula se centra y bloquea el aceite en las galerías a ambos lados del pistón de dirección. El aceite bloqueado sostiene las ruedas en el giro hacia la derecha hasta que el operador gira nuevamente el volante de la dirección.
Si se pierde el aceite desde el circuito de control, la presión en el circuito de control disminuye. Esta reducción de presión hace que la válvula de relleno se desasiente y deje que el aceite de retorno del pistón de la dirección rellene el aceite en el circuito de control.
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Fig. 20 - Dirección con Bomba Dosificadora Durante un Giro Hacia la Derecha
En los tractores articulados, los pistones de retroalimentación y dirección son reemplazados por cilindros hidráulicos que controlan la dirección. Giro Manual con Dirección de Bomba Dosificadora Cuando no hay paso de aceite de presión de entrada a la caja de la válvula de dirección, la máquina puede manejarse manualmente. Sin el aceite a presión, la válvula de retención de entrada está asentada impidiendo la entrada de aceite al sistema de dirección desde la entrada del circuito de presión del sistema hidráulico.
Cuando el operador gira el volante hacia la derecha (Fig. 21) el aceite del sistema de dirección es enviada nuevamente hacia el lado A de la válvula de dirección y hacia el extremo izquierdo del pistón de retroalimentación. Se ejerce suficiente presión en el lado A de la válvula de dirección para desasentar la válvula de retención de dirección manual en la válvula de dirección hueca.
El aceite pasa entonces a través de la válvula de dirección hacia el extremo izquierdo del pistón de
Fig. 21 - Válvula de Dirección Durante un Giro Hacia la Derecha Manual
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dirección. La fuerza de¡ aceite sobre el pistón de retroalimentación y pistón de dirección mueve ambos pistones hacia la derecha, girando el eje corto de la dirección hacia la derecha, y girando las ruedas delanteras hacia la derecha.
izquierdo, el Pistón de la válvula de dirección es empujado hacia abajo, empujando el aceite al pistón izquierdo.
FRENOS Y SERVO-FRENOS HIDRAULICOS El aceite desde el extremo derecho del cilindro de pistón de retroalimentación es expulsado, por el movimiento del pistón, y regresa a través de la caja de la válvula de dirección a la bomba dosificadora. El aceite desde el extremo derecho del pistón de dirección es empujado a regresar hacia la galería del aceite. Pero este aceite no regresa al depósito. En cambio, abre la válvula de relleno del lado B y se une con el aceite que regresa del cilindro del pistón de retroalimentación. Esto asegura un suministro de aceite recirculante en el circuito de dirección. Cuando el operador deja de girar el volante de dirección, los engranajes de la bomba dosificadora detienen el envío de aceite a la válvula de dirección. La válvula de retención de dirección manual se asienta y detiene el movimiento de viraje. Todo el aceite en el sistema de dirección queda atrapado y mantiene las ruedas en giro hacia la derecha hasta que el operador gira nuevamente el volante de la dirección.
Dirección Asistida por Fuerza Hidráulica En los sistemas de dirección asistidos por fuerza hidráulica (no se muestran), la fuerza de dirección es suministrada por una combinación de esfuerzo manual y fuerza hidráulica. Se usa en sistemas donde el operador necesita tener una buena sensación de la dirección.
En estos sistemas, la cantidad de aumento de presión en el sistema de dirección es en proporción directa a la cantidad de esfuerzo empleado por el operador. El uso más común de este sistema es en la dirección de potencia asistida para los tractores con orugas.
Tres son los tipos principales de frenos empleados para ayudar a conducir o frenar las máquinas industriales y agrícolas: o Frenos de mano o Frenos hidráulicos o Servo-frenos
1. FRENOS DE MANO. Cuando el operador aplica los frenos, una articulación mecánica hace que los discos de frenos secos, o zapatas frenen las ruedas mediante fricción.
2. FRENOS HIDRUALICOS. Cuando el operador aplica los frenos, empuja una columna de aceite bloqueado que fija el disco o zapata de los frenos para frenar las ruedas. 3. SERVO-FRENOS. Al aplicar los frenos, se envía fuerza hidráulica para frenar las ruedas. En algunas máquinas, se pueden usar dos tipos de frenos. Por ejemplo, los servo-frenos para detener la máquina pueden ser respaldados por un freno manual para estacionamiento. Ambos frenos pueden activar un mismo mecanismo de frenado. En la mayoría de los tractores, los frenos están montados en las ruedas traseras. Para girar, el operador aprieta el pedal para la rueda izquierda o derecha. Para frenar, empuja hacia abajo ambos pedales a la vez.
En las máquinas de tracción en las cuatro ruedas, un solo mecanismo de frenado en la transmisión controla generalmente toda la unidad. Examinemos la operación de los frenos hidráulicos y servo-frenos en más detalle.
Seguro Contra la Falla de la Dirección de Potencia Si se pierde la presión del aceite de dirección en la dirección hidráulica con barra de acoplamiento mecánica, una barra sólida se hace cargo y el operador puede manejar la máquina mecánicamente. La misma protección se provee en la dirección de potencia hidrostática. Esto se realiza bloqueando el aceite en la válvula de dirección y usando el pistón de la válvula de dirección como un motor. En el viraje hacia la derecha, el pistón de la válvula de dirección es tirado hacia arriba, empujando el aceite hacia el cilindro de dirección derecho. En el viraje
Frenos Hidráulicos La Fig. 22 de la página siguiente muestra los frenos hidráulicos de un tractor típico. Se muestra la operación durante un giro hacia la izquierda. Para un viraje pronunciado hacia la izquierda, el operador aprieta el pedal de freno izquierdo. Esto hace girar el brazo del pedal contra el pistón del freno, tal como se muestra y lo mueve hacia atrás. El pistón cierra la válvula de retención de entrada del depósito, bloqueando el aceite en el cilindro. A medida que el pistón se mueve un poco más, empuja el aceite bloqueado fuera del cilindro, desasentando la válvula de retención de salida.
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1 - Pedal del Freno Izquierdo 2 - Depósito de¡ Freno 3 - Válvula de Retención de Entrada 4 - Disco de Freno
5 - Placa de Presión 6 - Válvula de Retención de Salida 7 - Pistón
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8 - Brazo del Pedal 9 - Mando Final (en el Eje Trasero Izquierdo) 10 - Pedal de Freno Suelto
Fig. 22 - Frenos Hidráulicos Durante un Giro Hacia la Izquierda
El aceite es empujado a través de la tubería hacia el mando final en el eje trasero izquierdo, donde aplica fuerza contra la placa de presión M freno (ver inserto). Esto empuja el disco giratorio de¡ freno contra el costado de una placa fija frenando el eje izquierdo y rueda. Cuando se suelta el pedal de¡ freno, se alivia la presión contra el disco de¡ freno. El aceite que retorna de la unidad de¡ eje es dosificada por la válvula de retención de salida y del retén (inserto, Fig. 22). La presión del resorte empuja el pistón nuevamente contra el frente. Esto crea un vacío en el cilindro, permitiendo que la válvula de retención del depósito se abre nuevamente. Entonces entra más aceite al cilindro según se necesite para el próximo frenado.
Cuando se aprietan ambos pedales de los frenos de una vez, las dos válvulas de los frenos envían aceite a los mandos finales. Para asegurarse que la presión de aceite es igual en ambos lados, se abren las válvulas debajo de cada pistón del freno, conectando los dos cilindros de los frenos. Si el tractor se detiene o si falla el suministro de aceite, se puede frenar usando el aceite de los depósitos de los frenos. Normalmente, el aceite es suministrado a los depósitos de los frenos desde el sistema hidráulico del tractor. Servo-Frenos Servo-frenos significa que la fuerza hidráulica controla completamente el frenado de la máquina, una
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1 - Pedal de¡ Freno Izquierdo 2 - Válvula de¡ Freno 3 - Depósito de¡ Freno 4 - Válvula de Retención de¡ Depósito
5 - Válvula de Retención de Entrada 6 - Aceite de Entrada 7 - Válvula de Retención de Salida
8 - Mando Final (En el Eje Transero Izquierdo) 9 -Disco de¡ Freno 10 - Pistones del Freno
Fig. 23 - Servo-Frenos Durante un Giro Hacia la Izquierda
vez que el operador aprieta el pedal del freno para activar las válvulas. En la Fig. 23 se muestra los servo-frenos de un tractor sobre ruedas moderno con sistema hidráulico de centro cerrado. La operación se muestra con un giro hacia la izquierda. Para un viraje pronunciado a la izquierda, el operador aprieta el pedal de¡ freno izquierdo. Esto hace que la articulación de la varilla se empuja hacia abajo sobre la válvula del freno abriéndola. El aceite de entrada a presión pasa a través de la válvula abierta, empuja y abre la válvula de retención de salida y circula hacia el mando final del eje trasero izquierdo (ver el inserto). Aquí el aceite empuja los pistones del freno y placas de presión para apretar el disco del freno giratorio contra la placa fija frenando la rueda y eje izquierdos.
Cuando se suelta el pedal del freno, el resorte cierra nuevamente la válvula del freno, y se corta el paso de¡ aceite de entrada. Esto alivia la presión en el disco del freno y en el eje, y se detiene el frenado a medida que un poco del aceite se devuelve a la zona de la válvula del freno. Este aceite se vacía en el depósito del freno después de pasar la válvula y el émbolo de la válvula. Cuando se aprietan ambos pedales de los frenos a la vez, las dos válvulas de los frenos envían el aceite a los dos mandos finales. Para asegurarse que el frenado es igual, las válvulas de compensación (no se muestran) se abren, conectando las dos válvulas de los frenos.
SEGURO CONTRA FALLA DE LOS SERVO-FRENOS Si el tractor se detiene o si falla el suministro de
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1 - Palanca de Control 2 -Pulsador de Leva 3 - Varilla de Mando
4 - Válvula de Bola 5 - Pistón 6 - Brazo del Eje
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7 - Eje Oscilante 8 - Brazo de Levante 9 - Aceite de la Bomba
Fig. 24 - Elevación del Arado con la Palanca de Control
aceite de presión, todavía es posible frenar usando el aceite del depósito del freno. Los servo-frenos entonces se convierten en frenos hidráulicos, usando el aceite bloqueado para frenar el tractor. La operación es la siguiente: a medida que falla la presión, la válvula de retención de entrada se cierra y el aceite queda bloqueado en la zona de la válvula del freno. Entonces, si se empuja el pedal del freno izquierdo, la cavidad de la bomba del freno se convierte en un dispositivo de cilindro y pistón, empujando el aceite hacia afuera hacia la unidad del eje trasero. Al soltar el freno, se permite que el aceite regrese al depósito del freno y más aceite entra a la zona de la válvula, más allá de la válvula de retención del depósito para el próximo frenado. En las máquinas grandes, se usa un acumulador como "refuerzo" en caso de que falle el servo-freno. El acumulador mantiene "cargas" suficientes de aceite a presión de reserva para varios frenados. Cuando se usa esta fuerza del depósito, todavía se pueden aplicar los frenos usando el aceite bloqueado en el circuito.
SENSOR DE CARGA HIDRAULICO PARA EQUIPO MONTADO EN LA PARTE TRASERA En los tractores modernos, a menudo los equipos tales como el arado están montados en un elevador de potencia (o eje oscilante) en la parte trasera del
tractor. Este equipo es controlado por el sistema usando dos métodos: • La palanca de control • Sensor automático de carga Digamos que el arado de la Fig. 24 está arrastrando y es necesario levantarlo. Explicaremos lo que sucede cuando se levanta el arado, primero mediante la palanca de control y luego mediante el dispositivo sensor automático de carga. Elevación del Arado con la Palanca de Control En la Fig. 24, el arado golpea contra suelo duro y el operador desea levantarlo ligeramente. De modo que mueve la palanca de control (1) hacia adelante. Esto hace pivotear el pulsador de leva (2) hacia adelante y lo empuja contra la varilla (3) que abre la válvula (4). El aceite a presión entra al cilindro, empujando el pistón (5) hacia atrás. El pistón empuja contra el brazo del eje (6) hace girar el eje oscilante (7) y el brazo de levante (8) hacia arriba. El brazo de levante está sujeto al arado de modo que éste se levanta ligeramente para pasar por el terreno duro.
El arado deja de elevarse cuando se cierra nuevamente la válvula (4), bloqueando el aceite en el aceite en el cilindro. Esto sucede cuando el pulsador de levar (2) actuando sobre la leva inclinada del del eje oscilante (7), regresa hacia atrás y suelta la varilla (3). Entonces el resorte cierra la válvula.
1 - Surco M Arado 2 - Barra de Acoplamiento 3 - Eje Sensor de Carga 4 - Pulsador de Leva
5 - Varilla de Control 6 - Válvula de Bola 7 - Cilindro 8 - Brazo del Eje
9 - Eje Oscilante 10 - Brazo de Levante 11 - Aceite de la Bomba 12 - Brazo de Control de Carga
Fig. 25 - Sensor Automático de Carga Eleva el Arado
Arado Levantado por el Sensor Automático de de Carga En la Fig. 25, el arado golpea contra suelo duro (1) y el eje de control de carga (3) es tirado hacia atrás por las barras de acoplamiento (2). Como resultado, el brazo de control de carga (12) pivotea contra el pulsador de leva (4). El pulsador de leva empuja la varilla (5) que abre la válvula (6) y deja entrar el aceite a presión al cilindro (7). El pistón del cilindro empuja contra el brazo (8), girando el eje oscilante (9) y empujando hacia arriba el brazo de levante (10). El brazo de levante está sujeto al arado, de modo que lo levante ligeramente para ayudarlo a pasar el terreno duro.
Con el sensor automático de carga, el arado se baja nuevamente por sí sola cuando se pasa el terreno duro. Esto sucede a medida que la tensión en el eje de control de carga (12) se suelta parcialmente. Dobla hacia adelante y empuja hacia atrás la articulación para activar las otras válvulas (no se muestran) que dejan salir un poco de aceite del cilindro. Esto permite que los brazos de levante (10) se "asienten" bajando nuevamente el arado.
La profundidad regular del arado puede ajustarse en la palanca de control. El arado permanecerá a esta profundidad a menos que el dispositivo sensor de carga le dé una señal.
Recién hemos descrito el sensor de carga o control de carga. Comúnmente hay disponibles otras dos opciones: Si se desea, el operador puede trabar las señales del sensor de carga bloqueando el pulsador de leva (4) en su extremo inferior usando una palanca (no se muestra). Esto se llama control de profundidad, pues el arado permanece ahora a la profundidad ajustada por la palanca de control. La otra selección permite que el operador bloquee parcialmente el pulsador de la leva usando la palanca. Esto se llama control de carga de profundidad, pues las señales de carga están modificadas por el ajuste de profundidad.
Se han diseñado algunos levantes hidráulicos de doble operación. Normalmente se usan dos cilindros hidráulicos: un cilindro y válvula controla el equipo de montaje trasero, y el segundo acciona los componentes de montaje delantero o un aditamento. Sin embargo, los cilindros pueden hacerse funcionar en paralelo abriendo las válvulas que los unen al mismo suministro de aceite a presión. También se usan dos palancas de control, una para cada función. Pero generalmente sólo una función (la trasera) tiene un dispositivo sensor automático de carga.
Nociones de Hidráulica
1 - Válvula de Control de Carga 2 - Cilindro Sensor 3 - Selector de Control de Carga 4 - Pulsador de la Leva 5 - Pistón del Cilindro Sensor
6 - Brazo de Tracción 7 -Articulación de Tracción 8 -Resistencia al Suelo 9 - Válvula de¡ Cilindro Sensor 10 Orificio Variable 11 - Orificio
Fig. 26 - Eje Oscilante
EJE OSCILANTE CON SENSOR HIDRAULICO El sistema sensor hidráulico de carga consiste de una válvula de control de carga (1) y un Cilindro sensor (2). El selector de control de carga (3) está en una posición en la parte superior del pulsador de la leva (4) para permitir detectar al máximo la carga. El extremo de la varilla M pistón M cilindro sensor (5) está sujeto a un brazo de tracción (6). Los dos brazos de tracción están conectados por un eje. Las articulaciones de tracción (7) están sujetas a los brazos de tracción.
A medida que el arado golpea contra suelo duro (8), aumenta la resistencia al suelo de la carga de arrastre en los brazos de tracción. La fuerza de arrastre es transmitida al cilindro sensor (2) por los brazos de tracción y tira el pistón de¡ cilindro sensor y válvula (9) hacia atrás. Entonces, pasa más aceite al cilindro sensor a través de un orificio variable (10), aumentando la presión sensora en la parte delantera de la válvula de control de carga (1). El aumento en el presión sensora resulta en un movimiento hacia atrás de la válvula de control de carga (1), pulsador de la leva (4) y articulación de mando de la válvula (12) lo que hace girar hacia la derecha la leva (13) de mando de la válvula. Notar que el orificio (11) deja pasar un poco de aceite desde la parte delan
12 - Articulación de Mando de la Válvula 13 - Leva de Mando de la Válvula 14 - Válvula de Presión 15 - Válvula de¡ Acelerador 16 - Pistón del Eje Oscilante
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17 - Caja de la Válvula de Control de Carga 18 - Resorte 19 - Válvula de Retorno 20 - Válvula de Alivio Térmico 21 - Bola de Retención 22 - Eje Oscilante
con Sensor Hidráulico
tera de la válvula de control de carga. Esto resulta en una presión variable en la válvula dependiendo de la cantidad de aceite que entre a través del orificio variable (10). La rotación hacia la derecha de la leva de mando de la válvula hace que la válvula de presión (14) se abre y envíe aceite a presión a través de la válvula de¡ acelerador (15) hacia la parte trasera del pistón del eje oscilante (16). La válvula de acelerador controla la velocidad de¡ paso de aceite hacia y desde el pistón de¡ eje oscilante. El pistón se mueve hacia adelante y hace girar el eje oscilante (22), levantando las articulaciones de tracción (7) y el arado. La retención de bola (21) impide que el aceite de retorno de la parte delantera del pistón del eje oscilante entre a la caja de la válvula de retorno (19). Cuando el arado pasa el terreno duro, disminuye la fuerza de tracción de¡ cilindro sensor. El pistón del cilindro sensor (5) y la válvula (9) se mueven hacia adelante dejando pasar menos aceite a través del orificio variable, disminuyendo la presión sensora en la parte delantera de la válvula de control de carga. El resorte de la caja de la válvula de control de carga (17) empuja hacia adelante la válvula. El resorte (18) hace girar hacia la izquierda la leva de mando de la válvula y empuja el pulsador de la leva
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Nociones de Hidráulica
1 - Eje 2 - Cilindro Remoto 3 - Mangueras Flexibles Fig. 27 - Elevación de Un Arado de Arrastre
(4) hacia adelante, junto con la válvula de control de carga. La válvula de presión (14) se cierra, y si es necesario, la válvula de retorno (19) se abre para bajar el arado.
Cuando las válvulas de presión y alivio se cierran, el aceite bloqueado en la parte trasera del eje oscilante puede expandirse si se eleva la temperatura de aceite. La válvula de alivio térmico (20) detecta la expansión térmica de¡ aceite hidráulico en el sistema y se abre si ésta es demasiado grande. CONTROL REMOTO DEL EQUIPO Los tractores pueden operar el equipo que no esté montado en la unidad, pero es remolcado o empujado. Para controlar este equipo con los cilindros hidráulicos, se necesita un actuador remoto tal como un cilindro o un motor - separado de¡ tractor y conectado por mangueras flexibles. Veamos el caso de¡ arado nuevamente - esta vez uno remolcado detrás del tractor (Fig. 27). El arado está arrastrando demasiado y el operador desea levantarlo. Cuando esto sucede: El operador mueve la palanca de control hacia adelante, tal como se muestra. Esto activa la válvula de control que envía aceite a presión hacia la parte delantera del cilindro remoto. A medida que el aceite empuja el pistón hacia atrás, la varilla de¡ cilindro se extiende. El aceite del otro lado del pistón es empujado hacia afuera y regresa a traves de la
4 - Válvula de Control 5 - Palanca de Control 6 - Acopladores de Desconexión de las Mangueras por Medio de¡ Cilindro Hidráulico Remoto
válvula al depósito. A medida que la varilla de¡ cilindro se extiende, hace girar la articulación al eje de¡ arado, girando el eje doblado hacia atrás y levantando el arado.
Los cilindros remotos tiene cientos de usos en las máquinas modernas (Ver el Capítulo 4 para los detalles sobre todos los tipos de cilindros hidráulicos.) Otro uso de los cilindros hidráulicos remotos es el motor hidráulico (ver Capítulo 5). Por ejemplo, se puede montar un motor pequeño en un elevador de granos portátil.
El motor convierte la fuerza hidráulica en movimiento giratorio impulsando así los mecanismos de elevación.
SISTEMAS DE NIVELACION AUTOMATICA (Cosechadoras para Laderas) Los sistemas de nivelación automática se emplean principalmente en las cosechadoras para trabajar en ladera. Este sistema especial se compone de tres partes: un sistema de nivel lleno de líquido, un sistema eléctrico, y un sistema hidráulico (Fig. 28). Los dos primeros sistemas tienen la función de activar el sistema hidráulico.
Nociones de Hidráulica
1 - Rueda Izquierda 2 - Cilindro Nivelador Izquierdo 3 - Estrangulador de Paso de Aceite - Sistema Hidráulico
5 - Solenoide Eléctrico 6 - Carrete de la Válvula Niveladora 7 - Sistema de Nivel de¡ Líquido 8 - Sistema Eléctrico
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9 - Línea de¡ Suelo 10 - Rueda Derecha 11 - Cilindro Nivelador Derecho
Fig. 28 - Sistema de Nivelación Automática (Cosechadora de Laderas)
La operación es como sigue: Al inclinarse la cosechadora para entrar en una ladera, quedando más baja la rueda izquierda que la derecha, el dispositivo del nivel del líquido activa el sistema eléctrico. El solenoide mueve el carrete de la válvula niveladora y envía el aceite a los cilindros niveladores de doble acción que actúan sobre cada rueda (Fig. 28). El cilindro izquierdo se extiende y el derecho se retrae de modo que las ruedas pueden adaptarse a la pendiente mientras la cosechadora se mantiene nivelada.
Cuando ésta se inclina al lado contrario, se invierte todo el proceso, Una vez nivelada, el aceite queda retenido en los cilindros hidráulicos mediante las válvulas de retención y el sistema de nivelación se desconecta automáticamente.
SISTEMAS DE CONTROL DE EQUIPOS MONTADOS EN LA UNIDAD Las cargadoras frontales, bulldozers, retroexcavadoras
y horquillas cargadoras generalmente están montadas en la máquina que las impulsa. Es frecuente que se venden en el mercado como unidades proyectadas para realizar un solo tipo de trabajo. Con el objeto de facilitar su manejo se a generalizado el empleo de fuerza hidráulica para maniobrar estos equipos montados sobre el tractor. Sistemas Hidráulicos para Cargadoras Frontales Casi todas las cargadoras frontales van montadas sobre el frente de¡ tractor de ruedas o de orugas. La Fig. 29 muestra un tractor de orugas con cargadora frontal, equipado con sistema hidráulico de centro abierto. La mayoría de las cargadoras realizan dos tipos de control: 1) subir y bajar el aguilón, 2) vaciar y enderezar el cucharón. Ambos están generalmente controlados por fuerza hidráulica, mediante circuitos de aceite y controles separados.
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Nociones de Hidráulica
1 - Depósito 2 - Cilindro M Aguilón 3 - Cilindro M Cucharón 4 - Bomba
5 - Cilindro del Cucharón 6 - Válvulas de Control 7 - Cilindro M Aguilón
1 - Válvulas de Control 2 - Palanca de Control 3 - Cucharón Volcado
4 - Cilindro M Cucharón 5 - Aguilón 6 - Cilindro M Aguilón
Fig. 29 - Operación M Cargador
Cuando el operador mueve el cucharón de la cargadora, mueve la palanca de control que hace que la válvula de control envíe aceite a ambos cilindros de¡ cucharón. Esto extiende los cilindros, volcando el cucharón. Mientras se realice la operación, el aceite queda bloqueado dentro de los cilindros de¡ aguilón, manteniéndolo en alto.
Los cilindros de¡ aguilón y de¡ cucharón son de doble acción de modo que puedan subir y bajar el aguilón pesado, o vaciar y enderezar el cucharón. (Algunos cilindros de¡ aguilón pueden ser de acción simple y el cucharón se baja por su propio peso.)
Al igual que las cargadoras, la mayoría de los bulldozers tienen sus propios sistemas hidráulicos. Las bombas tipo engranajes, válvulas de carrete "apiladas", y cilindros de acción doble son características comunes de estos sistemas. La válvula de control para subir y bajar la hoja tiene una posición en que se deja flotante. Esto permite que la hoja siga las desigualdades de¡ suelo cuando se arrastra hacia atrás para alisar la tierra removida. En la posición flotante, el aceite circula libremente en ambos sentidos dentro de¡ circuito. (Normalmente el aceite se bloquea dentro de¡ circuito para dejar la hoja fija.)
Cada circuito - aguilón y cucharón - es servido por su propia válvula de control. Cada válvula generalmente es accionada por su propia palanca. En algunos casos, una palanca está unida a ambas válvulas para una operación de cuatro sentidos. A veces se agrega un circuito hidráulico adicional para un cucharón de almejas o una tenaza u horquilla para troncos montada en el aguilón de la cargadora. Sistemas Hidráulicos para Bulldozer El bulldozer generalmente va montado en la parte delantera de¡ tractor de orugas, a fín de que se adhiera mejor sobre suelos sueltos. La mayoría de los bulldozers tienen tres tipos de control de la hoja: 1) subirla y bajarla, 2) angularla hacia la derecha o hacia la izquierda, y 3) inclinarla en sentido lateral (ver la Fig. 30). En algunos bulldozers, los tres están controlados por la fuerza hidráulica. En otros, solamente uno o dos.
1 - Subir y Bajar 2 - Inclinación Lateral 3 - Angulación Fig. 30 - Operación M Bulldozer
Nociones de Hidráulica
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1 - Depósito 2 - Válvula de Control de la Cargadora Frontal 3 - Cilindro Estabilizador Izquierdo 4 - Cilindro para Giro de¡ Aguilón 5 - Cilindro del Aguilón 6 - Cilindro de Empuje 7 - Cilindro de¡ Cucharón
9 - Retroexcavadora 10 - Tractor 11 - Pila de la Válvula de Control de la Retroexcavadora 12 - Válvula Selectora 13 - Válvula de Alivo 14 - Bomba 15 - Se Muestra el Sistema
1 - Cilindro de Empuje 2 - Cilindro de¡ Aguilón 3 - Palancas de Control de la Retroexcavadora 4 - Válvulas de Control de la Retroexcavadora 5 - Cilindro de Giro 6 - Cilindro de¡ Estabilizador Izquierdo 7 - Cilindro de¡ Cucharón
Fig. 31 - Funcionamiento de la Retroexcavadora (Combinada con la Unidad Cargadora Frontal)
Sistemas Hidráulicos de la Retroexcavadora La retroexcavadora se emplea para hacer zanjas. Generalmente se monta sobre la parte trasera de los tractores industriales tales como cargadoras frontales o bulldozers. La Fig. 31 muestra una retroexcavadora típica. El aceite hidráulico para las retroexcavadoras es suministrado por el sistema hidráulico de¡ tractor. Con los sistemas de centro abierto, a menudo se
usa la válvula selectora para desviar el aceite durante la operación de la retroexcavadora. (En la Fig. 31, la válvula selectora desvía el aceite desde la cargadora frontal cuando se trabaja con la retroexcavadora. Con los sistemas de centro cerrado, el aceite está disponible "sobre demanda".) El operador controla la retroexcavadora mediante las palancas. Estas palancas envían el aceite a través de las válvulas de control al cilindro adecuado para hacer funcionar el aguilón, cucharón, empuje o
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Nociones de Hidráulica
1 - Cilindro de Elevación 2 - Cilindros de Inclinación 3 - Depósito
4 - Bomba 5 - Válvula de Control 6 - Cilindro de Desplazamiento Lateral
1 - Horquilla 2 - Mástil
Fig. 32 - Funcionamiento de la Horquilla de Carga
estabilizador. Los cilindros son de acción doble para poder trabajar a plena fuerza en ambas direcciones. El cilindro de giro especial se usa para hacer girar el aguilón para vaciar el cucharón y regresar a la zanja. Gracias a las mangueras flexibles que pueden verse en la Fig. 31, la retroexcavadora se puede mover libremente sin dañar los circuitos hidráulicos. Sistema Hidráulico de la Horquilla de Carga La horquilla de carga se usa para manipular, elevar y apilar diversos productos y materiales. Se fabrican horquillas de carga proyectadas para hacer acopladas en la parte trasera de los tractores de rueda. El tractor se hace funcionar en marcha atrás, el operador está sentado mirando hacia la horquilla. La Fig. 32 muestra una horquilla de carga típica. El bastidor vertical se llama mástil, mientras que el dispositivo elevador se llama horquilla. La horquilla puede tener su propio sistema hidráulico, ya sea un tipo centro cerrado o abierto. En estos sistemas generalmente se usan válvulas de control tipo carrete y cilindros de acción simple o doble. La mayoría de las horquillas de carga tienen tres tipos de control hidráulico: 1) para subir y bajar la
horquilla, 2) para inclinar el mástil hacia adelante y atrás, 3) para desplazar el mástil de sentido lateral (opcional). Para subir la horquilla y levantar la carga, el operador mueve la palanca de control para enviar el aceite tal como se muestra en la Fig. 32. La palanca de control envía aceite a presión al cilindro elevador, mientras que el aceite se bloquea en los circuitos de desplazamiento lateral y de inclinación. (Los tres circuitos tienen cada uno una válvula de carrete.)
DIAGNOSTICO Y PRUEBAS DE LOS SISTEMAS HIDRAULICOS En el ultimo capítulo de este manual volveremos sobre el sistema hidráulico completo. En él aplicaremos estas "nociones de hidráulica" para localizar las fallas de¡ sistema y "remediar" las averías. El Capítulo 12 se titula "Localización de Averías y Pruebas de los Sistemas Hidráulicos". Sin embargo, antes de analizar el sistema hidráulico completo, debemos de ocuparnos con más detalle de sus diversos componentes. De ellos nos vamos a ocupar en los capítulos que siguen, empezando por la bomba hidráulica.
Nociones de Hidráulica
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VERDADES HIDRALILICAS He aquí algunas verdades claves que le ayudaran a usted a comprender la hidráulica: 1. La fuerza hidráulica se genera casi siempre por medio de fuerza mecánica. Ejemplo: la bomba hidráulica accionada por el cigüeñal de/ motor. 2. La fuerza hidráulica se utiliza casi siempre volviéndola a transformar en fuerza mecánica. Ejemplo: el cilindro hidráulico que eleva un pesado arado. 3. Hay tres tipos de energía hidráulica: a) la energía potencia¡ en forma de presión: b) la energía cínética de los líquidos en movimiento; y c) la energía en forma de calor engendrado por la resistencia a la circulación de/ líquido o fricción. 4. La energía hidráulica no se crea ni destruye; solamente se transforma. 5. Toda la energía que se mete en un sistema hidráulico, tiene que salir otra vez; ya sea en forma de trabajo (ganancia) o de calor (pérdida). 6. Cuando se estrangula el paso de un líquido se crea calor y se pierde energía potencia (presión) para realizar el trabajo. Ejemplo: una tubería o un tubo flexible de sección insuficiente o parcíalmente obstruidos. Los orificios y las válvulas de seguridad son estrangulaciones intencionadamente incorporadas al sistema hidráulico. una estrangulación origina normalmente una celda de presión.
8. El aceite tiene que estar encerrado dentro de un sistema hermético para crear la presión necesaria para realizar el trabajo. 9. El aceite sigue el camino de menor resistencia. 10. Por regla general, el aceite no es aspirado por la bomba, sino empujado hacia ella por la presión atmosférica. Esta es la razón de que el depósito tenga que tener en la parte de arriba un orificio de respiración que comuníque con la atmosfera.
11. La bomba no crea la presión; no hace más que poner el líquido en circulación. La presión aparece por la resistencia opuesta a la círculacíón del líquido. 12. Comparemos dos formas de utilizar la fuerza hidráulica en igualdad de potencia disponible: Boffiba pequeña + cilindro de gran sección = más fuerza a menos velocidad; Bomba grande + cilindro de pequeña sección = menos fuerza a mayor velocidad.
En otras palabras, dos sistemas hidráulicos capaces de entregar la misma potencia, podrán trabajar a gran presión y circulando lentamente el aceite, o a baja presión y circulando el aceite a gran velocidad. 13. Un sistema hidráulico básico tiene que tener los siguientes componentes: un depósito que suministre el aceite; una bomba que fuerce el aceite a través del sistema; válvulas que regulen la presión y la distribución del aceite; y un cilindro (o motor) que transforme el movimiento del líquido en trabajo. 14. Comparemos los dos tipos principales de sistemas hidráulicos: Sistema abierto = se varía la presión pero el flujo es constante. Sistema cerrado = se varía el flujo, pero se mantiene la presión. Hay dos tipos básicos de aprovechamiento de 7. El paso del líquido a través de un orificio o de la fuerza hidráulica: a) El hidrodíriámíco, que se sirve de líquidos a gran velocidad, aprovechando su 'Ympacto". Ejemplo: un convertidor de par. b) El hidrostátíco, que aprovecha los líquidos en circulación a velocidad relativamente reducida pero a presiones más altas para obtener potencia. Ejemplo: casi todos los sistemas hidráulicos y los que se describen en este manual.
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BOMBAS HIDRAULICAS/CAPITULO 2 INTRODUCCION La bomba es el corazón de¡ sistema hidráulico. Crea el fluido del líquido que llena todo el circuito.
En cambio, las bombas empleadas hoy en día en los Bomba de agua
Bomba cardíaca
Bomba hidráulica
Fig. 1 - Tres tipos de bombas
El corazón humano es una bomba (Fig. l), lo mismo que esa vieja bomba de agua que veíamos antes en las granjas. Entre uno y otra se sitúan los diversos tipos de bombas ideadas por los ingenieros que, si por un lado trabajan mejor que la vieja bomba de agua, por otro no han logrado alcanzar todavía la perfección de esa bomba que es el corazón humano. Antes, cuando se hablaba de "hidráulica" se hacía referencia a los líquidos en movimiento. Por eso mismo, cualquier bomba que moviera un líquido se denominaba bomba hidráulica.
Hoy en día, sin embargo, se entiende por "hidráulica" el estudio de la presión y el flujo de los líquidos, es decir, el movimiento de¡ líquido y su capacidad para realizar trabajo.
Por lo tanto, hoy se llama bomba hidráulica a la que, además de mover el líquido, le obliga a trabajar ... dicho en otras palabras, LA BOMBA HIDRAULICA ES UN INGENIO CAPAZ DE CONVERTIR FUERZA MECANICA EN FUERZA HIDRAULICA.
¿QUE NECESITA UNA BOMBA PARA SER "HIDRAULICA"? Todas las bombas producen un flujo o corriente de líquido. Entregan un caudal. Desplazan el líquido de un punto a otro. Pero este desplazamiento de¡ líquido puede ser de dos clases: o Desplazamiento negativo o Desplazamiento positivo
La Fig. 2 ilustra la diferencia entre uno y otro tipo de desplazamiento. La vieja rueda de cangilones produce un desplazamiento negativo del agua que va pasando de un sitio a otro.
sistemas hidráulicos, no solamente producen un caudal de líquido, sino que también son capaces de sostenerlo contra la resistencia opuesta a su circulación. Por eso se llaman de desplazamiento positivo. Obsérvese la junta hermética que cierra la caja en que gira el rotor. El líquido no puede retroceder en ningún momento. Es decir, el líquido que sale por la boca de la bomba es "apoyado" por esta. Para indicar que el caudal entregado por la bomba está apoyado en esta forma, se dice que el desplazamiento de¡ líquido es positivo. Sin este apoyo, el líquido movido por la bomba no podría vencer nunca ninguna de las resistencias que le opone el sistema hidráulico. Siempre que se necesita una presión alta de¡ líquido dentro de un circuito, se tiene que utilizar una bomba de desplazamiento positivo. Así ocurre con todos los sistemas hidráulicos modernos. En los sistemas de baja presión, tales como los representados por un sistema de refrigeración por agua o un sistema de riego por aspersión, se pueden emplear bombas de desplazamiento negativo.
En este Capítulo nos vamos a ocupar únicamente de la bomba de desplazamiento positivo, que es el corazón de los modernos sistemas hidráulicos. Esta sí que es una verdadera bomba HIDRAULICA.
CAUDAL DE LAS BOMBAS HIDRAULICAS El caudal es el volumen de aceite que entrega la bomba en una unidad de tiempo. Por el caudal que entrega, las bombas se dividen en dos grandes categorías: o Bombas de caudal fijo o Bombas de caudal variable
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Bombas hidráulicas
hidráulico. Tal como ilustra la Fig. 3, cuando cae la presión aumenta el caudal, y al revés. En resumen: Caudal fijo = flujo constante Caudal variable = flujo variable En el Capítulo 1 hemos comparado los sistemas abiertos con los cerrados. Allí hemos visto ya que en el sistema abierto varía la presión y se mantiene constante el flujo, mientras en que en el cerrado varía el flujo y se mantiene constante la presión. Ahora podemos saber ya cual es el tipo de bomba que necesitamos para cada uno de estos sistemas: Para el sistema abierto, bomba de caudal fijo. Fig. 3 - Diferencia entre una bomba de caudal fijo y otra de caudal variable
LAS BOMBAS DE CAUDAL FIJO o constante entregan siempre el mismo volumen de aceite por unidad de tiempo. El volumen varía únicamente al variar la velocidad de giro de la bomba. o
Es cierto que las fluctuaciones de la presión dentro de¡ sistema hidráulico pueden hacer que varíe algo el caudal, pero ello es siempre debido a las fugas de aceite hacia la boca de entrada a la bomba. La presencia de esta fuga inevitable en las bombas de caudal constante es la razón de que éstas se suelan emplear más en sistemas de baja presión o como bombas auxiliares de otra bomba que trabaja en un sistema de presión más alta.
,* LAS BOMBAS DE CAUDAL VARIABLE son capaces de variar el volumen de aceite que entregan en la unidad de tiempo - aunque no varíe su velocidad de giro.
Estas bombas llevan un mecanismo interior que hace variar el caudal que entregan de forma que se mantenga constante la presión dentro de¡ sistema
Para el sistema cerrado, bomba de caudal variable. Esta regla tiene excepciones como ya vimos en el Capítulo 1, pero, en general, los tipos de bombas indicados se proyectan para el correspondiente tipo de sistema hidráulico. Hagamos aquí un inciso para recordar una vez más que la bomba hidráulica no crea la presión; solamente entrega un caudal de líquido. La presión surge por la resistencia ofrecida a la circulación de¡ líquido.
TIPOS DE BOMBAS HIDRAILILICAS Ahora que sabemos lo que es una bomba hidráulica, veamos como son "por dentro". Casi todas las bombas empleadas hoy son de tres tipos básicos (Fig. 4): o Bombas
de engranajes
o Bombas
de paletas
o Bombas
de pistones
Bombas hidráulicas
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Vamos a ver como trabaja cada uno de estos tres tipos de bomba y las aplicaciones que tienen. En un determinado sistema hidráulico podrá emplearse una sola de estas bombas, o dos o más combinadas. Los tres tipos son giratorios: el líquido es movido por una pieza en rotación en el interior de la bomba. La bomba rotatoria tiene la ventaja de ser más compacta para un mismo caudal. De ahí que sea el tipo ideal para montar en un vehículo, donde el espacio disponible siempre es más reducido que en una instalación fija.
BOMBAS DE ENGRANAJES Las bombas de engranaje son el "caballo de batalla" de los sistemas hidráulicos. Se utilizan mucho porque son sencillas y económicas. Aunque con ellas no se pueda variar el caudal de aceite que entregan, su capacidad es suficiente para las necesidades de la mayoría de los sistemas que necesitan un caudal fijo. Muy a menudo se emplean también como bombas de carga de otras bombas más grandes y de otros tipos.
Se emplean dos tipos básicos de bombas de engranajes: o Bombas de engranajes externos o Bombas de engranajes internos
Veamos como trabajan. BOMBAS DE ENGRANAJES EXTERNOS Las bombas de engranajes externos suelen constar de dos engranajes herméticamente acoplados dentro de una caja (Fig. 5). El eje de accionamiento hace girar uno de los engranajes que, a su vez, obliga a girar al otro. La hermeticidad de¡ conjunto se consigue por medio de casquillos, superficies mecanizadas con alta precisión y placas de fricción. Su principio de funcionamiento es muy simple (Fig. 6). El aceite atrapado entre los dientes de los engranajes y las paredes de la caja, es llevado hacía la boca de salida. Los dientes opuestos que van engranando en el centro de la caja hacen un cierre hermético que impide que el aceite retroceda. El aceite es empujado hacia la boca de salida y obligado a circular por el sistema.
El aceite es empujado hacia afuera por la corriente continua de aceite bloqueado que entra a la cámara de salida con cada rotación de los engranajes. El aceite entra por detrás de la bomba por acción de la gravedad, procedente de¡ depósito.
En algunas bombas de engranajes la placa de fricción se presiona para hacer más hermética la bomba y aumentar así su rendimiento. Una pequeña parte de¡ aceite a presión se desvía por detrás de la placa de fricción para que la aplique con más fuerza contra los engranajes.
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Bombas hidráulicas
BOMBAS DE ENGRANAJES INTERNOS
El principio de funcionamiento es el mismo que el de la bomba de engranajes externos, con la diferencia de que en ésta ambos engranajes giran en la misma dirección (Fig. 8). El aceite es atrapado entre los dientes y el separador y empujado hacia la boca de salida. Al engranar de nuevo los dientes forman un cierre hermético que impiden que el aceite retroceda hacia la boca de entrada. El. flujo de aceite es continuo. La bomba es alimentada por la acción de la gravedad, que llena de aceite el vacío parcial que se va haciendo a medida que los dientes empujan el aceite hacia delante. Versión a base de rotor de la bomba de engranajes internos
La bomba de engranajes internos también consta de dos engranajes, pero en ella el engranaje recto gira dentro de otro más grande de dientes internos. Los dientes de¡ engranaje recto entran en toma con los de¡ engranaje mayor en uno de los lados, mientras que en el lado opuesto se interpone entre ambos un separador en forma de luna creciente. El eje acciona el engranaje recto que, a su vez, hace que gire también el engranaje de dientes internos.
La bomba de rotor (Fig. 9) es una variante de la bomba de engranajes internos. El rotor y el estator giran dentro de la caja. El rotor es de lóbulos redondeados en lugar de dientes y no es necesario el separador de forma de medialuna. Durante la operación (Fig. 10), el rotor gira dentro de¡ estator. El rotor tiene un lóbulo menos que el estator, de modo que solamente un lóbulo está totalmente engranado con el estator en cualquier momento dado. Esto permite a los otros lóbulos delizarse sobre los lóbulos externos, formando un sello para impedir el retorno de¡ aceite.
Fig. 8 - Funcionamiento de la bomba de engranajes internos
A medida que los lóbulos se deslizan hacia arriba y encima de los lóbulos en el estator, se aspira aceite al interior. A medida que los lóbulos caen en las cavidades del estator, el aceite es expulsado.
Bombas Hidráulicas
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El principio de funcionamiento de este tipo de bomba lo ilustra la Fig. 12. Al girar el rotor, la fuerza centrífuga hace salir las paletas, aplicándolas contra la
Fig. 10 - Funcionamiento de una bomba de rotor
BOMBAS DE PALETAS Las bombas de paletas tienen muchas aplicaciones y pueden ser simples, dobles y hasta triples.
1 - Rotor con paletas
2 - Estator de cavidad ovalada
Fig. 11 - Bomba de paletas equilibrada
Todas las bombas de paletas mueven el aceite por medio de un rotor con ranuras en las que van alojadas las paletas.
L,as bombas de paletas más empleadas son de dos tipos: o Bombas de paletas equilibradas o Bombas de paletas sin equilibrar
Las bombas de paletas equilibradas son de caudal fijo únicamente, mientras que las bombas de paletas no equilibradas pueden ser de caudal fijo o variable. BOMBAS DE PALETAS EQUILIBRADAS La bomba de paletas equilibradas (Fig. 11) consta de un rotor, accionado por un eje, que gira dentro de una cavidad de forma ovalada. Las paletas van alojadas en las ranuras de¡ rotor, pudiéndose desplazar en sentido radial, hacia dentro y hacia fuera. La bomba está equilibrada como puede verse por la posición de las bocas por donde entra y sale el aceite, ilustradas en la Fig. 12. La bomba lleva dos bocas de entrada en dos puntos diametralmente opuestos, y dos bocas de salida, en dos puntos diametralmente opuestos también. Las dos bocas de entrada y las dos bocas de salida comunican por sendas canalizaciones con las bocas principales de entrada y salida.
1 - Boca principal de entrada 2 - Boca de salida 3 - Ranura 4 - Boca de entrada
5 - Estator 6 - Boca principal de salida 7 - Rotor 8 - Paleta
Fig. 12 - Funcionamiento de la bomba de paletas equilibrada
superficie interna del estator. Entre el rotor y el estator se forman dos cavidades de forma semilunar, subdivididas en cavidades más pequenas por las paletas. Estas cavidades limitadas por las paletas aumentan y disminuyen de volumen dos veces por cada giro completo de¡ rotor. Las bocas de entrada están situadas en los puntos en que empiezan a
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Bombas hidráulcias
aumentar de volumen estas cavidades limitadas por las paletas, y las bocas de salida están donde empiezan a reducirse. Al aumentar de volumen las cámaras, aspiran aceite que las paletas van empujando, obligándolo a salir de la bomba al reducirse el volumen de la cavidad que limitan.
DIFERENCIAS ENTRE LAS BOMBAS DE PALETAS EQUILIBRADAS Y SIN EQUILIBRAR La bomba de paletas equilibrada es, en realidad, un refinamiento de la bomba sin equilibrar. ¿Qué es lo que ha hecho necesario este refinamiento?
En la segunda mitad de¡ giro de¡ rotor se repite el mismo proceso por las bocas situadas en los puntos opuestos.
BOMBAS DE PALETAS SIN EQUILIBRAR
Fig. 14 - Presión ejercida sobre el rotor y el eje en la bomba equilibrada y sin equilibrar 3 - Boca de salida 4 - Rotor
- Boca de entrada -Paleta 3 - Ranura
4 - Boca de salida 5 - Rotor 6 - Estator
En la Fig. 14 tenemos la respuesta a esta pregunta. Las bombas de paletas sin equilibrar desgastaban en muy pocas horas de servicio los cojinetes de su eje. Se pudo comprobar entonces que ello era debido a que el eje era empujado hacia un lado nada más por el aceite comprimido hacia la boca de salida. Esta presión no se equilibraba con otra presión igual y opuesta, porque de¡ lado de la boca de entrada el aceite no tenía presión alguna.
Fig. 13 - Funcionamiento de la bomba de paletas sin equilibrar
El principio de funcionamiento de la bomba de paletas sin equilibrar es el mismo de la bomba de paletas equilibrada. En esta, sin embargo, tiene lugar un solo ciclo de trabajo a cada revolución del motor (Fig. 13). Por lo tanto, esta bomba solo tiene una boca de entrada y otra de salida y el rotor está descentrado en relación con el estator.
Las cámaras formadas por las paletas aumentan de volumen a partir de la boca de entrada de aceite y se vuelven a contraer al aproximarse a la boca de salida.
El aceite es aspirado al aumentar el volumen de las cámaras y exprimido al contraerse éstas, lo mismo que en la bomba de paletas equilibrada. Sin embargo, entre uno y otro tipo de bomba hay diferencias fundamentales que vamos a explicar ahora.
La bomba de paletas equilibrada vino a resolver este problema. La presión se equilibra en ella haciendo que el aceite salga por dos puntos diametralmente opuestos en relación con el eje de¡ rotor. Los cojinetes de¡ eje no sufren así desgaste prematuro y se alarga la vida útil de la bomba.
Con la bomba de paletas equilibrada se resolvió así un problema, pero se creó otro: la bomba entregaba un caudal fijo. La posición de las bocas no se puede cambiar, porque la bomba se desequilibra. La bomba de paletas sin equilibrar, en cambio, admite que se varíe el caudal que entrega. Se puede diseñar de forma que pueda variarse la posición de su estator y sus bocas de entrada y salida con relación al descentrado de¡ rotor. De esta forma se varía el volumen de las cámaras que forman las paletas y, por lo tanto, el caudal de aceite movido por la bomba. Tenemos, pues, una bomba de caudal variable. Estos dos tipos de bombas de paletas permiten elegir entre: E s t
Bombas hidráulicas
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1 . Mayor número de horas de servicio o 2. Mayor flexibilidad de trabajo. La elección dependerá siempre del trabajo que tenga que realizar la bomba en un determinado sistema hidráulico.
BOMBAS DE PISTONES Las bombas de pistones se prefieren hoy para equipar los equipos hidráulicos modernos que trabajan a altas velocidades y a altas presiones. Estas bombas tienen el inconveniente de ser más complicadas y más caras que las otras. Las bombas de pistones pueden ser de caudal fijo o de caudal variable. Casi todas ellas se pueden incluir en uno de los dos grupos siguientes: 1 - Boca de salida 2 - Válvulas de retención
• Bombas de pistones axiales • Bombas de pistones radiales
3 - Válvulas de retención 4 - Boca de entrada
Fig. 16 - Bomba de pistón de doble efecto
BOMBAS DE PISTONES AXIALES Las bombas de pistones axiales se dividen en dos grandes grupos: de eje y pistones en línea y de eje angulado. Bombas de pistones axiales en línea
1 - Pistones axiales
2 - Pistones radiales
Fig. 15 - Disposición de los pistones axiales y radiales
Los pistones AXIALES son los que van montados con su eje longitudinal paralelo al eje longitudinal de la bomba. Véase la Fig. 15. Los pistones RADIALES son los que se montan con su eje longitudinal en sentido perpendicular al eje longitudinal de la bomba, es decir, como los radios de una rueda. Ambos tipos de bomba mueven al aceite por el movimiento de vaivén de los pistones dentro de su respectivo cilindro. (Otro término para este movimiento es "alternativo"). La Fig. 16 muestra una auténtica bomba de pistón de doble efecto. Esta es la más eficaz de todas las bombas hidráulicas, pero no se emplea en los sistemas hidráulicos montados sobre vehículos, porque es demasiado voluminosa. Las bombas de pistones radiales y axiales son todas de doble efecto, pero el vaivén de los pistones se obtiene por medio de un movimiento giratorio. De esta manera se logra combinar la eficacia de¡ pistón de doble efecto con la compacidad de la bomba rotatoria.
Se obtiene así una bomba eficaz y apta para ser montada e en el sistema hidráulico de un vehículo. n
1 - Bomba de carga 2 - Boca A 3 - Bloque de cilindros 4 - Pivote 5 - Eje de accionamiento 6 - Placa oscilante
7 - Pistón 8 Servo-pistón 9 Servo-cilindro 10 Boca B 11 - Tapa
Fig. 17 - Bomba de pistones axiales en línea, de caudal variable
En esta bomba el bloque de cilindros va montado sobre el eje de accionamiento, con el que gira solidario (Fig. 17).
Los pistones se mueven dentro de los correspondientes taladros de¡ bloque de cilindros, paralelos al eje longitudinal de¡ mismo. Las cabezas de los pistones se apoyan sobre una placa inclinada que se llama placa oscilante.
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Bombas hidráulicas
1 - Boca "A" 2 - Retorno de aceite de¡ sistema hidráulico 3 - Pistón 4 - Bloque de cilindros
5 - Placa oscilante (inclinada) 6 - Salida de aceite al sistema hidráulico 7 - Boca "B" 8 - Bomba de carga
Fig. 18 - Funcionamiento de la bomba de pistones axiales en línea
1 - Servo-cilindro superior 2 - Placa oscilante (inclinándose)
3 - Palanca de mando 4 - Válvula de regulación de¡ caudal 5 - Servo-cilindro inferior
Fig. 19 - Servo-mando en funcionamiento para inclinar la placa oscilante
Bombas hidráulicas
La placa oscilante no gira, pero se puede inclinar más o menos. Está montada sobre un pivote y su inclinación se manda por medio de un servo-mecanismo automático. Como quiera que esta placa oscilante regule el caudal de la bomba, ésta es de caudal variable. Describiremos primero el funcionamiento de la bomba y después el M servo-mecanismo que regula el caudal. En la Fig. 18, la placa oscilante se ha inclinado hacia la derecha por el extremo superior.
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muerto y bloquea el aceite en los servo-cilindros. Esto mantiene la placa oscilante hasta que se mueve nuevamente la palanca. La bomba de pistones sigue entregando aceite por la boca inferior y cargándose por la boca superior. Inclinando la placa oscilante a la inversa, el aceite entraría por la boca inferior y saldría por la boca superior. De esta forma, el servo-mecanismo que regula el caudal también puede hacer que el aceite a presión circule por uno de dos circuitos.
De la mayor o menor inclinación de la placa oscilante depende la mayor o menor carrera de los pistones. A mayor inclinación, mayor carrera y mayor caudal de aceite movido por la bomba. Con la placa oscilante inclinada en la forma que ilustra la figura, el aceite entra por la boca "A". A medida que gira el bloque de cilindros, los taladros van quedando alineados con esta boca, lienándose con el aceite que manda la bomba de carga. Este aceite empuja los pistones contra la placa oscilante. Los pistones comprimen el aceite que ha llenado su cilindro, al girar sobre la placa oscilante, pasando de¡ extremo superior más alejado, al extremo inferior más próximo al bloque de cilindros. El aceite comprimido sale entonces por la boca "B".
Si el ángulo de la placa oscilante fuera fijo, también sería fijo el caudal de aceite movido por la bomba. Pero como en esta bomba se ha dispuesto la placa oscilante de forma que pueda variarse su inclinación, se consigue variar así también el caudal de aceite entregado por la bomba. El servo-mecanismo que varía la inclinación de la placa oscilante se ha representado en la Fig. 19 y funciona de la siguiente manera: Para inclinar la placa oscilante se actúa la palanca de mando, que desplaza el émbolo de la Fig. 19 y funciona de la siguiente manera: Para inclinar la placa oscilante se actúa la palanca de mando, que desplaza el émbolo de la válvula reguladora de caudal hacia la izquierda. El aceite de la bomba de carga pasa entonces al servo-cilindro superior que inclina la placa oscilante hacia la derecha.
El extremo inferior de la placa oscilante empuja el pistón de¡ servo-cilindro inferior, vaciándolo a través de la válvula de regulación de vuelta a la bomba. Cuando la placa oscilante alcanza la inclinación que se le ha querido dar con la palanca de mando, la válvula reguladora de caudal retorna a su punto
1 - Placa oscilante de inclinación fija 2 -Cilindro 3 - Boca de entrada
5 - Boca de salida 6 - Bloque de cilindros giratorio 7 - Eje de accionamiento
Fig. 20 - Bomba de pistones axiales en línea, de caudal fijo
Hay otros dos modelos de bomba de pistones en línea. Ambos son de caudal fijo. El primero de los tipos es el que ilustra la Fig. 20 y su principio de funcionamiento es el que acabamos de describir. Sólo se diferencia en que no lleva servo-mecanismo de regulación. La inclinación de la placa oscilante es fija en el ángulo mostrado. El segundo de los tipos es muy diferente, como puede verse en la Fig. 21 (página siguiente). El bloque de cilindros es fijo y la que gira es la placa oscilante. Es esta la que al girar imprime a los pistones el movimiento de vaivén.
Las válvulas se usan para separar el aceite de entrada del de salida, lo dirije a cada perforación del pistón, tal como se muestra. La válvula de retención se asienta para impedir la salida de¡ aceite por la canalización de salida hasta ser empujado hacia afuera por el pistón.
Cada pistón actúa como una bomba separada abriendo y cerrando su válvula para completar el ciclo de aceite en cada revolución.
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do aceite tal como se muestra. BOMBAS DE PISTONES RADIALES Las bombas de pistones radiales son las más ingeniosas de todas. Permiten obtener altas presiones, grandes caudales, grandes velocidades y variar el caudal.
Su principio de funcionamiento es muy simple, lo que no impide que la bomba se pueda adaptar a muchos tipos de sistemas hidráulicos y servicios.
1 - Eje de accionamiento 2 - Placa oscilante de inclinación fija
4 - Boca de entrada 5 - Boca de salida 6 - Placa oscilante giratoria
Este tipo de bombas se mecanizan con alta precisión, por lo que el desgaste causado por el empleo de aceites poco limpios las avería irremisiblemente. Por otra parte, el propio aceite tiene que ser de unas características especiales que garanticen la lubricación de las piezas en movimiento, ajustadas con gran precisión.
Fig. 21 - Bomba de pistones axiales en línea, de caudal fijo
Bomba de pistones axiales, de eje en ángulo. Otro tipo de bomba de pistones axiales es la de eje en ángulo. La Fig. 22 ilustra este tipo de bomba en la versión de caudal fijo.
Leva Giratoria 1 - Leva 2 - Pistones
Pistones Giratorios 1 - Cilindro giratorio 2 -Eje fijo
Fig. 23 - Dos tipos de bombas radiales
Las bombas de pistones radiales pueden ser de dos tipos (Fig. 23). 1 - Boca de entrada 2 –Pistón 3 - Placa giratoria de accionamiento
4 - Eje de accionamiento 5 - Bloque de cilindros giratorio 6 - Boca de salida
Fig. 22 - Bomba de pistones axiales de eje en ángulo de caudal fijo
La caja de esta bomba forma un ángulo con la cabeza en que alojan las piezas de accionamiento de la misma. El eje de accionamiento va acoplado a una placa que manda el vaivén de los pistones por medio de unas bielas. En esta bomba giran solidarios la placa de accionamiento y el bloque de cilindros, encerrados dentro de la misma caja. El vaivén de los pistones se consigue por el ángulo que forman el eje de accionamiento de la placa con el eje longitudinal de¡ bloque de cilindros, bombean
En el tipo de 1eva giratoria", los pistones se alojan en unos taladros practicados en el cuerpo de la bomba, que está fijo. El movimiento de vaivén de los pistones lo produce la leva al girar el eje. En el tipo de "pistones en rotación" estos se alojan en un cilindro giratorio. Al girar el cilindro los pistones salen por la fuerza centrífuga, y por estar descentrado el cilindro dentro de la caja, al girar aquel se produce el movimiento de vaivén de los pistones. Veamos con más detalle el funcionamiento de cada uno de estos dos tipos de bomba. Bomba de pistones radiales (de leva giratoria). La clásica bomba de pistones radiales ilustrada en la Fig. 24 es de leva giratoria y suele construirse de cuatro o de ocho pistones.
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-1
1 - Boca de entrada 2 - Válvula de admisión 3 - Pistón 4 - Válvula de salida
5 - Pista 6 - Boca de salida 7 - Leva 8 - Eje de la bomba
Fig. 24 - Bomba de pistones radiales de leva giratoria
Los pistones van alojados en unos taladros radiales practicados en una caja fija. El eje de accionamiento lleva una leva que produce el vaivén de los pistones al girar, haciéndolos bombear aceite. La entrada y salida de aceite se realiza por unas canalizaciones circulares que hay en cada lado de la bomba. Cada cilindro lleva sendos taladros a uno y otro lado, que comunican con dichas canalizaciones circulares. Cada orificio M cilindro lleva una válvula con objeto de que el aceite pueda salir y entrar por las canalizaciones.
La leva levanta los pistones sucesivamente, obligando a salir el aceite. Un muelle hace que el pistón baje de nuevo llenando el cilindro de aceite. Tal y como la acabamos de describir, esta bomba sería de caudal fijo y no habríamos ganado nada con ella, porque para eso se cuenta con bombas más sencillas, como son la de engranajes o la de paletas. En efecto, la bomba de pistones radiales se emplea únicamente cuando se necesita una bomba de caudal variable.
1 - Boca de entrada 2 - Válvula de admisión 3 -Al enfriador o depósito 4 - Pistón 5 - Válvula de salida
6 - Canalización circular de salida 7- Pista 8 - Boca de salida 9 - Leva 10 - Eje de la bomba
Fig. 25 - Funcionamiento de la bomba de pistones radiales (sin mecanismo de regulación de su carrera)
CARRERA DE ADMISION DE LOS PISTONES Al empujar el muelle al pistón hacia el centro de la bomba, se hace un vacío parcial en su cilindro. Este vacío, unido a la presión M aceite, abre la válvula de admisión, y el cilindro se llena de aceite. Cuando el cilindro se ha llenado el muelle de la válvula de admisión, la cierra de nuevo.
Normalmente se utiliza una pequeña bomba de carga para que el aceite a baja presión llene mejor los cilindros radiales. CARRERA DE COMPRESION DE LOS PISTONES Al ser levantado por la leva, el pistón obliga al aceite a salir de su cilindro, abriendo la válvula de salida que comunica con la canalización de salida. Al llegar al punto muerto superior de su carrera, el pistón deja de empujar al aceite y la válvula de salida se vuelve a cerrar por la fuerza de su muelle. A partir de ese punto comienza otra vez la carrera de admisión, iniciándose un nuevo ciclo.
Para variar el caudal de aceite que entrega la bomba se agrega a ésta un mecanismo que regula la carrera de los pistones.
Cada uno de estos ciclos se sucede con rapidez al girar la leva, dando lugar así a un flujo continuo de aceite.
Para comprender el funcionamiento de este mecanismo que hace variar la carrera de los pistones, veamos primero como funciona la bomba sin este mecanismo, o sea, sin variar el caudal de aceite que entrega.
El caudal de aceite entregado por la bomba dependería en este caso, exclusivamente, de la velocidad de giro de su eje - si se tratara de una bomba de caudal fijo.
1 - Boca de entrada 2 - Válvula de admisión 3 - Válvula de salida 4 - Canalización circular de salida
5 - Boca de salida 6 - CárIer 7 - Canalización de entrada 8 - Orificio de purga
9 - Válvula de escape de¡ cárter 10 - Válvula reguladora de la carrera de los pistones 11 - Tornillo de ajuste de la carrera.
Fig. 26 - Bomba de pistones radiales con mecanismo de regulación automática de la carrera de los pistones
REGULACION AUTOMATICA DE LA CARRERA ¿En qué forma hace variar el caudal de la bomba el mecanismo de regulación de la carrera de la bomba? Una forma de variar el caudal de aceite entregado por la bomba podría consistir en variar las revoluciones de su eje, pero para ello se necesitaría un dispositivo manual mecánico con el inconveniente de ser susceptible a los errores cometidos por el operador y el de responder con demora a la demanda de aceite.
Otra manera de regular el caudal entregado por esta bomba consiste en mantener los pistones separados de la leva giratoria. Esto es precisamente lo que hace el mecanismo de regulación automática de la carrera de los pistones, que es hidráulico. La válvula reguladora de la carrera de los pistones deja pasar aceite al centro de la bomba (Fig. 26). Este aceite tiene presión suficiente para separar los pistones de la leva. La válvula de escape del cárter está cerrada y bloquea el aceite dentro de aquel. En esta situación, la bomba no mueve el aceite y está en reposo, aunque siga girando su eje. Cuando se necesita aceite en algún circuito hidráulico por haberse abierto la correspondiente válvula
de mando, la presión cae por fuera de válvula de escape de¡ cárter, y el muelle de ésta la abre. El aceite de¡ cárter pasa entonces por ella a la canalización de entrada a la bomba. Al caer la presión de¡ aceite del cárter, los pistones vuelven a ponerse en contacto con la leva y empiezan a trabajar. La bomba "entrega de nuevo aceite". A medida que la bomba va satisfaciendo la demanda de aceite, la presión de éste se restablece por detrás de la válvula de escape del cárter y ésta se cierra al mismo tiempo que se abre la válvula que regula la carrera de los pistones. La bomba continúa trabajando hasta que el aumento de la presión del aceite dentro del cárter vuelve a levantar los pistones, separándolos de la leva giratoria. La bomba vuelve a quedar "en reposo".
En la situación de reposo, la bomba sigue moviendo una pequeña cantidad de aceite. Este aceite sale por un orificio de purga y retorna a la canalización de entrada, siendo su misión la de enfriar y lubrificar la bomba.
La presión de trabaja del sistema se regula mediante un tornillo de ajuste que lleva la válvula reguladora de la carrera de los pistones. Con este tornillo se ajusta la presión a la que se abre la válvula para que el aceite entre en el cárter de la bomba. Según sea
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la separación a que se mantengan los pistones de la leva, que dependerá de la presión de¡ aceite en el cárter, así será su carrera de trabajo y, por lo tanto, el caudal de aceite entregado por la bomba.
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tipos de bombas más utilizados en los modernos sistemas hidráulicos.
RESUMEN DE LOS DIFERENTES TIPOS DE BOMBAS Antes de ocuparnos de las aplicaciones y el rendimiento comparado de los diferentes tipos de bombas hidráulicas, resumiremos los puntos principales acerca de ellas que acabamos de exponer. Resumiendo: 1. La bomba hidráulica convierte fuerza mecánica en fuerza hidráulica o fuerza líquida. Dicho de otra manera, hace trabajar a un líquido. 2. De los dos tipos principales de bombas (de desplazamiento positivo y negativo) el más idóneo para desarrollar fuerza por medio de un sistema hidráulico es el de desplazamiento positivo, por entregar un caudal de líquido capaz de vencer la resistencia que se le opone dentro del sistema hidráulico.
1 - Caja 2 - Bocas de salida 3 - Taladro de¡ pistón 4 - Pistón
5 - Cilindro giratorio 6 - Bocas de entrada 7 - Eje fijo
Fig. 27 - Bomba de pistones radiales (tipo de pistones en rotación)
Bomba de pistones radiales (Tipo de pistones en rotación) La otra versión de bomba de pistones radiales es la que ilustra la Fig. 27.
3. La bomba hidráulica puede diseñarse para producir ya sea un volumen específico de líquido a una velocidad específica, o para producir un volumen variable de líquido a una velocidad constante ... caudal fijo o caudal variable.
4. Los tres tipos de bombas más comúnmente usados en los sistemas hidráulicos de las máquinas son el de engranajes, el de paletas y el de pistones. 5. Los tres tipos de bombas indicados son rotatorios, lo que permite reducir su tamaño para un mismo caudal de aceite.
Los pistones radiales son rotatorios y el principio de funcionamiento es muy similar al de la bomba de paletas sin equilibrar. Al girar, el cilindro que lleva los pistones los obliga a entrar y salir dentro de su respectivo taladro. Las bocas de entrada y salida van en el centro de¡ eje fijo, separados por una división.
6. En este capítulo sólo se han descrito los tipos básicos de bombas hidráulicas. En realidad se
A medida que el cilindro rota, los pistones son lanzados contra la caja mediante fuerza centrífuga. Se crea un vacío parcial en los taladros de los pistones y el aceite circula en las bocas de entrada para llenar los taladros, tal como se muestra.
Como es natural, para conocer el sistema hidráulico a fondo, no basta con conocer los tres tipos de bombas hidráulicas más populares que hemos descrito. En efecto, también hay que conocer las aplicaciones que tiene y su rendimiento.
Al continuar girando el cilindro, los pistones son obligados a entrar en su taladro, empujando el aceite hasta las bocas de salida.
CUALIDADES DE LA BOMBA
El caudal que entrega la bomba se varía cambiando la posición de la caja con respecto al cilindro que lleva los pistones. De esta forma se varía la carrera de los pistones, y con ella el caudal de aceite. Con esto hemos terminado de describir los tres
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conocen y utilizan muchas variantes de los tipos descritos.
RENDIMIENTO DE LA BOMBA HIDRAULICA
Hay tantas variedades de bombas y sistemas hidráulicos, que no es posible escoger un modelo particular de bomba para un determinado sistema. Lo que si se puede hacer, en cambio, es describir las buenas y malas cualidades de los tres tipos. de bombas, para que el lector pueda juzgar por si 1 mismo la conveniencia de emplear uno u otro tipo de
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bomba en un determinado sistema hidráulico. TAMAÑO DE LA BOMBA Una de las primeras consideraciones a tener en cuenta al escoger una bomba para el sistema de un vehículo, es el tamaño de aquella. En efecto el espacio de que puede disponerse para montar la bomba hidráulica siempre es reducido. Por fortuna hay muchos modelos de bombas que cumplen esta condición de ser de tamaño reducido. Sólo en el caso de necesitarse una gran potencia se tendrá que renunciar a esta condición, haciendo sitio para la bomba a expensas de otros elementos menos importantes.
revoluciones que podemos obtener . . . pero absorbiendo mucha potencia mecánica. 0 podrá resultar muy cara por exigir para ello materiales especiales y una construcción muy cuidada. Por todas estas razones importa conocer el rendimiento de cualquier bomba hidráulica antes de decidirse por un determinado tipo. Se trata de obtener el caudal de aceite necesario de una manera eficiente y económica. La calidad de una bomba se juzga por tres características: o Rendimiento volumétrico o Rendimiento mecánico o Rendimiento total
CAUDAL, PRESION Y VELOCIDAD Otra de las condiciones es el volumen de líquido que debe entregar la bomba. El caudal que entrega una bomba se suele indicar en litros por minuto. Este régimen recibe varios nombres -caudal, descarga, capacidad o tamaño ' Pero no basta indicar el caudal que entrega la bomba. Hay que indicar también la presión máxima que es capaz de soportar la bomba entregando el caudal especificado. En efecto, al aumentar la presión aumentan también las fugas de aceite dentro de la bomba y se reduce el caudal útil que ésta entrega.
Al indicar el caudal es preciso indicar también la velocidad de giro de la bomba y ello por dos razones. En primer lugar, en las bombas de caudal constante ' éste es directamente proporciona¡ a la velocidad de giro de la bomba. En segundo lugar, es preciso conocer esta velocidad de giro con objeto de calcular el mecanismo de accionamiento necesario para que la bomba entregue el caudal nominal. Por lo tanto, la bomba hidráulica queda caracterizada por el caudal en litros por minuto, por la presión en kilogramos por centímetro cuadrado y por las revoluciones por minuto a que ha de girar. Por ejemplo "43,5 lpm a 13 790 kPa y 2100 rprri". (l = litros)
En algunas bombas se indica además el caudal intermitente que son capaces de entregar. En estos casos se trata de la máxima potencia a que pueden trabajar por un período de tiempo limitado. RENDIMIENTO DE LA BOMBA El rendimiento de la bomba, o sea, la eficacia con que trabaja, también tiene importancia para seleccionar un determinado tipo. Una determinada bomba podrá entregar el caudal que necesitamos, a la presión necesaria y a unas
EL RENDIMIENTO VOLUMETRICO es la relación entre el caudal efectivo que entrega la bomba y el caudal teórico que entregaría en condiciones ideales. La diferencia entre uno y otro suele ser debida a las fugas internas de la bomba. EL RENDIMIENTO MECANICO es la relación entre el rendimiento total de la bomba y su rendimiento volumétrico. La diferencia entre uno y otro suele ser debida a la fricción de sus piezas en movimiento. EL RENDIMIENTO TOTAL es la relación entre la potencia hidráulica que entrega la bomba y la potencia mecánica que absorbe. Es igual al producto de¡ rendimiento mecánico por el rendimiento volumétrico.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCION DE UN DETERMINADO TIPO DE BOMBA Al seleccionar una bomba hidráulica se tiene que tener en cuenta, además de las características generales que se acaban de exponer, otros factores muy variados, como la adaptabilidad de la bomba a determinados líquidos, su adaptabilidad a diferentes tipos de sistemas y circuitos, el ambiente en que ha de trabajar la bomba, su costo, etc. Todos estos factores forman parte de la selección de una bomba para un sistema en particular.
COMPARACION DE LAS BOMBAS DE ENGRANAJES, DE PALETAS Y DE PISTONES Ahora que sabemos como juzgar la calidad de una bomba hidráulica, vamos a comparar entre sí los tres tipos principales. No se olvide, sin embargo, que hablamos en términos generales. Para especificaciones más detalladas consultar el manual técnico de la maquina. TAMAÑO Los tres tipos de bombas se construyen de todos los
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tamaños posibles. Este factor, por lo tanto, no es decisivo en ninguno de los tres tipos. Las bombas de engranajes suelen ser las de tamaño más reducido, las de pistones, las más grandes y las de paletas de un tamaño intermedio entre aquellos dos tipos. La razón no se debe a la falta de espacio, si no a los requisitos de entrega de los diferentes sistemas. CAUDAL, PRESION Y VELOCIDAD El caudal sí que distingue a los tres tipos de bombas. Las de pistones entregan mayor caudal a más presión y trabajan a más revoluciones. Le siguen las bombas de paletas, y a éstas, las bombas de engranajes.
Véase el siguiente cuadro comparativo:
Engranajes Paletas Pistones
Caudal (l/min) 0,75- 570 1,9 - 945 1,9 -1700
Presión Velocidad (kPa) (rpm) 1725-17 240 800-3500 1725-17 240 1200-4000 5170-34 475 600-6000
Como puede verse, hay bombas para todos los caudales, lo que no quiere decir que los sistemas hidráulicos de las máquinas trabajen con un margen de caudales tan amplio. En los modernos equipos agrícolas e industriales se trabaja con caudales de cinco a doscientos litros por minuto.
Las presiones con que trabajan estos sistemas suelen estar comprendidas entre 690 a 17 240 kPa. La velocidad de giro de la bomba suele ser de 800 a 3500 rpm. El rendimiento de las bombas de engranaje, de paletas y de pistones es de un 75% a un 95%. Las bombas de pistones suelen ser las de rendimiento más alto, y las de engranaje, las de rendimiento más bajo, ocupando las de paletas una posición intermedia. Nos estamos refiriendo a los tres rendimientos de que hemos hablado antes, sin tener en cuenta la adaptabilidad de la bomba al sistema, el material de que está fabricada o su coste. RESUMEN ACERCA DEL RENDIMIENTO Podemos decir, en resumen, que el factor principal a tener en cuenta para escoger un tipo de bomba que se adapte a un determinado sistema hidráulico, es el que se refiere a las exigencias de¡ sistema en cuestión. Sería absurdo montar una bomba de gran caudal en un sistema que requiera poco caudal, o una bomba que tuviera que trabajar ininterrumpidamente en el límite superior de su capacidad para satisfacer solamente las necesidades mínimas de un determinado
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sistema. Cualquiera de estos dos errores se traducirá en pérdidas: en el primer caso por ser la bomba innecesariamente grande y costosa, y en el segundo, porque se averiará con mucha frecuencia. Debe emplearse siempre una bomba adaptada a las necesidades de¡ sistema, pudiendo ser de engranajes, que consta de menos piezas y de menor precisión, o de pistones, con numerosas piezas mecanizadas con tolerancias mínimas y más caras por esta razón. Eligiendo la bomba con este criterio se logrará que trabaje con más economía que si le "falta" o le "sobra" potencia.
AVERIAS DE LAS BOMBAS EL FACTOR HUMANO La mayor parte de las averías de las bombas hidráulicas se deben a errores de¡ operador: falta de cuidados periódicos, reparaciones mal hechas, bombas que se hacen trabajar a mayor régimen del que se especifica y, por último, la causa más frecuente, el empleo de líquidos que contienen impurezas o son de mala calidad. Una bomba hidráulica puede desgastarse por el uso normal, pero pocas averías suelen ser causadas por "envejecimiento" de la bomba. Basta examinar la relación de causas de averías para darse cuenta de que la más frecuente son los ERRORES QUE COMETE EL OPERADOR. Por eso, para prevenir averías hay que conocer el sistema hidráulico, cuidarlo como requiere, hacerlo trabajar dentro de sus posibilidades y emplear los líquidos recomendados. Es oportuno que digamos aquí y ahora, que éste es uno de los motivos principales que nos ha inducido a escribir este manual. Explicando la teoría y el funcionamiento de los sistemas hidráulicos, esperamos contribuir a que se reduzca ese gran porcentaje de averías causadas por errores humanos. En lo que queda de este capítulo vamos a ocuparnos de las causas más generales de las averías de las bombas, de como se pueden prevenir y de como se reparan. LIQUIDOS CONTAMINADOS En el Capítulo 10 nos ocupamos de los líquidos hidráulicos y de su manipulación por lo que ahora vamos a explicar nada más lo que le ocurre a la bomba cuando el líquido está contaminado o no se adapta a las necesidades de aquella. Como ya hemos dicho, los líquidos contaminados o
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F3061
Fig. 28 - Pistones de bomba rayados por un líquido contaminado
inadecuados, son la causa más frecuente de las averías de las bombas hidráulicas. Los líquidos contaminados pueden averiar las bombas de varias maneras. Las partículas duras, arena, etc., que pueda llevar el líquido en suspensión hacen que este actúe como abrasivo de las piezas de la bomba mecanizadas con gran precisión (Fig. 28). De esta forma se produce un desgaste prematuro de la bomba y aumentan las fugas internas, perdiendo rendimiento.
Por reacción química de¡ líquido sometido a grandes cambios de temperatura, y por condensación, se forman en él cienos. Este cieno se adhiere a las piezas de la bomba, pudiendo llegar a obstruir el paso de¡ aceite (Fig. 29). Si se obstruye la boca de entrada de aceite, la bomba se queda sin líquido y el calor desarrollado por fricción hará que se agarrote. El aire, el agua y el calentamiento también dan lugar a que se forme cieno por oxidación con las mismas consecuencias para la bomba. Véase la Fig. 30.
Fig. 30 - Desgaste excesivo causado por cieno (Aro de una bomba de paletas)
El agua y otros líquidos extraños pueden oxidar las piezas móviles y la caja de la bomba (Fig. 31 y 32). Las capas de óxido formados sobre el metal, se pueden desprender y actuar como partículas abrasivas.
Fig. 32 - Bomba de paletas equilibrada, oxidada por el agua que contenía el líquido hidráulico
LIQUIDOS INADECUADOS Es muy importante que la viscosidad de¡ líquido sea adecuada para la bomba en cuestión. La viscosidad de un líquido indica la mayor o menor facilidad con que fluye. Un líquido de gran viscosidad, indicada por un número muy alto, ofrecerá mucha resistencia
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a fluir. En la práctica se suele indicar la viscosidad capaces de causar averías. Estas sustancias pueden atacar las fibras o los materiales sintéticos de las juntas o retenes hablando de líquidos de mayor o menor "densidad". de la bomba. Las juntas y sellos en mal estado son causas A continuación se indican algunas de las consecuencias de fugas internas y externas de aceite. También pueden que puede tener el empleo de líquidos de densidad hincharse o encogerse produciendo el mismo resultado. inadecuada: Líquidos demasiado "ligeros":
ALGUNOS LIQUIDOS SE DESCOMPONEN Algunos líquidos no son adecuados para trabajar en 1. Aumentan las fugas de líquido internas y externas. determinadas condiciones. Por ejemplo, puede ocurrir que la bomba tenga que trabajar constantemente a altas 2. La bomba patina sobre el líquido, lo que da lugar a que temperaturas y al máximo rendimiento y que el líquido no se caliente y se reduzca su rendimiento. resista estas condiciones, y se descomponga. 3. Las piezas se desgastan más por falta de una lubrificación adecuada. Estos líquidos alterados pueden ser la causa de algunas de 4. No se alcanza la presión de trabajo requerida dentro de¡ las averías que hemos mencionado. sistema. 5. El sistema hidráulico da la sensación de tener elasticidad" cuando se pone en trabajo.
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Líquidos demasiado "densos":
ABUSO DEL SISTEMA HIDRAULICO Si bien es cierto que las averías causadas por sobrepasar la capacidad de la bomba, son mucho menos frecuentes, esta posibilidad también hay que tenerla en cuenta.
1 . Aumenta la fricción interna, y con ella, la resistencia opuesta por el líquido a fluir por 'todo el sistema. 2. Aumenta la temperatura y las probabilidades de que se forme cieno. 3. El sistema hidráulico trabaja con pereza y a saltos.
4. Aumenta la caída de presión dentro de¡ sistema. 5. Se necesita más potencia para realizar el mismo trabajo hidráulico.
Fig. 34 - Eje roto por exceso de tensión de la correa de transmisión
Recuérdese siempre que la bomba hidráulica es un delicado instrumento de precisión. Revolucionándola o cargándola más allá de¡ máximo recomendado, se acortará su vida, bajará su rendimiento y se averiará con más frecuencia. Véase la Fig. 34. Sobrecarga de la bomba Casi todas las bombas están proyectadas de forma que les sobre potencia trabajando en servicio continuo. De esta forma se les puede hacer trabajar en el límite de su capacidad durante períodos de tiempo cortos, sin el riesgo de averías o desgaste prematuro.
F »66
¿Que pasaría si se obligara a la bomba a trabajar continuamente en el límite de su capacidad? ¿Qué les pasaría, por ejemplo, a los cojinetes de la bomba?
Fig. 33 - Aro de una bomba de paletas, desgastado por un líquido inadecuado
ALGUNOS LIQUIDOS ATACAN LAS JUNTAS Algunos líquidos contienen sustancias químicas
Pongamos un ejemplo: supongamos que la bomba ha estado trabajando a una presión de 6900 KPa y que la vida útil de sus cojinetes es de 4800 horas. Aumentemos ahora la presión de trabajo a 13 800
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kPa. ¿Cuál será la vida útil de los cojinetes en estas condiciones? Se puede calcular mediante la siguiente fórmula: Vida del cojinete =
Vida M cojinete usado (Nueva presión/antigua presión)3
Sustituyendo en esta fórmala los datos M ejemplo que hemos puesto, tendremos:
4800
4800 horas (13 800 kPa/6900 KPa)3 = 23 (ó 2 x 2 x 2)
=
4800 8
circular el aceite con poca resistencia, existiendo al propio tiempo una estrangulación que limita el paso del aceite del depósito a la bomba, ésta aspira más aceite del que recibe, haciendo un vacío que da lugar a que se formen cavidades o huecos en el líquido que entra.
El vacío hace que estas cavidades se llenen de líquido evaporado al reducirse la tensión de vapor del mismo. La tensión de vapor de un líquido es el punto en que comienza a evaporarse a una temperatura dada.
= 600 horas Vemos, por lo tanto, que haciendo trabajar a la bomba a una presión doble, se acorta su vida útil 8 veces, o sea, de 4800 horas a sólo 600 horas. Son varias las causas que pueden hacer que aumente la presión de trabajo de una bomba en servicio, como el no cuidar el sistema hidráulico, el sobrecargar la bomba o las obstrucciones de¡ sistema que pasan inadvertidas.
Exceso de velocidad de la bomba Aumentando la velocidad de giro de la bomba también se reduce la vida útil de sus cojinetes. También esto se demuestra con una fórmula. Tomemos la bomba de¡ ejemplo anterior y doblemos la velocidad. Recuérdese que la vida útil de sus cojinetes es de 4800 horas. La fórmula es la siguiente: Vida del cojinete nuevo =
_Vida útil normal x velocidad normal
Nueva vel. De la bomba Aplicada a nuestro ejemplo: Vida del cojinete = 4800 horas x 2000 rpm = 9.600.000 4000 4000 rpm = 2400 horas Doblando la velocidad, acortamos la vida de la bomba a la mitad de lo normal. Hemos visto así que la sobrecarga de la bomba al no respetar los límites máximos especificados, acorta su vida útil. CAVITACION
La situación aún se complica más porque el vacío de estas cavidades hace que se desprenda también el aire disuelto en el líquido, llenando también las cavidades. El daño lo sufre la bomba al pasar estas cavidades del lado de baja presión de la bomba, al lado de alta presión, donde son comprimidas. Se produce entonces un fenómeno parecido a una implosión, que hace que se desprendan pequeñas partículas metálicas de la bomba y que ésta vibre y haga ruido al trabajar.
Si se deja trabajar la bomba en estas condiciones, sufrirá un desgaste excesivo y su funcionamiento será irregular, terminando por agarrotarse. En el Capítulo 1 nos hemos ocupado de los sistemas hidráulicos básicos. Ahora solamente queremos describir las consecuencias que pueden tener para la bomba los cambios hechos en el sistema hidráulico que afecten al rendimiento de aquella. Recuérdese que todo sistema hidráulico se calcula y proyecta con precisión. El circuito recorrido por el líquido, los ángulos y el diámetro de las tuberías, la situación de las válvulas, filtros y depósitos, - todo ha sido cuidadosamente proyectado para obtener el máximo rendimiento posible del sistema hidráulico. El cambio o sustitución indebida de algún componente del sistema hidráulico, puede afectar al funcionamiento de la bomba y averiarla. Por ejemplo, el cambio de una tubería de entrada a la bomba por otra de menor sección, podrá ser la causa de que se formen cavidades en la bomba.
La cavitación en la boca de entrada a la bomba es otra causa de averías que suele presentarse por el indebido mantenimiento y funcionamiento del sistema hidráulico.
También puede tener malas consecuencias el cambiar de sitio el depósito para montarlo más lejos de la bomba. Ello podría dar lugar a que no recibiera bastante líquido.
Cuando no entra suficiente líquido en la bomba, el vacío que se forma por aspiración hace que aparezcan huecos o cavidades que pueden estropear la bomba.
La bomba podrá quedarse también sin líquido si el depósito es demasiado pequeño.
Cuando la bomba trabaja a gran velocidad, haciendo
Por último, la bomba podría averiarse en el caso de emplear tuberías de un material que no resistiera la presión y llegaran a reventar.
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MANTENIMIENTO INADECUADO El mantenimiento inadecuado también puede ser perjudicial para la bomba. Así, por ejemplo, el no inspeccionar con la debida frecuencia las tuberías de entrada de aceite en busca de posible pérdidas de líquido, podrá ser la causa de que entre aire en el sistema, formando espuma y cavidades. Un nivel de líquido demasiado bajo en el depósito, puede tener los mismos efectos. El descuidar la limpieza del sistema hidráulico ante la probabilidad que el líquido esté contaminado, equivale a dejar que la bomba se averíe.
7. Regulador de caudaldesreglado (bomba de caudal variable). 8. Piezas rotas o gastadas en el interior de la bomba.
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7. Ajustarlo como indica el ma nual de taller de la máquina.
8. Revisar las causas de la avería y corregirlas. Reparar o cambiar las piezas de acuerdo con el manual técnico.
II- FALTA DE PRESION Para más detalles acerca de estos cuidados y trabajos de mantenimiento. Véase el capítulo 11 "Mantenimiento y conservación".
DIAGNOSTICO DE LAS FALLAS DE LA BOMBA En la siguiente relación se enumeran las causas que pueden averiar la bomba hidráulica. Ya hemos visto que la mayor parte de las averías se deben a descuidos o errores cometidos por el operador. Para evitar estos errores es preciso atenerse a las recomendaciones que se dan en el manual de instrucciones de la máquina y realizar todos los trabajos de mantenimiento y conservación que se dan en aquél. La siguiente relación le ayudará a diagnosticar y remediar algunas de las fallas que pueden presentarse en la bomba hidráulica. I- LA BOMBA NO ENTREGA LIQUIDO Causa posible Falta de nivel 1. en el depósito.
2. Entrada a la bomba obstruida. 3. Entrada de aire a la bomba. Pocas revoluciones de la bomba. 5. Cieno o suciedad en la bomba. 6. Líquido demasiado viscoso.
Llenar el depósito con el líquido recomendado. Buscar posibles pérdidas. 2. Desmontar y limpiar. Revisar filtros y depósito. 3. Reparar la causa.
1. La bomba no entrega líquido. 2. Las paletas no salen de la ranura.
3. El líquido retorna al depósito sin trabajar.
4. Pistón o válvula de la bomba rotos o agarrotados en posición abierta, de jando pasar líquido hacia el retorno.
1 . Consultar los remedios de la Parte 1. 2. Buscar rebabas o partículas metálicas que agarrotan la paleta en la ranura. Reparar o cambiar. Limpiar todo el sistema si se encuentran suciedades. 3. Falla mecánica de algún otro elemento de¡ sistema, espe cialmente de la válvula de descarga. Si es por suciedad, limpiar todo el sistema y re llenar con el líquido adecuado Despiezar la bomba, averiguar la 4. causa y corregirla. Repararla de acuerdo con el manual técnico de la máquina.
III -PRESION BAJA 0 CAMBIANTE 1. Líquido frio. 1. Calentar el sistema. Hacerlo trabajar únicamente a la temperatura de régimen recomen dada.
4. Hacer que gire al régimen especificado. Si va por correa, comprobarla.
2. Líquido de viscosidad inadecuada.
5. Despiezar y limpiar la bomba. Limpiar todo el sistema y rellenar con líquido nuevo.
3. Entrada de aire 3. Reparar o limpiar de acuerdo u obstrucción con el manual técnico de la en la admisión. máquina.
6. Consultar recomendaciones de¡ fabricante y rellenar con líquido recomendado.
4. Poca velocidad de la bomba.
2. Cambiar el líquido por otro de la densidad recomendada.
4. Darle la velocidad especifi cada.
2-20
Bombas hidráulicas
III -PRESION BAJA 0 CAMBIANTE - Cont. Despiezarla y repararla de acuerdo con el manual técnico de la máquina. Buscar rebabas o partículas metálicas en el líquido. Limpiar todo el sistema si se encuentran materias extrañas.
5. Piezas de la 5 bomba aga rrotadas.
6. Exceso de holgura de las piezas de la bomba.
6. Despiezarla y repararla. Si el desgaste es anormal, averi guar la causa consultando la hoja de servicio y reparaciones y revisando todo el sis tema.
IV. LA BOMBA HACE RUIDO 1. Tubería de
2.
admisión estrangulada u obstruida. Entrada de aire por la admisión.
1. Limpiar o reparar.
2.
Reparar o cerciorarse de que el tubo de aspiración está sumergido en el líquido. (Para comprobar la hermeticidad de las juntas, echar líquido en ellas y observar si cambia el ruido de la bomba).
V. DESGASTE EXCESIVO 1. Abrasivos o cieno en el líquido.
1 . Buscar la causa de la contaminación. Instalar o cambiar el filtro. Reparar o cambiar las piezas gastadas de acuerdo con el manual técnico de la máquina. Cambiar el líquido.
2. Exceso a falta de 2. Cambiar el líquido por otro de la
viscosidad.
densidad recomendada.
3. Presión de trabajo demasiado alta para la bomba.
3. Comprobar la válvula de des carga limitadora de presión.
4. Entrada de aire o estrangulaciones que hace que se formen cavidades.
4. Eliminar la causa. Comprobar el desgaste de las piezas. Cambiar las que lo requiera.
5. Eje de la bomba mal alineado.
5. Verificarlo y corregirlo con el manual técnico de la máquina .
VI- PERDIDA EXCESIVA DEL LIQUIDO . Falta de nivel. 3
4. Aire en el sistema. 5 -Exceso de viscosicdad
Rellenar hasta el nivel con el líquido recomendado. 4. Revisar en busca de fugas y purgarlo.
1. Comprobar y cambiar. Cer ciorarse de que el líquido no ataca a las juntas y retenes. Emplear el líquido recomendado por el fabricante.
5. Rellenar con líquido de la densidad recomendada.
6. Exceso de viscosidad.
6. Poner la bomba a la velocidad recomendada.
7. Pieza de la bomba agarrotada.
7. Buscar materias extrañas en el líquido o rebabas en las piezas. Limpiar el sistema y rellenarlo si se encuentra suciedad, o reparar o cambiar la pieza de acuerdo con el manual técnico de la máquina.
8. Piezas gastadas o rotas.
1. Retenes y juntas de¡ eje, en mal estado.
8. Comprobar o corregir la causa de la falla. Reparar o cambiar las piezas averiadas.
VII . ROTURA DE PIEZAS INTERNAS 1. Presión de trabajo excesiva. 2. Agarrotamien-
to por falta de líquido.
3. Abrasivos que no son retenidos por el filtro.
1. Buscar la causa de¡ mal funcionamento. Reparar de acuerdo con el manual técnico de la máquina. 2. Comprobar el nivel de¡ líquido en el depósito, la permeabilidad de¡ tubo de aspiración y la de¡ filtro para el líquido. 3. Revisar el filtro para el líquido.
3-1
VALVULAS HIDRAULICAS/CAPITULO 3
REGULACION DE LA PRESION
DISTRIBUCION DE CAUDAL
REGULACION DE CAUDAL
Fig. 1 - Tres tipos fundamentales de válvulas hidráulicas
INTRODUCCION Los sistemas hidráulicos se gobiernan mediante válvulas. Por medio de ellas se regula la presión, se distribuye el aceite y se regula su caudal a través de los circuitos hidráulicos. Las válvulas se pueden clasificar en tres grupos principales: o Válvulas reguladoras de la presión de¡ aceite o Válvulas distribuidoras de aceite o Válvulas reguladoras de caudal de aceite
En la Fig. 1 se ilustra la función de cada uno de estos tres tipos de válvulas. Las VALVULAS REGULADORAS DE PRESION se emplean para limitar o reducir la presión dentro de¡ sistema, para descargar la bomba o para fijar la presión de entrada M aceite a un determinado circuito. Son válvulas reguladoras de presión, las válvulas de alivio, las válvulas reductoras, las válvulas repartidoras secuenciales y las válvulas de descarga. Las VALVULAS DISTRIBUIDORAS controlan el sentido M flujo de¡ aceite por el sistema hidráulico. A este tipo de válvulas pertenecen las válvulas de retención, las válvulas de carrete, las válvulas rotativas, válvulas de vástago controladas por piloto y válvulas electrohidráulicas.
emplean para variar el volumen minuto de¡ aceite, bien sea por estrangulación o bien sea por derivación. A este tipo de válvulas pertenecen las reguladoras de caudal, compensadas y no compensadas, y las válvulas repartidoras de caudal. Algunas válvulas son variantes de alguno de estos tres tipos principales. Otras, son combinaciones como, por ejemplo, las válvulas reguladoras de caudal con válvula limitadora de presión incorporada. Las válvulas se pueden actuar de varias maneras: manualmente, con fuerza hidráulica, con electricidad o con fuerza neumática. En algunos sistemas hidráulicos modernos se hace que toda la secuencia de operaciones realizadas por una máquina de gran complejidad se controle de modo automático. Examinemos con más detalle cada uno de estos tipos de válvula, empezando por las válvulas regu¡adoras de presión.
VALVILILAS REGULADORAS DE PRESION Las válvulas reguladoras de presión se emplean para: o Limitar la presión o Reducir la presión o Fijar la presión de entrada al circuito
Las VALVULAS REGULADORAS DE CAUDAL se
o Descargar la bomba
3-2
Válvulas hidráulicas
VALVULAS DE ALIVIO Todo sistema hidráulico se calcula para trabajar dentro de un determinado margen de presiones. Si no se limitara la presión.sería excesiva para el trabajo a realizar.
pero tienen el inconveniente de que, a veces, "ratean" al abrir o cerrar la válvula con mucha frecuencia. En otras válvulas el cierre se hace mediante conos, discos o botones (Fig. 3). PRESION DE ABERTURA Y PRESION REALZADA
Las válvulas de alivio evitan estos inconvenientes. Son válvulas de seguridad que descargan la presión cuando ésta pasa de un determinado límite.
"La presión de abertura" es aquella que empieza a abrir la válvula. "La presión de régimen" es aquella que mantiene la válvula completamente abierta.
Se emplean dos tipos de válvulas de descarga:
En la Fig. 3 »se ha ilustrado el momento de empezar a abrirse la válvula de alivio y el momento en que ya está completamente abierta. Como puede verse, la presión de régimen es bastante más alta que la presión de abertura. Ello se debe an que la fuerza de¡ muelle aumenta al abrirse más la válvula.
Válvulas de alivio de ACCION DIRECTA, que abren o cierran y Válvulas de alivio con VALVULA PILOTO, que "dispara" la válvula principal Válvulas de alivio de acción directa
CERRADA
ABIERTA
Fig. 2 - Funcionamiento de la válvula de alivio de acción directa
PRESION DE ABERTURA
PRESION DE REGIMEN
Fig. 3 - Válvula de alivio mostrando de razón de que se realce la presión
La Fig. 2 ilustra el funcionamiento de esta sencilla válvula. Cuando la fuerza del muelle es mayor que la presión de¡ aceite. aquel mantiene la bola aplicada contra su asiento y la válvula permanece cerrada.
Esta circunstancia "realza la presión" sobre el valor a que se ajustó la válvula, siendo éste precisamente el mayor inconveniente de esta válvula de alivio tan simple.
Cuando la presión de¡ aceite vence la fuerza de¡ muelle, la válvula se abre. El aceite se descarga, retornando al depósito, limitándose así la presión máxima.
APLICACIONES DE LAS VALVULAS DE ALIVIO DE ACCION DIRECTA
La válvula se cierra de nuevo cuando se reduce la presión por la descarga de aceite.
Estas válvulas se emplean principalmente en circuitos de poco caudal y cuando no es de esperar que la válvula tenga que funcionar con gran frecuencia.
Algunas válvulas de alivio son ajustables. Lo más corriente es que lleven ur) tornillo por detrás de¡ muelle (véase la Fig. 3) con el que se aumenta o reduce la fuerza del muelle, enroscando o desenroscando el tornillo.
Responden con rapidez, por lo que son ideales para evitar las subidas bruscas de presión. Por esta razón se emplean como válvulas de seguridad para evitar averías M sistema hidráulico por exceso de presión.
"Vástago" es el nombre de la pieza de trabajo de la válvula. Los vástagos de bola son los más usados,
Las válvulas de alivio de acción directa se emplean también como válvulas piloto para disparar
3-3
Válvulas hidráulicas
válvulas de alivio pilotadas. De estas nos vamos a ocupar en el capítulo siguiente.
Las dos válvulas se vuelven a cerrar en el momento en que la presión baja del límite para el que han sido ajustadas.
Las válvulas de alivio de acción directa son muy simples. Si fallan, no pasa nada. Su avería se advierte por la falta de presión y se remedia fácilmente cambiando el muelle roto o una bola o un asiento gastado.
PRESION DE ABERTURA Y REALZADO DE LA PRESION
Válvulas de alivio pilotadas Para grandes caudales de aceite y diferencias de presión pequeñas se suelen emplear válvulas de alivio controladas por una válvula piloto.
CERRADA
ABIERTA
1 - Canalización en la válvula principal 2 Canalización no detectora 3 - Válvula piloto 4 - Muelle 5 - Muelle
7 - Entrada 8 - Salida 9 - Drenaje 10 - Descarga
Fig. 4 - Válvula de alivio controlada por válvula piloto
La válvula piloto controla la válvula de alivio principal. Casi siempre se trata de una pequeña válvula de alivio con muelle, incorporada dentro de la válvula de alivio principal (Fig. 4). La válvula de alivio principal está presión de¡ aceite no llega al límite ajustada. La canalización (1) de la equilibra la presión y el muelle (5) válvula.
cerrada mientras la para el que ha sido válvula principal (6) mantiene cerrada la
La válvula piloto (3) también está cerrada en este momento. La presión de¡ aceite en la canalización (2) no es suficiente para abrirla. Al aumentar la presión de¡ aceite a la entrada de la válvula principal, aumenta también en la canalización (2). Cuando la presión en esta canalización alcanza el límite para el que ha sido ajustada la válvula piloto (3), ésta se abre. La caída de presión resultante detrás de la válvula de alivio principal (6) la hace abrirse. Ahora el trabajo de alivio principal comienza a medida que el exceso de aceite es vaciado a la boca de descarga, impidiendo que siga aumentando la presión de entrada.
1 2 3
Caudal Presión de régimen Válvula de alivio de acción acción directa
4 - Válvula de alivio pilotada 5 - Presión de abertura 6 - Presión
Fig. 5 - Comparación de las presiones de abertura y de régimen en válvulas de alivio simples y pilotadas
Las válvulas de alivio pilotadas realzan menos la presión de abertura a que son ajustadas, que las válvulas de descarga de acción directa. En la Fig. 5 se compara el comportamiento de los dos tipos de válvula de alivio. Como puede verse por las curvas correspondientes, la válvula de alivio de acción directa comienza a abrirse a la mitad de la presión de régimen, aproximadamente, mientras que la válvula pilotada abre al 90% de la presión de régimen.
APLICACIONES PILOTADAS
DE
LAS
VALVULAS
DE
ALIVIO
Debido a que estas válvulas abren a una presión muy próxima a la de régimen de la válvula, protegen mejor el sistema hidráulico descargando menos aceite. Por este motivo se emplean en sistemas hidráulicos que trabajan a mucha presión y con grandes caudales de aceite.
Si bien responden con menos rapidez que las válvulas de acción directa; a las elevaciones de la presión, estas válvulas de alivio pilotadas tienen la ventaja, en cambio, de mantener más constante la presión dentro de¡ sistema mientras descargan aceite.
3-4
Válvulas hidráulicas
VALVULA ABIERTA; NO TRABAJA
VALVULA PARCIALMENTE CERRADA; REDUCE LA PRESION
1 - Del circuito principal
2 - Al circuito secundario
Fig. 6 - Válvula reductora de presión
VALVULAS REDUCTORAS DE PRESION Estas válvulas se emplean para reducir la presión dentro de un determinado circuito, por debajo de la presión que hay en el sistema hidráulico principal. Cuando la válvula reductora no trabaja, está abierta (Fig. 6). Cuando trabaja, tiende a cerrarse, como puede verse en la figura. Funcionan de la siguiente manera: Cuando la presión empieza a aumentar en el circuito secundario, el émbolo es empujado hacia arriba y se estrangula el paso de¡ aceite. La presión se equilibra con la fuerza de¡ muelle, de forma que se mantiene la que se necesita en el circuito secundario. (La fuerza de¡ muelle se ajusta mediante un tornillo).
Esta válvula es sensible a la presión de¡ aceite por su lado de salida hacia el circuito secundario. Trabaja, pues, al revés que la válvula de descarga, que es sensible a la presión de¡ aceite en su lado de entrada y está cerrada cuando no trabaja. La válvula reductora de presión limita la presión máxima dentro de¡ circuito secundario con independencia de los cambios de presión en el circuito principal, mientras no se invierte el sentido de¡ flujo de aceite. La inversión del flujo de aceite provocaría el cierra total de la válvula.
Dos tipos de válvulas reductoras de presión Las válvulas reductoras de presión pueden funcionar de dos modos:
PRESION REDUCIDA FIJA REDUCION DE PRESION FIJA 1 - De¡ circuito principal 2 - Al circuito secundario 3 - Estrangulación
1 - Estrangulación 2 - De¡ circuito principal
Fig. 7 - Dos tipos de válvulas reductoras de presión
la presión de¡ circuito principal (siempre que esta última sea más alta). Las VALVULAS QUE TRABAJAN A REDUCCION DE PRESION FIJA causan una reducción constante de la presión, lo que significa que la presión a la salida de la válvula varía con la presión del circuito principal. Por ejemplo, la válvula puede ajustarse para que reduzca la presión en 3450 kPa. Si la presión de¡ sistema de de 13 790 kPa, la válvula reducirá la presión a 10 340 kPa. Y si la presión de¡ sistema fuera de 10 340 kPa, la válvula la reduciría a 6895 kPa. La Fig. 7 ilustra el principio de funcionamiento de los dos tipos de válvulas. La válvula que mantiene la presión reducida fija equilibra la presión del circuito secundario contra la fuerza de un muelle ajustable que trata de abrir la válvula. Cuando cae la presión dentro de¡ circuito secundario, el muelle abre la válvula lo suficiente para mantener constante la presión reducida dentro de él.
La válvula que produce una reducción fija de la presión, equilibra la presión dentro del circuito principal, a la entrada de la válvula, con la presión de¡ circuito secundario, a la salida de la válvula, y con la fuerza de un muelle. Por ser idénticas las secciones de ataque de la presión a la entrada y a la salida de la válvula, la reducción constante de presión que se obtenga por medio de ella dependerá exclusivamente de¡ ajuste M muelle.
A presión reducida fija A reducción de presión fija Las VALVULAS QUE TRABAJAN A PRESION REDUCIDA FIJA mantienen ésta con independencia de
Obsérvense las estrangulaciones indicadas en la Fig. 7. En ellas es donde se reduce la presión. Por la tanto, las válvulas reductoras de presión no hacen
Válvulas hidráulics
más que estrangular más o menos el paso de¡ aceite. Ya vimos en el Capítulo 1 que TODA ESTRANGULACION PROVOCA, NORMALMENTE, UNA CAIDA DE PRESION. Válvulas reductoras pilotadas Al igual que las válvulas de alivio, las válvulas reductoras de presión también pueden controlarse por medio de una pequeña válvula piloto. El funcionamiento de la válvula reductora es el mismo que se acaba de describir, con la única diferencia de que la válvula principal es "disparada" por una válvula piloto. La incorporación de la válvula piloto permite márgenes de ajuste más amplios y el funcionamiento más regular de la válvula. VALVULAS REPARTIDORAS SECUENCIALES
DE
CAUDAL
Las válvulas repartidoras de caudal secuenciales se emplean para repartir el aceite a presión, consecutivamente, por diferentes circuitos de un mismo sistema. Por regla general no dejan pasar aceite a un segundo circuito, mientras no se ha satisfecho la demanda de aceite de un primer circuito.
3-5
primer circuito alcanza una presión predeterminada (ajustable por medio del tornillo de la válvula). Al alcanzarse esta presión, la válvula se abre y deja pasar aceite a un segundo circuito. Una de las aplicaciones de estas válvulas secuenciales consiste en obtener la extensión sucesiva de dos cilindros hidráulicos. El segundo cilindro hidráulico empieza a extenderse cuando el primero ha terminado de extenderse. En este caso, la válvula mantiene la presión dentro del primer cilindro extendido mientras se extiende el segundo.
Las válvulas secuenciales llevan algunas veces válvulas de retención dispuestas de manera que permitan el reflujo del aceite del segundo circuito al primer circuito, pero el reparto secuencia¡ del caudal sólo se produce cuando el aceite fluye del primer circuito al segundo circuito.
VALVULAS DE DESCARGA Las válvulas que llamamos de descarga tienen por objeto dejar pasar el aceite sobrante~ desde la bomba hidráulica al depósito, una vez alcanzada la presión de régimen dentro del sistema. Estas válvulas pueden instalarse a la salida de la bomba por medio de un racord en T.
En algunos sistemas hidráulicos no se necesita caudal de aceite alguno durante parte del ciclo de trabajo. Si la bomba tuviera que mandar el aceite sobrante al retorno, a través de una válvula de descarga, se perdería una gran cantidad de fuerza hidráulica en forma de calor. Esta es la razón de que, en lugar de aquellas, se emplee en estos casos una válvula de descarga.
Cuando la válvula está cerrado (Fig. 9) el muelle mantiene el émbolo apretado contra su asiento. La presión en la pequeña canalización que actúa la válvula no es suficiente para vencer la fuerza del muelle. La boca de la válvula que comunica con el retorno al depósito, está cerrada y no hay descarga de aceite.
PRIMERA SECUENCIA, VALVULA CERRADA 1 - Entrada
2 - Al primer circuito
SEGUNDA SECUENCIA, VALVULA ABIERTA 3 - Al segundo circuito
Fig. 8 - Funcionamiento de la válvula secuencia¡
La Fig. 8 ilustra el principio de funcionamiento de la
La válvula se abre cuando aumenta la presión en la canalización que actúa la válvula hasta el punto de vencer la fuerza del muelle. Entonces la presión desplaza el émbolo que da paso al aceite a presión hacia el retorno al depósito. En esta situación el aceite de la bomba se descarga en el depósito a baja presión.
válvula repartidora de caudal secuencial. Cuando la válvula está cerrada, el aceite pasa libremente al primer circuito. Al abrirse la válvula deja pasar una parte de¡ aceite a un segundo circuito. La válvula se abre cuando el aceite que entra en el
Válvulas de descarga para sistemas con acumulador de presión En los sistemas que llevan acumulador de presión, también se suelen emplear válvulas de descarga para descargar el aceite de la bomba cuando el acumulador de presión ha terminado de cargarse. (En
3-6
Válvulas hidráulicas
En este momento el aceite de baja presión en neutral es dirigido al extremo grande de¡ pistón grande. Cuando el acumulador se descarga y se produce la caída de presión, el muelle mueve la válvula contra la presión reducida de¡ sistema en el pistón pequeño y la presión neutral contra el extremo grande de la válvula.
Esto significa que la válvula se cierra a una presión ligeramente mayor que con la que se abre. Esto da a la válvula una gama de operación e impide el rateo.
VALVULA CERRADA
VALVULAS DE DISTRIBUCION Las válvulas de distribución dirigen el flujo del aceite por el sistema hidráulico. A esta clase de válvulas pertenecen las siguientes: 999
Las válvulas de retención Las válvulas rotativas Las válvulas de carrete de distribución
VALVULA ABIERTA o Válvulas de vástago pilotadas 1 - Canalización que actúa la válvula 2 - De la bomba hidráulica
3 - Al depósito válvula de descarga
Fig. 9 - Funcionamiento de la válvula de descarga
el Capítulo 6 se describen los acumuladores de presión). La válvula está cerrada mientras la bomba carga el acumulador. A medida que la presión aumenta, empuja el pistón sensor pequeño contra la válvula grande comprimiendo el muelle. Cuando la presión de¡ acumulador alcanza aquella determinada por el ajuste del muelle, la válvula se abre dejando pasar aceite y descargando la bomba.
o Válvulas electrohidráulicas
En la Fig. 10 se han ilustrado estas tres clases de válvulas. El mecanismo de cada una de ellas es distinto. La válvula de retención lleva un cono que se levanta o se aplica contra su asiento; la válvula rotativa consta de un rotor que abre y cierra unas canalizaciones para el aceite; la válvula de carrete de distribución, por último, lleva un carrete con ranuras que se corre para cerrar o abrir pasos de aceite.
Examinemos estas válvulas con más detalle. VALVULAS DE RETENCION Las válvulas de retención son válvulas simples que
VALVULA DE RETENCION
VALVULA ROTATIVA
VALVULA DE CARRETE DE DISTRIBUCION
Fig. 10 - Tres tipos de válvulas para regular la circulación de¡ aceite
Válvulas hidráulicas
ABIERTA 1 - Salida
3-7
CERRADA 2 - Entrada
Fig. 11 - Funcionamiento de la válvula de retención
actúan en un solo sentido. Se abren para permitir el paso del aceite en un determinado sentido y se cierran para impedir que éste retroceda. La Fig. 11 muestra una válvula de retención simple funcionando. La válvula se abre por la presión del aceite dentro de¡ sistema, que levanta el cono de su asiento al vencer la fuerza de¡ muelle. Al abrirse la válvula, el aceite pasa libremente al circuito como puede verse en la figura. La válvula se cierra cuando baja la presión de entrada a la misma. Al cerrarse bloquea el aceite dentro de¡ sistema e impide su retroceso. Las válvulas de retención suelen instalarse en las tuberías de aceite, pero también pueden ser parte de otras válvulas, como las de reparto secuencia¡ de caudal o las reductoras de presión. Si bien las válvulas de retención se emplean casi siempre para impedir el retroceso de¡ aceite, tam bién se dan casos en que este retroceso se necesita durante una fase de¡ ciclo de trabajo. Para estos casos se han ideado las válvulas de retención pilotadas. Así, por ejemplo, se puede instalar una válvula de retención en la tubería que va a un cilindro hidráulico para evitar el retroceso por fugas de aceite en el sistema. Pero como el cilindro también tiene que poderse retraer, se emplea un pistón piloto capaz de mantener abierta la válvula de retención mientras trabaja el cilindro hidráulico. VALVULAS ROTATIVAS Las válvulas rotativas se suelen emplear como vál vulas piloto para dirigir el aceite a otras válvulas. La Fig. 12 muestra una válvula de distribución rota tiva de cuatro bocas. El cuerpo de la válvula lleva
Fig. 12 - Válvula de distribución rotativa
unos orificios que quedan frente a las canalizaciones de un rotor. La válvula ilustrada es de las que son actuadas a mano, pero también hay válvulas de esta clase que se actúan con fuerza hidráulica o eléctricamente.
En la Fig. 12 se ha ilustrado la válvula en la posición en que deja que el aceite que manda la bomba hidráulica pase al circuito que está en servicio, mientras por la otra canalización de la válvula se da paso al aceite de retorno. Las dos canalizaciones cruzadas de¡ rotor de la válvula están a distinto nivel. Las válvulas de distribución rotativas pueden ser de dos, tres o cuatro direcciones. Ello depende de la situación de los orificios y de las canalizaciones del rotor. Las de dos direcciones son simples válvulas para abrir o cerrar el paso; las de tres y cuatro direcciones se suelen proyectar para ser utilizadas como válvulas piloto.
Las válvulas de distribución rotativas se suelen emplear en sistemas de baja presión y poco caudal. Emplear en sistemas de baja presión y poco caudal. Son simples y compactas y ello permite utilizarlas como válvula piloto de otras válvulas con las que se gobiernan sistemas hidráulicos más complejos. VALVULAS DE CARRETE DE DISTRIBUCION El carrete de estas válvulas distribuye el aceite por uno u otro circuito, al ser corrido hacia delante o
3-8
Válvulas hidráulicas
hacia atrás. Cuando esta clase de válvula se emplea como "válvula de controV, permite gobernar con ella las distintas unidades de fuerza de los modernos sistemas hidráulicos.
Hay una infinidad de variantes de esta clase de válvulas. Las hay para dos, cuatro y seis circuitos y suelen construirse de forma que puedan "apilarse".
bución para dos circuitos. Corriendo el carrete desde la posición de punto muerto (ilustrada en la figura) hacia la derecha o hacia la izquierda, se abren unas canalizaciones y se cierran otras, dejando pasar aceite a presión a una de las bocas y abriendo el retorno de la otra.
El carrete de distribución suele ser de superficie endurecida y esmerilada con precisión. También suele cromarse para evitar que se oxide.
La Fig. 13 ilustra una válvula de carrete de distriLa válvula ilustrada en la Fig. 13 es de tres posiciones y "cuatro vías". Las tres posiciones son: punto muerto, izquierda y derecha. Las cuatro vías son: la de la bomba, la M depósito, la de la boca no. 1 y la de la boca no. 2 de¡ cilindro. La Fig. 14 ilustra la misma válvula en funcionamiento. Al correr el carrete de distribución hacia la izquierda, abre el paso de¡ aceite de la bomba hacia la boca M lado izquierdo de¡ cilindro. Al mismo tiempo abre el paso al aceite de retorno del extremo opuesto de¡ mismo cilindro. Corriendo el embolo de distribución hacia la derecha sa invierte el sentido de circulación de¡ aceite y el cilindro trabaja en sentido opuesto. Fig. 13 - Válvula de carrete de distribución
1 - Izquierda
2 - Punto muerto
En la posición de punto muerto de la palanca de mando (véase la Fig. 13), el carrete de distribución cierra las dos canalizaciones que van al cilindro, bloqueando el aceite dentro de él, por lo que no se puede mover en ninguno de los dos sentidos.
3 - De la bomba
4 - Al depósito
5 - Derecha
Fig. 14 - Mando de un cilindro hidráulico por medio de una válvula de carrete de distribución
Válvulas hidráulicas
SISTEMA ABIERTO
1 - Al cilindro
3-9
SISTEMA CERRADO
2 - De la bomba
3 - Al cilindro
4 - Al depósito
Fig. 15 - Válvulas de carrete de distribución para sistemas abierto y cerrado (en punto muerto)
Válvulas de carrete de distribución para sistemas de centros abiertos y cerrados. En el Capítulo 1 nos hemos ocupado de dos tipos de sistemas hidráulicos: los abiertos y los cerrados. Cada uno de ellos requiere un tipo de válvula de carrete de distribución distinto (Fig. 15).
o
VALVULAS MULTIPLES MONOBLOQUE, en las que todos los carretes de distribución van en un solo bloque.
En la Fig. 16 pueden verse ambos tipos de válvulas múltiples.
La válvula para SISTEMA DE CENTRO ABIERTO deja pasar el aceite a través de ella, para que retorne al depósito, cuando el carrete está en punto muerto. Las válvulas de carrete de distribución para SISTEMAS DE CENTRO CERRADO cíerran el paso de aceite de la bomba cuando el carrete está en punto muerto.
Por regla general, el carrete de distribución cierra las bocas para el cilindro, cuando está en punto muerto. Sin embargo, en algunas válvulas de esta clase no se cierran ¡as bocas para el cilindro con objeto de dejar a éste en posición "flotante". Mando de las válvulas de distribución Las válvulas de distribución se pueden actuar a mano o se pueden actuar por medio de válvulas piloto, de electroimanes o de aceite a presión sobre uno de los extremos de embolo. Los mecanismos de retén a veces se usan para sostener la válvula en posición durante cada operación.
Válvulas de distribución múltiples Las válvulas de carrete de distribución pueden ser múltiples para realizar diversas funciones. Las válvulas múltiples pueden ser de dos clases: PILAS DE VALVULAS, formadas por varios cuerpos de válvulas unidas.
Válvula múltiple monobloque (Seccionada) Fig. 16 - Dos tipos de válvulas múltiples
3-10
Válvulas hidráulicas
Las pilas de válvulas tienen la ventaja de que se pueden añadir fácilmente más cuerpos de válvula al conjunto. Tiene el inconveniente de que requieren que el cierre entre las caras adosadas de los cuerpos de las válvulas, sea perfectamente hermético. Las válvulas múltiples monobloque son menos flexibles pero no tienen, en cambio, problemas de fuga de aceite. Su inconveniente principal es el de tener que cambiarse la válvula múltiple completa si se avería alguno de los cilindros en que van alojados sus carretes de distribución.
En ambas clases de válvulas múltiples se suele emplear una boca de entrada común para todas las válvulas y otra sola boca, también común, para el retorno. Una y otra clase de válvula múltiple se puede diseñar para sistemas hidráulicos cerrados o abiertos.
Aplicación de las válvulas de carrete de distribución Este tipo de válvulas se ha popularizado mucho en los sistemas hidráulicos modernos, por varias razones: 1) Porque responden con rapidez. Las válvulas de carrete de distribución se mecanizan con gran precisión y permiten una exacta dosificación de¡ aceite. 2) Por su adaptabilidad. Añadiendo orificios se pueden controlar con una sola válvula el número de vías que se necesite.
1 - Entrada 2 - Salida 3 - Cerrada
4 - Abierta 5 - Vástago de presión
Fig. 17 - Válvulas de vástago básicas (Cerrada y abierta)
La válvula reduce los problemas debido a fugas de la válvula (tal como la desviación de¡ cilindro) porque es una que tiene muy pocas fugas. Cada válvula puede ajustarse para variar el caudal.
Las válvulas de vástago reguladas por piloto (Fig. 17) regulan el caudal de¡ aceite a presión hacia una función y el aceite de retorno desde la función. Por lo tanto, se usan dos vástagos (a presión y de retorno), (Fig. 18). Cuando el vástago de presión se abre, el vástago de retorno también se abre porque ambos están conectados por un eje (Fig. 18, derecha). Esto permite paso de aceite hacia y desde la función.
3) Por su compacidad. Apilando las válvulas se consigue reducir el espacio que ocupan, lo que tiene mucha importancia en los equipos móviles. El inconveniente de estas válvulas estriba en que exigen un buen servicio de conservación. El aceite sucio daña las superficies de los carretes mecanizadas con alta precisión, haciendo que dejen de trabajar con eficacia. La suciedad, por mínima que sea, también suele agarrotar estas válvulas, haciendo que trabajen con irregularidad.
La más importante a tener en cuenta es que los carretes de distribución de estas válvulas se mecanizan con alta precisión para que ajusten perfectamente en su correspondiente taladro de¡ cuerpo de la válvula.
VALVULAS DE VASTAGO PILOTADAS Este tipo de válvula se usa en las zonas donde es conveniente tener la válvula montada en un lugar distanciado. La válvula puede estar montada cerca de la función que controla. Esto elimina la necesidad de colocar y hacer pasar las tuberías hidráulicas y mangueras por largas distancias para cada función.
1 - Al retorno 2 - Desde la función
4 - A la función 5 - Entrada 6 - Vástago de presión
3 - Vástago de retorno Fig. 18 - Válvulas de vástago - presión y retorno
Válvulas hidráulicas
La válvula de vástago es activada por la válvula piloto. Se crea una diferencia de presión en el lado inferior de¡ vástago de presión. El caudal de aceite requerido para crear esta diferencia es regulado por la válvula piloto (Fig. 19). La válvula piloto se abre ya sea manualmente o mediante un solenoide electrónico. Cuando la válvula piloto se abre, se permite que el aceite piloto escape de la cavidad en que se encuentra debajo de¡ vástago de presión (Fig. 19, derecha). El aceite a presión que está entrando a la caja de¡ cuerpo de la válvula es capaz de empujar hacia abajo el vástago de presión, abriendo la válvula y moviendo la función. La válvula permanece abierta mientras la válvula piloto esté abierta.
Una vez que se cierra la válvula piloto (Fig. 19, izquierda), ya no puede escapar el aceite piloto. El aceite de la canalización de aceite a presión rellena la zona de aceite piloto debajo del vástago de presión, a través de la ranura en el borde externo de¡ vástago (Fig. 19). La presión de¡ aceite piloto aumenta hasta quedar igual a la de¡ aceite de entrada de la válvula. Recordar, la zona debajo del vástago de presión es más grande la zona encima de él.
Por consiguiente, con la presión de aceite igual a ambos lados de¡ vástago, éste es empujado hacia arriba contra su asiento para cerrar la válvula y detener el flujo de aceite hacia la función. Conjuntos de válvulas de vástago rnúltiples Lo anterior muestra cómo una válvula de vástago simple regula el caudal M aceite a presión en una dirección. Por lo tanto, para controlar una función en dos direcciones, se necesitan válvulas de dos vástagos. Se conecta un cilindro a las bocas de trabajo de la válvula de control (Fig. 20) - el extremo de la varilla M cilindro a la boca A y el extremo de la cabeza de¡ cilindro a la boca B.
Cuando se abre la válvula piloto para el conjunto de vástago A (Fig. 20), el aceite a presión empuja hacia abajo el vástago de presión de¡ conjunto A. El vástago de retorno se abre al mismo tiempo que el vástago de presión.
Entonces el aceite a presión fluye hacia una canalización conectando la cavidad encima de¡ vástago A
1 - Cavidad del aceite
x8197
1 - Al retorno 2 - Desde la función 3 - A la función 4 - Entrada 5 - Aceite piloto
6 - Circuito piloto 7 - Válvula piloto (cerrada) 8 - Válvula piloto (abierta) 9 - Palanca manual
Fig. 19 - Control Piloto de las válvulas de vástago
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de retorno 2 - Boca A 3 -Cilindro 4 - Conjunto de vástago B 5 - Boca B 6 -Válvula
7 - Al colector 8 - Vástago de presión 9 - Boca de entrada de¡ aceite a presión 10 - Conjunto de vástago A 11 - Boca del aceite de retorno 12 - Vástago de retorno
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Válvulas hidráulicas
de presión con la boca A. El aceite pasa al extremo de la varilla M cilindro, haciendo que se retraiga. La canalización de conexión deja que el aceite a presión entre y pase por la abertura donde está ubicado el vástago de retorno M conjunto B. Con el vástago de retorno B cerrado, el aceite a presión es dirigido a la boca A.
El aceite de retorno desde el cilindro pasa a la boca B, a través de la cavidad ubicada encima M vástago de presión para el conjunto B, a una segunda canalización de aceite. Esta canalización dirige el aceite de retorno desde la boca B al vástago A de retorno que está abierto. El aceite de retorno luego pasa más allá M retorno abierto al interior de la cavidad de aceite de retorno y por fin al circuito de aceite de retorno.
Con conjunto B de la válvula de vástago controla el caudal M aceite de presión fuera de la boca B (Fig. 21). Nuevamente, la abertura de la válvula piloto para el conjunto B de¡ vástago, crea una caída de presión debajo de¡ vástago de presión para el conjunto B. Entonces, el aceite a presión M sistema empuja y abre el vástago de presión y al mismo tiempo abre el vástago de retorno para el conjunto B.
1 - Boca de¡ aceite de retorno 2 - Cavidad de¡ aceite de retorno 3 - Boca A 4 - Cilindro 5 - Conjunto del vástago 6 - Boca B
El ' aceite a presión circula más allá M vástago de presión abierto hacia la boca B, y hacia la cabeza M cilindro. El cilindro se extiende. El aceite de retorno desde el cilindro entra a la boca B, y hacia la cabeza de¡ cilindro. El cilindro se extiende. El aceite de retorno desde el cilindro entra a la boca A y fluye más allá M vástago de retorno B al interior de la cavidad de¡ aceite de retorno que está conectada al circuito de retorno. VALVULAS ELECTROHIDRAULICAS Las válvulas de control hidráulicas pueden ser activadas por un solenoide eléctrico. Los solenoides están diseñados para hacer trabajos mecánicos mediante electromagnetos (Ver el FOS Sistemas Eléctricos).
Las válvulas controladas por solenoides se usan en
7 - Válvula piloto 8 - Aceite piloto al retorno 9 -Vástago de presión 10 - Boca de entrada del aceite a presión 11 - Conjunto de vástago A 12 - Vástago de retorno
Fig. 21 - Válvulas de vástago extendiendo el cilindro
1 - Interruptor oscilante 2 - Batería 3 - Solenoide 4 - Válvula de solenoide
5 - Desde la bomba 6 - Válvula de dirección 7 - Cilindro 8 - Al depósito
Fig. 22 - Solenoide izquierdo energizado
Válvulas hidráulicas
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los lugares en que las válvulas están ubicadas cerca de las funciones que controlan. En estos casos, las válvulas controladas por solenoide eliminan la necesidad de usar largas mangueras hidráulicas y tuberías a cada función. Las válvulas son controladas por el sistema eléctrico.
Esto cierra la canalización y evita que el aceite a presión entre en el centro hueco de la válvula de solenoide derecha. Ahora se deja que el aceite sin presión pase desde el lado derecho de la válvula de dirección, a través de la válvula de¡ solenoide derecho y de vuelta al depósito.
Los solenoides usados para controlar el caudal de¡ aceite hidráulico básicamente consisten de contactos y devanados alrededor de¡ cilindro hueco. El cilindro contiene un núcleo móvil o válvula. Cuando se energiza el devanado con la corriente de la batería, la válvula de¡ solenoide se empuja hacia arriba dejando que el aceite de la bomba hidráulica principal entre al centro hueco de la válvula de¡ solenoide. El aceite es dirigido a través de la válvula de¡ solenoide hacia el lado izquierdo de la válvula de dirección.
Debido a la diferencia de presión, la válvula de dirección se mueva hacia la derecha, abriendo la canalización para el aceite a presión hacia el lado izquierdo del cilindro.
El solenoide del lado derecho no se energiza y la presión del muelle empuja hacia abajo la válvula del solenoide
El aceite sin presión desde el lado derecho de¡ cilindro pasa a través de la válvula de dirección y de vuelta al depósito. Cuando el interruptor oscilante se coloca en la posición neutral (Fig. 23), ambas válvulas de solenoide una posición de reposo hacia abajo. Esto evita que el aceite a presión entre a cualquiera de las dos válvulas de solenoide. Una presión de muelle igualada centra la válvula de dirección, cortando el paso
X8202
1 - Interruptor oscilante 5 - Válvula de dirección 2 - Batería 6 - Cilindro 3 - Solenoide 7 - Al depósito 8 - Válvula de solenoide 4 - Desde la bomba Fig. 23 - Interruptor oscilante en neutral
1 - Interruptor oscilante 2 - Batería 3 - Solenoide 4 - Desde la bomba
5 - Válvula de dirección 6 - Cilindro 7 - Al depósito 8 - Válvula solenoide Fig. 24 - Solenoide derecho energizado
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Válvulas hidráulicas
de aceite a presión al cilindro. El aceite queda atrapado a ambos lados M cilindro.
VALVULAS REGULADORES DE CAUDAL Estas válvulas pueden regular el caudal de dos maneras:
Cuando el interruptor oscilante se empuja hacia abajo en el lado derecho (Fig. 24), el solenoide derecho se energiza (Fig. 24). La acción de las válvulas y el caudal de aceite invierten el circuito de cuando el interruptor oscilante estaba energizando el solenoide izquierdo.
1) Estrangulando el paso de¡ aceite que entra o sale en el órgano cuya velocidad de trabajo se está regulando. Estas válvulas no están compensadas.
VALVULAS REGULADORES DE CAUDAL
2) Derivando el aceite parcialmente, fuera del órgano cuya Velocidad se está regulando. Estas válvulas suelen estar compensadas.
Las válvulas reguladores de caudal actúan estrangulando el paso M aceite o derivando una parte de él (Fig. 25).
Las válvulas no compensadas no compensan los cambios de presión. La presión a la salida de la válvula, depende de la presión que hay a la entrada de la misma. Estas válvulas no se suelen emplear en circuitos donde se requiere una regulación muy exacta de¡ caudal de aceite. A este tipo pertenecen las válvulas de aguja y de bola.
Las válvulas compensadas mantienen el caudal constante a la salida, aunque cambie la presión a la entrada. En efecto, estas válvulas regulan el caudal, manteniendolo constante aunque la presión caiga a la entrada de la válvula.
Válvulas de aguja de bola (no compensadas) Estas válvulas no compensadas se emplean mucho en los circuitos hidráulicos. Aunque tienen el inconveniente de no compensar los cambios de presión, tienen la ventaja, en cambio, de ser muy simples y poderse ajustar para dosificar el caudal de aceite con gran precisión.
Fig. 25 - Principio de funcionamiento de una válvula de caudal
En muchos sistemas hidráulicos es preciso poder regular con máxima precisión la velocidad de extensión de un cilindro o la velocidad de giro de un motor hidráulico. Ello se puede conseguir regulando el volumen minuto de aceite que se manda al órgano que transforma la fuerza hidráulica en fuerza mecánica. Con bombas hidráulicas de caudal constante, la velocidad de trabajo de un cilindro o de un motor hidráulicos se controla mediante válvulas reguladoras de caudal.
F 3086 CERRADA
PARCIALMENTE ABIERTA
COMPLETAMENTE ABIERTA
Fig. 26 - Válvula de aguja
VALVULAS REGULADORAS DE CAUDAL, a base de un orificio que dosifica el paso M aceite.
La válvula de aguja (Fig. 26) es un dispositivo de estrangulación de¡ paso de aceite. Enroscando hacia dentro la aguja, se cierra totalmente el paso. Cuanto más se desenrosca, más aceite pasa y mayor es la presión, por lo tanto, a la salida de la válvula.
VALVULAS REPARTIDORAS DE CAUDAL que, además de regular el caudal, lo reparten entre dos o más circuitos.
La válvula de aguja se suele instalar en el eje oscilante M tractor. Aquí regula la velocidad de caída de¡ eje oscilante y M apero que está montado en él.
Veamos con más detalle como son ambos tipos de válvula.
La válvula de bola se diferencia de la de aguja únicamente en que la punta de¡ tornillo es esférica.
Las válvulas reguladoras de caudal se dividen en dos tipos:
Válvulas hidráulicas
ORIFICIO DE REGULACION ABIERTO
ORIFICIO DE REGULACION PARCIALMENTE CERRADO 1 - Boca de entrada 2 -Orificio fijo
3 - Orificio de regulación 4 -Boca de salida
Fig. 27 - Válvula reguladora de caudal que compensa las variaciones de presión
(Estas válvulas se suelen emplear más para regular el paso de¡ agua, donde no es preciso controlar el caudal con tanta precisión). Válvulas reguladoras de caudal compensadas Como ya se ha explicado, las válvulas reguladoras de caudal compensadas, mantienen constante el caudal de aceite a la salida de la válvula, aunque varíe la presión a la entrada de la misma. Así, por ejemplo, si aumenta la presión, la válvula se cierra parcialmente para mantener el mismo caudal de salida. La Fig. 27 ilustra el functionamiento de una de estas válvulas.
Cuando más de¡ caudal predeterminado trata de pasar por el orificio, la diferencia de presión entre el frente y costado de la válvula aumenta. Esto comprime el muelle y mueve la válvula para limitar el caudal en el orificio de salida. Esto aumenta la presión en el interior de la válvula y reduce el caudal desde el orificio fijo.
Sin importar que cambios se hagan en la presión del circuito de trabajo o en la presión de entrada, el muelle mantendrá la misma caída de presión y, por lo tanto el mismo caudal por el orificio fijo. Esta válvula se usa en los sistemas de centro cerrado donde las variaciones de caudal están controladas por la bomba.
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PASO TOTAL POR LA BOCA DE SALIDA Y PARCIAL POR LA DERIVACION
PASO TOTAL POR LA DERIVACION Y PASO ESTRANGULADO POR LA SALIDA
1 - Boca de entrada 2 -Boca de salida
3 - Boca de derivación
Fig. 28 - Válvula reguladora por derivación
Regulación del caudal por derivación Otra forma de válvula de control de caudal es la reguladora de caudal por derivación. Esta válvula se usa en los sistemas de centro abierto, cuando el rendimiento total de la bomba debe usarse en la función, pasarse a otra función o devolverse al depósito. La válvula reguladora también emplea el principio de muelle y orificio fijo para controlar el caudal.
La presión en el costado de la válvula está determinado por la presión de trabajo de la función (salida). (Ver la Fig. 28, superior). La válvula mantiene la presión de entrada lo suficientemente alta para mantener la diferencia de presión correcta a través del orificio. Esto se hace vaciando o desviando el exceso de aceite. A medida que aumenta el caudal, la presión aumenta en la cabeza de la válvula. Esto empuja la válvula de vuelta hacia atrás, agrandando la abertura de derivación y manteniendo la misma presión que anteriormente (Fig. 28, inferior).
El aceite de derivación puede dirigirse a otra función o de vuelta al depósito. Cuando se dirige a otra función, la válvula se convierte en una válvula de prioridad, asegurando que la primera cantidad predeterminada de aceite pasa a la canalización de salida de la función primaria y que el resto va a una función secundaria (derivación).
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Válvulas hidráulicas
Hay una válvula de alivio instalada en la salida de esta válvula para proteger el sistema contra las presiones excesivas causadas por "sobrepresiones" que pueden cerrar completamente la boca de derivación.
VALVULAS REPARTIDORAS DE CAUDAL Las válvulas repartidoras de caudal regulan éste y lo reparten entre dos o más circuitos. El caudal lo pueden repartir de los siguientes modos: Las válvulas PRIORITARIAS dejan pasar todo el caudal a un determinado circuito, hasta que sobra aceite; en ese momento, el aceite sobrante queda a disposición de otros circuitos. Las válvulas de PRIORIDAD AJUSTABLE hacen lo mismo que la anterior, con la única diferencia de que el caudal del circuito prioritario se puede ajustar. Las válvulas PROPORCIONALES reparten el caudal simultáneamente entre varios circuitos, pudiéndose regular el de cada uno de ellos. En el caso de dos circuitos, por ejemplo, la proporción entre el caudal de uno y otro puede hacerse que sea de 50 a 50 ó de 90 a 10. Repartidores prioritarios El repartidor prioritario ilustrado en la Fig. 29 va incorporado en la misma bomba hidráulica. Reparte el caudal que entrega la bomba entre dos bocas de salida. Una de ellas es la boca que tiene prioridad, no llegando aceite a la segunda boca hasta que no se satisface la demanda de la primera.
el carrete se corre hacia la derecha abriendo más el paso de aceite hacia el circuito que tiene prioridad. El caudal de aceite es dosificado por el orificio que lleva este émbolo. Al aumentar el caudal de aceite entregado por la bomba, se produce una caída de presión mayor al otro lado de¡ orificio de dosificación, lo que hace que el carrete se corra hacia la izquierda comprimiendo el muelle. De esta forma se abre más el paso de aceite al circuito secundario. El circuito prioritario sigue recibiendo la misma cantidad de aceite y el secundario recibe ahora al aceite sobrante.
Ilustraremos el funcionamiento de esta válvula con un ejemplo práctico. En una cargadora frontal con dirección asistida por fuerza hidráulica, el circuito hidráulico prioritario es el de dirección, siendo el secundario el de los cilindros hidráulicos de la pala cargadora. Es cierto que los cilindros de la pala cargadora necesitan más caudal de aceite, pero la dirección es más vital para el funcionamiento de la máquina. Supongamos que la bomba hidráulica entrega a pleno régimen un caudal de 40 L/min., y que se necesitan 10 L/min. para la dirección asistida por fuerza hidráulica y 30 L/min. para la cargadora. A bajo régimen de¡ motor el caudal entregado por la bomba pueda llegar a ser de sólo 10 L/min. En este último caso, todo el caudal que entrega la bomba va al circuito que tiene prioridad. A velocidades comprendidas entre la máxima y la mínima de¡ motor, el caudal se reparte en diferentes proporciones, pero la dirección hidráulica siempre recibe los 10 L/min. que necesita.
En los repartidores prioritarios ajustables se puede ajustar esta prioridad por medio de palancas externas, electroimanes, dispositivos hidráulicos compensadores o, interiormente, variando la presión de¡ muelle de la válvula o el número de suplementos que lleva. Los repartidores prioritarios se utilizan siempre con una válvula de descarga para protegerlos de las puntas de presión, que pueden llegar a cerrar por completo la boca de salida secundaria.
3 - Boca de entrada 4 1 - Boca prioritaria Orificio fijo 2 - Boca secundaria Fig. 29 - Repartidor prioritario
El carrete de distribución de la válvula repartidora se corre hacia un lado u otro abriendo más el paso a una boca de salida al tiempo que estrangula el paso a la otra. El aceite a presión que entra en la válvula empuja el carrete de distribución contra el muelle.
Cuando se reduce el caudal que entrega la bomba,
Obsérvese la similitud entre el repartidor prioritario y la válvula reguladora por derivación (Fig. 28). El funcionamiento es similar, pero el resultado es diferente: el repartidor de caudal alimenta dos circuitos en trabajo, mientras que la válvula reguladora por derivación solo alimenta un circuito, y deja retornar al depósito el aceite sobrante. Repartidores proporcionales Esta válvula no hace más que repartir el caudal entre dos circuitos (Fig. 30). La proporción entre ambos caudales puede ser de 50 a 50 hasta de 90 a 10.
Válvulas hidráulicas
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Esta válvula se coloca en el punto más alto del sistema, donde tiende a acumularse el aire. La presión del líquido en el sistema y dentro de la válvula, la mantiene cerrada. A medida que se va acumulando el aire en el cuerpo de la válvula, va desplazando el líquido y al desplazarse el líquido, la válvula se abre. El líquido a presión obliga a salir al aire y "purga" el sistema de esta forma. Al salir el aire, vuelve a llenarse de líquido el cuerpo de la válvula y ésta se cierra impidiendo la fuga de aceite. Al acumularse de nuevo el aire en el cuerpo de la válvula, se repite el ciclo que se acaba de describir. 1 - Boca de salida no. 2 2 -Boca de salida no. 1
3 - Boca de entrada
VALVULAS DE COMPUERTA Fig. 30 - Repartidor de cauidal porporcional
El repartidor de caudal ilustrado en la figura es el que se usa en el sistema de dirección de potencia de los tractores oruga. Envía una cantidad igual de aceite a las válvulas de dirección derecha e izquierda. Esto se hace teniendo los dos orificios de la línea de entrada en los extremos de¡ carrete, de¡ mismo tamaño.
Cuando se activa la válvula de dirección derecha, el soporte de presión desde la válvula mueve el carrete hacia la izquierda. Restringe la boca izquierda lo suficiente para mantener igual la presión (presión requerida para mover la dirección) a cada lado de¡ carrete. El carrete flota libremente de modo que siempre mantiene su equilibrio.
Debido a que la presión de entrada a cada orificio es igual, a que la presión en cada extremo del carrete es igual y a que el caudal que pasa a través de un orificio es el mismo con la misma caída de presión, siempre existirá un caudal igual hacia ambas válvulas de dirección, sin importar cual se use. Para repartir el caudal de una forma distinta al 50-50, solamente es necesario variar el tamaño proporciona¡ de los dos orificios.
VALVULAS DIVERSAS VALVULA DE PURGA AUTOMATICA La válvula de purga automática del aire se emplea para eliminar todo el aire que pueda contener el sistema hidráulico.
1 -Asientos
2 - Boca de entrada
Fig. 31 - Válvula de compuerta cerrada
Las válvulas de compuerta se emplean para abrir o cerrar el paso por una tubería. El cierre se hace por medio de un cono que se sube o se baja por medio de un tornillo (Fig. 31). Estas válvulas están proyectadas para abrir o cerrar el paso por una tubería, pero no para estrangularlo abriéndolas parcialmente. Si bien las válvulas de compuerta ofrecen muy poca resistencia al paso del líquido cuando están completamente abiertas, es difícil abrirlas o cerrarlas a gran presión.
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Válvulas hidráulicas
FALLAS DE LAS VALVULAS Y SUS SOLUCIONES
VALVULAS DE PASO
Las válvulas hidráulicas se labran a máquina con gran precisión porque tienen que regular con exactitud la presión, el sentido y el volumen/minuto del líquido que circula por el sistema hidráulico. Por regla general, las válvulas no llevan juntas debido a que no pierden apenas aceite mientras están bien ajustadas y se conservan adecuadamente.
Fig. 32 - Válvula de paso abierta
Las válvulas de paso son muy simples y suelen ser de tamaño muy reducido. Suelen emplearse para purgar el aire de los sistemas hidráulicos, conectar y desconectar manómetros y vaciar el aceite de¡ sistema. En la Fig. 32 se ha ilustrado una válvula de paso, abierta. Dando un cuarto de vuelta a la llave, se cierra el paso de aceite. La válvula ilustrada es para presiones reducidas. Modificando la válvula, podría trabajar a presiones mucho más altas.
VALVULAS DE CHARNELA
La materia extraña que pueda contener el aceite, como la suciedad, es la causa más común de fallas de las válvulas. Bastan pequeñas partículas de suciedad o cieno para que la válvula deje de funcionar correctamente y acabe por sufrir graves averías. Estas pequeñas partículas harán que la válvula se agarrote, obstruirán los orificios calibrados o actuarán como abrasivos que harán que la válvula termine perdiendo aceite. Cualquiera de estas causas es suficiente para que la máquina trabaje mal e incluso para que llegue a pararse. Todos estos inconvenientes se evitan trabajando con limpieza.
El sistema hidráulico debe llenarse siempre con el aceite recomendado por el fabricante. Además de esto se deben observar estrictamente las instrucciones que se dan en el manual de¡ operador. Debido a que la oxidación produce partículas que pasan al aceite, se hace indispensable emplear siempre aceites no oxidantes. Periódicamente se tiene que cambiar el aceite y limpiar los filtros.
Para el mejor servicio de las válvulas deben adoptarse las siguientes precauciones.
ANTES DE DESMONTAR UNA VALVULA 1. Desconectar la batería para que el motor no pueda arrancar accidentalmente y para no causar cortocircuitos con las herramientas.
2. Antes de desconectar ninguna tubería de la válvula se tiene que actuar su palanca de mando en todas las direcciones para dejarla sin presión.
F 3093 ABIERTA
CERRADA
Fig. 33 - Válvula de charnela o chapaleta
Las válvulas de charnela son, fundamentalmente, válvulas de retención. Permiten el paso de¡ líquido en una sola dirección. Se fabrican de todos los tamaños, por lo que las hay muy pequeñas y muy grandes.
Aunque suelen montarse de forma que la chapeleta se cierre por la acción de la gravedad o la presión, a veces llevan un muelle para iniciar el cierre. La presión que retrocede provoca un cierre hermético de la chapeleta.
3. Apoyar sobre bloques o depositar sobre el suelo las grandes unidades hidráulicas antes de desmontar ninguna pieza. 4. Antes de desmontar cualquier pieza, limpiar a fondo la válvula sus alrededores. Se puede utilizar el chorro de vapor para esta limpieza pero A CONDICION DE QUE NO ENTRE AGUA EN ES SISTEMA. Cerciorarse de que todas las mangueras y tuberías están herméticamente conectadas.
5. Si no se dispone de chorro de vapor, limpiar con gas-oil o con otro disolvente apropiado. No limpiar jamás con disolvente para pintura o acetona. Tapar inmediatamente las bocas desconectadas.
Válvulas hidráulicas
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CONSEJOS PARA EL DESPIECE DE VALVULAS 1. Las válvulas hidráulicas no deben repararse nunca sobre el suelo de¡ taller o donde haya peligro de que recojan polvo. HACER EL TRABAJO SIEMPRE SOBRE UNA MESA PERFECTAMENTE LIMPIA. Comprobar que todas las herramientas están limpias y no tienen grasa.
2. Al despiezar la válvula se deben marcar las piezas para recomponerlas en la misma forma. Los carretes de distribución se ajustan para un determinado cuerpo de válvula, por lo que no se pueden intercambiar. Las secciones de válvula se deben unir entre sí por el mismo orden en que iban. 3. Cuando se tenga que coger la caja de una válvula entre las mordazas de un tornillo de banco, se hará con la máxima precaución para no estropearla. Conviene cubrir la mordaza con plomo o cobre para no dañar la caja de la válvula. 4. Todas las bocas de la caja de la válvula se tienen que tapar después de sacar las piezas. Solo así se puede evitar que entre en ella materia extraña. 5. Las válvulas cargadas con un muelle hay que abrirlas con precaución para no lesionarse al saltar aquel. Si el muelle está comprimido a gran presión, se debe emplear una prensa para desmontarlo. 6. Lavar todas las piezas de la válvula en un disolvente para grasas limpio que no sea corrosivo. Secar las piezas con aire comprimido y ponerlas sobre una superficie limpia para examinarlas. No secar las válvulas con papel o algodones. Se podrían desprender hilos que, al penetrar en el sistema hidráulico, podrían ser la causa de su mal funcionamiento. 7. NO EMPLEAR TETRACLORURO DE CARBONO para la limpieza porque estropea las juntas de goma.
Fig. 34 - Medida de la fuerza de un muelle
procura conseguir de esta forma el ajuste más exacto posible para reducir al mínimo las fugas internas de aceite.
Para conseguir este ajuste tan preciso, se requieren una técnica y un equipo especiales. Esta es la razón de que estos carretes de distribución se suministren siempre con su correspondiente caja en forma de JUEGO DE PIEZAS, no pudiéndose adquirir por separado.
Al reparar estas válvulas se tienen que examinar los carretes de distribución y los taladros en busca de las señales de desgaste y avería indicadas en la Fig. 35. Sobre el carrete de distribución se pueden
8. Después de limpias y secas las piezas, se deben embadurnar inmediatamente con un aceite anticorrosivo para sistemas hidráulicos. Después se deben guardar donde no se ensucien ni puedan mojar, hasta el momento de reinstalarlas. 9. Al despiezar la válvula se deben revisar cuidadosamente los muelles, cambiando todos los que estén deformados, rotos u oxidados. Los muelles se prueban con un aparato que mide su fuerza comprimidos a una determinada longitud (Fig. 34). REPARACION DE VALVULAS Reparación de válvulas de distribución Los carretes de distribución de estas válvulas se esmerilan con gran precisión para ajustarlos a su correspondiente taladro de la caja de la válvula. Se
1 - Examinar el retén 2 - Examinar en busca de rebabas 3 - Buscar incrustaciones en estos puntos 4 - Buscar arañazos en estos puntos Fig. 35 - Inspección del taladro y del carrete de distribución de la válvula
3-
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Válvulas hidráulicas
adherir o incrustar las impurezas que contenga el aceite. Cuando los arañazos no son muy profundos y las incrustaciones son superficiales, el carrete de distribución se puede pulimentar con polvo de óxido de hierro. NO QUITAR las incrustaciones del taladro de la válvula. Si los arañazos y las incrustaciones son profundos, se tendrá que cambiar el cuerpo de la válvula con su carrete de distribución. Si la válvula funcionaba con irregularidad o se agarrotaba antes de desmontarla, es posible que la causa de la falla fuera el desgaste de¡ carrete de distribución o de¡ cuerpo de la válvula, en cuyo caso se tendrían que cambiar ambos.
1
F3097
1 - Revisar las superficies en contacto 2 -Buscar arañazos en el émbolo
3 - Buscar rebabas
Fig. 37 - Inspección de una válvula limitadora de presión
Reparación de las válvulas reguladoras de caudal
Si los arañazos no son profundos, los asientos y vástagos de válvula se pueden pulimentar con polvo de óxido de hierro. NO QUITAR las incrustaciones de¡ taladro de la válvula. Algunos asientos y vástagos de válvula son de nylon. Este material es muy resistente al desgaste y su elasticidad le permite hacer un cierre hermético. Los asientos de nylon no dañan el vástago cuando es metálico. Al reparar estas válvulas se deben cambiar las piezas de nylon por piezas de nylon también.
F 3096
4 1 - Examinar el orificio
3 - Examinar el muelle
2 - Buscar desgaste de¡ carrete
4 - Buscar rebabas
Fig. 36 - Inspección de una válvula reguladora de caudal
1. En los carretes de válvula que tienen orificios, hay que revisar estos porque pueden estar parcialmente obstruidos (Fig. 36). Se limpian con aire comprimido o con un alambre fino. 2. Todas las piezas de la válvula hay que lavarlas a fondo para eliminar las partículas de esmeril. Este abrasivo podría averiar todo el sistema hidráulico.
COMPROBACION DE LAS VALVULAS DE ALIVIO NO AJUSTABLES, TIPO CARTUCHO Si la malla de la válvula de alivio o el orificio se obstruyen, el aceite ya no puede entrar en el cuerpo de la válvula y ya no se equilibra la presión entre el disco que lleva el orificio y la válvula piloto (Fig. 38). Esta obstrucción hace de esta forma que la válvula de seguridad abra a una presión más baja de
3. Comprobar el ajuste de¡ carrete dentro de su taladro. Aceitándolo ligeramente, debe entrar resbalando por su propio peso. Reparación de las válvulas limitadoras de presión Si la presión del sistema hidráulico es demasiado baja, se tiene que comprobar la fuerza de¡ muelle de la válvula de descarga limitadora de presión. Según el caso se podrá remediar la falla cambiando el muelle o poniendo más suplementos para comprimir más el muelle. Al añadir suplementos hay que cerciorarse de que el muelle no haya quedado totalmente comprimido.
ASIENTOS Y VASTAGOS DE VALVULA Examinar los asientos de válvula en busca de señales de fugas de aceite. Cambiar la válvula si se encuentran facetas planas en el asiento o en el vástago.
1 - Examinar la malla 2 - Examinar las juntas tóricas
3 - Examinar los asientos 4 - Examinar el orificio
Fig. 38 - Inspección de una válvula de alivio tipo cartucho
Válvulas hidráulicas
aquella para la que está ajustada, y a consecuencia de ello el sistema hidráulico responde con pereza. Por eso es necesario comprobar siempre que están bien limpios el orificio y la malla de filtro de la válvula. También deben examinarse las juntas tóricas por si estuvieran en mal estado, y perdieran aceite. Cada cartucho para válvula de alivio lleva grabado en la cabeza el número de identificación de la pieza, el límite de presión y la fecha de fabricación (Fig. 39). Tener en cuenta estos datos al hacer su comprobación.
3-21
4. Cada carrete de distribución debe reinstalarse en el cuerpo de válvula de¡ que se sacó. Las secciones de válvula deben reinstalarse también por el orden correcto en que iban. 5. Al armar las válvulas hay que evitar todo lo que pueda deformarlas, como el apriete desigual de los tornillos, las superficies alabeadas o el no tener en cuenta la dilatación que se produce al calentarse el aceite, que alarga las tuberías conectadas a la válvula. Cualquiera de estas causas puede hacer que el carrete de distribución se agarrote. 6. Después de apretar los tornillos se comprueba el buen funcionamiento de los carretes de distribución. Si no se mueven bien, se tiene que variar el apriete de los tornillos de fijación de la válvula.
LOCALIZACION DE LAS AVERIAS DE LAS VALVULAS A continuación se indican determinados fallas de las válvulas y la causa probable de los mismos. Para obtener más información deberá consultarse siempre el manual técnico de la máquina en cuestión.
VALVULAS REGULADORAS DE PRESION Válvulas de alivio 1 - Número de la pieza 2 -Limite de presión (15 515 kPa)
3 - Fecha de fabricación
Fig. 39 - Significado de los números grabados sobre el cartucho de una válvula de alivio tipo cartucho
Los cartuchos de estas válvulas se prueban montándolos en el sistema hidráulico y haciéndolo funcionar hasta que se alcanza la presión de abertura de la válvula. En ese momento se lee la presión en un manómetro intercalado en el circuito de la válvula de descarga.
ARMADO DE VALVULAS 1. Al armar una válvula es preciso trabajar con la más escrupulosa limpieza. Las piezas se lavan en petróleo, se secan con aire comprimido y se mojan en aceite hidráulico que contenga un anticorrosivo. Este aceitado facilita el armado y proporciona el engrase inicial. También se puede emplear vaselina de petróleo para colocar las juntas tóricas de forma que no se muevan al hacer el montaje. 2. En este momento se tiene que volver a comprobar las piezas ajustadas de la válvula, que deberán estar libres de rebabas y pintura. 3. Al reparar una válvula se tiene que cambiar todos los retenes y juntas y mojarlos en aceite hidráulico limpio antes de instalarlos. El aceite hace que se peguen y facilita el montaje.
PRESION BAJA 0 IRREGULAR 1. Ajuste incorrecto. 2. Partícula de suciedades virutas o rebabas que no dejan cerrar bien la válvula. 3. Vástago asientos gastados o deteriorados. 4. Pistón que se agarrota en el cuerpo de la válvula. 5. Muelle débil. 6. Extremos de¡ muelle en mal estado. 7. Cuerpo o asiento de la válvula deformados. 8. Orificio equilibrador bloqueado. FALTA DE PRESION 1 . Orificio equilibrado obstruido. 2. Mal asiento de¡ vástago. 3. Holgura en el carrete. 4. La válvula de agarrota en el cuerpo o en la tapa. 5. Muelle roto. 6. Partícula, viruta o rebaba que mantiene parcial mente abierta la válvula. 7. Vástago o asiento gastado o en mal estado. 8. Cuerpo o asiento de la válvula deformados. RUIDO DE RATEO DE LA VALVULA 1. 2. 3. 4.
Aceite demasiado denso. Cono o asiento defectuosos. Demasiada presión en el retorno. Ajuste de la abertura muy próximo al de otra vál vula de¡ mismo circuito. 5. Muelle de válvula inadecuado.
3-22 Válvulas hidráulicas
EL AJUSTE NO ES POSIBLE MAS QUE A UNA PRESION EXCESIVA
EL CIRCUITO SECUNDARIO NO FUNCIONA 0 LO HACE DESPACIO
1. Muelle roto. 2. Muelle fatigado. 3. Muelle inadecuado. 4. Tubería de drenaje obstruida.
1 . Ajuste de la válvula a una presión demasiado alta. 2. Válvula de alivio ajustada de forma que cierra a la misma presión que la válvula secuencial 3. Carrete agarrotado.
RECALENTAMIENTO DEL SISTEMA 1 . Trabajo continuo a la presión de descarga. 2. Aceite demasiado denso. 3. Fuga de aceite por el asiento de la válvula.
Válvulas reductoras de presión PRESION IRREGULAR 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Suciedad en el aceite. Vástago o asiento gastados. Orificio equilibrador obstruido. El carrete se agarrota en el cuerpo de la válvula. Tubería de retorno al depósito obstruida. El plano de los extremos de¡ muelle no es normal a su eje. 7. Muelle inadecuado. 8. Muelle fatigado. 9. Válvula desajustada. 10. Desgaste de¡ taladro en que va el carrete.
Válvulas repartidoras secuenciales MAL FUNCIONAMIENTO DE LA VALVULA 1 . Instalación inadecuada. 2. Ajuste inadecuado. 3. Muelle roto. 4. Cuerpo extraño en el asiento de¡ vástago o en los orificios. 5. Junta que pierde. 6. Tubería de retorno obstruida. 7. Tapas de la válvula mal apretadas o mal instaladas. 8. Embolo de la válvula gastado o arañado. 9. Asiento de¡ vástago gastado o arañado. 10. Orificios agrandados, funcionamiento a saltos de la válvula. 11. Agarrotamiento por incrustaciones de impurezas de¡ aceite (por recalentamiento o aceite inadecuado). ABERTURA PREMATURA DEL PASO AL CIRCUITO SECUNDARIO 1 . Ajuste de la válvula a una presión demasiado baja. 2. Demasiada carga en el circuito primario. 3. Demasiada inercia de la carga de¡ circuito pri mario.
Válvulas . de descarga LA VALVULA NO DESCARGA LA BOMBA POR COMPLETO 1. Válvula ajustada a una presión demasiado alta. 2. Falta de presión en el sistema. 3. Carrete agarrotado.
VALVULAS DE DISTRIBILICION Válvulas de carrete de distribución Válvulas rotativas Válvulas de retención DISTRIBUCION INCOMPLETA 0 DEFECTUOSA 1 . Varillaje de mando con holgura o agarrotado. 2. Presión de cebado insuficiente. 3. Electroimán quemado o defectuoso. 4. Muelle de centrado defectuoso. 5. Ajuste inadecuado de¡ carrete. EL CILINDRO SE EXTIENDE 0 RETRAE CON LENTITUD 1 - El carrete de distribución no se centra bien. 2. El carrete de distribución no se corre hasta el tope. 3. El cuerpo de la válvula está gastado. 4. Fuga de aceite por el pistón, dentro de¡ cilindro. 5. Fugas en los asientos de la válvula. LA CARGA DEL CILINDRO DESCIENDE CON EL CARRETE DE DISTRIBUCION EN SU POSICION CENTRAL 1 . Conexiones flojas de las tuberías con la caja de la válvula. 2. Fugas de aceite por las juntas tóricas de muelles y tapones. 3. Muelle de bloqueo roto. 4. Fugas de aceite por las válvulas de alivio de¡ circuito. LA CARGA DEL CILINDRO DESCIENDE UN POCO DESPUES DE ELEVADA 1. Muelle o asiento de la válvula de rentención defectuosos. 2. Posición del carrete de distribución mal ajustada.
Válvulas hidráulicas
EL ACEITE SE CALIENTA (SISTEMAS DE CENTRO CERRADO) 1 . Fuga de aceite por el asiento de la válvula (hay presión en el circuito de retorno). 2. Válvulas mal ajustadas. VALVULAS REGULADORAS DE CAUDAL Válvulas reguladoras y repartidoras de caudal EL CAUDAL VARIA 1 . Carrete agarrotado en el cuerpo de la válvula. 2. Fugas en el cilindro o en el motor. 3. Aceite demasiado denso. 4. Poca caída de presión a través de la válvula. 5. Suciedad en el aceite. LA PRESION VARIA 1. Vástago o asiento de válvula gastados. 2. Suciedad en el aceite. CAUDAL INADECUADO 1. 2. 3. 4. 5.
Válvula mal ajustada. Carrera de¡ pistón de la válvula restringida. Canalizaciones u orificios obstruidos. Pistón de la válvula deformado. Fugas de aceite en la válvula de alivio de¡ cir cuito. 6. Aceite demasiado caliente. EL ACEITE SE CALIENTA 1 . Velocidad inadecuada de la bomba. 2. Trabajo hidráulico ininterrumpido con abertura de las válvulas de alivio. 3. Conexiones inadecuadas.
3-23
4-1
CILINDROS HIDRAULICOS/CAPITULO 4 INTRODUCCION
Fig. 1 - Cilindro de pistón
El cilindro es el órgano que realiza el trabajo en el sistema hidráulico. Vuelve a transformar la fuerza hidráulica en fuerza mecánica. Los cilindros son los "brazos" de los circuitos hidráulicos. En el Capítulo 1 se explican las aplicaciones de la fuerza hidráulica y la forma en que se emplean los cilindros hidráulicos para accionar equipos suspendidos o remolcados (con cilindros remotos). En ambos casos, el cilindro es básicamente igual y sólo cambian los accesorios para acoplarlo.
CILINDRO DE ACCION SIMPLE 1 - Elevar
2 - Bajar
3 - Bajar por gravitación
TIPOS DE CILINDROS En este Capítulo nos ocupamos de dos tipos principales de cilindros, a saber: o
Cilindros de pistón - que producen un movimiento rectilíneo.
o
Cilindros de paletas - que producen un movimiento circular.
(Otro transformador de fuerza hidráulica en movimiento giratorio, es el motor hidráulico que se trata en el Capítulo 5).
CILINDROS DE PISTON Los cilindros de pistón pueden ser de dos tipos: o CILINDROS DE ACCION SIMPLE - que actúan con fuerza
en un solo sentido (Fig. 2). El aceite a presión entra por un extremo de¡ cilindro, nada más, para levantar la carga. El cilindro se vuelve a retraer por el peso de la carga o por la fuerza de¡ muelle. * CILINDROS DE DOBLE ACCION - capaces de actuar con fuerza en ambos sentidos (Fig. 2). El aceite a presión entra alternativamente por un extremo u otro del cilindro, según esté retraído o extendido, actuando con fuerza en ambos sentidos.
CILINDRO DE DOBLE ACCION 4 - Extendido
5 - Retraído
Fig. 2 - Diferencia entre el cilindro de acción simple y el de doble acción
En ambos tipos de cilindro es un pistón el que se encarga de recibir el empuje del aceite a presión, transmitiéndolo a una biela. Estos pistones suelen llevar juntas, segmentos y retenes para evitar las fugas de aceite.
4-2
Cilindros hidráulicos
1 - Charnela 2 - Entrada de aceite 3 - Junta de¡ pistón 4 - Pistón
5 - Orificio de respiración 6 - Biela 7 - Junta limpiadora de la biela 8 - Cilindro
Fig. 3 - Cilindro de acción simple, típico
CILINDROS DE ACCION SIMPLE En los cilindros de acción simple, el aceite a presión actúa sobre una de las caras de¡ pistón nada más (Fig. 3). El pistón con su biela salen de¡ cilindro por la presión de¡ aceite. Cuando cesa de actuar la presión, el peso o la carga (o un muelle) hacen que la biela se retraiga de nuevo. La charnela sirve para articular el cilindro entre los dos puntos de trabajo. Por la otra cara el pistón está seco. En ese extremo de¡ cilindro tiene que haber un orificio de respiración para que pueda salir el aire que empuja el pistón, o para que pueda entrar cuando el cilindro se retrae. El cilindro trabaja mejor así, no haciéndose el vacío. Con objeto de que no entre suciedad, el orificio de respiración suele taparse con un filtro poroso. El pistón lleva una junta que evita que el aceite pase a la otra cara. Sobre la misma biela se monta una junta que tiene por objeto limpiarla cuando se retrae. En algunos cilindros de acción simple la, biela no
lleva pistón, haciendo las veces de éste el extremo de la propia biela. Son los llamados cilindros hidráulicos tipo ariete (Fig. 4). La biela es de diámetro un poco más reducido que el diámetro interior de¡ cilindro. (Sobre el extremo de la biela que hace las veces de pistón hay un pequeño reborde que impide que la biela se pueda salir de¡ cilindro). Este tipo de diseño ofrece varias ventajas frente al tipo de pistón: 1) La biela es de mayor diámetro y no se dobla por efecto de las cargas que actúan sobre ella en sentido lateral. 2) Las juntas son exteriores y más fáciles de cambiar por esta razón. 3) Las rugosidades que puedan tener las paredes interiores de¡ cilindro, no afectan a las juntas. 4) No se necesita orificio de respiración, porque el aceite a presión llena toda la cámara interior de¡ cilindro.
Los cilindros de acción simple se prefieren para algunos equipos móviles en los que lo único que se necesita es levantar la carga para volver a dejar que baje por su propio peso.
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F 3103
6 1 - Charnela 2 - Entrada de aceite 3 - Junta de la biela (en caja) Fig. 4 - Cilindro tipo ariete
4 - Biela (ariete) 5 - Junta limpiadora 6 - Cilindro
Cilindros hidráulicos
1 - Extendido
1 - Charnela 2 - Boca de aceite 3 - Juntas de¡ pistón
4-3
2 - Retraído
7 - Junta de la biela 8 - Extremo desmontable - Cilindro
4 - Pistón 5 - Boca de aceite 6 - Biela de¡ pistón Fig. 5 - Cilindro de doble acción, típico
CILINDROS DE DOBLE ACCION Los cilindros de doble acción actúan con fuerza en ambos sentidos. Cuando el aceite a presión entra por un extremo, el cilindro se extiende, y cuando lo hace por el otro, el cilindro se retrae (Fig. 5). El aceite del lado opuesto del pistón es obligado a retornar al depósito.
En los cilindros de doble acción tiene que llevar juntas herméticas el pistón y la biela. En la Fig. 6 se ilustran dos tipos de cilindros de doble acción. El tipo SIN EQUILIBRAR, o diferencial, se caracteriza porque la fuerza aplicada por el lado M pistón de¡ que va la biela, es menor que la que se aplica por el lado opuesto. Ello es debido a que la biela ocupa una parte de la superficie del pistón sometida a la presión del aceite. Estos cilindros se utilizan cuando se necesita un movimiento de extensión más lento pero con más fuerza, y un movimiento de retracción más rápido y con menos fuerza.
Sin equilibrar (Diferencia¡)
Equilibrado (idéntica fuerza en ambos sentidos)
Fig. 6 - Dos tipos de cilindros de doble acción
En el cilindro EQUILIBRADO, la biela va por ambas caras M pistón. De esta forma ambas superficies de trabajo son idénticas el cilindro se retrae o se extiende con la misma fuerza. (Como es natural, el equilibrio o desequilibrio de estos cilindros depende también de las cargas. Si la carga que tienen que mover en uno y otro sentido no es la misma, el cilindro se desequilibra.)
4-4
Cilindros hidráulicos
CARACTERISTICAS ESPECIALES DE LOS CILINDROS DE PISTON Casi todos los cilindros de pistón presentan características especiales que permiten multiplicar sus funciones o adaptarlos a distintos trabajos.
1 - Orificios de purga 2 - Válvulas de purga 3 - Salida de aceite 4 - Válvula de parada
5 - Brazo de la válvula de parada 6 -Tope de parada de la biela (Ajustable)
Fig. 7 - Cilindro con parada hidráulica
LIMITADORES DE CARRERA
Fig. 8 - Funcionamiento de un cilindro principal con cilindro secundario
La velocidad de trabajo de algunos cilindros también es ajustable. Esta se suele ajustar en la válvula de mando del cilindro en cuestión por medio de algunos de los dispositivos para la regulación de¡ caudal (descritos en el Capitulo 3).
Algunos cilindros llevan un dispositivo de parada hidráulico, que actúa cerrando la salida de aceite (Fig. 7). CILINDROS SECUNDARIOS Al retraerse la biela, el tope ajustable de ésta toca el brazo de la válvula de parada, y ésta se cierra. El aceite bloqueado hace que la presión aumente por la otra cara de¡ pistón. Este aumento de presión lo acusa la válvula de mando, que vuelve a punto muerto automáticamente. El tope de la biela permite dar a ésta la carrera que se desee.
También se emplean los topes mecánicos para limitar la carrera de las bielas. Para hacer que el aumento de presión sea menos brusco, el cilindro ilustrado en la Fig. 7. lleva un dispositivo (representado en el recuadro de la Figura) consistente en dos pequeños orificios de purga que dejan salir una cantidad limitada de aceite al continuar retrayéndose el cilindro (por mantener la palanca de mando en la posición de retracción). En esta condición se desplaza la válvula de purga montada dentro de la válvula de parada, hasta quedar aplicada sobre el extremo de la válvula de parada, cerrando en este momento por completo la salida de aceite del cilindro.
Un mecanismo de muelles hace que el aceite a presión que entra en el cilindro abra de nuevo las válvulas.
Los cilindros secundarios funcionan con el aceite que atraviesa el cilindro principal (Fig. 8). El aceite a presión acciona primero el cilindro principal. Una parte de¡ aceite pasa por una válvula u orificio que lleva el pistón, al otro lado de éste, yendo desde allí al cilindro secundario. La válvula o el orificio se pueden calcular de forma que ambos cilindros trabajen al mismo tiempo o de forma que el segundo la haga con retraso. Cuando el cilindro principal está completamente retraído, se abre otra válvula que permite el retorno al depósito del aceite de¡ cilindro secundario, pasando a través de¡ cilindro principal.
Existe otra variante en la que se conectan en serie tres cilindros. El aceite entra primero en el más grande los cilindros y lo extiende. Este cilindro bombea entonces el aceite al cilindro que le sigue en tamaño que, a su vez, lo manda al más pequeño. El volumen de cada cilindro se puede calcular de forma que los tres se extiendan a la vez. La aplicación más corriente de este dispositivo la tenemos en los aperos remolcados en que es preciso actuar tres mecanismos distintos a la vez. Es condición indispensable en este caso que el más grande de los tres cilindros hidráulicos tenga fuerza suficiente para levantar todo el apero.
Cilindros hidráulicos
AMORTIGUADORES Algunos cilindros llevan amortiguadores para reducir la velocidad de la carrera de su biela al llegar al final de la misma. Estos amortiguadores actúan como verdaderos frenos hidráulicos" que evitan las averías por impacto. En la Fig. 9, tenemos un cilindro que trabaja normalmente durante la parte principal de su carrera (dibujo No. 1) pero que reduce su velocidad al cerrar el propio pistón uno de los orificios de salida de¡ aceite (dibujo No. 2). Cerrado el orificio principal, el aceite tiene que salir más despacio por el orificio más pequeño, reduciendo la velocidad de la carrera.
4-5
la cabeza de menor diámetro de¡ pistón, empujándola con rapidez hasta el momento en que el aceite a presión llega a la segunda cabeza del pistón, de mayor diámetro, que es la que trabaja (Fig. 10). Todo la superficie de¡ pistón asume la carrera de fuerza. CILINDROS RECUPERADORES En el cilindro recuperador, el aceite que sale por el extremo de la biela se canaliza de nuevo hacia la cabeza de¡ pistón para aumentar la velocidad de su carrera. El aceite de retorno de¡ extremo de la biela de¡ cilindro hidráulico se suele mandar al pistón, tal como puede verse en la Fig. 11, con objeto de sumar este caudal al normal a través de la válvula de control de¡ cilindro. Durante este ciclo, la presión es igual en ambos extremos de¡ cilindro. Sin embargo, el cilindro todavía se sigue extendiendo porque las áreas de los dos extremo no son iguales. En efecto, se aplica presión al área más grande en el extremo izquierdo, moviendo el pistón hacia la derecha, tal como se muestra. El pistón se mueve muy ligero, pero tiene muy poca fuerza.
AMORTIGUACION DEL FIN DE CARRERA 3 - Orificio más pequeño 4 - Orificio normal de salida, cerrado Fig. 9 - Cilindro con amortiguación del fin de carrera
1 - Válvula de control
2 - Bomba
3 - Cilindro
Fig. 11 - Cilindro recuperador (de doble acción)
CILINDROS DE PISTON QUE PRODUCEN MOVIMIENTO ROTATORIO
F 3109 Fig. 10 -Cilindro de dos pasos
CILINDROS DE DOS PASOS Los pistones en escalón permiten al cilindro iniciar la carrera con mucha velocidad y poca fuerza y terminarla a poca velocidad y mucha fuerza. Para ello se hace que el aceite a presión actúe primero sobre
Los cilindros de pistón se pueden montar en oposición, en un mecanismo de tira y empuja, para producir un movimiento rotatorio. (Los cilindros de paletas también producen movimiento rotatorio - véase más adelante en este mismo Capítulo). En algunos casos se utiliza un piñón y una cremallera con un cilindro de acción simple a cada extremo, para obtener un movimiento rotatorio alternante. Al aplicar la presión, la cremallera sale o entra en el cilindro obligando al piñón a girar. El final de la carrera de estos pistones suela amortiguarse (ver arriba) por el procedimiento que hemos descrito más atrás.
4-6
Cilindros hidráulicos
PISTONES TELESCOPICOS En esta aplicación, la biela de¡ cilindro tiene un tubo interno y uno externo. La biela sale de¡ cilindro en una sola pieza hasta que el tubo exterior da en el tope. En ese momento comienza a extenderse el tubo interior, hasta el final de la carrera. Este tipo de cilindro también se puede diseñar de forma que salga primero el tubo interior y le siga el exterior. Para ello se dispone un bloqueo hidráulico entre ambos tubos. La velocidad de la carrera de una y otra biela, depende de su diámetro. Este tipo de cilindro solo puede ser de acción simple.
VALVULAS DE RETENCION DE SEGURIDAD En algunos cilindros se pone una válvula de retención en la boca de entrada de aceite a presión para que el aceite quede bloqueado dentro de¡ cilindro y este no se mueva a consecuencia de las fugas que pueda tener el sistema. Si falta el suministro de aceite a presión, la válvula de retención se cierra y bloquea el aceite en el cilindro. Esto es muy necesario cuando el cilindro está elevando una carga considerable. Como ejemplo podemos citar los cilindros hidráulicos empleados para nivelar las cosechadoras especialmente proyectadas para trabajar sobre laderas pendientes. (Véase el Capítulo 3 en que se describen con detalle las válvulas de retención).
VALVULAS DE DESCARGA PARA LA PROTECCION CONTRA EL CALENTAMIENTO El calor hace que se dilate el aceite y que aumente la presión dentro de¡ cilindro. El sol ha hecho estallar alguna vez un cilindro en reposo, con el aceite bloqueado. Para evitar que esto ocurra se dotan a veces los cilindros de válvulas de descarga que abren a una presión mucho más alta que la presión a que trabaja el sistema, limitando la presión máxima dentro de¡ cilindro por el calentamiento del aceite (ver el Capítulo 3 para más detalles.)
CILINDROS DE PALETAS
1 - Paleta móvil 2 - Cilindro 3 - Eje 4 - Paleta fija al cilindro
5-Tapa 6 - Orificio más pequeño 7 - Salida de aceite
Fig. 12 - Cilindro de paletas
El cilindro de paletas se utiliza para girar sobre su eje el aguilón de las retroexcavadoras. Gracias a este dispositivo, el operador puede pasar rápidamente el cucharón desde la trinchera que está excavando hasta el punto donde amontona la tierra. La "arnortiguación" o 1renado hidráulico" de¡ movimiento rotatorio de¡ cilindro al llegar a la posición extrema, evita la parada brusca de¡ movimiento y los golpes. Casi todos los cilindros de paletas son de doble acción. La paleta fija al cilindro, lo divide en dos cámaras. El aceite a presión se manda de una a otra cámara según el sentido del giro. Como ya hemos explicado antes, también se puede conseguir un movimiento rotatorio limitado mediante dos cilindros de pistón dispuestos de forma que uno tira cuando el otro empuja (ver al comienzo de este capítulo).
El cilindro de paletas produce un movimiento rotatorio. La Fig. 12 ilustra un cilindro de paletas. La presión de¡ aceite hace girar la paleta móvil, solidaria con el eje. El aceite sale por el orificio de¡ lado opuesto del cilindro. La velocidad de¡ movimiento rotatorio, también se puede "amortiguar" o "frenar hidráulicamente" en este cilindro. Al girar la paleta móvil, llega a cerrar el orificio de salida de¡ aceite, y este tiene que continuar saliendo más despacio por el orificio más pequeño, reduciendo la velocidad del giro en la última parte del mismo.
JUNTAS Y RETENES En los cilindros se utilizan diferentes tipos de juntas y retenes. El tipo de junta empleado depende de la presión y de la temperatura de¡ aceite, de que la parte se mueva o no, de la velocidad con que se mueva y de las puntas de presión que tenga que soportar. Véase la Fig. 13.
En el Capítulo 9 de este manual se describen detalladamente las juntas y retenes empleados en ¡Os sistemas hidráulicos. En él se explica también como se deben cuidar los retenes.
Cilindros hidráulicos
4-7
IDENTIFICACION DE LOS CILINDROS
MANTENIMIENTO DE LOS CILINDROS
Los cilindro hidráulicos que se montan en los equipos llevan una plaquita con sus características. Estas consisten en unos números que indican el diámetro de¡ cilindro. Estas podrían ser, por ejemplo, las siguientes:
Los cilindros hidráulicos son compactos y relativamente simples. Los puntos claves que hay que vigilar son los retenes y los pivotes. A continuación se dan algunos consejos para mantenerlos en buen estado de funcionamiento.
Plaquita 25 64 30 76 35 89
Diámetro de¡ cilindro 64 mm 76 mm 89 mm
Por lo tanto, las dos primeras cifras indican el diámetro de¡ cilindro en milímetros. Si no sabe usted que diámetro debe tener el cilindro hidráulico que necesita para un determinado trabajo, consulte el manual del operador de la máquina en cuestión o búsquelo por su número en el catálogo de piezas de recambio. PRUEBA Y LOCALIZACION DE LAS AVERIAS DE LOS CILINDROS Los cilindros se pueden probar en la misma máquina. Consúltese el Capítulo 12, "Localización de averías y prueba de los sistemas hidráulicos" para más detalles sobre este particular. En el mismo Capítulo se encontrará un cuadro sinóptico de las causas y remedios de las fallas que se pueden presentar en los cilindros.
Bajo el siguiente epígrafe se tratan algunos de los problemas más corrientes.
1. FUGAS EXTERNAS - Si el cilindro pierde por las tapas de sus extremos, empiécese por apretar e§tas. Si continúa la pérdida de aceite, cámbiese la junta. Si el cilindro pierde por la biela, cambiar la empaquetadura. Los labios de sellado del retén deben mirar hacia la boca de entrada de aceite a presion. Si el retén continúa perdiendo aceite, revisar los puntos 5 a 9.
2. FUGAS INTERNAS - Las fugas internas, por las juntas del pistón, se notan porque el cilindro trabaja perezosamente y se retrae poco a poco con la carga. Estas fugas pueden ser debidas al desgaste de las juntas y segmentos del pistón o de las paredes interiores del cilindro. Estas últimas se rayan y desgastan por la suciedad y la arenilla que puede llevar el acetie.
NOTA IMPORTANTE: Siempre que se repara un cilindro hay que cambiar todas sus juntas y retenes. 3. REPTACION DEL CILINDRO - Si el cilindro repta cuando es detenido a media carrera, es señal de que tiene fugas internas (punto 2) o está gastada la válvula de control (véase el Capítulo 3). 4. FUNCIONAMIENTO PEREZOSO - La causa más corriente de que un cilindro trabaje con pereza,
1 - Retén acopado 2 - Retén con brida 3 - Retén de sección en U 4 - Retén de sección en V 5 - Retén con labio de sellado cargado con un muelle Fig. 13 - Juntas y retenes de los cilindros hidráulicos
6 - Junta tórica 7 - Empaquetadura comprimida 8 - Junta mecánica 9 - Junta metálica no expandible 10 - Junta metálica expandible
4-8
Cilindros hidráulicos
es el aire que se pueda acumular dentro de él. (Al final de este capítulo se explica como se purga el aire de los cilindros.) Las fugas internas pueden ser otra de las causas (punto 2). Si el funcionamiento es perezoso al empezar a trabajar con el sistema hidráulico y va normalizándose a medida que se calienta el aceite, es señal de que se está empleando un aceite demasiado denso (consúltese el manual del operador de la máquina en cuestión). Si el cilindro continúa trabajando con pereza después de subsanar todos estos posibles defectos, se tiene que revisar todo el sistema hidráulico en busca de componentes desgastados. (Para más detalles sobre este particular consúltese el Capítulo 12.)
ponen filtros de diversos tipos. La mayoría de ellos se auto-limpian, pero es necesario revisarlos periódicamente para cerciorarse de su buen funcionamiento.
5. PUNTOS DE MONTAJE FLOJOS - Los puntos de articulación del cilindro pueden estar flojos. Los pernos o pasadores tendrán que apretarse o cambiarse en caso de desgaste. El exceso de holgura en los puntos de articulación del cilindro, avería los retenes de aceite de la biela. Revisar periódicamente los puntos de articulación de los cilindros. 6. DESALINEACION - Las bielas tiene que estar bien alineadas en todo momento. Si se "descentra" la carga que actúa sobre la biela, esta flecta y avería el retén de aceite. En casos extremos la biela puede llegar a doblarse o a romperse por los puntos de soldadura.
7. FALTA DE ENGRASE - La falta de engrase de la biela puede dar lugar a que se agarrote en la empaquetadura, extendiéndose a saltos, especialmente en los cilindros de acción simple. 8. ABRASIVOS SOBRE LA BIELA - Al salir la biela del cilindro se pueden adherir a ella tierra y suciedad. Al retraerse de nuevo el cilindro, esta suciedad es arrastrada hacia dentro por la biela, averiando el retén de aceite. Esta es la razón de que se suela poner por delante del retén una junta que limpia la biela al retraerse esta. En otros casos se pone un capuchón de goma sobre el extremo del cilindro. También puede crear un problema la oxidación de la biela. Por eso deben guardarse los cilindros con la biela completamente retraída.
9. MUESCAS Y REBABAS DE LA BIELA - La parte expuesta de la biela puede ser dañada por objetos duros. Las asperezas de su superficie pulimentada, dañan el retén de aceite. Toda aspereza debe lijarse con papel de esmeril inmediatamente, hasta dejar la superficie de la biela perfectamente lisa. 10. REVISION DEL ORIFICIO DE RESPIRACION Los cilindros de acción simple (exceptuados los de tipo ariete) tienen que tener un orificio por el que pueda entrar o salir el aire del lado seco del cilindro. Para que no entre suciedad por este orificio se le
F 3113 Fig. 14 - Purga del aire de un cilindro remoto
PURGA DEL AIRE DE LOS CILINDROS REMOTOS Siempre que se conecte un cilindro al sistema hidráulico, se tiene que purgar el aire atrapado dentro de él. De no eliminar todo el aire, el cilindro trabajara con pereza. Para purgar el aire del cilindro, se conecta primero al sistema hidráulico. Después se apoya sobre el suelo con el extremo de la biela hacia abajo, tal como puede verse en la Fig. 14. (Si el cilindro está montado, se suelta el extremo de la biela para que pueda moverse libremente). Se pone en marcha el motor y se actúa de 7 a 8 veces la palanca de la válvula de mando hidráulica para extender y retraer el cilindro. De esta forma se elimina todo el aire que contiene. (En los cilindros de doble acción es posible que se tenga que invertir la posición del cilindro sobre el suelo para repetir el procedimiento con el extremo de la biela hacia arriba).
MOTORES HIDRAULICOS/CAPITULO 5 INTRODUCCION
En la práctica es frecuente que se acoplen una bomba con un motor hidráulico para conseguir una transmisión de fuerza, en cuyo caso ocurre lo siguiente: 1. La bomba es accionada mecánicamente y aspira líquido que manda a presión hasta el motor. 2. El motor es accionado por el líquido a presión que le manda la bomba y, a su vez, actúa mecanicamente sobre la carga. Por lo tanto, el motor hidráulico es un convertidor de fuerza como el cilindro (Capítulo 4). Ahora bien, este motor convierte la fuerza en movimiento giratorio. (El cilindro de paletas también es un convertidor de fuerza giratorio, pero de giro limitado.)
BOMBA 1 - La bomba empuja el líquido
MOTOR 2 - El motor es accionado por el líquido
Fig. 1 - Comparación entre un motor y una bomba hidráulicos
Un motor hidráulico puede compararse a una bomba hidráulica que trabajara al revés (Fig. l). La bomba empuja el líquido, mientras que el motor es accionado por el líquido. Así tenemos que: 0
La bomba - aspira el líquido y lo manda a la salida, transformando fuerza mecánica en fuerza hidráulica.
9
El motor - recibe el líquido a presión que llega a la boca de salida después de haber transformado su fuerza hidráulica, en fuerza mecánica.
1 - El líquido a presión que manda la bomba entra por aquí 2 - Este líquido obliga a girar a las partes móviles de¡ motor 3 - El movimiento de giro se transmite a un eje
COMPARACION DE LA BOMBA CON EL MOTOR La construcción del motor es muy parecida a la de la bomba. De unos y otras se conocen los mismos tres tipos básicos - de engranajes, paletas y pistones. Muchas veces sus piezas son intercambiables. Tanto la bomba como el motor hacen un cierre hermético para que el líquido no pueda retroceder caudal positivo. Sin este cierre hermético interno, la presión del líquido no haría girar al motor bajo carga. En algunos casos especiales se modifica una bomba hidráulica para transformarla en motor. Pero antes de transformar una bomba en motor es preciso estudiar cuidadosamente las condiciones en que va a trabajar y las consecuencias probables. Así, por ejemplo, cuando se hace trabajar a una bomba hidráulica como motor, se desgastan más los cojinetes de su eje.
4 - El eje se acopla mecánicamente a la carga y provee movimiento giratorio mecánico 5 - El líquido sale por aquí a baja presión, retornando a la bomba
Fig. 2 - Principio de funcionamiento de¡ motor hidráulico
5-2
Motores hidráulicos
DE ENGRANAJES
DE PALETAS Fig. 3 - Tres tipos de
CAUDAL Y PAR MOTOR El rendimiento de un motor se llama par motor. Esta es una medida de la fuerza rotativa en el eje impulsor del motor.
DE PISTONES
motores hidráulicos o Motores de engranajes o Motores de paletas o Motores de pistones
El par motor solamente es una medida de fuerza por la distancia (como en metros Newton), no de la velocidad de esta fuerza. La relación entre velocidad de giro y par motor depende del caudal - del volumen del líquido que llena el motor en cada ciclo de trabajo.
Como puede verse, se trata de los mismos tipos básicos que hemos visto en las bombas hidráulicas (Capítulo 2). El principio de funcionamiento de los tres tipos es el mismo: el motor contiene una unidad rotatoria movida por líquidos que entran en la cámara.
Los motores, al igual que las bombas, también pueden ser de dos tipos desde este punto de vista:
Veamos como funciona cada uno de estos tipos de motor.
o DE CAUDAL CONSTANTE, en cuyo caso la velocidad de¡
Los motores de engranajes se emplean mucho porque son sencillos y económicos. Para lo que más se emplean es para accionar pequeños equipos a distancia.
motor varía con el caudal de¡ líquido a presión con que se alimenta. Normalmente estos motores desarrollan un par de torsión constante. * DE CAUDAL VARIABLE, en cuyo caso el motor es de velocidad y par motor variables. El caudal y la presión de¡ líquido con que se alimenta el motor se mantienen constantes, pudiéndose variar la velocidad y el par motor por medio de dispositivos con los que se aumenta o reduce el volumen de la cámara de¡ motor en que entra el líquido.
En este mismo Capítulo se describen más adelante las aplicaciones y el rendimiento de uno y otro tipo de motores.
MOTORES DE ENGRANAJES
Estos motores suelen ser de tamaño reducido y tienen numerosas aplicaciones por lo fáciles que son de acopiar. Para ello basta dotarlos de un soporte de montaje universal y de tubos flexibles para el aceite hidráulico. Los motores de engranajes pueden girar en ambos sentidos, pero en ellos no es posible variar el volumen de la cámara. Existen dos tipos básicos de motores de engranajes:
TIPOS DE MOTORES HIDRAULICOS
o De engranajes externos
Se emplean tres tipos básicos de motores hidráulicos, (Fig. 3) que son los siguientes:
o De engranajes internos
Veamos como funcionan uno y otro tipo.
Motores hidráulicos
MOTORES DE ENGRANAJES EXTERNOS
5-3
El aceite a presión obliga a girar a los engranajes en sentido opuesto. El engranaje que lleva el eje de salida realiza el trabajo mecánico por intermedio de él. El aceite va perdiendo presión al transformarse esta en fuerza mecánica por el giro de los engranajes. Por el lado opuesto de la caja de los engranajes el aceite ha perdido casi toda la presión y es reconducido a la bomba hidráulica o al depósito. Motor de engranajes externos, compensado
1 - Cuerpo del motor 2 - Engranajes
3 - Placa de cierre 4 - Tapa delantera con bujes
Fig. 4 - Motor de engranajes externos
El motor de engranajes externos es un duplicado de la bomba de engranajes. Contiene dos engranajes iguales y en toma, dentro de la caja (Fig. 4).
1 - Canalización de retorno 2 - Entrada de aceite a presión
3 - Canalización de aceite a presión 4 - Salida de retorno
Fig. 6 - Motor de engranajes externos, compensado
Algunos motores de engranajes externos están compensados para que las presiones se repartan uniformemente por el perímetro de los engranajes (Fig. 6). De esta forma se alarga la vida útil de los cojinetes.
1 - Caja del motor 2 - Eje de salida del motor 3 - Boca de entrada
4 - Eje loco 5 - Boca de salida
Fig. 5 - Funcionamiento de¡ motor de engranajes externos
El motor básico es el mismo, pero en él se han practicado unas canalizaciones para llevar el aceite a presión a sendos puntos, diametralmente opuestos al de entrada, de la cámara en que giran los engranajes. Lo propio se hace con el aceite de retorno. De esta manera, el eje de cada engranaje soporta la misma presión en puntos opuestos, compensándose el efecto de ésta.
5-4
Motores hidráulicos
MOTOR DE ENGRANAJES INTERNOS
4 5 F3042
1 - Conmutador 2 - Disco espaciador 3-Tapa 4 - Estator
5 - Eslabón de acoplamiento de¡ rotor 6 - Rotor 7 - Cuerpo del motor 8 - Eje de¡ motor
Fig. 7 - Motor de engranajes internos
Uno de los motores hidráulicos de engranajes internos más empleados, se asemeja en todo a la bomba de rotor descrita en el Capítulo 2. En la Fig. 7 puede verse este tipo de motor. Por no ser exactamente engranajes, las piezas móviles de este motor se llaman estator y rotor; este último gira dentro de aquél. El rotor está montado en posición excéntrica con relación al estator. El estator tiene un lóbulo más que el rotor, de forma que siempre hay un sólo lóbulo de¡ rotor encajado entre dos lóbulos del estator, mientras el lóbulo opuesto del rotor hace un cierre hermético con el correspondiente lóbulo del estator.
1 - Rotor
3 - Entrada
2 - Estator
4 - Salida
Fig. 8 - Funcionamiento de¡ motor de engranajes internos
El aceite a presión que entra en la cámara empuja los lóbulos del rotor y del estator (Fig. 8) obligando a girar a ambos. Al girar, los lóbulos opuestos van cerrando y abriendo alternativamente el paso del aceite. De esta forma se va transformando la presión en movimiento rotatorio, saliendo el aceite sin presión por la boca de retorno.
La Fig. 9 ilustra otro tipo de engranajes internos. Ambos engranajes están separados en este motor por una pieza en forma de luna creciente - igual que en la bomba de engranajes internos que se describió en el Capítulo 2. El funcionamiento es igual que el de la bomba, pero invirtiendo la entrada y salida de aceite.
Motores hidráulicos
5-5
MOTORES DE PALETAS Al igual que las bombas de este tipo, los motores de paletas también pueden ser compensados y sin compensar. Casi todos los motores de paletas con que se equipan las máquinas modernas, son de¡ tipo compensado, porque para estas aplicaciones no es necesario que tengan una cámara de volumen variable. Los motores compensados duran más (porque desgastan menos los cojinetes) y resultan así más económicos.
El motor de paletas compensado (Fig. 11) trabaja análogamente a una bomba de paletas (Capítulo 2). El rotor gira en este caso por la presión del aceite contra las paletas.
1 - Clip de resorte 2 - Paleta 3 - Estator
4 - Rotor 5 - Eje del motor
Fig. 10 - Motor de paletas compensado
El motor de paletas se diferencia de la bomba homónima en que lleva un dispositivo para mantener las paletas aplicadas contra el estator. Este dispositivo puede consistir en unos clips de resorte o en unos muelles instalados dentro de la ranura de¡ rotor en que va alojada la paleta (Fig. 10).
1 - Salida 2 - Caja del motor 3 - Eje 4 - Separador fijo
5 - Engranaje exterior 6 - Entrada 7 - Engranaje interno
Fig. 9 - Motor de engranajes internos con separador
En la bomba de paletas no es necesario empujar a estas para que salgan, porque lo hacen por la fuerza centrífuga de¡ rotor al girar. En cambio, en el motor de paletas el aceite a presión pasaría al otro lado antes de haber empezado a girar el rotor, si no estuvieran aplicadas la paletas contra la cara interna del estator, por la fuerza de un muelle o de un resorte.
5-6
Motores hidráulicos
MOTORES DE PISTONES AXIALES
10 1 - Válvula repartidora de caudal 2 –Colector 3 - Boca A 4-Tapa 5 -Bloque de cilindros 6 - Placa inclinada fija
1 - Salida 3 - Paleta 5 - Estator 2 - Rotor 4 - Clip de resorte 6 - Entrada Fig. 11 - Funcionamiento de¡ motor de paletas compensado
RESUMEN: MOTORES DE PALETAS COMPENSADOS Los motores de paletas compensados no admiten que se varíe el volumen de su cámara. Sin embargo, se puede desarrollar con ellos mayor potencia y con mejor rendimiento que con los motores de engranajes. El sentido de giro de su eje se puede invertir fácilmente con sólo invertir el sentido en que circula el líquido. ADVERTENCIA: Casi todas las bombas hidráulícas de paletas pueden funcionar como motores hídráulicos, pero para ello es indispensable que lleven muelles o resortes que obliguen a las paletas a salir de la ranura.
MOTORES DE PISTONES Los motores de pistones se prefieren cuando se requieren altas velocidades o presiones. Son menos simples que los otros dos tipos de motores que se acaban de describir y por eso mismo son también más complicados y costosos y requieren mayores cuidados.
Al igual que la bomba homónima, el motor de pistones también puede ser de los siguientes dos tipos: o De pistones axiales o De pistones radiales Para los equipos móviles se suelen preferir los motores hidráulicos de pistones axiales. El motor de pistones radiales se emplea, en cambio, en instalaciones fijas donde no hay limitaciones de espacio y se requieren mayores potencias.
9 7 - Pistones 8 - Plato de válvulas 9 - Boca B 10 - Válvula reguladora de presión de carga 11 - Válvula de descarga limitadora de presión
Fig. 12 - Motor de pistones axiales, de cilindrada invariable
La Fig. 12 ilustra un motor de pistones axiales en línea, de cilindrada invariable. Este motor se utiliza para el accionamiento hidráulico de una máquina autopropulsada. La tapa de¡ motor lleva las bocas A y B, por las que entra el aceite a presión para el funcionamiento de¡ motor. Por esas mismas bocas retorna el aceite sin presión a la bomba hidráulica. Los pistones van alojados en unos taladros practicados en el cilindro que gira, aplicándose contra un plato inclinado fijo. El aceite a una presión muy elevada (Fig. 13) entra en los taladros por la boca A, empujando el corrrespondiente pistón contra el plato inclinado fijo. Al no moverse el plato inclinado, el pistón resbala por el plano y obliga a girar al bloque de cilindros, que lo hace solidario con el eje de¡ motor. A medida que va girando el bloque de cilindros se van alineando con la boca A los taladros sucesivos, con lo que continúa el movimiento rotatorio. En la segunda mitad de la rotación de¡ bloque de cilindros, sus taladros se van alineando con la boca B, por la que sale el aceite sin presión, obligado por el pistón que vuelve a entrar en su taladro al continuar resbalando sobre el lado opuesto del plato inclinado.
Para invertir el sentido de giro del motor, basta invertir el sentido en que circula el aceite a presión, haciéndolo entrar por la boca B para que salga por la boca A.
Motores hidráulicos
5-7
1 - Válvula reguladora de presión de carga 6 - Plato inclinado fijo 10 - Boca B 2 - Válvula de alivio limitadora de presión 7 - Eje del motor 11 - Válvula de alivio limitadora de presión 3 - Boca A 8 - Caja del motor 12 - Caja de válvulas 4 - Pistón 9 - Bloque de cilindros 13 - Válvula repartidora de caudal 5 - Tubería motor-bomba Fig~ 13 - Funcionamiento del motor de pistones axiales, de cilindrada invariable
Las válvulas mostradas a la izquierda en Fig. 13, que lleva el motor se utilizan para protegerlo y para regular su funcionamiento. En total lleva una válvula repartidora de caudal, dos válvulas de alivio limitadoras de presión máxima y una válvula reguladora de la presión de trabajo.
Motores de pistones axiales, de cilindrada variable. La Fig. 14 ilustra uno de estos motores. Se trata de una combinación de bomba y motor para accionar una máquina auto-propulsada.
El funcionamiento básico de todas estas válvulas se describe en el Capítulo 3. En el caso de este motor la función de estas válvulas es la siguiente: La válvula repartidora de caudal se corre hacia un lado u otro respondiendo a la presión del aceite e impide que el aceite a presión llegue a la canalización de baja presión del circuito. Mientras el motor está en marcha, esta válvula deja pasar el aceite hacia la válvula reguladora de presión de carga. Las válvulas de alivio limitan la presión máxima del aceite que llega a una u otra boca, según el sentido en que esté girando el motor. Al sobrepasar la presión del aceite un determinado límite, la válvula se abre, protegiendo así al motor de posibles sobrecargas. Al reducirse la carga al valor normal, la válvula se cierra de nuevo y el motor vuelve a girar a la velocidad de trabajo.
La válvula reguladora de presión de carga deriva el exceso de aceite que manda la bomba hidráulica, hacia la caja del motor, desde la que retorna por una tubería a la bomba hidráulica principal. Este aceite refrigera y lubrifica el motor y la bomba hidráulica principal.
1 - Eje de entrada 2 - Palanca para variar la inclinación del plato de la bomba 3 - Caja de válvulas 4 - Palanca para variar la inclinación del plato del motor
5 - Motor 6 - Eje de salida 7 - Eje del motor 8 - Bomba hidráulica
Fig. 14 - Motor de pistones axiales, de cilindrada variable (unidad constituida por bomba y motor)
La bomba y el motor comparten las mismas válvulas y están acoplados en ángulo de 900. Las válvulas canalizan el aceite que manda la bomba hacia el motor. Dentro de la caja de válvulas va también una pequeña bomba de carga.
5-8 Motores Hidraulicos La bomba y el motor son muy similares; casi todas sus piezas son idénticas.
caudal constante, el resultado será par motor pero menor velocidad.
ADVERTENCIA: Aunque muchas de las piezas de/ motor y de la bomba hidráulica sean idénticas, no deben intercambiarse después de haber tenido en servicio la unidad durante mucho tiempo. Las piezas en movimiento se van suavizando y desgastando de manera peculiar, de forma que llega un momento en que no es posible ya cambiarías de sitio sin causar fugas internas de aceite y pérdida de potencia.
RESUMEN DE TIPOS DE MOTORES Con esto hemos terminado de describir los tres tipos básicos de motores hidráulicos que se conocen. Antes de pasar a describir las aplicaciones y el rendimiento propio de estos motores, hagamos un resumen de todo lo que acabamos de exponer. Resumiendo: 1. Un motor hidráulico es una bomba invertida: la bomba empuja el líquido, mientras que el motor es empujado por el líquido. 2. La bomba transforma fuerza mecánica en fuerza hidráulica, mientras que el motor transforma fuerza hidráulica en fuerza mecánica.
3. El conjunto de bomba y motor funciona del modo siguiente: la bomba es accionada mecánicamente y bombea hacia el motor el líquido que aspira. El motor es accionado por el líquido a presión que le manda la bomba, y acciona la carga por un acoplamiento mecánico. 4. El aspecto y la construcción de un motor hidráulico son muy similares a los de una bomba. 5. La bomba hidráulica es, en realidad, un mecanismo de accionamiento, como el cilindro hidráulico. 6. Los tres tipos básicos de motores hidráulicos son: el de engranajes, el de paletas y el de pistones. Los tres son giratorios.
El funcionamiento del motor de pistones axiales de cilindrada variable lo ilustra la Fig. 15. Se diferencia M anterior únicamente en que en este se puede variar la inclinación M plato. El aceite a presión empuja el pistón contra el plato inclinado, y al resbalar aquel sobre éste, hace girar el bloque de cilindros con el eje. El aceite sin presión es obligado a salir de cada cilindro al llegar el pistón a la otra media vuelta, momento en que empieza a entrar en su cilindro, obligado por la inclinación del plato.
La cilindrada depende de la carrera de¡ pistón hasta tocar el plato inclinado. En la Fig. 15 se puede ver un plato cuya inclinación se varía por medio de un brazo y de una palanca. A menor inclinación, menor cilindrada. El tope sirve para limitar la inclinación mínima que se le puede dar al plato. Cuanto más inclinado el plato, mayor es la cilindrada y la velocidad con que gira el motor. Sin embargo, si el motor está siendo abastecido por una bomba de
7. Nos hemos ocupado únicamente de los tipos básicos de motores. En la práctica se conocen muchas variantes para aplicaciones especiales.
APLICACIONES Y RENDIMIENTOS DE LOS MOTORES HIDRAULICOS En la primera parte de este Capítulo se ha explicado como está construido y como funciona cada uno de los tipos básicos de motores hidráulicos empleados en los modernos equipos agrícolas e industriales. Ahora tenemos que ocuparnos de otros aspectos de¡ motor hidráulico, a saber: de cómo se emplea, por qué se emplea y de cuáles son las características de los tres tipos de motores descritos por lo que se refiere a potencia, rendimiento, tamaño, costo, etc. determinado para una aplicación particular, por ser muy variados los motores y sistemas hidráulicos que existen. Tenemos que limitarnos a describir en términos generales las buenas y las malas características de cada tipo, para que el lector pueda juzgar por sí mismo y darse cuenta de cual es la razón por la que se elige un tipo particular de motor para una aplicación determinada.
Motores hidráulicos
5-9
1 . Fórmula para calcular el par motor: P (Par motor) = F (Fuerza) x D (Distancia)
2. El factor distancia es la medida de la recta que une el centro del eje (A) con el punto de aplicación de la fuerza (B).
3. Ejemplo:
si el radio de la polea es de 1 m (centro del eje a punto de aplicación) y la fuerza aplicada es de 7 N, tendremos: P = F x D; P = 7 x 1; Par motor = 7 N -m
1 - Fuerza 7 N -m 2 - Igual a 7 N -m de par motor 3 - Potencia
4 - 1000 kPa de presión de aceite aplicada aquí en la entrada A - El régimen de¡ motor es 7 N -m por cada 1000 kPa B - Pero si el sistema aplica 10.000 kPa en la entrada, el par motor será igual a 70 N -m en el punto b.
El aceite entra aquí con una fuerza de 1000 kPa
Fig. 16 - Cálculo simple de¡ par motor
SELECCION DEL MOTOR
Se expresa en N -m.
Para seleccionar un motor hidráulico tenemos que saber primero qué es lo que pretendemos conseguir con él. Para ello tenemos que calcular la fuerza y la velocidad que necesitamos, lo que no significa que después baste con escoger un motor de gran potencia para resolver el problema en todos los casos, ni que se tenga que escoger un motor de la potencia justamente requerida. Con esto queremos decir que cada aplicación requiere un tipo determinado de motor, independientemente de la fuerza que tenga que desarrollar.
Al seleccionar un motor, se debe invertir el procedimiento. Ejemplo: La presión de nuestro sistema es de 1500 kPa y nuestra carga máxima es de 70 N -m. Los requisitos entonces serán para un motor con un régimen de par motor de 4 N -m por cada 1000 kPa de potencia. Se notará que el par motor está afectado solamente por la presión de aceite. El volumen de¡ aceite no cambia el par motor.
PAR MOTOR VELOCIDAD Lo primero que se debe considerar es tener un motor que pueda girar la carga. Sin embargo, el par motor está directamente relacionado con el aceite a presión. Por esta razón, la mayoría de los regímenes de par motor se indican como una presión de 1000 kPa.
Una vez que se han determinado los requisitos de par motor de¡ motor, se debe entonces suministrar suficiente aceite para lograr la velocidad adecuada. Con una bomba de suministro dada, solamente el volumen de aceite afecta la velocidad. KILOVATIOS DEL MOTOR
El par motor siempre debe calcularse bajo cargas máximas. El par motor necesario para arrancar una carga siempre es mayor que el necesario para mantenerlo en rotación. De modo que para seleccionar un motor se debe considerar el par motor. Ejemplo: Tenemos un motor de 7 N -m por 1000 kPa. Esto significa que si tenemos 1000 kPa de presión en el sistema (ver la Fig. 16), podemos ejercer una fuerza de 7 N -m desde el centro del eje (punto B). Si la presión de nuestro sistema es de 10.000 kPa, nuestro par motor máximo sería de 70 N -m en el punto B ó 70 n -m de par motor en el eje.
Como pueden darse cuenta, el par motor es la fuerza aplicada a una distancia del centro de un eje.
Kilovatio es la medida de¡ trabajo total por el tiempo efectuado por el motor. Es la combinación de fuerza y velocidad, siendo 1 Kilovatio el trabajo realizado para mover una fuerza de 60.000 Newtons, una distancia de 1 metro en 1 minuto. La forma más común de clasificar los motores es según el par motor máximo. TAMAÑO DEL MOTOR Una de estas otras características prácticas es el tamaño de¡ motor. Como es bien sabido, en casi todos los equipos móviles el espacio para la instalación de componentes hidráulicos es limitado.
5-10
Motores hidráulicos
CUADRO COMPARATIVO DE MOTORES MOTORES DE ENGRANAJES Externos Internos
-medianos
Pequeños -medianos
MOTORES DE PALETAS (compensados) Pequeños -medianos
5.4 690-17 240 100-3000
5.4 690-17240 100-5000
6 690-20685 10-3000
8.3 690-34475 10-3000
80-85
80-85
85-95
90-95
90-95
70-80
75-85
75-90
85-95
85-95
110-120
115-130
120-140
120-140
120-140
métrico (%)
80-95
85-95
85-95
95-98
95-98
Rendimiento global (%)
65-90
65-90
75-90
85-95
85-95
Dimensiones Relación pesolpot. en NlkW Presiones de trabajo(kPa) Margen de rprn
Par motor efectivo (% de/ teórico) Par de arranque (% del teórico) Par de sobrecarga momentánea (% del par motor efectivo)
Pequeños
MOTORES PISTONES (AXIALES) Cilindrada Cilindrada invariable variable Medianos -grandes
Medianos -grandes 19 690-34475 10-3000
Rendimiento volu-
Vida útil de los cojinetes 1/2 carga (en horas) Cilindrada Reversíbífidad
Cómo funciona como bomba Coste inicial ($IkW) Vida útil de los cojinetes a plena carga (en horas)
5000-10000 Fija Posible
5000-10000
7000-15000
15000-25000
15000-25000
Fija Posible
Fija Posible
Fija Muy Buena
Variable Muy Buena
Bien 6.70
Bien
Bien
Muy bien
Muy bien
7.70
8.75
9.25
14.75
2000-5000
2000-5000
3000-6000
7000-15000
7000-15000
NOTA: Los valores de este cuadro no son absolutos. Varían con el modelo de motor.
Afortunadamente, los motores hidráulicos se fabrican de todos los tamaños. Sin embargo, puede darse el caso de necesitarse un motor de mayor potencia, en cuyo supuesto se tendrá que dar prioridad a la potencia sobre el tamaño del motor. GAMA DE PRESION DEL MOTOR Ya hemos dicho que la potencia y el par motor dependen de la presión. Aparte de esto es preciso conocer la presión máxima a que puede trabajar un motor. No debe instalarse nunca un motor que no admita la presión máxima del sistema hidráulico en cuestión, de hacerlo se tendría que proteger con válvulas de descarga para limitar la presión. Por la misma razón, instalar un motor que admitiera mayor presión que la del sistema hidráulico, sería hacer un gasto inutil.
GAMA DE VELOCIDAD DEL MOTOR Las revoluciones a que trabaja el motor es otro importante factor a tener en cuenta. Obligando a un motor a que trabaje a menos revoluciones de las recomendadas, es antieconómico por aumentar el deslizamiento y las fugas internas. La velocidad también afecta a la potencia, por lo que es preciso hacer trabajar al motor a las revoluciones en que rinde la máxima potencia. PAR MOTOR - DE TRABAJO, PARADA Y SOBRECARGA En todos los motores se suele especificar el par motor teorico, que sirve de base para calcular el par motor efectivo, el de parada y el de sobrecarga momentánea. Sin embargo, es preciso conocer estos valores prácticos porque un motor con un par de torsión teórico muy grande, puede tener un par eficaz mucho menor , o un par de arranque
Motores hidráulicos
o de parada muy pequeños, de forma que no nos sirva para trabajar con grandes cargas. Durante el trabajo también puede ocurrir que un motor tenga que desarrollar momentáneamente un par de fuerza mayor de¡ par motor nominal.
ESTUDIO COMPARATIVO Después de explicar algunas de las características fundamentales de los motores hidráulicos, vamos a comparar entre si los tres tipos básicos que ya conocemos. En el cuadro de la página anterior se encuentran unos datos que sirven para comparar los distintos tipos de motores en términos muy generales. Téngase en cuenta que no se pretende con él destacar las cualidades de un determinado tipo de motor o marca de motor. Habrá motores de características superiores a las indicadas en el cuadro, por lo que, antes de decidirse por un motor, le recomen amos que examine las distintas marcas que se ofrecen.
FACTORES VARIOS Otros factores que sirven para identificar un motor y que es preciso tener en cuenta en la elección, son los siguientes: el rendimiento volumétrico en trabajo, el rendimiento global, las fugas internas con el par de torsión de parada, la vida útil de los cojinetes, la cilindrada (fija o variable) la reversibilidad, la facultad de funcionar como bomba o motor, la potencia en función de¡ peso, el mantenimiento requerido y el costo inicial. Todos estos factores pesan a la hora de decidirse por un determinado motor.
FALLAS Y AVERIAS DE LOS MOTORES HIDRAULICOS En este Capítulo acabamos de señalar lo mucho que se parecen la bomba y el motor hidráulico. Por desgracia, también se parecen por el tipo de fallas y averías a que están expuestos. Las causas de estas fallas y averías pueden clasificarse dentro de alguno de los siguientes capítulos: o Líquido o Falta
inadecuado
de mantenimiento
o Condiciones o Motor
otros componentes de¡ sistema hidráulico - también necesita recibir suficiente cantidad de un líquido limpio y de la calidad y densidad apropiadas. Las fallas y averías causadas por el empleo de líquidos inadecuados se exponen extensamente en los capítulos 2 y 10, pudiéndose aplicar a los motores hidráulicos casi toda esta información. Remitimos al lector a los citados capítulos para no repetir aquí lo expuesto en ellos.
FALTA DE MANTENIMIENTO La falta de cuidados y revisiones periódicas de un motor hidráulico es la segunda causa más importante de sus averías. Muchos son los descuidos de esta clase, entre los que merecen destacarse los siguientes:
1) El no revisar y reparar las tuberías y conexiones para evitar los escapes de líquido o la entrada de aire en el sistema. En estas condiciones puede entrar aire y suciedad en el sistema hidráulico, se reduce la presión y el motor funciona con irregularidad. 2) No revisar y reparar otros componentes de¡ sistema hidráulico, tales como bombas, válvulas de mando o filtros. El mal estado de estos componentes puede ser la causa de desgaste prematuro de las piezas de¡ motor, por exceso o por falta de presión. 3) E.¡ no instalar el motor correctamente. Al no estar su eje perfectamente alineado se desgastan excesivamente sus cojinetes y se pierde potencia. Un eje mal alineado reduce el par motor, aumenta el rozamiento y causa recalentamiento que puede terminar en rotura.
4) El no cuidar de que el líquido empleado sea de la calidad y densidad apropiadas (véase el Capítulo lo). 5) El no haber sabido encontrar la causa de¡ mal funcionamiento de un motor. Siempre que un motor funcione mal o se averíe, se tiene que empezar por averiguar la causa de la falla. Huelga decir que si no se corrige la causa, el motor volverá a sufrir la misma avería.
En el Capítulo 11 de este Manual se describen con más detalle los trabajos de mantenimiento y conservación que requieren los sistemas hidráulicos.
de funcionamiento inadecuadas
inapropiado
o Diseño
5-11
de sistema hidráulico inapropiado
o Fallas mecánicas Analicemos estas causas. LIQUIDO INADECUADO El motor no se diferencia en este aspecto de los
MALAS CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO Una manera segura de averiar un motor hidráulico consiste en sobrecargarlo. Cada motor tiene sus limitaciones por lo que se refiere a la presión, la velocidad, el par de torsión, el caudal, la carga y la temperatura máximas que admite. Estos límites son distintos para cada motor y vienen indicados en las especificaciones de¡ fabricante.
5-12
Motores hidráulicos
Máquina auto-propulsada por un gran motor Fig. 17
Elevador de grano accionado por un pequeño motor Dos aplicaciones de¡ motor hidráulico
Seguidamente se hace la relación de lo que le puede ocurrir al motor al sobrepasar estos límites: Exceso de presión - aumenta el desgaste por falta de lubrificación, recalienta el motor por hacerlo patinar más y lo hace trabajar con un par de torsión excesivo. Exceso de velocidad - recalienta el motor por aumentar el deslizamiento y aumenta el desgaste de sus cojinetes y piezas en movimiento. Par motor excesivo - sobrecarga los cojinetes y el eje, especialmente en aquellas aplicaciones en que se invierte repetidas veces el sentido de giro de¡ motor. Exceso de caudal - recalienta el motor por la presión de¡ líquido que lo atraviesa sin transformarse en trabajo útil.
En el apartado en que se describen las características de los motores hidráulicos hemos visto ya la importancia que tiene la elección correcta de un motor para una determinada aplicación. El sistema hidráulico también tiene que ser apropiado, es decir, las tuberías tienen que tener la sección necesaria y no estar aplastadas ni dobladas para no aumentar la fricción y sobrecalentar el líquido. Por sistema hidráulico apropiado se entiende también que lleve las válvulas de mando y de regulación requeridas por la bomba y el motor. Significa, por último, que el motor y el sistema hidráulico son compatibles.
Las fallas mecánicas que acaban por producirse en el funcionamiento normal de¡ motor, no se pueden prevenir. Lo único que se puede y se debe hacer es revisar y cuidar periódicamente todo el sistema (véase el Capítulo 1 l), para que no nos sorprendan.
Exceso de carga - fatiga los cojinetes y el eje. Exceso de temperatura - reduce el rendimiento y la velocidad al reducir la densidad de¡ aceite y puede conducir a un rápido desgaste por falta de lubrificación. El arranque de¡ motor en tiempo frío es otra de las causas que pueden averiarlo. Casi todos los fabricantes de motores hidráulicos los acompañan de unas instrucciones detalladas sobre la manera de ponerlos en marcha. El no atenerse a estas instrucciones puede ser la causa de¡ desgaste prematuro de¡ motor y hasta de su agarrotamiento por falta de lubrificación, de que se reduzca su par de torsión de parada por debajo de¡ especificado y de que se fatiguen excesivamente los cojinetes y el eje. MOTOR 0 SISTEMA HIDRAULICO INAPROPIADOS Y FALLAS MECANICAS Estas tres últimas causas de averías son obvias. No suelen plantear problemas, pero es preciso prestarles la debida atención para que no los lleguen a plantear.
RESUMEN: APLICACION Y RENDIMIENTO DEL MOTOR HIDRAULICO Resumiendo lo dicho en este Capítulo, exponemos a continuación lo que tiene que hacerse para que el motor hidráulico trabaje bien durante muchas horas de servicio. 1. Seguir las recomendaciones de¡ fabricante al pie de la letra y respetar las especificaciones. Ello significa hacer trabajar el motor dentro de los límites especificados y repararlo con piezas originales. 2. Elegir un motor capaz de satisfacer todas las necesidades de¡ sistema hidráulico y de la aplicación a que se destina. Esto no quiere decir tampoco que se deba escoger un motor más grande de lo necesario, porque también así funcionará mal y rendirá menos.
3. Adoptar un programa completo de mantenimiento y cuidados periódicos de¡ motor, llevando un registro de todos los servicios realizados.
Motores hidráulicos
CONCLUSION: APLICACIONES DE LOS MOTORES HIDRAULICOS Para terminar este Capítulo vamos a insistir en algunos puntos relativos a los motores hidráulicos. Los motores hidráulicos se van empleando cada vez más en sistemas o aplicaciones en que se habían utilizado hasta ahora motores eléctricos o transmisiones mecánicas. Dos son las razones de que cada vez se empleen más los motores hidráulicos:
a.
Exceso de carga. Falta de lu brificación.
b.
c.
5-13
a.
Comprobar la capacidad de carga de¡ motor. b. Revisar nivel y calidad, presión y temperatura de¡ líquido. C. Alinear el eje con la carga.
Eje mal ali neado.
2. Eje roto.
2. Cambiar el eje; averiguar la causa de la rotura.
1. Cada vez se emplea más la fuerza hidráulica, especialmente para el accionamiento de equipos móviles agrícolas o industriales.
3. No llega presión.
3. Revisar y reparar tuberías y canalizaciones obstruidas o que pierden.
2. Cuando se dispone de fuerza hidráulica, el motor hidráulico ofrece numerosas ventajas frente a otros sistemas de accionamiento.
4. Líquido contaminado.
4. Limpiar todo el sistema hidráulico (Capítulo 11) buscar causa de la contaminación. Rellenar con líquido apropiado.
La mayor de todas es la de ser capaz de desarrollar mayor potencia- con menos peso. Sí se compara un motor eléctrico con un motor hidráulico de la misma potencia, se advierte en seguida que este último es varias veces más pequeño que aquel, lo cual es una ventaja para un equipo móvil.
II. EL MOTOR GIRA DESPACIO
Otra ventaja que ofrece el motor hidráulico es la facilidad con que se puede mandar. Basta una fuerza mínima para controlar una gran fuerza. Un buen ejemplo de esto lo tenemos en la dirección asistida por fuerza hidráulica de diversas máquinas.
3. Líquido sobre- 3. calentado.
Otra ventaja más es la de poderse mandar el motor hidráulico con gran precisión. Basta actuar una palanca para que el motor trabaje con suavidad y uniformidad desarrollando poca o mucha fuerza. No hay correas ni cadenas y no se producen retardos entre la palanca de mando y la fuerza que ésta controla. La simplicidad, la economía y la seguridad terminan de redondear la lista de ventajas que ofrece el motor hidráulico, que aún tiene la de llevar un mínimo de piezas en movimiento.
Puede decirse, resumiendo, que el motor hidráulico es un excelente transformador de energía a condición de que esté calculado para la aplicación especial que se le vaya a dar, se le haga trabajar dentro de los límites especificados y se le presten los servicios y cuidados periódicos convenientes.
DIAGNOSTICO DE AVERIAS En la siguiente relación se enumeran algunas de las averías o fallas más frecuentes de los motores hidráulicos, indicándose la posible causa y la forma de remediarla.
1 . Densidad 1 Rellenar con líquido de la . densidad adecuada. inadecuada. 2. Bomba o motor 2. Revisar y reparar bomba o motor. gastados.
4.
Buscar estrangulaciones, comprobar densidad y falta de nivel.
Filtro obstruido.
4. Averiguar la causa de la obstrucción y limpiar o cambiar el filtro.
III -FUNCIONAMIENTO IRREGULAR DEL MOTOR 1 . Falta de
1- Buscar entradas de aire o escape
presión 2- Mala circulación del líquido. 3.
Los mandos no actúan.
del líquido Buscar entradas de aire o escape de líquido.
2
3. Revisar la bomba y la vál vulas de mando.
IV. EL MOTOR GIRA AL REVES 1. Acoplamiento 1. Invertir el acoplamiento. invertido entre bomba y motor. 2.
Puesta a punto 2. incorrecta.
Consultar las especificació nes del fabricante.
V. EL EJE DEL MOTOR NO GIRA 1.
EL MOTOR NO GIRA
1. Carga excesiva.
1. Acopiar la carga especificada.
Causa posible Remedio 1. Eje agarrotado por:
2. Desgaste del motor.
2. Cambiar las piezas gastadas.
6-1
ACUMULADORES HIDRAULICOS/CAPITULO 6
PARA ACUMULAR ENERGIA
PARA CONSEGUIR UN AUMENTO GRADUAL DE LA PRESION
PARA MANTENER LA PRESION CONSTANTE
PARA AMORTIGUAR LAS PUNTAS DE PRESION
Fig. 1 - Cuatro aplicaciones de¡ acumulador de presión
El acumulador de energía más sencillo es un muelle. Al ser comprimido almacena fuerza. También puede utilizarse para amortiguar los golpes o para aplicar progresivamente una fuerza sobre una carga. Los acumuladores hidráulicos trabajan como el muelle. Consisten en un recipiente en el que se acumula líquido a presión.
APLICACIONES DE LOS ACUMULADORES Las cuatro aplicaciones principales de los acumuladores de presión son las siguientes (Fig. 1): o Como acumuladores de energía
• • •
Como amortiguadores para las puntas de presión Para conseguir un aumento gradual de la presión Para mantener constante la presión
La mayoría de los acumuladores sirven para cualquiera de las cuatro aplicaciones mencionadas. En la práctica se montan en los sistemas hidráulicos para realizar una de las cuatro funciones nada mas. Los ACUMULADORES DE ENERGIA se suelen emplear para "reforzar" la presión hidráulica en sistemas hidráulicos con bombas de caudal constante. El
6-2
Acumuladores hidráulicos
acumulador se carga de aceite a presión durante los períodos de reposo de¡ sistema hidráulico y lo realimenta en los períodos de trabajo, cuando cae la presión del aceite. La bomba carga de nuevo el acumulador después de cada ciclo de trabajo. Estos acumuladores se emplean algunas veces también como reserva de presión de aceite para el caso de que falle la bomba. Como ejemplo de este caso pueden citarse los frenos asistidos por fuerza hidráulica de las máquinas más pesadas. En el caso de fallar el suministro de aceite a presión, el acumulador mantiene la presión dentro de¡ circuito de los frenos siendo todavía posible frenar la máquina.
Los acumuladores proyectados para que AMORTIGUEN LAS PUNTAS DE PRESION se cargan con el exceso de aceite durante la elevación brusca de la presión para dejarlo salir de nuevo una vez pasada la "punta". De esta manera se reducen las vibraciones y el ruido que produce el sistema hidráulico durante el trabajo. El acumulador también contribuye a mantener la presión constante en los sistemas equipados con bombas de caudal variable. En el momento de desactivarse la bomba se produce una caída de presión que el acumulador "se encarga de igualar.
Los acumuladores proyectados para conseguir un AUMENTO GRADUAL DE LA PRESION se emplean para "suavizar" el ciclo de trabajo de un pistón contra una carga fija, como en el caso de una prensa hidráulica. El acumulador absorbe una parte de aumento de la presión y frena la carrera de¡ pistón. Los acumuladores proyectados para MANTENER LA PRESION CONSTANTE se cargan con un peso que mantiene una determinada presión dentro de un circuito hidráulico cerrado. En el circuito hidráulico cerrado la presión puede variar por fugas de aceite o por la expansión o contracción causadas por el calentamiento o enfriamiento de¡ líquido, pero gracias a la acción de la gravedad, el peso de¡ acumulador compensa estas variaciones y mantiene la presión constante.
El adjetivo "neumático" indica que el acumulador trabaja con gas comprimido. En este tipo de acumuladores el gas y el aceite ocupan el mismo recipiente. Al aumentar la presión de¡ aceite, el gas se comprime. Al reducirse la presión, el gas se expande de nuevo haciendo salir el aceite de¡ acumulador. En la mayoría de los ingenios de este tipo el gas se separa de¡ aceite por medio de un pistón, una vejiga o un diafragma. De esta manera se evita que el gas se mezcle con el aceite y pueda entrar en el sistema hidráulico. (Algunos acumuladores que trabajan a baja presión y en sistemas más bien estáticos, no llevan ninguna separación entre el gas y el aceite. En los modernos sistemas hidráulicos apenas se emplean los acumuladores de esta clase que, además, tienen el inconveniente de que no se les puede dar una carga previa).
1 - Válvula para gas 2 - Cámara de gas 3 - Cámara de aceite 4 - Al sistema hidráulico
5- Orificio de purga 6- Pistón libre 7- Empaquetadura
Fig. 2 - Acumulador de pistón típico
TIPOS DE ACUMULADORES Los tipos principales de acumuladores son los siguientes:
La Fig. 2 muestra un ACUMULADOR DE PISTON típico. Es como un cilindro hidráulico pero sin biela. Un pistón 'Jlotante" separa el gas de¡ aceite.
• Neumáticos (cargados con gas) • Cargados con peso • Cargados con muelle ACUMULADORES NEUMATICOS Ya vimos en el Capítulo 1 que los líquidos no se pueden comprimir. En cambio, los gases se comprimen. Por esta condición se utilizan en muchos acumuladores para cargarlos de energía o para que actúen de amortiguadores en las elevaciones bruscas de la presión.
El pistón entra ajustado dentro de¡ cilindro y lleva una empaquetadura que separa el gas de¡ aceite. La double empaquetadura qL.e puede apreciarse en la figura, obliga a disponer un orificio de purga para dar salida al aceite que se va acumulando entre ambas empaquetaduras. Este acumulador se puede cargar con gas a presión antes de instalarlo en el sistema hidráulico. Para ello basta con llenar la cámara de gas a la presión deseada con un gas inerte como el nitrógeno seco.
Acumuladores hidráulicos
Los acumuladores de pistón se tienen que cuidar con esmero para evitar que aparezcan fugas internas. En cambio, tienen la ventaja de acumular una gran cantidad de energía en relación con su tamaño y de funcionar con gran precisión.
1 - Válvula de carga 2 –Vejiga 3 - Platillo protector 4 -Al sistema hidráulico
1 - Gas
2 - Aceite
5 - Entrada de aceite 6 -Aceite 7 - Gas
Fig. 4 - Funcionmiento de¡ acumulador de vejiga
Fig. 3 - Acumulador de vejiga
Los acumuladores representados en las Figuras 3 y 4 son de¡ tipo de VEJIGA. Un balón o vejiga flexible de goma sintética contiene el gas y lo separa M aceite M sistema hidráulico. En la parte superior de¡ acumulador hay una válvula para cargar la vejiga con gas comprimido. Para no dañar la goma al cargar la vejiga, el acumulador lleva un platillo de protección (Fig. 4). Cuando se expande la vejiga, este platillo impide que se meta por la boca de entrada de¡ aceite, con lo que la goma se rompería.
En la Fig. 4 se ha representado un acumulador con una válvula dosificadora en la boca de entrada de aceite. Esta válvula deja que el aceite entre libremente en el acumulador, pero restringe su salida para que lo haga más lentamente. Los acumuladores de vejiga también se pueden cargar antes de ponerlos en servicio.
1 - Cámara de gas 2 -Válvula de gas 3 -Diafragma
4 - Cámara de aceite 5 - Al sistema hidráulico
Fig. 5 - Acumulador de diafragma
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Acumuladores hidráulicos
En los ACUMULADORES DE DIAFRAGMA el gas se separa de¡ aceite por medio de un diafragma metálico. El diafragma metálico va soldado o otro diafragma de goma que flecta con los cambios de presión (Fig. 5). Este tipo de acumuladores se caracteriza por pesar poco, siendo esta la razón de que se empleen más en los aviones. Efecto de la carga de gas en los acumuladores neumáticos
¿A qué presión de¡ gas se debe cargar un acumulador neumático?
El acumulador tiene una cilindrada de aceite de 980 (indicada sobre la abscisa.)
CM3
Al aumentar la presión de¡ sistema (indicada sobre la ordenada) el aceite que entra en el acumulador va comprimiendo el gas y reduciendo su volumen. Como puede verse por las curvas, cuanto mayor es la carga de gas, tanto mayor tiene que ser la presión de¡ sistema hidráulico para forzar la entrada de aceite en el acumulador. En el caso ilustrado, la presión de¡ aceite tiene que sobrepasar los 13 800 kPa para entrar en el acumulador con la carga mayor de gas.
Depende de cómo tenga que trabajar el acumulador. La carga de gas también influye en el volumen de aceite que el acumulador admite a una determinada presión. Cuanto menor la carga de gas, más aceite admite el acumulador a una presión dada. En resumen: el tipo y la aplicación de¡ acumulador neumático dependen de la presión y de¡ caudal de aceite que se necesiten. En otras palabras, de la presión máxima a que se tenga que trabajar y de¡ volumen de aceite que tenga que poder almacenar el acumulador.
Precauciones que deben acumuladores neumáticos
adoptarse
con
los
Cuando se trabaja con acumuladores neumáticos se observarán los precauciones que se indican a continuación. Los detalles concretos de carácter técnico se encontrarán más adelante bajo el epígrafe "Mantenimiento y carga de los acumuladores neumáticos',«
1 - Aceite del sistema 2 - 250 CM3 de aceite 3 - 500 CM3 de aceite 4 - 1000 CM3 de aceite 5 - Boca de carga con gas 6 - Acumulador
1 - Presión de¡ aceite de¡ sistema (kPa) 2 - Presión de la carga de gas (kPa) 3 - Volumen M aceite (CM3) 4 - Punto en que el acumulador no admite más aceite Fig. 6 - Efecto de la carga de gas en un acumulador neumático
Las curvas de la Fig. 6 demuestran cómo afectan al funcionamiento de¡ acumulador 6 cargas de gas diferentes. La presión de estas cargas es de 13800, 6900 , 3450, 2070, 690, y o kPa (indicadas en la parte de arriba de las curvas).
1. ATENCION: EL ACUMULADOR NO DEBE CARGARSE NUNCA CON OXIGENO. La mezcla de¡ aceite con oxígeno a presión puede originar una explosión. 2. No cargar nunca el acumulador con aire. Al comprimir el aire se condensa el vapor de agua que lleva y este puede oxidar los metales. El óxido, a su vez, puede dañar las juntas e inutilizar el acumulador. Por otra parte, en contacto con el aire el aceite se oxida y descompone.
3. El acumulador debe cargarse siempre con un gas inerte, que puede ser el nitrógeno seco. Este gas no contiene ni vapor de agua ni oxígeno, por lo que no ataca al metal, ni al aceite. 4. No cargar nunca un acumulador a más presión que la recomendada por el fabricante. Consultar las características y respetar la "presión de trabajo". 5. Antes de desmontar un acumulador de un sistema hidráulico, hay que descargar toda la presión.
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Acumuladores hidráulicos
6. Antes de despiezar un acumulador hay que descargar tanto la presión hidráulica como la presión de/ gas. 7. Al despiezar un acumulador hay que tomar las precauciones necesarias para que no puedan entrar en su interior suciedad y materias abrasivas. Entretenimiento neumáticos PRUEBA DEL MAQUINA
y
carga
de
ACUMULADOR
los
acumuladores
CARGADO,
EN
LA
1. Para comprobar si el acumulador pierde gas, se aplica solución jabonosa a la válvula de gas y a las juntas externas que pueda llevar el acumulador. Si se forman burbujas, es señal de que el acumulador pierde.
2. Para comprobar la presencia de fugas internas de gas se examina el depósito del sistema hidráulico: si hay fugas de gas, el aceite hace espuma. También indica que hay fugas internas el hecho de que el acumulador no actúe. Estas fugas se producen generalmente por rotura de la vejiga o de las juntas del pistón en el interior del acumulador. F 3137
3. Si las comprobaciones anteriores demuestran que el acumulador está en buen estado, pero no actúa o lo hace con pereza, entonces se tiene que recargar (véase más adelante). ANTES DE DESMONTAR EL ACUMULADOR DE LA MAQUINA Cerciorarse de que se ha descargado toda presion hidráulica. Para dejar el sistema sin presión se tiene que parar la bomba hidráulica y actuar con la palanca de mando alguno de los mecanismos del circuito del acumulador hidráulico, para descargar toda la presión del aceite (también se puede abrir uno de los tornillos de purga).
1 - Válvula reductora de la botella 4 - Válvula de gas 2 - Botella de nitrógeno seco 5 - Manómetro 3 - Acumulador Fig. 7 - Carga previa del acumulador de tipo neumático
3. Cerciorarse del estado de todas sus piezas buscando posibles causas de fugas de gas o aceite. 4. Tapar todas las bocas con capuchones de plástico o tela limpia tan pronto se abran. 5. Examinar las juntas de la vejiga o del pistón -por si estuvieran deterioradas, cambiándolas en caso necesario. 6. Siempre que se cambie un obús, cuidar de volver a instalar el tipo recomendado.
DESMONTAJE DEL ACUMULADOR DE LA MAQUINA Después de haber descargado toda la presión del sistema hidráulico, se procede a desmontar el acumulador de la máquina, para repararlo o cargarlo. REPARACION DEL ACUMULADOR 1. Antes de despiezar el acumulador se tiene que descargar toda la presión del gas. Para ello basta generalmente con desenroscar poco a poco la válvula de gas. Para ello se puede instalar previamente la válvula de carga, si fuera necesario. El gas no debe descargarse jamás apretando el obús de la válvula, porque podría romperse. 2. Proceder al despiece del acumulador sobre un banco de trabajo perfectamente limpio.
7. Hacer con acumulador.
gran
cuidado
la
recomposición
del
CARGA PREVIA DEL ACUMULADOR Conectar el tubo flexible de la botella de nitrógeno seco a la válvula de carga del acumulador y abrir la válvula reductora de la botella (Fig. 7). La válvula reductora de la botella de nitrógeno se debe abrir poco a poco hasta que el manómetro indique una presión igual a la recomendada por el fabricante del acumulador. Alcanzada ésta se cierra la válvula de carga del acumulador, y a continuación la válvula reductora de la botella. Desconectar el tubo flexible. NOTA: Para medir la presión de la carga de gas del acumulador montado en la máquina, se tiene que
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Acumuladores hidráulicos
descargar primero la presión hidráulica. De no hacerlo así, la lectura que se haga no indicará la verdadera presión del gas.
DESCARGA 1 - Pesos 2 - Pistón 3 -Aceite a presión
4 - Al sistema hidráulico 5 -Cilindro 6 - Junta
Fig. 8 - Acumulador cargado con peso
INSTALACION DEL ACUMULADOR EN LA MAQUINA Instalar el acumulador en la máquina y conectar todas las tuberías. Poner en marcha el motor y actuar alguno de los mandos hidráulicos para purgar el aire del sistema. Verificar a continuación el funcionamiento correcto de¡ acumulador.
ACUMULADORES CARGADOS CON PESO El tipo más antiguo de acumulador que se conoce es el que se carga con un peso (Fig. 8). Este tipo de acumulador consiste en un cilindro y un pistón sobre el que gravitan unos pesos. El funcionamiento es muy simple. El aceite a presión de¡ circuito hidráulico entra en la cámara inferior y hace subir al pistón cargado con los pesos. De esta forma queda cargado el acumulador. Cuando se necesita el aceite cae la presión dentro de¡ sistema hidráulico y el acumulador lo alimenta descargándolo en él por la acción de la gravedad.
La ventaja principal de¡ acumulador cargado con peso es la de mantener constante la presión. Su principal inconveniente es el de ser muy volumi-
Fig. 9 - Funcionamiento de¡ acumulador cargado por un muelle
noso y pesado. En los equipos móviles no tiene aplicación por estos motivos.
ACUMULADORES CARGADOS POR UN MUELLE Este acumulador es muy parecido al anterior, pero en este es un muelle el que acumula la energía. El aceite a presión carga el acumulador al comprimir el muelle (Fig. 9). Al caer la presión en el sistema hidráulico, el muelle hace salir el aceite de¡ acumulador. El acumulador ilustrado en la Fig. 9 es de tipo interno, con aumento progresivo de la presión, para el accionamiento de un cambio de velocidades automático. Al pasar a otra velocidad con la palanca de cambio se produce en el circuito hidráulico una caída de presión que el acumulador compensa inmediatamente, actuándose de esta manera sin retardo los pistones hidráulicos que desembragan el motor. Inmediatamente comienza a subir la presión gradualmente, con lo que se embraga de nuevo con suavidad.
Regulando el caudal de aceite que entra en el acumulador se puede variar el tiempo invertido en cargarlo (Fig. 10). La velocidad de carga de¡ acumulador se regula siempre que se quiere lograr el accionamiento suave y progresivo de un mecanismo man-
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Acumuladores hidráulicos
12 5-
Presión de aceite (kPa) Descarga de¡ acumulador Tiempo en segundos desde el comienzo del cambio de velocidad
3 - Carga de¡ acumulador 4 -Carga máxima
Fig. 10 - Ciclo de trabajo de¡ acumulador cargado por muelle
dado por fuerza hidráulica. Analizando la curva de presión de¡ acumulador se ve como cae esta al descargarse aquel, para aumentar lentamente después, al empezar a cargarse de nuevo y alcanzar finalmente, con gran rapidez la presión máxima M sistema, al terminar de llenarse el acumulador. El retardo con que se alcanza de nuevo la presión máxima en el ciclo de carga se puede aumentar o reducir aumentando o reduciendo la entrada de aceite en el acumulador.
A - Muelle A - más débil, con más compresión previa B - Muelle B - más fuerte, con menos compresión previa Ejemplo ilustrado: Volumen del acumulador - 150 CM3 Sección del pistón - 30 Cm2 Fuerza del muelle con el A acumulador descargado 556 N Fuerza del muelle con el 3558 N acumulador cargado
B 222 N 4148 N
5 - Entrada de aceite en cm3 6 1 - Presión del aceite (kPa) -Presión a la que el acumulador 2 - Muelle B 3 - Muelle A comienza a tomar aceite 4 - Carga plena Fig. 11 - Influencia de la fuerza del muelle en el funcionamiento del acumulador
Las características de trabajo del acumulador cargado por muelle se pueden variar de las siguientes maneras: 1) cambiando la fuerza del muelle 2) cambiando la longitud del muelle 3) variando la compresión previa del muelle 4) cambiando el diámetro del pistón ó 5) cambiando la carrera del pistón. En la Fig. 11 se puede apreciar el efecto de emplear un muelle más fuerte con menos compresión previa (B), en comparación con otro muelle más débil (A). Se aprecia de esta manera la gran importancia que tiene emplear un muelle de la fuerza correcta para el funcionamiento de este tipo de acumuladores. Por este motivo es indispensable emplear siempre piezas de recambio originales y atenerse a las recomendaciones del fabricante en la reparación de estos acumuladores.
La Fig. 12 ilustra otro acumulador en el que los muelles van sobre unas varillas fijas al disco del pistón,
1 – Muelle 2 -Pistón
3 - Junta 4 - Del sistema hidráulico
Fig. 12 - Acumulador de presión cargado por muelle
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Acumuladores hidráulicos
que los comprime contra la brida de¡ cilindro al subir por la presión de¡ aceite. A estos muelles se les da una determinada compresión previa por medio de las tuercas de ajuste. La gran ventaja de los acumuladores cargados por muelle es que no necesitan ser recargados como los de gas. Su inconveniente es el de resultar demasiado grandes cuando se necesitan grandes caudales o altas presiones de aceite. Por esta razón sólo resultan prácticos en aquellas aplicaciones donde se requieren solamente pequeños volúmenes y presiones.
7-1
FILTROS HIDRAULICOS/CAPITULO 7 ¿POR QUE SE EMPLEAN LOS FILTROS? Recuérdese que los líquidos hidráulicos, además de servir de medio para transmitir fuerza, tienen que actuar como lubrificantes de piezas mecanizadas con gran precisión. El aceite contaminado actúa como abrasivo y puede ser causa de que se agarrote el émbolo de distribución de una válvula de control, que entra Muy ajustado en su taladro. El aceite sucio puede estropear irremediablemente las superficies finamente labradas a máquina y una minúscula partícula de arena se puede atascar en un orificio de dosificación calibrado, siendo la causa de que se pare toda la máquina.
¿COMO SE EMPLEAN LOS FILTROS? En los filtros de PASO TOTAL, todo el aceite que circula por el sistema hidráulico, tiene que pasar por el filtro. Este tipo de filtros suele instalarse en la tubería de entrada a la bomba y en la tubería de retorno al depósito. Como es natural, también se pueden instalar otros filtros adicionales delante o detrás de otros componentes hidráulicos. Los filtros EN DERIVACION se acoplan a una T de la tubería de aceite a presión, de forma que solamente pasa por el filtro una parte de¡ aceite que circula por el sistema hidráulico. El resto del aceite continúa sin filtrar a través del sistema hidráulico y retorna al depósito.
No es difícil darse cuenta de que para que el sistema hidráulico funcione debidamente, es indispensable que el aceite se conserve perfectamente libre de toda contaminación.
Fig. 1 - El polvo es una de las causas principales de la contaminación de los líquidos hidráulicos
Hay que luchar constantemente contra la suciedad, porque está por todas partes. Basta ver la figura 1 para darse cuenta de que la atmósfera polvorienta que rodea las máquinas es una de las causas principales de la contaminación del aceite.
Fig. 2 - Filtro para el aceite de la caja de cambios y sistema hidráulico de un tractor
Otra causa de contaminación es la propia máquina El trabajo y el desgaste normal de sus piezas producen rebabas y hace que se desprendan pequeñas partículas metálicas.
La instalación del filtro en el sistema hidráulico depende del diseño de la máquina. En la Fig. 2 se ilustra el caso de un tractor en el que la caja del filtro es parte integral de la caja de cambios. En la Fig. 3, en cambio, se ilustra un filtro de aceite instalado exteriormente, próximo a la bomba hidráulica. Sea la que quiera la forma en que vaya instalado el filtro, su objeto es siempre el mismo: mantener limpio el aceite.
Valorándolo en dólares, resulta mucho más barato comprar un buen filtro y cuidarlo como requiere, que cambiar una bomba o una válvula desgastada por un líquido contaminado.
El filtro retiene las partículas que lleva el aceite que lo atraviesa. La Fig. 4 ilustra un filtro de paso total que consta de dos unidades filtrantes en la misma
1 - Depósito de aceite
2 - Filtro de aceite dentro del depósito
Fig. 3 - Filtro de¡ sistema hidráulico de una cosechadora
caja. El aceite que viene del depósito atraviesa la malla de filtro y, después de filtrado, continúa hacia la bomba hidráulica. Esta lo manda a la válvula de control que, a su vez, le da paso hacia los cilindros hidráulicos desde los que retorna al depósito después de pasar por la otra unidad filtrante dispuesta en el retorno de aceite. Aunque el elemento filtrante esté nuevo, se produce una pequeña diferencia de presión entre el interior y el exterior, porque el filtro siempre restringe algo el paso de¡ aceite. Es como cuando se intenta abrir una puerta con tela metálica contra una potente corriente de aire. Si se cubre la tela metálica de la puerta, aumenta considerablemente la resistencia ofrecida por el viento. Los mismo ocurre con el filtro hidráulico. A medida que se va ensuciando el elemento filtrante, aumenta la diferencia de presión hasta que, finalmente, deja de pasar el aceite cuando el elemento está totalmente obstruido. Para evitar que la presión de¡ aceite suba hasta el punto de romper el filtro o que alguno de los circuitos hidráulicos llegue a quedarse sin presión, el filtro suele llevar una válvula de descarga que deriva el aceite cuando el elemento filtrante está totalmente obstruido por la suciedad. (Esta derivación de seguridad no debe confundirse con el sistema de filtro en derivación.) En la Fig. 5 puede verse el funcionamiento de la válvula de alivio que deriva el aceite. Obsérvese que la malla filtrante situada en la tubería de aspiración de la bomba, no tiene válvula de alivio. La diferencia en la acción de filtrado de una y otra unidad hace que el filtro situado en el retorno del aceite al depósito, se ensucie mucho más que la malla que filtra el aceite que aspira la bomba hidráulica. Como es natural, siempre que se abre la válvula de alivio deja pasar aceite sin filtrar a los diversos circuitos hidráulicos. Si no se cambia inmediatamente el elemento filtrante obstruido, la suciedad del
1 - Nivel del aceite en 3 - Malla filtrante sobre la boca el depósito de aspiración 2 - Elemento filtrante para 4 - A la bomba el aceite de retorno 5 - De la válvula de control Fig. 4 - Filtro de paso total
1 - Indicador de obstrucción 4 - Malla filtrante sobre la boca del filtro de aspiración (obstruida) 5 2 - Válvula de alivio abierta A la bomba 6 - De la válvula 3 - Elemento filtrante para de control 7 - Nivel del el aceite de retorno aceite en el depósito (obstruido) Fig. 5 - Válvula de alivio del filtro
Filtros hidráulicos
1 - Depósito 2 - Indicador de obstrucción de¡ filtro 3 - Filtro Fig. 6 - Indicador de obstrucción del filtro
aceite hará que aumente el desgaste de los componentes hidráulicos y la malla filtrante de la boca de aspiración se irá obstruyendo cada vez más hasta dejar a la bomba hidráulica sin aceite. Los indicadores de obstrucción del filtro ilustrados en las figuras 5 y 6, facilitan la revisión para saber cuando es preciso limpiar el filtro y cambiar el elemento. Cuando el filtro lleva válvula de alivio, tiene mucha importancia emplear el cartucho de filtro recomendado y el aceite correcto recomendado también en el manual de instrucciones. Si se emplea un elemento filtrante de otras características o un aceite demasiado denso, la diferencia de presión entre el interior y el exterior del filtro puede llegar a ser tal que se abra la válvula de alivio que deriva el aceite sin filtrarlo, aunque no esté obstruido el elemento filtrante.
F 3150
Fig. 8 - Filtro de malla de alambre
TIPOS DE FILTROS Veamos ahora los tipos de filtros que se emplean en los sistemas hidráulicos y la eficacia con que filtran el aceite. Los filtros se pueden clasificar en tipos de superficie y tipos de filtrado en profundidad, según la forma en que retengan la suciedad el líquido. LOS FILTROS DE SUPERFICIE retienen sobre la misma toda la suciedad y las partículas de un diámetro mayor que sus poros (Fig. 7). Algunas partículas pasarán e irán a caer al fondo del depósito de aceite, pero otras se irán quedado atascadas en los poros y acabarán por obstruir el elemento filtrante, obligando a cambiarlo. Fig. 9. Filtro de espiral metálica
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Filtros hidráulicos
atraviesa una masa de material poroso, que pueden ser desperdicios de algodón, pulpa de madera, madejas de lana, papel o cuarzo, quedando la suciedad atrapada en el interior de la masa porosa. Este tipo de filtro retiene las partículas que lleva el aceite en suspensión, así como una parte M agua y de las impurezas solubles en el agua.
I
il
Fig. 10 - Elemento filtrante de papel plisado
Un filtro de superficie muy comúnmente empleado consiste en una malla de alambre muy fina (Fig. 8). También son filtros de superficie los formados por discos metálicos o de papel apilados, por una cinta metálica arrollada de canto en espiral para formar un cilindro (Fig. 9) por un puñado de celulosa embutida en un cilindro con agujeros o por una lámina de papel plisada en forma cilíndrica (Fig. 10).
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Los filtros que adsorben las impurezas, actúan como los filtros por absorción, pero han sido tratados químicamente para que fijen los contaminantes del aceite. Estos filtros se hacen con carbón vegetal, con papel tratado químicamente o con arcilla grasa. Además de retener las partículas que lleva el aceite en suspensión y las impurezas hidrosolubles, también separan de¡ aceite otros contaminantes, como los que se producen por la oxidación y degradación del aceite. Los filtros adsorbentes también suelen retener los aditivos que llevan los aceites, por lo que no suelen emplearse en los sistemas hidráulicos.
EFICACIA DEL FILTRADO Además de¡ tipo de filtro hay que tener en cuenta la eficacia y el grado de¡ filtrado. El grado de¡ filtrado es el que indica cual es la partícula más pequeña que es capaz de retener el filtro. La medida más comúnmente empleada para indicar el grado de filtrado es la micra (una micra es una milésima de milímetro).
Para hacerse una idea de¡ tamaño de una micra, basta imaginarse que hacen falta 1000 unidades de estas puestas en línea para obtener un milímetro. La partícula más pequeña que es capaz de ver el ojo humano sin cristales de aumento, es de 0.001 mm, por lo que gran parte de la suciedad retenida por el filtro del sistema hidráulico está formada por partículas invisibles. Por ejemplo, las cosechadoras para cereales de hoy en día llevan filtros que retienen partículas de un diámetro de 10 micras (= 0,01 mm) que es, aproximadamente, la décima parte del tamaño de un granito de sal fina de mesa.
Fig. 11 - Filtro hecho con desperdicios de algodón
Los elementos que filtran EN PROFUNDIDAD se diferencian de los filtros de superficie en que hacen pasar el aceite por un gran volumen y en todas las direcciones, antes de que lleguen al sistema hidráulico (Fig. 1 l). La acción de filtrado en profundidad puede tener lugar por absorción o por adsorción. En el filtrado por absorción la suciedad es retenida como el agua que retiene una esponja. El aceite
Los filtros de malla de alambre dejan pasar partículas relativamente grandes, de un diámetro de hasta 150 micras (= 0,15 mm). A pesar de no filtrar tan bien, se emplean en las bocas de aspiración de las bombas porque no ofrecen apenas resistencia al paso del aceite y de esta manera se aleja la posibilidad de que la bomba no pueda aspirar aceite por obstrucción del filtro. Los filtros dejan pasar las partículas más pequeñas y retienen las más grandes pero no es fácil indicar la eficacia con que filtran. Por el hecho de quedar atrapado el material en el filtro, el paso a través de este va siendo cada vez más restringido.
Figros hidráulicos
Dos o más partículas pueden entrar simultáneamente en un poro y quedar atascadas en él. A partir de este momento, ese poro retendrá partículas mucho más pequeñas de las que retenía inicialmente. Poco a poco se van acumulando más partículas en los poros y el filtro acaba por obstruirse totalmente.
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Fig. 13 - Agentes contaminantes
namiento normal de la máquina, esta produce otras materias contaminantes, como son partículas de pintura de juntas, retenes, así como metálicas.
1 - Diferencia de presión en el filtro 2 - Punto en que abre la válvula de derivación del filtro 3 - Período en que debe cambiarse el filtro 4 - Tiempo de servicio M filtro Fig. 12 - Vida útil de un elemento filtrante
El aceite hidráulico también se puede contaminar por guardarlo en recipientes sucios y emplear en su manipulación embudos sucios o algodones sucios y que desprenden hilos.
En el gráfico de la Fig. 12 puede verse como se va reduciendo gradualmente el diámetro de los poros del filtro hasta llegar un momento en que se produce un aumento brusco en la diferencia de presión entre el interior y el exterior de¡ filtro. En este punto el filtro deja de trabajar y debe limpiarse, cambiando el elemento filtrante.
CONTAMINACION ¿En qué consiste la contaminación de¡ sistema hidráulico y como se produce? Los líquidos, las partículas metálicas y no metálicas y las fibras son las materias más comunes que suelen contaminar el aceite del sistema hidráulico (Fig. 13). Estas materias pueden provenir del exterior, pero también pueden producirse dentro de¡ propio sistema hidráulico.
El aire es una de las fuentes principales de contaminación. El aire atmosférico puede estar cargado de humedad, de partículas ligeras y de polvo. Todos estos contaminantes pueden penetrar en el sistema hidráulico con el aire a través de bocas de respiración o de llenado, a través de juntas y retenes o al abrir el sistema para repararlo o acoplarle algún circuito.
El propio sistema hidráulico es también una importante causa de la contaminación de¡ aceite. Durante el período inicial de suavizado se desprenden pequeñas partículas de metal y otros abrasivos que contaminan el aceite. Más tarde, durante el funcio-
Fig. 14 - El mal trato puede inutilizar el filtro
El mal trato de los filtros puede reducir su eficacia e incluso ser la causa de que se desprendan partículas que pasen al aceite (Fig. 14). El propio aceite es otro origen de contaminación. Por el efecto del agua, del aire, del calor y de la presión, el aceite se descompone poco a poco y va formando cieno y ácido. El cieno no actúa como abrasivo, pero forma sustancias gomosas que se adhieren a las piezas en movimiento, obstruyen los orificios de paso y atrapan las partículas abrasivas que lleva de aceite en suspensión.
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Filtros hidráulicos
Los ácidos pican y corroen las superficies metálicas, tornándolas ásperas y aumentando el desgaste, creando de esta forma una nueva fuente de contaminación.
EFECTOS DE LA CONTAMINACION Todos estos contaminantes afectan notablemente el rendimiento del sistema hidráulico.
1 - Patrícula grande
2 - Embolo de válvula
Fig. 17 - La suciedad desgasta el émbolo de distribución de la válvula
Fig. 15 - Filtro de 100 micas completamente obstruido
El agua, incluso en pequeñas cantidades, oxida las superficies metálicas pulimentadas y contribuye a que se forme cieno que se adhiere a las piezas en movimiento y obstruye los filtros (Fig. 15). Un filtro obstruido puede hacer que aumente la cantidad de aceite sucio sin filtrar que circula por el sistema hidráulico, y puede llegar, incluso, a hacer que se queden sin aceite los componentes hidráulicos.
partes de la pieza que suelen estar labradas a máquina con alta precisión (Fig. 17). Las partículas más pequeñas consiguen introducirse entre piezas muy ajustadas causando su agarrotamiento. Otras partículas se incrustan en metales más blandos y actúan entonces como abrasivos de juntas y retenes dando lugar a que aumenten las fugas internas de aceite y la pérdida de fuerza.
Fig. 18 - Los hilos y fibras pueden obstruir un orificio
Filtro de 150 micas corrido por acción química
Los ácidos que contiene a veces el cieno pueden atacar los metales, como la malla de filtro ilustrada en la Fig. 16. De la malla corroída por los ácidos se desprenden nuevas partículas metálicas que aumentan la contaminación de¡ aceite. Las partículas metálicas y no metálicas que el aceite lleva en suspensión causan averías muy notorias ' Las más gruesas quedan atrapadas en los bordes de piezas en movimiento y hacen que el cieno se fije en esos puntos, aumentando el desgaste de unas
Los hilos y fibras más finas de trapos y algodones empleados en la limpieza pueden introducirse en los poros y en los pequeños orificios (Fig. 18). Los hilos y fibras no suelen causar averías por sí mismos pero forman urdimbres en las que quedan atrapadas partículas que acaban por obstruir los orificios.
Lo que importa recordar es que el daño causado por un agente contaminante no guarda relación directa con su tamaño y naturaleza. Cada partícula de suciedad es una "semilla" de abrasivos que va contaminando cada vez más el aceite hasta causar una avería definitiva del sistema hidráulico de la máquina.
Filtros hidráulicos
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CUIDADOS DE LOS FILTROS Ahora que sabemos cuales son las causas de la contaminación del aceite y las averías a que da lugar, veamos lo que se puede hacer para evitarla. Como ya se ha dicho antes, la misión de un filtro es la de atrapar y eliminar toda la suciedad que pueda llevar el aceite del sistema hidráulico. Por eso cuesta trabajo comprender que se tenga que cambiar el aceite con la misma frecuencia a pesar de emplear un buen filtro. Recuérdese, sin embargo, que el aceite está contaminándose sin interrupción desde fuera y desde dentro del sistema hidráulico, y como quiera que la capacidad de cualquier filtro es limitada, este no puede conservar la calidad necesaria del aceite más que durante un período de horas de trabajo cuidadosamente calculado por el fabricante. El filtro no puede alargar la vida útil de aceite.
La capacidad de cualquier filtro de aceite es limitada. Solamente retiene las partículas de un tamaño determinado o mayores y solamente filtra uno o dos de los elementos que hacen que se forme cieno en el aceite. Las partículas más pequeñas y los otros ingredientes del cieno no los puede retener el filtro y solamente se pueden eliminar cambiando el aceite. Con el tiempo el filtro se va obstruyendo y acaba por dejar de funcionar.
Por todo lo que se acaba de decir, la única manera segura de evitar la contaminación del aceite consiste en adoptar un programa regular de cuidados del sistema hidráulico. Síganse siempre al pie de la letra las recomendaciones de¡ fabricante acerca del cambio del aceite, con objeto de eliminar los agentes contaminantes que el filtro no puede retener. El cambio del -aceite del sistema hidráulico reviste mayor importancia durante el período de suavizado de la máquina, porque el filtro se obstruye con mucha mayor rapidez de lo que se obstruye durante el funcionamiento normal. Obsérvese la más escrupulosa limpieza en todo trabajo que se haga en el sistema hidráulico. No hay ningún filtro que pueda evitar las consecuencias de un trabajo hecho sin la necesaria limpieza. Un componente sucio o un embudo sucio contaminan todo el sistema como acabamos de ver y una pequeña cantidad hace que aumente progresivamente la contaminación y el desgaste.
Síganse las recomendaciones del fabricante y límpiese o cámbiese el filtro cuando esté obstruido. Si la máquina no va provista de un indicador del grado de obstrucción del filtro, obsérvense rigurosamente los períodos de cambio de filtro recomendados en el
¿COMO PUEDE EVITARSE LA CONTAMINACION DEL ACEITE?
1. Cambiar periódicamente el aceite sucio. Si se tiene que trabajar en atmósferas muy polvorientas o con mucho barro, cambiar el aceite con mayor frecuencia. 2. Emplear recipientes limpios para el aceite y trabajar con limpieza. 3. Cambiar o limpiar los filtros tan pronto se obstruyan.
Fig. 19 - ¿Cómo puede evitarse la contaminación de¡ aceite?
manual de instrucciones para el operador de la máquina. Por último, emplear únicamente el filtro y el aceite adecuados para el sistema hidráulico en cuestión.
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DEPOSITOS, ENFRIADORES DE ACEITE, MANGUERAS, TUBERIAS, TUBOS FLEXIBLES Y ACOPLAMIENTOS/CAPITULO 8 INTRODUCCION En este Capítulo nos vamos ocupar de los elementos que unen los distintos componentes de¡ sistema hi dráulico, asi 1 como de los depósitos y radiadores. Aunque estos componentes son menos complejos que otros de los que ya nos hemos ocupado, no de jan por eso de ser vitales para el buen funciona miento M sistema hidráulico. Algunos de ellos re quieren trabajos de mantenimiento especiales que todo mecánico debe conocer.
DEPOSITOS Todo sistema hidráulico tiene que tener un depósito. No solamente sirve este para almacenar el aceite, sino que también ayuda a limpiarlo de impurezas, a que se desprenda el aire y a que se enfríe. CAPACIDAD DE LOS DEPOSITOS El depósito debe ser compacto, pero su capacidad debe ser suficiente para que satisfaga los siguientes requisitos:
Para contener todo el aceite que retorna por gravedad.
9
Para mantener el nivel del aceite por encima de la boca de aspiración.
o Para disipar el exceso de calor que se produce durante
el funcionamiento normal del sistema hidráulico. (Véase también el apartado "radiadores de aceite" que figura en este mismo Capítulo).
1 - Orificio de respiración 2 - Tapón de llenado 3 - Tubería de retorno 4 - Salida de la bomba 5 - Tapón de vaciado
6 - Filtro de malla de la boca de aspiración 7 - Pantalla de separación 8 - Indicador de nivel de aceite Fig. 1 - Depósito
bien, como quiera que en la práctica el nivel del aceite varía en el depósito por las diferencias de temperatura y de la cilindrada de los pistones, no se puede prescindir del orificio de respiración. 2. EL INDICADOR DE NIVEL ilustrado en la Fig. 1 es muy útil porque permite comprobar éste sin abrir el depósito. No obstante, todavía está muy generalizado el empleo de sondas para medir el nivel del aceite.
Para poder cumplir todas las funciones que se acaban de enumerar, el depósito debe reunir determinadas características (Fig. l).
3. La PANTALLA de separación sirve para evitar que se mezcle directamente el aceite que retorna al depósito, con el aceite que aspira la bomba. La separación da tiempo a que se sedimenten las impurezas del aceite de retorno y evita que vuelva a ser aspirado el aceite que acaba de entrar en el depósito. En los depósitos de diseño más moderno, sin embargo, no se necesita esta separación por la forma en que se disponen las bocas de entrada y salida de aceite y los filtros.
1. EL TAPON de la boca de llenado debe hacer un cierre hermético, pero puede llevar un ORIFICIO DE RESPIRACION que filtre el aire que entra en el depósito para que el aceite pueda salir empujado por la presión atmosférica. El filtro del orificio de respiración debe estar siempre bien limpio para que no se haga un vacío parcial dentro del depósito, que restringiría la salida del aceite por acción de la gravedad.
4. Las TUBERIAS DE ENTRADA y SALIDA DE ACEITE se disponen de forma que comuniquen con el depósito en los puntos de menor tubulencia y aireación. Pueden entrar en el depósito por arriba o por los lados, pero sus bocas tienen que quedar cerca del fondo del depósito. Si la boca de retorno queda por encima del nivel de aceite, puede dar lugar a que este se mezcle con aire y haga espuma.
NOTA: En un sistema hidráulico ideal podría utílizarse un depósito sin orificio de respiración. Ahora
NOTA: Cuando se acople al depósito alguna nueva tubería de retorno de un equipo auxiliar, se cuidará
o Para que se sedimente la matería extraña y se
desprenda el aire que pueda llevar el aceite en suspensión. CARACTERISTICAS DE LOS DEPOSITOS
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Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
de ínstalarla correctamente para que el aceíte no haga espuma. 5. EL FILTRO DE LA BOCA DE ASPIRACION suele ser de malla y suele ir en serie con el filtro principal de¡ sistema hidráulico, que también puede ir instalado en el depósito. En el Capítulo 7, "Filtros de aceite" se describen estos componentes. 6. EL TAPON DE VACIADO sirve para cambiar el aceite. Algunos tapones son magnéticos para que atraigan y fijen las partículas metálicas que pueda llevar el aceite en suspensión. COLOCACION DEL DEPOSITO
a grandes presiones, la refrigeración de¡ aceite plantea un serio problema. Por regla general, el aceite no se enfría bastante al circular por el sistema durante el trabajo. En estos casos es necesario emplear enfriadores de aceite. Los tipos de enfriadores más comúnmente empleados son los siguientes: o Los
enfriadores por aire
o Los
erifriadores por agua
En la Fig. 3 se han ilustrado ambos tipos de enfríadores para el aceite. En los ENFRIADORES POR AIRE se utiliza éste para disipar el calor de¡ aceite. En las máquinas móviles se emplea el mismo ventilador M sistema
ENFRIADOR POR AIRE 1 - Salida de aceite 2 - Entrada de aceite
1 - Depósito independiente 2 - Depósito formado por la caja de cambios y diferencia¡ Fig. 2 - Colocación de¡ depósito en dos modernos tractores
En las modernas máquinas agrícolas e industriales, el depósito tiene que ser compacto y ligero. El bulldozer ilustrado en la Fig. 2 lleva un depósito independiente, mientras que el tractor de ruedas de la misma figura utiliza la caja de cambios y de¡ diferencia] como depósito para el aceite de¡ sistema hidráulico. El emplazamiento del depósito depende del diseño de la máquina, es decir, del espacio disponible y de la capacidad que tenga que tener.
ENFRIADORES DE ACEITE En los modernos sistemas hidráulicos que trabajan
3 - Aletas de refrigeración 4 - Ventilador
F 3164
ENFRIADOR POR AGUA 1 - Salida de aceite 2 - Entrada de aceite 3 - Tubos para el agua
4 - Entrada de agua 5 - Salida de agua
Fig. 3 - Enfriad0res de aceite
de refrigeración de¡ motor (radiador), para enfriar el enfriador de aceite (véase la Fig. 4). El enfriador tiene unas aletas que dirigen el chorro de aire hacia un serpentín por el que pasa el aceite. El enfriador puede llevar también un depósito para almacenar el aceite enfriado. Algunos enfriadores de aceite llevan también una válvula de derivación para el caso de que se obstruya el serpentín.
Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
1 - Cubierta exterior 2 - Capas de refuerzo
8-3
3 - Tubo interior
Fig. 5 - Estructura de un tubo flexible
El tubo flexible consta de las siguientes capas básicas (Fig. 5): o Un tubo interior o Varias capas de refuerzo 1 - Enfriador de aceite Fig. 4 - Instalación de un enfriador de aceite típico
Los ENFRIADORES POR AGUA se valen de una corriente de agua para enfriar el aceite. El agua circula por múltiples tubos que el aceite baña por fuera. En las máquinas móviles se suele emplear la misma agua del sistema de refrigeración del motor, para enfriar el aceite.
Otro tipo menos corriente de enfriador de aceite evapora agua para enfriarlo. El agua es pulverizada sobre un serpentín por el que pasa el aceite, y evaporada por una corriente de agua forzada. La evaporación de¡ agua roba calor al serpentín y enfría el aceite. Este enfriador tiene el inconveniente de ocupar más espacio que los anteriores.
UBICACION DEL ENFRIADOR DE ACEITE Los enfriadores por aire se suelen colocar delante de¡ radiador de¡ sistema de refrigeración de¡ motor para aprovechar la corriente de aire producida por el ventilador. Los enfriadores se pueden montar en distintos sitios de la máquina pero, por regla general, se montan siempre cerca de¡ depósito o de¡ ventilador de¡ motor.
o Una cubierta exterior
El TUBO INTERIOR es de caucho sintético resistente al aceite. Tiene que ser de superficie lisa, flexible y capaz de resistir el calentamiento y la corrosión.
Las CAPAS DE REFUERZO varían con el tipo de tubo flexible. Estas capas (o lonas) se fabrican de fibras sintéticas o naturales, de malla metálica o de una combinación de ambas. Las resistencia de estas capas de refuerzo, depende de la presión a que trabaje el sistema hidráulico en el que se emplea el tubo flexible.
La CUBIERTA EXTERIOR tiene por objeto proteger las capas de refuerzo. Suele ser de una goma especial resistente a los abrasivos, al aceite, a la suciedad y a ¡a acción de la intemperie. Los tubos flexibles suelen llevar racores metálicos por ambos extremos. De éstos nos vamos a ocupar en este mismo Capítulo, en el apartado titulado "Racores para manguera". FORMA DE SELECCIONAR LOS TUBOS FLEXIBLES Para seleccionar un tubo flexible hay que saber lo siguiente: 1. El caudal del sistema hidráulico en trabajo, para conocer el calibre del tubo que se necesita.
TUBOS FLEXIBLES Los tubos flexibles son los mejores para unir los distintos componentes del sistema hidráulico. Además de poderse doblar, absorben las vibraciones y los picos de presión y son fáciles de instalar.
2. La presión y la temperatura a que trabaja el sistema hidráulico, para determinar el tipo de tubo flexible que se necesita. Recuérdese que la sección del tubo debe ser suficiente para el caudal de aceite.
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Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
Un tubo de sección insuficiente estrangula el paso de/ aceite, lo recalienta y causa pérdidas de presión. Un tubo de sección excesiva puede resultar demasiado débil para la presión a que trabaja el sistema. Los tubos de más sección tiene que estar más reforzados para trabajar a la misma presión que los tubos de menos sección. Además son más caros que éstos últimos.
Otro factor a considerar: el tubo flexible debe ser compatible con líquido M sistema.
capas de refuerzo o capas de refuerzo más gruesas (Fig. 6).
Sin embargo, la máxima presión que un tubo flexible es capaz de soportar varía con su sección. El tubo de mayor sección soporta menos presión que el de menor sección de la misma estructura. La presión nominal que debe soportar el tubo flexible depende de la presión de trabajo del sistema hidráulico. Aquella tiene que ser tal que soporte las elevaciones bruscas de presión que se producen durante el funcionamiento normal del sistema hidráulico.
Forma de seleccionar el tipo de tubo Los tubos flexibles se clasifican de acuerdo con la presión que son capaces de resistir. Existen los cuatro tipos siguientes: Tubos de baja presión
La temperatura de¡ aceite también tiene gran importancia para la selección de¡ tubo flexible. Los cuatro tipos que se han descrito con capaces de soportar las temperaturas de trabajos normales, pero para trabajar a temperaturas muy elevadas se fabrican tubos flexibles especiales.
Tubos de presión media Tubos de alta presión Tubos de muy alta presión Los tubos flexibles para altas presiones llevan más
TUBO DE BAJA PRESION 1 - Cubierta de goma o algodón 2 - Malla metálica de refuerzo
3 - Tubo interior de goma sintética
En el cuadro que figura a continuación se describen la estructura y las aplicaciones de los cuatro tipos de tubos flexibles que se han citado.
TUBO DE PRESION MEDIA 1 - Cubierta de goma o algodón 3 - Tejido de algodón interior 2 - Malla metálica simple de 4 - Tubo interior de goma refuerzo sintética
F 3167 A
TUBO DE ALTA DE PRESION 1 - Cubierta de goma 2 - Tejido de algodón
TUBO DE MUY ALTA PRESION
3 - Mallas metálicas de refuerzo 4 - Tubo interior de goma sintética
1 - Cubierta de goma 2 - Espiral de alambre multiple de refuerzo
Fig. 6 - Cuatro tipos de tubos flexibles
3 - Tejido de algodón 4 - Tubo interior de goma sintética
Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
TUBO DE BAJA PRESION Estructura Tubo interior: goma sintética negra. Refuerzo: tejido de fibra reforzado con una espiral de alambre
Aplicación Tubos para aceites minerales, gasolina o gas-oil En la aspiración o en el retorno.
para que no se colapse. Cubierta: goma sintética resistente al aceite y los abrasivos.
Margen de temperatura: -40'C a 120'C. Vacio: 102 kPa Hg
Tubo interior: goma sintética negra, resistente al aceite.
Solamente para el retorno del aceite hidráulico o para usos
Refuerzo: malla de fibra, una capa. Cubierta: goma sintética negra, resistente al aceite y los abrasivos.
Tubo interior: goma sintética negra resistente al aceite. Refuerzo: dos capas de malla de fibra. Cubierta: goma sintética negra resistente al aceite y los abrasivos.
Tubo interior: goma sintética negra resistente
Conducciones de aceite, gas-oil, o agua.
al aceite. Refuerzo: una malla de alambre de acero tensil. Cubierta: goma sintética negra resistente al aceite y los abrasivos.
Temperaturas que resiste: -40'C a 120'C.
TUBOS DE ALTA PRESION Aplicación
Estructura
generales en la conducción de gas-oil, gasolina, agua, mezclas anticongelantes, aire y otras sustancias químicas. Temperaturas que resiste: -400C a 1200C. Solamente para el retorno de¡ aceite hidráulico o para usos generales en la conducción de gas-oil, gasolina, agua, mezclas anticongelantes, aire y otras sustancias químicas. Temperaturas que resiste: -400C a 1200C.
Tubo interior: goma sin tética negra resistente al aceite. Refuerzo: dos o más mallas de alambre de acero tensil. Cubierta: goma sintética negra resistente al aceite y a los abrasivos. Tubo interior: goma sintética negra. Refuerzo: dos o más mallas de alambre de acero tensil. Cubierta: goma sintética verde resistente al aceite y a los abrasivos.
Tubo interior: goma sintética negra resistente al aceite. Refuerzo: espirales múltiples de alambre de acero tensil y una malla de una malla de fibra. Cubierta: goma sintética negra resistente al aceite y los abrasivos.
Tubo interior: goma sintética. Refuerzo: dos mallas de fibra. Cubierta: goma sintética resistente al aceite y a los abrasivos.
Conducciones de aceite, gas-oil solución anticongelante o agua. Temperaturas que resiste: -40'C a 120'C.
Conducciones hidráulicas para soluciones a base de fósfo-esteres (no deben emplearse para aceites minerales). Temperaturas que resiste:
TUBOS DE MUY ALTA PRESION
NO SE RECOMIENDAN para el circuito de aceite a presión de los sistemas hidráulicos. Esta es la razón de que no se incluyan en el cuadro de tubos flexibles recomendados para diversas presiones de trabajo.
Aplicación
Temperaturas que resiste: -40'C a 95'C
NOTA: Los tubos flexibles para alta presión de/ primer tipo se emplean mucho en los sistemas hídráulícos de las máquinas agrícolas e industriales.
Estructura
Estructura
Conducciones de aceite, gas-oil, gasolina o agua.
-40'C a 95'C
NOTA IMPORTANTE: Los tubos de BAJA presión
TUBOS DE PRESION MEDIA
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Aplicación Conducciones hidráulicas o de gas-oil. Temperaturas que resiste: -400C a 950C
NOTA IMPORTANTE.- Los tubos flexibles para muy altas presiones se emplean en circuitos donde se producen puntas de presión muy altas. Estas picos de presión originan puntos débiles en las mallas de alambre de los tubos flexibles menos reforzados. El refuerzo a base de espirales de alambre que llevan
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Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
los tubos para muy altas presiones, no se debilita por las puntas de presión. Resumen: Modo de seleccionar el tubo En el cuadro que figura a continuación se indica la clase de tubo flexible que se requiere para trabajar a distintas presiones. Conocida la sección del tubo que se necesita, se busca en una de las tres columnas la presión más próxima. Si esta se encuentra en la primera columna, se deberá emplear un tubo de presión media. Si en la segunda columna, un tubo de alta presión y si en la tercera columna, un tubo de muy alta presión.
presión, cuando es demasiado corto, o que quede muy suelto y expuesto a ser averiado por piezas móviles, cuando es muy largo. El ROZAMIENTO desgasta la cubierta de¡ tubo, debilita las capas de refuerzo y es causa de averías prematuras. Los tubos flexibles deben fijarse con abrazaderas para que no se rocen, o aislarse con protectores.
CUADRO DE TUBOS PARA DIFERENTES PRESIONES DE TRABAJO Sección 1. emplear tubo 2. emplear tubo 3. emplear tubo de/ tubo para presión para ALTA pre- para MUY ALTA en mm MEDIA, una sión, multiples presión con espi malla de alammallas de alamrales de alambre, bre, con prebre, con precon presiones siones de siones de de trabajo de: trabajo de: trabajo de: kPa kPa kPa
6.4 10 13 16 19 25 32 38 50
20685 15511 13790 12066 10342 5516 4134 3448 2413
34475 27580 24 132 18961 15507 12926 11 204 8618 7756
34475 27580 20685 20685 20685 20685 1207
Nótese nuevamente como los tubos flexibles más largos se recomiendan para presiones más bajas que los más cortos de la misma construcción. AVERIAS DE LOS TUBOS FLEXIBLES Siempre que un tubo flexible se averíe prematuramente, se tiene que examinar detenidamente en busca de grietas, pinchazos, rozaduras, calentamiento, torsión longitud inadecuada o tipo inadecuado para el trabajo que realiza. Es relativamente frecuente que los tubos flexibles presenten GRIETAS, que no siempre indican que el tubo ha quedado inservible. Lo que importa es la profundidad de la grieta. Estas deben revisarse periódicamente en los circuitos de alta presión. Los PINCHAZOS son a veces muy difíciles de encontrar. Aunque se pierda muy poco aceite por ellos, este se puede acumular con el tiempo aumentando el riesgo de incendio. La LONGITUD INCORRECTA de un tubo flexible hace que éste se estire en exceso por efecto de la
Fig. 7 - Abrazadera para tubo
El CALOR de¡ escape del motor y del radiador puede averiar los tubos flexibles. Por esta razón es preciso disponerlos de forma que pasen a distancia de las partes más calientes o se apoyen sobre defensas que impidan el contacto directo con el hierro caliente. La TORSION del tubo puede estrangular el paso de aceite y averiar el tubo. Los tubos se fabrican de forma que se puedan doblar o flexionar, pero no está previsto que se puedan torsionar. La causa más frecuente de que un tubo quede torsionado es que se acople incorrectamente a una pieza en movimiento. Para corregir, en parte, esta situación se fija el tubo por medio de una abrazadera en el punto en que empieza la torsión. De esta forma se hace que el tubo se mueva en dos planos. Siempre que sea inevitable que se produzca cierto grado de torsión de¡ tubo, convendrá dejar éste lo más largo posible. Las averías por no ser el tubo de las CARACTERISTICAS CORRECTAS, se deben a que no se ha tenido en cuenta la sección adecuada o la presión a que tiene que trabajar el tubo. En este Capítulo se incluye una tabla para facilitar la selección de los tubos flexibles. En este aspecto resulta siempre contraproducente economizar. Un tubo de características insuficientes está expuesto a todas las averías mencionadas antes.
-1
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Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
El empleo de RACORES INADECUADOS, por su sección o por su tipo, también es causa de avería. En este mismo Capítulo se incluye más adelante un apartado sobre racores.
, las rozaduras, los codos muy agudos, el exceso o la falta de longitud de¡ tubo, el exceso de empalmes, el montaje invertido, etc. Siendo tantas las posibles causas de avería se hace indispensable evitarlas con un montaje correcto, siguiendo las instrucciones que se dan en este mismo Capítulo bajo el epígrafe 1nstalación de los tubos flexibles".
El COLAPSO de¡ tubo de aspiración se puede producir solamente en la capa más interna, cuando empieza a envejecer el tubo, obstruyendo el paso de¡ aceite, sin que se aprecie ninguna anomalía exterior de¡ tubo. El colapso de un tubo de aspiración se reconoce porque la bomba se vuelve ruidosa, falta presión de aceite o el sistema parece trabajar como si fuera de goma o no responde en absoluto.
En la instalación de tubos flexibles hay que atenerse a las seis normas básicas siguientes:
La MALA INSTALACION de los tubos flexibles es la causa principal de sus averías. Incluimos aquí la torsión ,
1. No dejar los tubos tirantes. Instálense siempre con un poco de holgura. Los tubos tensados se debilitan por efecto de la prisión.
1 - Mal
INSTALACION DE LOS TUBOS FLEXIBLES
2. EVITENSE LOS BUCLES
1. EVITESE LA TENSION DEL TUBO 2 - Bien
1- Mal
5. EVITESE EL CALOR 1 - Mal
2-Bien
6. EVITENSE LAS ANGULACIONES AGUDAS 2 - Bien
1 - Mal Fig. 8 - Instalación de tubos
2 - Bien
8-8
Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
2. Evítense los bucles. Mediante el empleo de conectores de empalme en ángulo se puede reducir la longitud de los tubos, se evitan los bucles y se consigue una instalación más limpia. 3. Evítese toda torsión. Los tubos se debilitan y los racores se aflojan durante el funcionamiento. Déjese suficiente longitud de¡ tubo libre donde haga falta. Apriétese el racor sobre el tubo y no el tubo sobre el racor. 4. Evítense las rozaduras. Fíjese el tubo mediante abrazaderas para que no pueda rozar por el movimiento de las piezas. Si no basta con esto, protéjase el tubo por medio de una coraza metálica.
En la Fig. 9 puede apreciarse de un solo golpe de vista como deben instalarse los tubos flexibles. Resumiendo podemos decir que instalando los tubos con buen aspecto, quedarán también instalados del modo más funcional posible. CONECTORES PARA TUBOS Los conectores para tubos o mangueras son de dos tipos: o Los
racores, que forman parte del tubo.
Adaptadores, que son una pieza separada que se utiliza para conectar el tubo flexible a otras bocas.
5. Evítese el calor. Manténganse los tubos alejados de¡ colector de escape y otras superficies calientes. Si el tubo no se puede alejar de estas zonas, protéjase con una pantalla. 6. Evítense las angulaciones agudas. El ángulo mínimo que puede formar el tubo depende de su fabricación, sección y presión a que trabaja. El fabricante suele indicar el ángulo mínimo admisible. Cuanto más reducida la presión, más se puede doblar un tubo. Siempre que sea posible se debe disponer el tubo en forma tal que se eviten angulaciones excesivas. Recuérdese que solamente el tubo es flexible. El racor no es flexible.
1 - Conector macho
2 - Conector hembra
Fig. 10 - Conectores macho y hembra
Los racores y adaptadores pueden ser machos o hembras y se acoplan mutuamente (Fig. 10). INSTALACION DE TUBOS
Los conectores se fabrican de acero, bronce, acero inoxidable y, para algunas aplicaciones especiales, de plástico. El acero es el más corrientemente empleado por ser el que mejor soporta las altas presiones y el calor.
Examinemos los distintos tipos de conectores. Racores para manguera Los racores para manguera o tubo flexible logran hacer un cierre hermético por alguno de los cinco sistemas ilustrados en la Fig. 11. Se emplean tanto racores rectos como en ángulo. Los racores en ángulo deben emplearse únicamente para llegar a puntos que tengan difícil acceso o para modificar la instalación del tubo flexible. Los racores para tubo flexible pueden ser permanentes o recambiables (Fig. 12). Los RACORES PERMANENTES se desechan juntamente con el tubo flexible, al que van fijos por un pliegue o remachados. Algunos distribuidores tienen máquinas estrechadoras de tubos con las que pueden fabricar conjuntos de tubos flexibles usando racores permanentes y mangueras de su stock cortadas al largo necesario (ver la Figura 13). Fig. 9 - Modo de disponer los tubos
8-9
Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
F3173A 1 - Cierre roscado metal contra metal - Cierre seco contra asiento cónico de 301
a - Cierre abocardado S.A.E. sobre cono de 45' b - Cierre abocardado J.I.C. sobre cono de 37'
3 - Cierre abocardado contra cono 4 - Cierre por junta tórica 5 - Cierre por junta tórica sobre brida hendida
Fig. 11 -
Cinco sistemas para conseguir un cierre hermético en los racores
Los RACORES RECAMBIABLES se atornillan o se fijan mediante abrazadera al extremo del tubo flexible. Se puede quitar y poner en el tubo nuevo, después de cortarlo a la medida. Cambiando la boquilla del casquillo, se puede cambiar el paso de rosca del racor. Como es natural, los racores recambiables son algo más caros que los permanentes.
Los racores para media y para alta presión no se diferencian en nada exteriormente, salvo por unas marcas especiales que llevan solamente los de alta presión. Estas marcas consisten en unas muescas como las que pueden verse en la Fig. 12 inferior.
PERMANENTE
RECAMBIABLE
Si no se tiene en cuenta esta indicación se producirán pérdidas de presión, calentamientos, roturas de los tubos flexibles y otras averías.
1 - Ca9quillo 2 - Tuerca hexagonal 3 - Boquilla
4 - Muesca 5 - Racor para presión media 6 - Racor para alta presión
Fig. 12 - Racores para manguera
8-10
Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
1. Corta el tubo flexible e insertar la virola en el extremo.
FUENTE DE POTENCIA: 1. Bomba manual 2. Bomba de aire 3. Bomba hidráulica
A - Virola B - Vástago
Sujetar el vástago en la prensa de tornillo y empujar el tubo flexible en el vástago.
3.
MAQUINA ESTRECHADORA DE TUBOS FLEXIBLES (instala racores permanentes en los tubos flexibles hidráulicos)
1 - Manguera con los racores insertados para estrecharlos 2
Dedos de terraja (Estrechar el racor)
3 - Estrechar la perilla de¡ indicador 4 -Desde la fuente de potencia 5 -Cilindro con ariete
Empujar la virola contra el vástago.
4. Conectar la máquina a la fuente de potencia, ajustar los dedos de la terraja y el tope de profundidad. Para estrechar el tubo flexible, insertar el conjunto de¡ tubo flexible y empujar el ariete hacia arriba al ajuste. Aliviar la presión y sacar el tubo flexible. C - Tubo
F 3174 A
D - Palanca de mano
E - Máquina
Fig. 13 - Instalaciones de los racores premanentes usando una máquina estrechadora de tubos flexibles típica
Instalación de los racores perrnanentes Los racores permanentes se instalan usando una máquina estrechadora de tubos flexibles (Fig. 13). La máquina estrechadora puede accionarse por una bomba manual, una bomba de aire o una bomba hidráulica. Tal como se muestra en los insertos de la Fig. 13, el tubo flexible se corta, monta en sus racores, se inserta en la máquina y se estrecha.
seguir las instrucciones específicas dadas con el manual para la máquina estrechadora. Solamente hemos mostrado una unidad típica. Instalación de racores recambiables Los racores recambiables se montan con ayuda de herramientas de mano y un tornillo de banco. Para baja presión se emplean racores sin casquillo, como el que puede verse en la primera columna de la Fig. 14.
El estrechamiento verdadero lo hacen los dedos de terraja accionados por el ariete del cilindro.
Los racores para presión media (columna del centro) y para alta presión (columna de la derecha) son todos de casquillo y boquilla.
Los dedos de terraja se ajustan para el tamaño de¡ tubo flexible, mientras que el tope de profundidad se ajusta al largo adecuado del racor. Asegurarse de
Hay que cerciorarse siempre de que se han apretado bien los racores porque el reventón de un tubo flexible de alta presión puede ser muy peligroso.
Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
SIN CASQUILLO Baja presión
CASQUILLO Y BOQUILLA (Presión media, una capa de malla de alambre)
INSTALACION
1. Cortar el tubo con un cuchillo afilado y aceitar el interior de¡ tubo y la boquilla de¡ racor.
2. Introducir la boquilla en el tubo hasta que haga tope. DESMONTAJE
1. Cortar el tubo con una sierra fina. Biselar el extremo de¡ tubo si fuera necesario. Enroscar el tubo en el casquillo girandole en sentido contrario a más manecillas de¡ reloj, hasta que haga tope; desenroscar 1/4 de vuelta.
2. Para terminales machos: introducir el mandril de montaje (de tamaño adecua do) en la boquilla y aceitar la rosca de la boquilla, el útil de montaje y el interior
1. Cortar el tubo hasta el final de la boquilla. 3. Para terminales hembra, enroscar la boquilla en el sentido de las agujas de¡ reloj, en el casquillo, hasta el tope.
8-11
CASQUILLO Y BOQUILLA (Alta presión - muesca en el casquillo; varias capas de malla de refuerzos)
1. Cortar el tubo a la longitud deseada. Si fuera necesario quitar la cubierta protectora, se da un corte circular que profundice hasta la malla metálica y después otro longitudinal, separando ahora el trozo de cubierta protectora. Limpiar la malla con un cepillo de alambre blando. No deshilachar la malla.
2. Enroscar el extremo pelado de¡ tubo en el casquillo en sentido contrario a las agujas de¡ reloj, hasta que haga tope.
3. Aceitar la rosca de la boquilla y el interior de¡ tubo. Emplear grasa para los tubos de mayor sección.
2. Doblar el tubo y sacarlo de un tirón seco. 4. Para terminales hembra, apretar la boquilla y la tuerca en el útil de montaje. Enroscar la boquilla en el casquillo en el sentido de las agujas de¡ reloj. Dejar una holgura de 0.76 mm a 1.5 mm entre tuerca y casquillo. Fig. 14 - Instalación de racores recambiables
4. Enroscar la boquilla en el casquillo de¡ racor en el sentido de las agujas de¡ reloj. Dejar una separación de 0.76 mm a entre tuerca y casquillo. F 3175
8-12
Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
F 3176
1 - Conexión sobre un componente 3 - Conexión a través de un manparo Fig. 15 - Cuatro aplicaciones de lo
Adaptadores para tubo flexible Se llama adaptador una pieza separada que se utiliza para conectar un tubo flexible a una boca o a otro racor. Como quiera que casi todos los componentes hidráulicos llevan bocas con rosca cónica para tubería, se tienen que enroscar en éstas, adaptadores con objeto de poder conectar a éste el racor del tubo flexible.
Los adaptadores tienen cuatro aplicaciones principales (Fig. 15): Conexión sobre un componente Empalme de varios tubos flexibles o
Conexión a través de un mamparo (para fijar la tubería conectada al tubo flexible)
o
Como reductor, en lugar de un casquillo.
Instalación de los adaptadores Además de las reglas que ya hemos dado para la instalación correcta de los tubos flexibles, hay doce reglas más para instalar bien los adaptadores, que son estas: 1 . La presión de trabajo del adaptador debe ser la misma que la del tubo flexible conectado a él.
2 - Empalme de varios tubos flexibles 4 - Reductor adaptadores para tubo flexible
2. Al instalar un adaptador hay que cuidar de que lleve su junta. 3. Siempre que sea posible se deben emplear adaptadores abocardados o racores acodados para tubo flexible, en lugar de adaptadores para tubería. 4. La disposición de las tuberías se deben mejorar por medio de adaptadores angulados de 450 y 90'. 5. Montar primero la pieza macho del adaptador sobre el tubo flexible, y después la pieza hembra. 6. Apretar la tuerca de unión únicamente hasta que haga buen cierre - no apretarla demasiado. 7. Apretar únicamente la tuerca y no el casquillo. 8. Aplicar una pasta hermética únicamente sobre la rosca macho - cerciorarse de que la pasta es compatible con el aceite hidráulico. 9. Hacer el montaje con llaves fijas y no con tenazas para cañería. 10. Para no torsionar el tubo, se deben emplear dos llaves fijas. 11 . Se debe apretar el racor sobre el tubo y no el tubo sobre el rácor. 12. Como regla general se debe apretar primero el racor con los dedos hasta que no vaya más, dándole
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después un tercio de vuelta más con la llave fija. Si pierde, se aprieta un cuatro de vuelta más. Fallas de los adaptadores para manguera La falla más corriente de¡ adaptador consiste en que pierde. Suele ser la consecuencia de¡ mal estado de su rosca, de la junta tórica o de la adaptación.
8-13
presión de los sistemas hidráulicos. Hay dos tipos de tubo de acero: sin costura y soldados a la eléctrica. Los tubos sin costura se obtienen por estiramiento en frío de lingotes perforados. El tubo soldado se hace enrollando una chapa de acero en frío, soldándola y estirándola.
En algunos casos el racor pierde por estar mal montado sobre el extremo de la manguera. También fallan los adaptadores y los racores por apretar demasiado la tuerca quedando floja la rosca de¡ tubo. Otra causa de averías suele ser el aplicar pasta hermética en exceso, con lo que se reduce el paso y se contamina el aceite. Los casquillos de los adaptadores o de los racores se pueden agrietar cuando son de baja presión y se instalan en un circuito de alta presión.
TUBERIAS DE ALTA Y BAJA PRESION Las tuberías para baja presión son más fáciles de doblar y abocardar, requieren menos racores, se pueden volver a utilizar y tienen menos pérdidas. Las de alta presión tienen la ventaja de ser más baratas y más fáciles de instalar cuando se tienen que unir dos puntos en línea recta. Se emplean más para instalaciones permanentes. Tanto uno como otro tipo de tuberías tienen que ser de la sección necesaria para que no se produzcan pérdidas.
CARACTERISTICAS DE LAS TUBERIAS Las tuberías de alta presión para sistemas hidráulicos se hacen de acero estirado en frío, sin costuras. En los sistemas hidráulicos NO deben emplearse tuberías de hierro galvanízado, porque la capa de zinc se puede desprender y averiar válvulas y bombas. La tubería se puede fabricar de diversos materiales: Cobre - el cobre se emplea sólo para tuberías de baja presión. También el inconveniente de que se torna quebradizo al abocardarlo o al calentarlo a altas temperaturas. Aluminio - también se emplea únicamente en tuberías de baja presión, pero con la ventaja de que se abocarda y se dobla muy bien. Plástico - se emplea únicamente para tubería de baja presión, siendo el nylon el más adecuado. Acero - el tubo de acero estirado en frío es el que se emplea hoy normalmente en los circuitos de alta
1 - Tubería de alta presión
2 - Tubería de baja presión
Fig. 16 - Dos tipos de tuberías
SELECCION DE LA TUBERIA El grosor de la pared determina la presión que es capaz de soportar la tubería. Ahora bien, al cambiar una tubería no basta tener en cuenta la presión a que trabaja, sino que también hay que respetar su sección.
Recuérdese siempre que: La falta de sección de la tubería provoca caídas de presión, reduce el flujo y provoca el calentamiento - causa de que se pierda potencia. El exceso de sección de la tubería encarece ésta y hace que ocupe más espacio. Cerciorarse siempre de que las tuberías y las mangueras o tubos flexibles son capaces de soportar la misma presión dentro del mismo circuito hidráulico. Su sección interior debe ser la misma.
FALLAS DE LAS TUBERIAS Las tuberías de buena calidad rara vez sufren averías. Evítense las abrazaderas flojas, causa de vibraciones.
Revísense las tuberías que hayan podido sufrir golpes o el impacto de objetos punzantes. Examínense en busca de "puntos húmedos" que podrían indicar la presencia de un pequeño poro en la tubería.
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INSTALACION DE LAS TUBERIAS 1 . Siempre que se cambie una tubería, emplear otra de idénticas características. 2. Siempre que sea posible, se evitarán las uniones en línea recta, especialmente si la separación entre los puntos que une la tubería es poca. Una tubería recta y corta no tiene "sitio" para alargarse o contraerse con los cambios de temperatura y de presión. 3. Cuando se instalen tuberías muy largas se deberán fijar mediante cartelas y abrazaderas para que no queden sometidas a tensiones. Todos los componentes o racores de algún peso se tienen que atornillar para que no graviten sobre la tubería.
d. Que las tuberías largas se apoyen en cartelas o se fijen mediante abrazaderas. El aspecto de la instalación es mejor si se agrupan varias tuberías en un mismo punto de fijación. e. Que no atraviese la tubería chapas o mamparos, siempre que se pueda evitar. Si tiene que atravesar algún mamparo, se dispondrá un adaptador para facilitar el desmontaje y dar a la tubería un punto de apoyo más.
4. Instalar la tubería M modo siguiente: a. Poner los racores o adaptadores sobre los componentes que han de conectarse por medio de la tubería.
4. Cuando una tubería tenga que atravesar un mamparo, se utilizará un adaptador que la fije a éste. De esta manera se facilita el desmontaje y se da un punto más de fijación a la tubería. 5. Al instalar una tubería nueva hay que cerciorarse de que no contiene óxido ni incrustaciones. Para dejar su interior limpio y brillante se emplea el decapado por chorro de arena o por baño en ácido. INSTALACION DE LAS TUBERIAS DE BAJA PRESION 1. Siempre que se cambie una tubería emplear otra de idénticas características. 2. Emplear el menor número posible de racores, doblando convenientemente la tubería. No usar sustitutos.
A - Tubo bien doblado B -Codo aplanado
C - Codo abollado D - Codo arrugado
Fig. 17 - Tubo bien y mal doblado
3. Planear la instalación de la tubería de forma que se cumplan las siguientes condiciones:
b. Que no estorbe el trabajo de¡ operador de la máquina, ni el acceso a puertas o mandos, y que no sobresalgan mientras sea posible.
b. Presentar la tubería y decidir en que punto se va a doblar para acoplarla. Emplear una herramienta idónea para doblar tubos, con objeto de evitar que al doblarlo quede como se ilustra en la Fig. 17. El tubo debe doblarse con precisión y sin arrugarlo para que no quede reducida su sección. Por regla general, el radio de la curva de¡ tubo deberá ser, como mínimo, de tres a cinco veces su diámetro.
c. Que no unan dos puntos en línea recta. Estas líneas rectas son difíciles de instalar y no se les deja sitio para que se alarguen o contraigan.
c. Guiarse por la Fig. 18 para instalar las tuberías convenientemente.
a. Que se tenga que doblar pocas veces y en ángulos poco cerrado.
Fig. 18 - Instalación de tuberías
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CONECTORES PARA TUBERIA Las tuberías se conectan normalmente haciéndoles una rosca por fuera y enroscándolas en un taladro de rosca cónica. Para aplicaciones hidráulicas se han normalizado dos tipos de rosca: la "American Standard Tapered Thread (NPT)" y la "Dryseal American" o "National Taper Pipe Thread (NPTF)". En la rosca NPT el cierre hermético lo hacen los flancos de la rosca, por lo que requieren una pasta hermética. En la rosca l\IPTF las crestas tocan en los fondos antes que en los flancos de las roscas. El cierre hermético se hace al aplastarse las crestas de la rosca. Las roscas herméticas NPT y NPTF son intercambiables, pero para obtener un buen cierre con la segunda de ellas, es preciso que el macho y la hembra se correspondan exactamente. Además de estos tipos de rosca especiales para lograr un cierre hermético con o sin pasta, las tuberías pueden conectarse también mediante racores con contratuerca. Estos racores llevan una tuerca con una junta tórica de Teflón. Al apretar la tuerca, ésta hace el cierre hermético y mantiene el racor en su posición.
Los racores para tubería son de diversos tipos y pueden ser machos o hembras. Se fabrican de los siguientes materiales: 1. De bronce, en tamaños pequeños, para presiones bajas y media. De hierro fundido, para grandes tamaños y presiones bajas o medias. 3. De acero, de diversos tamaños, para altas presiones.
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de la rosca macho. No aplicar jamás pasta hermética a la rosca hembra. Cerciorarse de que la pasta es compatible con el líquido hidráulico y no emplear nunca goma laca.
RACORES PARA TUBERIA Casi todos los racores van montados de forma que se puedan apretar mientras el tubo permanece fijo. Son muy pocos los tubos que llevan el racor soldado.
Existen muchos tipos de racores pero en lo que se diferencian, principalmente, es en la forma en que hacen el cierre hermético. Los hay de dos tipos de cierre: Abocardados y de boca recta (Fig. 19). Racores abocardados Estos racores se emplean con tubos de paredes finas que son fáciles de abocardar. El cierre hermético se hace por el contacto de metal contra metal.El extremo abocardado M tubo queda aprisionado entre dos superficies adaptadas al apretar el racor sobre la boca a la que se acopla. El ángulo del abocardado puede ser de 37' ó de 45'. El abocardado de 37' es el normal en los sistemas hidráulicos para equipos agricolas e industriales y sólo se emplea con tubo de acero. El abocardado a 450 lo emplea mucho la industria de¡ automóvil en circuitos de baja presión con tubos de bronce.
Los racores abocardados son de varios tipos (Fig. 19). 1. El racor normal de TRES PIEZAS ABOCARDADO con cuerpo, casquillo y una tuerca que pasa sobre el tubo. El casquillo flotante deja cierta holgura entre la tuerca y el tubo, centra el racor y hace las veces de arandela de freno cuando el conjunto ha sido apretado. Sus ventajas son esta acción de freno de¡ casquillo y el hecho de que el tubo abocardado no gira al apretar el conjunto.
Instalación de los conectores para tuberías Los siguientes consejos son muy útiles para acopiar correctamente las tuberías: 1. La rosca de las tuberías debe hacerse con buenas terrajas, bien afiladas y un buen aceite para cortar. 2. Límpiese toda la viruta de¡ interior y M exterior de la tubería. 3. Límpiense a fondo las tuberías y los racores.
2. El racor ABOCARDADO DE DOS PIEZAS que en lugar de casquillo lleva una tuerca cónica que centra el extremo abocardado de¡ tubo y hace el cierre hermético sobre éste. Este racor tiene el inconveniente de que al apretarlo, la tuerca no resbala bien sobre el abocardado y tiende a hacer un cierre desigual. Esta misma fricción puede causar una ligera torsión M tubo.
4. Empalmar mediante adaptadores en los puntos convenientes para facilitar más tarde el desmontaje.
3. Los racores con ABOCARDADO INVERTIDO llevan un abocardado a 450 por dentro M cuerpo de¡ racor. Este tipo se emplea, principalmente, en la industria del automovil.
5. Cuando se emplee pasta para hacer el cierre hermético, se aplicará únicamente sobre los dos tercios
4. Los racores con AUTO - ABOCARDADO llevan
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-Tres clases de racores abocardados a -Abocardado invertido
1 - Racor normal abocardado de tres piezas, de asiento a 37o 2 - Racor sin abocardar. Es un racor de compresión modificado Fig. 19 - Racores abocardados para tubería
un manguito en forma de cuña. Al apretar la tuerca, la cuña abocarda el tubo contra un resalte del cuerpo del racor. Este tipo de racor es muy robusto y soporta las vibraciones sin aflojarse, aunque esté poco apretado.
3. Los RACORES DE COMPRESION se emplean únicamente con tubos de paredes finas. Arrugan la boca del tubo para hacer el cierre hermético. Tienen el inconveniente de que las vibraciones pueden aflojar la tuerca.
Racores sin abocardar
En otro tipo de racor de compresión se consigue un cierre hermético doble arrugando el tubo en dos puntos, entre la tuerca y el cuerpo del racor. Este tipo solamente se puede emplear con tubo de paredes muy finas, donde no hay vibraciones y la presión de trabajo es baja.
La ventaja del racor sin abocardar es que no requiere ninguna herramienta especial para abocardar el extremo de¡ tubo. Hay racores prácticamente para todas las medidas de tubos y se pueden volver a utilizar. Los racores para tubos sin abocardar son de tres tipos básicos:
1. Los RACORES DE VIROLA son los más corrientemente empleados. Constan de tres piezas cuerpo, tuerca y virola. La virola en forma de cuña se hunde en el cuerpo a¡ apretar la tuerca, haciendo un cierre perfectamente hermético. Al mismo tiempo el borde de la virola corta la pared del tubo haciendo otro cierre hermético.
2. Los RACORES INVERTIDOS SIN ABOCARDAR llevan también una virola, pero esta sólo hace el cierre contra un resalte del cuerpo. Para apretar la virola se emplea una tuerca con rosca macho. La ventaja de este tipo de racor es que tiene un punto menos por donde pueden producirse pérdidas.
4. Los RACORES CON JUNTA TORICA tienen la ventaja de que se puede cambiar la junta, que es la única que hace el cierre hermético. Tienen la ventaja de que no importa cual sea el estado del extremo del tubo, porque el cierre hermético no se hace en ese punto.
Apretado de los racores La regla más importante que es preciso no olvidar cuando se aprietan racores es la siguiente: apretar solamente lo suficiente para que el racor no pierda. No apretar nunca demasiado. Siempre que sea necesario se deben emplear dos llaves fijas para no torsionar el tubo al apretar el racor.
Depósitos, enfriadores de aceite
mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
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Cuando un racor comienza a perder y está flojo, se tiene que apretar de nuevo únicamente hasta que deje de perder.
hidráulicos rápidos tiene que taparse con un capuchón para que no entre polvo cuando no están en servicio.
Se causan más averías por apretar excesivamente los racores, que por otras muchas causas.
Los acoplamientos rápidos se componen de dos mitades: el cuerpo lleva un cono cargado por un muelle, mientras que la otra mitad levanta el cono de su asiento y abre el paso de aceite cuando es insertada sobre la primera mitad. Un dispositivo mecánico mantiene las dos mitades unidas.
En el cuadro de la página siguiente se indica el par de apriete de los racores para tubo abocardado. APRIETE DE RACORES ABOCARDADOS
Hay cuatro tipos básicos de acoplamientos rápidos: Diam. ext. del tubo
Tuerca (mm)
Vueltas después de apretar con los dedos
Apriete N -m
Primer montaje
9 De
doble cono o De manguito y cono
Remon taje
* De cierre deslizante 4.8 6.4 8 9.5 12.7
11.1 14.3 15.9 17.5 22.2
15.9 19
25.4 31.8
14 14 14-20 27 41-54
1/3vuelta 1/4vuelta 1/4vuelta 1/4 vuelta 1/6 1/4vuelta
108-150 135-163
1/4 vuelta 1/4vuelta
1/6 vuelta 1/12 vuelta 1/6vuelta 1/6vuelta 1/12 vuelta 1/6vuelta 1/6vuelta
ACOPLAMIENTOS HIDRAULICOS RAPIDOS Los acoplamientos hidráulicos rápidos se emplean siempre que es preciso conectar o desconectar con frecuencia circuitos hidráulicos. Son unos dispositivos que hacen el cierre hermético automáticamente y ahorran dos válvulas de cierre y un acoplador para tubo flexible.
Estos acoplamientos son sencillos y rápidos y reducen al mínimo las pérdidas de aceite. Más importante todavía es que no haya necesidad de vaciar o purgar el sistema hidráulico cada vez que se le acopla algún nuevo circuito. La boca de los acoplamientos
1 - Acoplamiento hidráulico rápido
0 Giratorio
de doble bola
El acoplamiento de DOBLE CONO (Fig. 20) lleva un cono que hace el cierre en cada mitad del acoplamiento. Estos conos cierran el paso de aceite cuando no hay conexión. Al hacer la conexión, cada cono levanta al otro de su asiento y abre el paso de aceite. Al hacer la desconexión, un muelle hace que cada cono cierre de nuevo antes de separarse las dos mitades. Las dos mitades del acoplamiento son retenidas por un collar de bolas mantenidas sobre una ranura circular exterior por un manguito externo cargado también por un muelle.
Los acoplamientos de CIERRE DESLIZANTE llevan una compuerta deslizante que cierra las dos bocas del acoplamiento al hacerse la desconexión. Este tipo de acoplamiento pierde más aceite cada vez que se desconecta del mismo un circuito hidráulico. Los acoplamientos de MANGUITO Y CONO llevan un cono en una mitad y una válvula tubular con manguito en la otra. Primero se inserta el manguito, con lo que se consigue un cierre más para evitar la pérdida de aceite o la entrada de aire.
2 - Desconectado Fig. 20 - Acoplamiento hidráulico rápido
3 - Conectado
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Depósitos, enfriadores de aceite, mangueras, tuberías, tubos flexibles y acoplamientos
1 - Boca de conexión 2 - Bolas (abiertas) 3 - Palanca de accionamiento
4 - Cerrado 5 -Abierto
Fig. 21 - Acoplamiento hidráulico rápido, de doble bola giratorio
El acoplamiento GIRATORIO DE DOBLE BOLA (Fig. 21) se conecta introduciendo la boca de conexión del circuito hidráulico en el cuerpo del acoplamiento al tiempo que se gira la palanca en el sentido que indica la flecha. La palanca abre a la vez las válvulas de bola del cuerpo del acoplamiento rápido y de la boca de conexión del circuito hidráulico. Al abrir ambas válvulas el aceite puede pasar al circuito acoplado. Al desconectar el circuito tirando del tubo flexible que lleva la boca de conexión, la palanca cierra las dos válvulas de bola evitando toda pérdida de aceite.
El dispositivo de retención de este tipo de acoplamiento es el mismo que lleva el acoplamiento de doble cono. Las dos mitades son retenidas por un collar de bolas mantenidas sobre una ranura circular de la boca que se conecta por un manguito externo cargado por un muelle.
El acoplamiento ilustrado en la Fig. 21 lleva un dispositivo que suelta automáticamente la conexión al tirar del latiguillo. (Así, por ejemplo, cuando el tractor arrastra un arado y éste se engancha en un tocón o en una roca, el enganche se suelta y los latiguillos no se estropean porque también se sueltan por el mismo tirón.)
9-1
JUNTAS HIDRAULICAS/CAPITULO 9
1 - Retén acopado 2 - Retén con brida 3 - Retén en U 4 - Retén en V
5 - Retén con labio de sellado cargado por un muelle 6 - Junta tórica
7 - Empaquetadura 8 - Cierre mecánico 9 - Junta metálica no expansiva 10 - Junta metálica expansiva
Fig. 1 - Tipos de juntas para cierre hidráulico
INTRODUCCION Ningún sistema hidráulico puede funcionar sin el cierre hermético necesario para mantener la presión dentro de él. Las juntas hidráulicas también impiden que penetre polvo y suciedad dentro de¡ sistema. Las juntas hidráulicas parecen objetos muy sencillos cuando se tienen en la mano. Pero en realidad son elementos complejos y de previsión que requieren un trato muy cuidadoso si han de cumplir bien su función.
EMPLEO DE LAS JUNTAS HIDRAULICAS Las juntas hidráulicas tienen dos aplicaciones principales: Como juntas herméticas estáticas - para hacer un cierre hermético entre partes fijas. Como juntas dinámicas - para hacer un cierre hermético entre piezas en movimiento. Las juntas estáticas pueden ser arandelas, más también juntas tóricas o empaquetaduras (Fig. 2). Entre las juntas dinámicas se cuentan los retenes para ejes y las empaquetaduras comprimidas. Este tipo de juntas pueden tener algo de fuga, siempre conveniente para la lubrificación de la misma junta.
1 - Junta estática
2 - Junta dinámica
Fig. 2 - Dos aplicaciones de las juntas hidráulicas
En este mismo capítulo nos hemos de ocupar más adelante con detalle de¡ empleo de las juntas y de los problemas que plantean.
9-2
Juntas hidráulicas
TIPOS DE JUNTAS Las juntas se pueden clasificar también por su forma o diseño (Fig. l). Vamos a describirlas.
JUNTAS TORICAS La sencilla junta tórica es la más corrientemente empleada en los sistemas hidráulicos de las máquinas agrícolas e industriales. Suele ser de goma sintética y se emplea como junta estática o dinámica. Las juntas tóricas se diseñan para que vayan alojadas en ranuras circulares donde son comprimidas (en un diez por ciento aproximadamente) entre dos superficies. Cuando se emplea como junta dinámica tiene que resbalar sobre una superficie pulida. Las juntas tóricas no se emplean cuando han de resbalar sobre orificios o ángulos estando sometidos a presión. Tampoco se emplean sobre ejes en rotación por el desgaste que sufren. En juntas estáticas sometidas a grandes presiones, se suelen reforzar por medio de un aro de apoyo para impedir que sean exprimidas hacia fuera de la ranura en que van alojadas. El aro o anillo de apoyo suele ser de fibra o de cuero, o bien de plástico o goma sintética.
1 - Empaquetadura 2 -Junta 3 - Junta
4 - Retén de aceite 5 - Junta tórica con aros de apoyo
Fig. 3 - Juntas que lleva un cilindro hidráulico
RETENES ACOPADOS Y CON BRIDA Los retenes acopados y con brida se emplean para hacer juntas dinámicas y se fabrican de cuero, goma sintética, plástico y otros materiales. El cierre se consigue por la expansión de un labio de¡ retén. Se emplean sobre los pistones y las bielas de los cilindros hidráulicos.
CIERRES MECANICOS Los cierres mecánicos se han ideado para resolver algunos de los problemas que plantean las empaquetaduras empleadas sobre ejes en rotación. Son juntas dinámicas hechas de caucho y metal. Las partes de la junta que rozan suelen ser de carbón o de grafito sobre un apoyo de acero.
RETENES DE SECCION EN U Y V Los retenes de sección en U y en V se utilizan para el cierre hermético dinámico de pistones y bielas en los cilindros, así como para ejes de bomba. Se fabrican de cuero, goma natural y sintética, plástico y otros materiales. Estos retenes se montan siempre con la cara abierta o labio mirando hacia el lado de la presión con objeto de que ésta aplique el labio contra la superficie haciendo un cierre hermético. Los retenes de este tipo se apilan y se embuten en cajas, empleándose sobre ejes en rotación, pistones y bielas de cilindros hidráulicos.
RETEN CON LABIO DE SELLADO CARGADO POR UN MUELLE Estos retenes son un refinamiento de los de sección en U o en V. El labio de sellado de goma lleva un aro de resorte que lo aplica contra la superficie que ha de cerrar. El retén suele ir en una caja metálica que se suele meter a presión en un taladro, donde queda fija. Este tipo de retén se emplea mucho para ejes en rotación. El labio se deja de¡ lado de¡ aceite. A veces se emplean retenes con labio de sellado doble para conseguir un cierre hermético por ambos lados.
El conjunto consta de una mitad exterior que se fija a la caja. La mitad interior se fija al eje en rotación y un muelle hace que las dos mitades de la junta se apliquen firmemente una contra otra. Un aro de goma (con brida) o un diafragma confieren al conjunto la necesaria flexibilidad lateral. JUNTAS METALICAS Las juntas metálicas empleadas en pistones y bielas son muy parecidas a los segmentos de los pistones de los motores de combustión interna. Pueden ser expansivas o no expansivas. Cuando se emplean como juntas dinámicas, suelen fabricarse de acero. Las juntas metálicas no expansivas tienen que mecanizarse con alta precisión para que no pierdan demasiado. Las juntas metálicas expansivas (montadas sobre pistones) y las retráctiles (montadas sobre las bielas de los pistones de los cilindros hidráulicos) sufren una fricción moderada y tienen pocas pérdidas. Las juntas metálicas de precisión no suelen tener pérdidas y son muy aptas para trabajar a temperaturas muy altas.
Como quiera que las juntas metálicas pierdan más líquido que los otros tipos de juntas, necesitan llevar por fuera otra junta que recoja el líquido que se vacía por unos orificios de drenaje externos.
Juntas hidráulicas
EMPAQUETADURA PRENSADA La empaquetadura prensada se emplea para juntas dinámicas. Puede ser de plástico, amianto, borra de algodón o metales flexibles. La empaquetadura prensada tiene las mismas aplicaciones que los retenes de sección en U o en V. Se suele fabricar en rollos o en tubos de los que se corta el grosor necesario. La empaquetadura prensada se emplea únicamente para bajas presiones. Es importante que se lubrifique para que no desgaste las piezas en movimiento, por fricción.
JUNTAS METALO-PLASTICAS
9-3
ejemplo es conveniente que haya una pequeña pérdida para que se forme una película que lubrifique el eje en rotación. En la práctica se considera que una junta hermética no pierde cuando, habiendo estado en funcionamiento continuo, es muy difícil encontrar fugas o pérdidas de aceite. Es decir, cuando no se forman gotas ni manchas de aceite.
Claro está que las fugas internas son siempre mucho m1s difíciles de descubrir, requiriéndose para ello aparatos de prueba especiales. La buena utilización de las juntas requiere que se emplee siempre la más adecuada para cada caso y que se instale correctamente. Casi todas las juntas son frágiles y se estropean fácilmente al montarlas.
Este tipo de juntas sólo tiene aplicaciones estáticas. Hacen el cierre hermético al ser comprimidas entre las superficies y moldearse sobre éstas. Para que el cierre sea efectivo es preciso que la junta quede bien comprimida en todos los puntos por igual.
Por eso es necesario conservar la junta en su envase protector hasta el momento de instalarla. Deben guardarse en lugar fresco y seco y al abrigo de la suciedad. Las juntas deben tratarse como los rodamientos de precisión.
Este tipo de juntas pueden ser también de material no metálico y se fabrican de todas las formas y tamaños imaginables.
Una regla general que debe cumplirse siempre es la de cambiar todas las juntas que se han tenido que sacar de sus alojamientos al desmontar y despiezar cualquier componente hidráulico. El precio de varias juntas es muy reducido en comparación con lo que cuesta rehacer un trabajo en un sistema hidráulico para corregir fugas de aceite. MANTENIMIENTO DE LAS JUNTAS TORICAS Las juntas tóricas se deterioran fácilmente por aristas o ángulos afilados. También se estropean por el calor, por líquidos inadecuados, por falta de lubrificación o por haberse instalado mal (Fig. 4). Instalación de juntas tóricas 1. Cerciorarse de que la junta tórica que se va a instalar es compatible con el líquido hidráulico. De no tomar esta precaución, se descompondrá por la acción de¡ líquido y se agrietará o hinchará. 2. Limpiar cuidadosamente toda la zona antes de instalar las juntas tóricas.
SELECCION DE LA JUNTA ADECUADA PARA CADA APLICACION Al seleccionar una junta hermética para un sistema hidráulico hay que tener en cuenta varios factores. Entre estos se cuentan los siguientes: 1. La presión que ha de soportar la junta. 2. El calor a que estará expuesta. 3. El desgaste probable que sufrirá. 4. El líquido hidráulico no deberá atacarla. 5. Deberá hacer un cierre hermético sin aumentar la fricción de las piezas en movimiento. 6. No deberá desgastar ni raspar las superficies de metal pulido. En cada aplicación se plantean problemas diferentes, siendo esta la razón de que se ofrezcan hoy en el mercado tantos tipos diferentes de juntas y de que sea tan crítica la elección de la junta más adecuada. Por la misma razón se deben observar siempre al pie de la letra las recomendaciones de¡ fabricante de la junta hermética.
FALLAS DE LAS JUNTAS Y SOLUCIONES El sistema hidráulico más perfecto y complejo sigue dependiendo de la bondad de las juntas, por simples que sean, para su buen funcionamiento.
Una junta hermética perfecta no debe perder. Sin embargo, no siempre es conveniente que una junta no pierda nada. En aplicaciones dinámicas, por
3. Examinar la ranura en que van alojadas las juntas tóricas para alisar con una piedra muy fina cualquier borde cortante, muesca o viruta. Después limpiarla para eliminar todas las partículas metálicas. 4. Examinar los ejes o los carretes (si se usan) de distribución de las válvulas para alisar con una piedra fina los bordes cortantes de las estrías. Terminar de pulir con papel de esmeril fino. Volver a limpiar para eliminar todas las partículas metálicas. 5. Aceitar la junta tórica antes de instalarla. Emplear el mismo aceite o líquido del sistema hidráulico. Humedecer también con el líquido la ranura y el eje. 6. Instalar la junta tórica protegiéndola de las aristas vivas. No estirarla más de lo necesario.
9-4
Juntas hidráulicas
1 - Junta tórica gastada por falta de lubrificación 2 Junta tórica aplastada: por ser de calidad inadecuada 3 Junta tórica agrietada por exceso de calor 4 Junta tórica hinchada por atacarla el líquido
5 - Junta tórica retorcida al instalarla 6 - Junta tórica con cortes por aspereza de¡ eje o al instalarla 7 - Junta tórica sucia por haberia guardada mal o por contaminación de¡ sistema
Fig. 4 - Averías de las juntas tóricas
7. Alinear las partes con precisión antes de encajarlas para no retorcer la junta tórica. 8. Cerciorarse de que la junta tórica es de la sección necesaria para que quede ligeramente "comprimida" una vez instalada (Figuras 5 y 6). En aplicaciones dinámicas (Fig. 6) la junta tórica tiene que poder rodar dentro de su ranura. NOTA IMPORTANTE.~ Al instalar un carrete de distribucíón de válvula hay que tener mucho cuidado para no estropear las juntas tóricas. Las aristas vivas de los rebajes de/ carrete de distribución pueden cortar la junta si no se procede con el máximo cuidado.
Comprobación de las juntas tóricas instaladas Las juntas tóricas estáticas tienen que ser apretadas de nuevo después de haberse calentado la unidad al cabo de pocas horas de trabajo. Las juntas tóricas dinámicas deben hacerse rotar dentro de su alojamiento hasta que queden en posición neutral. Todas las juntas tóricas dinámicas deben perder una pequeñísima cantidad de líquido cuando están en rotación entre la junta y el eje que gira. De esta forma se alarga la vida útil de la junta al reducirse su desgaste.
Juntas hidráulicas
1 -Junta 2 - Tornillo de la caja 3 - Retén 4 - Eje
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5 - Pérdida por el taladro de la caja 6 - Pérdida por la junta de la tapa 7 - Pérdida por un tornillo
Fig. 7 - Puntos corrientes de pérdida de líquido
zar el trayecto de la pérdida de¡ líquido (Fig. 7). En algunos casos no es la junta la responsable de la pérdida de líquido. Este puede salir por tornillos flojos, grietas en las cajas o racores mal apretados. Examinar el exterior de la junta para ver si está húmedo o seco. En caso de estar húmedo hay que distinguir entre fuga de aceite y simple formación de una película lubrificante.
Desmontaje de las juntas Durante el desmontaje de la junta se tienen que seguir buscando las causas de la pérdida. La junta se debe examinar por fuera y por dentro. Las manchas indican por donde pierde. Fig. 6 - Aplicación dinámica de la junta tórica
MANTENIMIENTO DE OTROS TIPOS DE JUNTAS Las juntas herméticas modernas se fabrican de goma, cuero, plástico y otros materiales que requieren cuidados especiales. A continuación se indican los cuidados de carácter general que requieren estas juntas.
Examen de la junta en busca de pérdidas Antes de desmontar un componente hay que averiguar las causas de que perdiera líquido. De esta forma se ahorran reparaciones que hay que repetir cuando la causa de la pérdida no era solamente el mal estado de la junta. Antes de limpiar la zona de la junta, hay que local¡-
Fig. 8 - Retén dañado por asperezas de¡ eje
Todo retén desmontado debe examinarse antes de lavarlo para comprobar el estado de su labio de se
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Juntas hidráulicas
¡lado (Fig. 8). Este puede estar excesivamente desgastado, arrollado, presentar cortes y muescas o partículas incrustadas. En los retenes con labio cargado por un resorte hay que comprobar que el muelle no se ha movido de su asiento y no se ha deformado al instalar el retén. No despiezar ninguna unidad mecánica más que lo justamente necesario para cambiar los retenes defectuosos.
Revisión de ejes y taladros
1 - Labrado a máquina grosero 2 -Arañazos
3 - Marca de martillo
Fig. 11 - Condiciones de un taladro que pueden deteriorar un retén y causar la pérdida de aceite
1 - Labrado a máquina grosero 2 - Estrías o chaveteros con aristas cortantes - Oxido o incrustaciones 4 - Rayas Fig. 9 - Condiciones de un eje capaces de averiar un retén y causar pérdidas de aceite
Los ejes deben examinarse en busca de asperezas en la zona de contacto con el retén (Fig. 9). Búsquense también arañazos profundos o muescas que pudieran haberlo dañado.
Examinar también el taladro en que se mete el retén a presión (Fig. 1 l). Buscar en él rayas o muescas por las que pueda escapar el aceite. El labrado a máquina grosero de la superficie M taladro puede formar una espiral por la que se pierda el aceite. Las aristas de¡ taladro pueden dañar la caja metálica de¡ retén al meterlo a presión y ser así también causa de que pierda aceite. Compatibilidad de las juntas con los líquidos y las temperaturas de trabajo
Algunos líquidos hidráulicos atacan a los retenes, especialmente los labios de goma de éstos. Un aceite inadecuado puede endurecer o ablandar la goma sintética M retén y estropearlo de esta manera. Un labio de sellado de consistencia "esponjosa" es indicio de que el retén no es compatible con el líquido hidráulico. Si el retén es el recomendado por el fabricante, entonces es que se ha empleado un liquido hidráulico inadecuado (véase el capítulo 10). El endurecimiento M labio de sellado M retén lo puede provocar el calentamiento o la reacción química con un líquido inadecuado.
Fig. 10 - Las estrías o los chaveteros de un eje pueden estropear un retén instalarlo
Buscar la posibilidad de que las estrías M eje, un chavetero o una rebaba hayan podido ser la causa de un corte o de una muesca en el labio de sellado M retén al instalarlo (Fig. 10).
Fig. 12 - Labio de sellado averiado por el calor
El endurecimiento M labio de sellado en la zona de
Juntas hidráulicas
contacto con el eje (Fig. 12) suele ser el resultado de¡ calentamiento por el eje o por el líquido. Instalación de retenes
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la entrada de suciedad y pierde aceite como puede
1. Instalar únicamente el retén de¡ tipo recomendado por el fabricante de la máquina. 2. Emplear únicamente los líquidos recomendados en el manual de instrucciones de la máquina. 3. Conservar los retenes y los líquidos limpios de suciedad. 4. Antes de instalar un retén se debe limpiar cuidadosamente el taladro y el eje. Una vez limpios, se examinan en busca de deterioros. Con una lima o una piedra se ¡¡jan las rebabas y asperezas y se suavizan las muescas y rayas, terminando el trabajo con papel de esmeril fino. Después se vuelve a limpiar la zona para eliminar todas las partículas metálicas. En aplicaciones dinámicas la superficie de contacto M eje debe quedar pulida como un espejo. 5. Aceitar el retén, especialmente sus labios, para facilitar la instalación. Emplear el mismo líquido hidráulico para esta operación. Empapar también las empaquetaduras en el mismo líquido hidráulico antes de instalarlas.
1 - Penetración de suciedad
2 - Pérdida de aceite
Fig. 13 - Un retén inclinado en su asiento permite que entre suciedad y pierde aceite
6. Los retenes que lleven caja metálica se deben embadurnar por fuera con una fina película de pasta para retenes, con objeto de que no pierdan por el taladro. NOTA: Los retenes que ya vienen preparados, no necesitan esta pasta antes de meterlos a presion en su taladro. 7. Emplear la herramienta recomendada por el fabricante de la máquina para instalar el retén correctamente. Esto es muy importante cuando se trata de retenes que se meten a presión. Si no se dispone de una herramienta para golpear sobre el retén, ésta se puede improvisar con una pista de rodamiento que se aplique sobre la caja de¡ retén siendo de diámetro un poco más reducido o con un taco de madera. No emplear nunca para este trabajo herramientas afiladas.
8. Encajar bien las empaquetaduras prensadas sin aplicar demasiada fuerza. No prensarlas demasiado.
verse en la figura. Al meter el retén a presión hay que poner el cuidado necesario para no doblar ni alabear la superficie plana de la caja del retén. La deformación de la caja deforma también el labio de sellado del retén.
11. Después de instalar un retén se tiene que comprobar que el eje gira libremente, haciéndolo con la mano siempre que sea posible, antes de poner en marcha la unidad mecánica. 12. Evítese siempre que caiga suciedad y arenilla sobre las bielas de los cilindros hidráulicos y que esta sea arrastrada hacia el interior. Esta suciedad inutiliza rápidamente el retén y daña las superficies metálicas.
Comprobación del asiento de los retenes nuevos
9. Usar chapa fina enrollada, de la utilizada para cortar suplementos, para cubrir con ella las aristas vivas de las estrías de un eje al instalar un retén. Sobre la arista viva M frente de¡ eje se debe enrollar una lámina de plástico fina (de 0,1 a 0,25 mm de grosor) que se retira una vez instalado el retén.
Los retenes nuevos recién instalados sobre un eje necesitan rodar durante algunas horas para que su labio de sellado asiente bien sobre la superficie del eje. Durante este período de suavizado, el retén pule la superficie del eje sobre la que está aplicado y, a su vez, el eje suaviza el labio de sellado del retén, redondeando la superficie de contacto de éste.
10. Al meter el retén en su alojamiento hay que golpear por igual en todo su perímetro para no dejarlo "inclinado" (Fig. 13). El retén mal instalado permite
Durante este período puede haber una pequeña pérdida de aceite. Después de bien asentado el retén no debe tener pérdida apreciable.
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LIQUIDOS HIDRAULICOS/CAPITULO 10 INTRODUCCION El líquido hidráulico es el medio utilizado para transmitir la fuerza desde la bomba a los mecanismos que trabajan, tales como cilindros y motores hidráulicos. El líquido tiene tanta importancia como pueda tener cualquier otro elemento de¡ sistema hidráulico. En efecto, se estima que el 70 por ciento de las averías de los sistemas hidráulicos, se deben al empleo de líquidos inadecuados o de líquidos que contienen suciedad u otros agentes contaminantes.
NO EMPLEAR JAMAS líquidos para frenos en un sistema hidráulico proyectado para funcionar con aceite mineral. El líquido de frenos no es un derivado de¡ petróleo bruto y es totalmente incompartible con los aceites minerales.
Durante el desarrollo de un sistema hidráulico, los ingenieros estudian cuidadosamente los líquidos que podrían emplearse, con objeto de que su producto pueda llegar a funcionar con máxima eficacia y sin averiarse. Algunas veces incluso se tiene que desarrollar un nuevo líquido que reúna determinadas propiedades. Este es el motivo de que se tenga que emplear siempre el líquido que se recomienda en las instrucciones que acompañan a la máquina o mecanismo hidráulico.
FUNCION DEL LIQUIDO HIDRAULICO Como es natural, la primera función de¡ líquido hidráulico es la de transmitir la fuerza aplicada al mismo. Pero también tiene que cumplir otras funciones igualmente importantes. Tiene que lubrificar las piezas en movimiento, conservarse inalterado durante un largo período de tiempo, proteger las partes de la máquina de la oxidación y de la corrosión, no hacer espuma ni oxidarse él mismo y desprender con facilidad el aire, el agua y otros contaminantes que puede arrastrar. También tiene que conservar un grado de viscosidad adecuado dentro de un margen de temperaturas bastante amplio y, por último, tiene que ser fácil de adquirir a un precio razonable.
PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS HIDRAULICOS VISCOSIDAD
Fig. 1 - Los líquidos hidráulicos se obtienen mediante un alto grado de refinado M petróleo bruto
Al hablar de¡ líquido hidráulico nos referimos casi siempre a una aceite minera¡ muy refinado (Fig. 1) al que se le han añadido varios aditivos, unos para eliminar y otros para conferirle determinadas propiedades.
En este punto conviene hacer una advertencia.
Esta propiedad del líquido es de importancia capital para la adecuada transmisión de fuerza. La viscosidad indica la resistencia de¡ líquido a fluir. Dicho de otra manera, es la "densidad" de un líquido a una temperatura dada. La viscosidad se indica en la norma SAE (Society of Automotive Engineers) por unos números: 5W, 10W, 20W, 30, 40, etc. Todos los aceites minerales se hacen más fluidos al aumentar la temperatura y más densos al disminuir ésta. Si el líquido es demasiado fluido (poco viscoso), aumenta la posibilidad de que se produzcan pérdidas a través de juntas y retenes. Esto es particularmente cierto para las bombas modernas, válvulas y motores que se componen de piezas muy bien ajustadas para mantener la presión de¡ aceite dentro del sistema.
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Líquidos hidráulicos
Si el líquido es demasiado denso (muy viscoso) los elementos del sistema hidráulico trabajan perezosamente y consume potencia en hacer circular el líquido por el sistema. De la viscosidad de un líquido de penden también sus propiedades lubrificantes de las piezas en movimiento. La viscosidad se mide por el tiempo requerido para vaciar a través de un pequeño orificio, 60 centímetros cúbicos del aceite problema, calentado a 1000 C. La medida se puede efectuar con el viscosímetro de Saybolt o con el llamado cinemático (Fig. 2). El número SAE se determina comparando el tiempo invertido por el aceite problema en pasar por el instrumento de medida, con una tabla confeccionada por la Society of Automotive Engineers.
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1 - Baja 2 - Viscosidad 3 - Afta 4 - Aceite de alto índice de Vi
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Aceite mineral corriente Alta Temperatura
Fig. 3 - Comparación de la viscosidad de un aceite de alto índice de Vi con la viscosidad de un aceite corriente
que el líquido más adecuado será el que tenga el índice la viscosidad más alto, por lo que éste tiene mucha importancia cuando se ha de recomendar un líquido para sistemas hidráulicos. Mejorador del índice de viscosidad A pesar de que los aceites minerales cuidadosamente refinados, tienen un buen índice de viscosidad, para usos hidráulicos se les suele añadir un llamado mejorador del índice de viscosidad. Esta sustancia aumenta el índice de viscosidad del aceite hasta el punto en que se reducen al mínimo posible los cambios de densidad con los grandes cambios de temperatura.
REDUCCION DE LA FRICCION
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Fig. 2 - Viscosímetro de Saybolt (izquierda) y viscosímetro cinemático (derecha)
lndice de Viscosidad (V11) Este índice nos da la medida de la forma en que varía la densidad de un líquido con la temperatura. Un líquido que se haga muy denso a bajas temperaturas y muy fluido a temperaturas elevadas, tiene un índice Vi muy bajo. Por otra parte, si la viscosidad del líquido no se modifica apenas con la temperatura es porque su índice Vi es muy alto (Fig. 3). Como ya se dijo antes, la viscosidad más adecuada de un líquido es aquella que no produce pérdidas y lubrifica bien las piezas, permitiendo todavía que el líquido circule fácilmente por el sistema. Se comprende asi
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Fig 4 - Aro de una bomba de paletas desgastado por falta de lubrificación
Líquidos hidráulicos
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Casi todos los componentes de un sistema hidráulico se ajustan con gran precisión y necesitan ser lubrificados para no perder este ajuste (Fig. 4). Esta lubrificación necesaria se consigue con aceites capaces de penetrar en los reducidísimos espacios que quedan entre las piezas ajustadas y reducir la fricción entre éstas al mínimo. Un buen aceite tiene que tener también la propiedad de "adherirse" a las superficies, formando una película finísima, a pesar del calentamiento. Las buenas propiedades lubrificantes de un aceite aún tienen más importancia en muchas máquinas modernas en las que el líquido hidráulico se emplea con un doble fin hacer funcionar el sistema hidráulico y lubrificar el cambio, el diferencia¡ y otros órganos de la máquina. Los mejores aceites hidráulicos llevan un aditivo "para presiones extremadamente altas" que aseguran la buena lubrificación de piezas metálicas muy ajustadas que trabajan a presiones y temperaturas muy altas. Este aditivo reduce la fricción, el desgaste y el gripado.
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Fig. 6 - Estator de la bomba de paletas gastado y picado por un líquido contaminado
que por cada 10' C de aumento de la temperatura, se duplica la velocidad del proceso de la oxidación. Este hecho es el que obliga a incorporar un radiador para el aceite en algunos sistemas hidráulicos con objeto de mantener la temperatura de éste dentro de límites prudentes.
RESISTENCIA A LA OXIDACION
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Fig. 5 - Pistones de una bomba hidráulica radial rayados por un líquido contaminado
Todo el mundo ha visto como se oxidan los objetos de hierro, especialmente en ambientes húmedos; el hierro se combina con el oxígeno y forma una película de óxido. El óxido de hierro ya no tiene las mismas propiedades químicas que el hierro metal. Todos los aceites, lo mismo que el hierro, se combinan hasta cierto punto con el oxígeno del aire. Esta oxidación cambia también las propiedades del aceite. Se forman ácidos orgánicos que atacan las partes metálicas (Figuras 5 y 6) y las juntas y retenes del sistema hidráulico. Además de ácidos, se forman en el aceite cienos por la reacción entre el líquido y el aire. Ambas reacciones se aceleran por la presencia de agua y otros contaminantes tales como polvo, suciedad y partículas metálicas que el líquido puede llevar en suspensión. Este es el motivo de que tenga tanta importancia para el sistema hidráulico el sistema de filtrado del líquido. El calor es otro factor muy importante que favorece la oxidación. Se ha comprobado , por ejemplo,
Afortunadamente, los aceites cuidadosamente refinados a los que se añade un aditivo químico especial resisten con éxito la oxidación. Con el cuidado necesario para que no penetre la suciedad ni otros contaminantes, casi todos los modernos líquidos hidráulicos pueden funcionar durante muchas horas sin acusar los efectos deletéreos de la oxidación. Cuando no se emplean estos líquidos hidráulicos de alta calidad, específicamente recomendados por el fabricante de las máquinas, la oxidación del aceite plantea un problema muy serio. PREVENCION DE LA OXIDACION Y DE LA CORROSION
Un líquido hidráulico que tenga buenas propiedades anti-oxidantes, resistirá bien la oxidación y la corrosión causada por ésta (a condición de que se guarde limpio). A pesar de todo, siempre existe la posibilidad de que las partes metálicas se oxiden y sufran los efectos de la corrosión. Por efecto de la oxidación las partes metálicas aumentan de tamaño, mientras que la corrosión causada por ácidos o por fenómenos electroquímicos, rebaja el metal. Tanto una como otra son altamente nocivas para los mecanismos hidráulicos. El óxido forma asperezas (Fig. 7) que dañan los retenes y los ajustes de alta precisión. Se forma con más facilidad cuando la máquina está parada durante mucho tiempo y a veces en una sola noche. La corrosión es causa de holgura entre piezas ajustadas con precisión, y de pérdidas internas. Tanto la oxidación como la corrosión dan lugar al funcionamiento irregular del sistema hidráulico y a su desgaste prematuro.
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Líquidos hidráulicos
Los aceites minerales bien refinados no suelen hacer espuma con facilidad, a pesar de lo cual los buenos líquidos hidráulicos llevan un aditivo que frena la formación de espuma haciendo que las burbujas de aire se deshagan y desprendan con facilidad. Así es como se consigue que el líquido trabaje bien y lubrifique como debe.
SEPARACION DEL AGUA
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Fig. 7 - Leva de accionamiento de una bomba picada por el óxido
Los buenos líquidos hidráulicos llevan aditivos contra ¡a oxidación y la corrosión que neutralizan los ácidos y se adhieren a las partes metálicas, protegiéndolas de la oxidación y la corrosión. RESISTENCIA A FORMAR ESPUMA El funcionamiento de todo sistema hidráulico está basado en la propiedad de los líquidos de no ser compresibles. En efecto, el líquido se comporta como una barra de acero. Cualquier fuerza aplicada sobre un extremo de la columna de líquido, se transmite en el acto al otro extremo. Sin embargo, el líquido puede absorber aire, que es compresible. En muchos sistemas, el depósito está en comunicación con la atmósfera, que facilita al paso del aire al líquido. También puede entrar aire en el sistema a través de juntas y tuberías no herméticas o por haber bajado el nivel del líquido en el depósito por debajo de la boca de aspiración. En muchos sistemas se producen turbulencias que mezclan el aire con el líquido.
Contrariamente a la creencia popular, el aceite y el agua se mezclan. Esta mezcla es lo que se llama una "emulsión." Es casi imposible conservar un sistema hidráulico totalmente libre de agua. En el depósito de aceite entra vapor de agua que se condensa sobre las paredes y escurre en forma de gotas. También puede entrar este vapor de agua a través de minúsculos orificios y poros que pueda tener el sistema. La violenta agitación y la circulación del líquido que se produce durante el trabajo del sistema hidráulico, emulsifican rápidamente el agua con el aceite. Cualquier cantidad apreciable de agua que lleve el líquido en emulsión, es altamente perjudicial para el sistema. El agua emulsificada favorece la oxidación (Fig. 8) acelera la formación de ácidos y cieno y reduce las propiedades lubrificantes del líquido. Por otra parte, las emulsiones adquieren a veces las propiedades de una pasta pegajosa capaz de perturbar el funcionamiento normal de las válvulas y otras unidades.
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Los líquidos de buena calidad tienen la propiedad de "disolver" pequeñas cantidades de aire. La cantidad de aire disuelto aumenta con la presión y la temperatura. El aire disuelto en el líquido no perturba el funcionamiento del sistema. Pero si la cantidad de aire que se mezcla con el líquido es mayor de la que este es capaz de disolver, se forman burbujas que, al ser compresibles, perturban el funcionamiento del sistema hidráulico. También puede ocurrir que el aire disuelto a presión se desprenda formando burbujas al disminuir la presión. Así es como se forma la espuma que, además de ser causa del mal funcionamiento del sistema hidráulico, reduce la capacidad lubrificante del líquido.
Fig. 8 - Bomba de paletas equilibrada, oxidada por el agua del líquido hidráulico
OTROS CONTAMINANTES Huelga decir que un buen líquido hidráulico no debe contener otros contaminantes, tales como partículas metálicas, polvo, suciedad y cosas parecidas. Estas materias, además de deteriorar las piezas ajustadas con alta precisión, favorecen la nociva oxidación. El peligro de contaminación del líquido se evita empleando líquidos de calidad reconocida, almacenándolos con las debidas precauciones, empleando buenos filtros, manipulándolos correctamente y limpiando periódicamente el sistema hidráulico.
Líquidos hidráulicos
CONSERVACION DE LOS LIQUIDOS Como ya se ha dicho varias veces, la suciedad y la contaminación son los peores enemigos de cualquier sistema hidráulico. De la buena conservación del líquido depende el funcionamiento continuo y sin averías a pleno rendimiento de¡ sistema. Lo primero y principal es emplear únicamente el líquido recomendado por el fabricante de la máquina; después se tiene que revisar con la periodicidad recomendada, mantener el nivel correcto, filtrarlo como es debido y cambiarlo en el tiempo y en la forma recomendadas.
CAMBIO DEL LIQUIDO El vaciado periódico de todo el líquido de¡ sistema hidráulico es muy importante. Esta es la única manera de eliminar posibles contaminantes, productos de la oxidación tales como el cieno y los ácidos, y otras partículas que podrían dañar el sistema. En los modernos sistemas hidráulicos y a condición de emplear los líquidos recomendados, el cambio de líquido no se tiene que realizar con demasiada frecuencia y las recomendaciones del fabricante no son difíciles de cumplir por el usuario de la máquina. Muchos líquidos modernos se han refinado, filtrado y reforzado con aditivos de tal manera, que no es necesario lavar el sistema al cambiar el líquido. Sin embargo, en los casos en que el fabricante recomiende que se lave el sistema antes de llenarlo con líquido nuevo, se tiene que seguir atentamente sus instrucciones con objeto de que no queden residuos del aceite de lavado que puedan contaminar el líquido nuevo.
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Véase el capítulo 11 en que se describe la forma de vaciar, limpiar y lavar los sistemas hidráulicos.
FORMA DE CONSERVAR LIMPIOS LOS LIQUIDOS HIDRAULICOS Todos los buenos líquidos suministrados en latas o bidones, están perfectamente limpios y libres de contaminantes. Es al abrir los recipientes o al almacenarlos cuando el líquido se puede ensuciar o contaminar. Antes de abrir una lata o un bidón hay que cerciorarse de que la zona que rodea la boca está perfectamente limpia y no hay en ella polvo, hilos o agua. Los recipientes, embudos o mangueras utilizados para llenar el sistema hidráulico, tienen que estar perfectamente limpios.
Siempre que sea posible se deben guardar al abrigo de la intemperie los bidones que contengan líquidos para sistemas hidráulicos. Cuídese también de que el tapón roscado cierre bien. Los bidones dejados al aire libre se calientan por el sol y si el tapón roscado no hace un cierre hermético, al dilatarse el líquido por el calentamiento expulsa cierta cantidad de aire. Más tarde, al enfriarse el líquido, se contrae y hace el vacío aspirando aire que contiene humedad. Ya hemos descrito los efectos perjudiciales del agua condensada en los depósitos que contienen líquidos hidráulicos. Por este motivo se tiene que tener siempre bien apretado el tapón roscado de bidones y depósitos hidráulicos. El bidón se tiene que colocar de forma que no se pueda acumular agua cerca del tapón roscado (Fig. 9).
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Líquidos hidráulicos
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PRECAUCIONES NECESARIAS 1. Apretar bien el tapón roscado del bidón; darle unos golpes con un martillo de madera, en la forma ilustrada 2. Guardar los bidones al abrigo de la intemperie siempre que sea posible (en sitio abrigado, en invierno) o por lo menos
3. Bajo techado 4. Si se dejan a la intemperie, dejarlos tumbados 5. Si no se pueden tumbar, dejarlos inclinados
Fig. 9 - La contaminación por agua se evita con una buena técnica de almacenado
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MANTENIMIENTO Y CONSERVACION/CAPITULO 11 INTRODUCCION Los sistemas hidráulicos requieren poco trabajo de mantenimiento y conservación, porque el líquido los lubrifica y los protege contra las sobrecargas. Ahora bien, al igual que cualquier otro mecanismo, se le tiene que hacer trabajar correctamente. Cualquier sistema hidráulico se puede averiar por hacerlo trabajar a una velocidad excesiva, por dejar que se caliente demasiado, por dejar subir la presión en exceso o por dejar que el líquido se contamine.
1 - Falta de aceite en el depósito 2 - Filtro sucio
3 - Tubería de aspiración floja 4 - Aceite inadecuado
Fig. 2 - Causas principales de avería
Vamos a examinar algunos de los trabajos de conservación necesarios para el buen funcionamiento del sistema hidráulico.
MANTENIMIENTO GENERAL DEL SISTEMA Fig. 1 - Todas las máquinas responden a los buenos cuidados
El buen mantenimiento y conservación del sistema hidráulico evita muchas averías, Ateniéndose a un programa de cuidados periódicos se evitan muchos problemas y se previenen otros especiales. Se pueden corregir así pequeños problemas, antes de que sean la causa de grandes averías. En otros capítulos de este manual explican cómo se localizan las averías y como se pueden remediar. En el presente capítulo nos vamos a ocupar únicamente de cómo se debe cuidar el sistema hidráulico para conservarlo en las mejores condiciones de funcionamiento posibles. He aquí algunas de las causas principales de avería:
En este apartado se describen los trabajos de mantenimiento de carácter general para el óptimo funcionamiento del sistema hidráulico. IMPORTANCIA DE LA LIMPIEZA En todo trabajo sobre un sistema hidráulico tiene una importancia de primer orden la limpieza. ELIMINAR CUIDADOSAMENTE TODO VESTIGIO DE SUCIEDAD QUE PUEDA CONTAMINAR EL SISTEMA. Las pequeñas partículas metálicas o de otros cuerpos extraños pueden rayar las válvulas, agarrotar las bombas, obstruir los orificios y ser así la causa de gravosos trabajos de reparación. ¿Qué se puede hacer para conservar el sistema hidráulico limpio? Lo siguiente:
2. Filtros obstruidos o sucios.
el aceite limpio o Conservar el sistema hidráulico limpio o Mantener limpia la zona de trabajo
3. Tuberías de aspiración flojas.
o Extremar
1. Falta de aceite en el depósito.
4. Empleo de aceites inadecuados. Todas estas causas se pueden evitar conociendo el sistema y cuidándolo como requiere.
o Conservar
los cuidados al cambiar el aceite o rellenar.
Veamos ahora en detalle la manera de cumplir estos requisitos.
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Mantenimiento y conservación
CONSERVAR EL ACEITE LIMPIO
Fig. 3 - Conservar el aceite limpio X7602
Hágase todo lo posible por conservar el aceite limpio desde el primer momento. Elíjase un sitio limpio para guardarlo. Cuando se saque aceite del bidón, empléense únicamente recipientes limpios con tapa para llevarlo hasta la máquina. Emplear un embolo limpio con filtro de malla fina para llenar el depósito de la máquina. Es preciso contar siempre con el número necesario de embudos con filtro de malla y recipientes para el aceite perfectamente limpios. Guardar éstos en un armario al abrigo de¡ polvo. La sonda con que se comprueba el nivel del aceite se debe limpiar con un trapo que no suelte hilos.
A los operadores de las máquinas hay que hacerles las necesarias advertencias para que eviten por todos los medios a su alcance que el aceite se pueda ensuciar durante el trabajo con la máquina.
Fig. 4 - Cajas del filtro de aceite hidráulico
Todo componente que se desmonte se debe limpiar con un disolvente adecuado y guardar después en una bolsa de plástico o en una caja limpia hasta el momento de volverlo a instalar. Al limpiar cualquier pieza hidráulica se tiene que extremar el cuidado para no dañar las superficies labradas a máquina con alta precisión. Emplear disolventes o productos químicos únicamente para la limpieza de piezas metálicas. Evitar que estos disolventes mojen las juntas y retenes.
Secar bien las piezas después de limpias empleando aire comprimido. Protegerlas contra la oxidación aplicándoles una capa de aceite antioxidante inmediatamente después de secarlas.
CONSERVAR EL SISTEMA HIDRAULICO LIMPIO Cambiar periódicamente el aceite y los filtros de¡ sistema hidráulico (Fig. 4). Limpiar cuidadosamente la zona que rodea la boca de llenado o la sonda de nivel antes de quitar el tapón o sacar la sonda. Limpiar con chorro de vapor o disolvente la zona de la máquina de la que se tenga que desmontar algún componente del sistema hidráulico.
NOTA: Cuando se limpie una máquina con chorro de vapor o con agua, se taparán todas las bocas de llenado y orificios de respiración para que no pueda entrar agua por ellos. Las tuberías del sistema hidráulico desconectadas se deben cerrar con tapones de plástico, lo mismo que las bocas que quedan abiertas.
MANTENER LIMPIA LA ZONA DE TRABAJO Para trabajar en sistemas hidráulicos es absolutamente indispensable disponer de un banco de trabajo limpio (Fig. 5). Para eliminar el polvo, la suciedad y las pequeñas partículas de metal de la zona de trabajo, es muy conveniente servirse de un aspirador de tipo industrial.
Cerciorarse de¡ buen estado de las herramientas que se van a emplear. Deben estar perfectamente limpias. Emplear únicamente martillos de cabeza de plástico, cuero o bronce para evitar el peligro de que se desprendan partículas metálicas que penetren en los componentes.
Mantenimiento y conservación
MAL
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BIEN Fig. 5 - Mantener limpia la zona de trabajo
EXTREMAR LOS CUIDADOS AL CAMBIAR EL ACEITE 0 RELLENAR
Sin embargo, siempre que el aceite vaciado de¡ sistema contenga cieno, sedimento, o residuos gomosos, se tendrá que lavar todo el sistema hidráulico antes de rellenarlo con aceite nuevo. (En este mismo capítulo se describe más adelante la forma de lavar el sistema hidráulico).
IMPORTANCIA DEL CAMBIO DE ACEITE Y DEL FILTRO Ningún sistema hidráulico que no esté limpio puede funcionar satisfactoriamente. A pesar de todas las precauciones que se tomen durante el funcionamiento, no se puede evitar la contaminación del líquido del sistema hidráulico. Los buenos aceites hidráulicos mantienen estos contaminantes en suspensión y permiten así que los filtros los separen de¡ líquido al atravesarlo. Todo aceite hidráulico de calidad lleva aditivos (véase el capítulo 10) que impiden que los contaminantes dañen u obstruyan el sistema. Pero estos aditivos pierden su eficacia al cabo de cierto tiempo. Fig. 6 - Rellenar con aceite nada más - evitar la suciedad
Al comprobar el nivel del aceite o al rellenar el depósito, es indispensable limpiar la zona alrededor de la sonda o la boca de llenado, antes de sacar la sonda o quitar el tapón (Fig. 6). Antes de añadir aceite hay que cerciorarse de que el que contiene el depósito todavía está limpio. Si este no es el caso, se tiene que vaciar todo el aceite para rellenarlo con aceite nuevo de las características recomendadas.
Por todo ello es preciso cambiar el aceite con la frecuencia recomendada en cada caso. Los filtros de¡ sistema solamente pueden retener una cantidad limitada de partículas de suciedad y otros contaminantes que pueda llevar el aceite. Cuando se agota la capacidad del filtro, éste deja de actuar. Poco antes de alcanzar este punto se tiene que limpiar el filtro o cambiar el elemento filtrante para que pueda seguir actuando con eficacia.
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Mantenimiento y conservación
VACIADO DEL SISTEMA El vaciado periódico de todo el sistema hidráulico es muy importante. Es la única manera efectiva de eliminar todos los contaminantes, el líquido oxidado y otras sustancias nocivas acumuladas dentro del sistema hidráulico.
t hidráulico, limpiar el sedimento acumulado en el depósito y limpiar o cambiar los elementos filtrantes. Cuando el aceite está muy contaminado es más aconsejable lavar el sistema después de vaciarlo para eliminar todos los residuos de¡ aceite viejo. Este lavado de¡ sistema hidráulico se debe hacer con el líquido recomendado por el fabricante. Después de llenarlo con el líquido de lavado, se hace funcionar el sistema 'hidráulico para que aquel circule por todas las partes. Con este objeto deben actuarse todas las válvulas de mando. El tiempo requerido para la limpieza de¡ sistema dependerá del estado de éste. Hacer circular el aceite de limpieza hasta comprobar por inspección que el sistema está ya limpio, o hasta convencerse de que será preciso despiezarlo para limpiarlo a mano. Casi todos los sistemas requieren de 4 a 48 horas para esta operación.
Vaciar el aceite de lavado y rellenar el sistema con aceite hidráulico del tipo recomendado. Los filtros de aceite se tienen que limpiar o cambiar antes de rellenar el sistema.
• Vaciar el sistema periódicamente • Consultar el manual de¡ operador • La frecuencia depende de las condiciones de trabajo Fig. 7 - Vaciar el sistema hidráulico periódicamente
La frecuencia con que se debe vaciar y rellenar el sistema hidráulico depende de circunstancias tales como la temperatura de funcionamiento y la dureza de las condiciones de trabajo. Por ello es necesario atenerse a los intervalos recomendados por el fabricante de la máquina para efectuar cambios de¡ aceite de¡ sistema hidráulico. En el manual de instrucciones para el operador se indica cómo y cuando se debe cambiar el aceite en distintas circunstancias.
NOTA: La mayoría de los dísolventes y productos químicos que se ofrecen en el mercado NO se recomiendan para el lavado de sistemas hidráulicos porque: 1) no lubrifican bien y desgastan las piezas, especíalmente las de la bomba. 2) son difíciles de eliminar totalmente del sistema hidráulico. Basta una traza de cualquiera de estos disolventes clorados para neutralizar la resistencia a la oxidación de los mejores aceites hidráulicos. Por otra parte, basta que el sistema contenga una pequeñísima cantidad de agua para que estos disolventes ataquen el acero y el cobre. Cuando se han formado incrustaciones gomosas sobre las piezas que trabajan y éstas se agarrotan, se tiene que despiezar el componente para limpiarlo a fondo. De la misma manera hay que proceder cuando han penetrado en el sistema partículas sólidas de juntas averiadas por desgaste o rotura. ADVERTENCIA: Antes de desconectar cualquier componente del sistema hidráulico se tiene que dejar el aceite sin presión actuando repetidamente las palancas de mando. Si lleva acumulador de presión, también se tiene que descargar (véase el capítulo 6).
LAVADO DEL SISTEMA HIDRAULICO La naturaleza y la cantidad de sedimento acumulado en el aceite de un determinado sistema hidráulico, varían mucho de unos a otros. Van desde sustancias pegajosas, hasta residuos sólidos capaces de obstruir por completo pequeñas canalizaciones. Cambiando el aceite con la frecuencia necesaria se reduce la formación de residuos gomosos. Cuando se tenga la seguridad de que no se han formado residuos gomosos, bastará con vaciar el sistema
Al limpiar las diferentes piezas hay que poner el máximo cuidado para no estropear el labrado a máquina de alta precisión. Los disolventes para grasas y gomas y otros productos químicos no corrosivos SOLO deben emplearse para la limpieza de piezas metálicas. Las juntas y retenes no deben mojarse con este tipo de disolventes.
Mantenimiento y conservación
Enjuagar cada pieza, secarla con aire comprimido y embadurnarla inmediatamente con un aceite hidráulico que contenga un antioxidante. Normalmente se empleará para esto el mismo aceite con que trabaja el sistema hidráulico. Las superficies metálicas recién terminadas de limpiar se oxidan con mucha rapidez, por lo que es preciso protegerlas inmediatamente para que no se forme óxido.
Después de limpias todas las piezas se reinstalan en el sistema hidráulico con el cuidado necesario para que no entre suciedad, hilos, pasta hermética o prensa estopa. Terminado el montaje se lava el sistema hidráulico en la forma en que se ha explicado antes.
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NOTA IMPORTANTE.- El nivel de aceite se tiene que comprobar siempre que se haya hecho algún trabajo de reparación en el sistema hidráulico.
FORMA DE EVITAR PERDIDA Y FUGAS ¿Cuáles son las causas de que el sistema pierda aceite? Hay cientos de causas, pero las pérdidas que originan pueden ser de dos tipos fundamentales: • Pérdidas o fugas internas • Pérdidas o fugas externas Las fugas internas no hacen que el sistema pierda aceite, pero reducen su eficacia. Las pérdidas externas, además de causar una pérdida efectiva de aceite, pueden tener otros efectos indeseables.
LLENADO DEL SISTEMA HIDRAULICO
FUGAS INTERNAS
Antes de proceder a esta operación, hay que limpiar cuidadosamente toda la zona que rodea a la boca de llenado. Llenar el depósito hasta el nivel que se indica con el aceite hidráulico recomendado. Emplear únicamente aceite nuevo y limpio, así cómo también embudos y recipientes perfectamente limpios. Antes de poner en servicio el sistema, cerciorarse siempre de que está puesto el tapón de la boca de llenado del deposito.
Las pérdidas interna cómo un sello de aceite delgado está incorporado en las piezas de trabajo del sistema hidráulico. Esto lubrica las superficies concordantes del carrete, de las válvulas, cilindro, pistón y otras piezas móviles. El aceite no se pierde por esta fuga interna normal pues al final es devuelto al depósito del sistema.
Sin embargo, cuando aumenta esta fuga de aceite el sistema trabaja perezosamente y se pierde potencia que se disipa en forma de calor. En algunos casos esta fuga interna es la causa de que los cilindros hidráulicos tiendan a resbalar o de que las válvulas de mando no actúen. Las fugas internas aumentan con el desgaste natural de las piezas. También aumentan con aceites demasiado fluidos, porque estos pierden la viscosidad al calentarse. A más presión también es mayor la fuga interna de aceite. Esta es una de las razones por las que el exceso de presión puede reducir la eficacia de¡ sistema hidráulico.
Fig. 8 - Toda máquina responde a la necesaria lubrificación
Poner en marcha el motor y calentar el sistema hidráulico. Seguidamente ejecutar con él todos los ciclos de trabajo, repitiéndolos cuatro veces por lo menos con objeto de purgar todo el aire de¡ sistema hidráulico. Rellenar con aceite si fuera necesario y poner la máquina a trabajar hasta que el sistema funcione con suavidad a plena carga. Con el equipo hidráulico en reposo y con el motor parado, se comprueba de nuevo el nivel de aceite. En caso necesario se rellena hasta la marca de nivel.
Las fugas internas de aceite son difíciles de descubrir. Se manifiestan por el funcionamiento perezoso de¡ sistema o por el funcionamiento perezoso del sistema o por la tendencia a deslizarse de los cilindros extendidos. Ante tales síntomas no queda más remedio que revisar el sistema hidráulico para localizar la posible avería (Véase el capítulo 12). PERDIDAS EXTERNAS Las pérdidas externas de aceite, además de manchar, cuestan dinero y aumentan el riesgo de avería. La caída de una gota de aceite por segundo por un racor que pierde, supone una cantidad de dinero no despreciable. Una pequeña pérdida puede ser también señal de una rotura capaz de lesionar a una persona y dejar la máquina parada.
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Mantenimiento y conservación
Cada junta de un circuito hidráulico es un punto potencial de pérdida. Por eso se procura reducirlas al mínimo indispensable. Para que los componentes no pierdan hay que montarlos con el máximo cuidado y cambiar las juntas y retenes cada vez que se reparan.
en echar aceite sobre los puntos sospechosos. Si el ruido o el borboteo que produce el sistema hidráulico cesa, es señal de que se ha encontrado el punto. 5) También son difíciles de encontrar las pérdidas de las tuberías que no están a la vista. En los sistemas hidráulicos abiertos se pueden localizar estas pérdidas mediante un método que consiste en acoplar un manómetro a la tubería de salida de la bomba hidráulica, bloqueando después, en progresión el circuito hidráulico. Cuando el manómetro indique una caída de presión a bloquear un determinado punto, la pérdida de aceite estará entre este punto y el bloqueado antes que él.
NOTA: La prueba del punto 5 aplicada a sistemas hidráulicos abiertos ha de hacerse de forma que la salida de aceite de la bomba no quede totalmente bloqueada para no averiar ésta o las tuberías.
Fig. 9 - Búsqueda de puntos de pérdida en los tuberías
Las tuberías que unen entre sí las diferentes partes de¡ sistema son los puntos más frecuentes de las pérdidas de aceite. En el capítulo 8 se ha explicado ya la forma de utilizar y cuidar los tubos flexibles y las tuberías. Recordemos aquí algunas cuestiones importantes a este respecto en relación con las tuberías:
6) Todo racor que Pierda se debe apretar justamente lo necesario para que deje de hacerlo. Si no se aprieta es señal de que la rosca está mal y será preciso cambiarlo. Si se aprieta y sigue perdiendo, es que la tubería o el abocardado están agrietados. Recuérdese, sin embargo, que la causa más frecuente de las averías de los racores es el apriete excesivo.
En otros capítulos de este manual se describe la forma de evitar que pierdan otros componentes, tales como las bombas (capítulo 2), las válvulas (capítulo 3), y los cilindros (capítulo 4)
1) Siempre que el nivel de aceite en el depósito esté por debajo de lo normal, se tienen que revisar todas las tuberías y conexiones en busca de pérdida.
Después de reparadas las pérdidas de un sistema, se tiene que poner en funcionamiento hasta que alcance la temperatura de trabajo, para comprobar de nuevo los puntos de pérdida que se acaban de reparar.
2) Los poros o pinchazos son difíciles de encontrar y siempre peligrosos porque el aceite sale en forma de nube inflamable o por pulverizado contra una parte caliente del motor, que lo puede inflamar.
Comprobar de nuevo el nivel del aceite y rellenar.
PRECAUCION: No exponer la piel desnuda a las pérdidas hidráulicas pequeñas. El fluido hidráulico bajo presión puede penetrar la piel y causar severas lesiones. Usar gafas y ropa protectoras cuando se buscan estas fugas pequeñas. Colocar una lupa (Fig. 9) o un pedazo de cartón o madera encima de la zona sospechada como medio de protección. Si hay contacto con la piel consultar a un médico de forma inmediata.
3) La cubierta de goma de los tubos flexibles o mangueras puede estar agrietada sin perder. A pesar de ello han de examinarse cuidadosamente para conocer su profundidad. Todo vestigio de aceite es señal de que hay pérdida por la grieta. 4) La entrada de aire por las tuberías de aspiración es difícil de descubrir. Un método para ello consiste
COMO SE EVITA EL RECALENTAMIENTO El calor hace que el aceite hidráulico se descomponga mas aprisa y pierda sus cualidades. Por eso es necesario enfriarlo. En muchos sistemas hidráulicos, las tuberías, los componentes y el depósito disipan suficiente calor y mantienen el aceite a una temperatura aceptable. Sin embargo, en los sistemas de alta presión y velocidad se necesitan radiadores adicionales para disipar el exceso de calor. El recalentamiento del sistema provoca: o La descomposición de¡ aceite o El deterioro de las juntas o La formación de Películas de barniz duro
Mantenimiento y conservación o Mayores fugas internas o Menor rendimiento del sistema
El recalentamiento se evita manteniendo el nivel de aceite correcto en el depósito, conservando limpias las tuberías, depósitos y radiadores y cambiando las tuberías dobladas o abolladas. También es indispensable tener bien ajustadas las válvulas de descarga y no sobrecargar el sistema, ni mantener demasiado tiempo las palancas de mando en el tope.
Si el sistema hidráulico se sigue recalentando, consúltense las tablas del capítulo 12, en las que se enumeran las causas del recalentamiento y sus posibles remedios.
EXPANSION TERMICA El aceite se dilate por el calor dentro del sistema hidráulico. En un sistema perfectamente hermético, un aumento de la temperatura de¡ aceite de 0,5' C hace que la presión aumente en unos 345-415 kPa. Los circuitos hidráulicos suelen llevar dispositivos para contrarrestar esta expansión térmica. (Durante el funcionamiento, el aceite circula y el sistema se adapta por si mismo a los cambios de presión por la temperatura). Pero cuando no se ha previsto ningún medio para compensar esta dilatación y la máquina está parada, la presión puede aumentar excesivamente dentro de un circuito y causar una rotura. En algunos cilindros hidráulicos, por ejemplo, queda un espacio muy limitado para la expansión del aceite y al calentarse éste por la exposición al sol, el cilindro podría reventar. Las válvulas de descarga térmicas (Fig. 10) vienen a
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resolver este problema. Otra solución consiste en que el operador deje todos los circuitos del sistema hidráulico desbloqueados cuando la máquina está en reposo. Los cilindros que no llevan válvulas de descarga térmicas deben ser parcialmente vaciados cuando se guarda la máquina.
FORMA DE EVITAR LA MEZCLA DE AIRE EN EL ACEITE La penetración de aire en el sistema hidráulico puede provocar: 1) el funcionamiento "elástico" del equipo, 2) un ruido como de carraca, 3) el funcionamiento ruidoso de la bomba y 4) la anulación de la bomba.
Si el nivel de aceite en el depósito es demasiado bajo, se forman burbujas de aire. El aire también puede penetrar en el sistema por puntos no herméticos de las tuberías de aspiración, al desconectar éstas para repararlas o al vaciar y rellenar el sistema hidráulico.
Para evitar la penetración de aire en el sistema, se deben tomar las siguientes precauciones: 1. Mantener el nivel de aceite correcto en el depósito. 2. Revisar la hermeticidad de la tubería de aspiración. 3. Apretar cualquier racor que pierda. Apretarlo únicamente lo suficiente para que deje de perder (o de soplar). 4. Después de hecha cualquier reparación y haber rellenado el sistema, se deben actuar las palancas de mando cuatro veces, por lo menos, para realizar un ciclo de trabajo completo, purgando así todo el aire del sistema. (No olvidarse de comprobar de nuevo el nivel de¡ aceite en el depósito después de purgar el aire). Esta operación de purgar el aire también puede mejorar el funcionamiento de las máquinas nuevas al cabo de pocas horas de servicio.
5. Siempre que se acople al sistema un cilindro hidráulico remoto, se tiene que purgar el aire de éste de la manera descrita al final de¡ capítulo 4.
¿COMO SE HACE UN BUEN TRABAJO DE MANTENIMIENTO? o Guiándose por el sentido común o Pensando, mirando, escuchando y tocando antes de coger la herramienta 1 - Válvulas de descarga térmicas Fig. 10 - Cilindro hidráulico equipado con válvulas de descarga térmicas
o
Conservando todo bien limpio
o
Cambiando el aceite y los filtros con regula ridad
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Mantenimiento y conservación
Anotando en un registro las operaciones efectuadas BUENOS SUJETOS
MALOS SUJETOS
1. Limpieza
1. Suciedad
2. Aceite de alta calidad 2. Agua 3. Filtros ¡impíos
3. Aire
4. Juntas herméticas
4. Calor
5. Trabajo normal
5. Sobrecargas
REVISION DEL DEPOSITO Y DEL ACEITE 1. El nivel de¡ aceite en el depósito y el estado de¡ aceite se tienen que revisar con frecuencia. 2. Al mismo tiempo que se hace la revisión anterior se deben buscar otras posibles señales de mal funcionamiento, como son: a) La presencia de espuma o de burbujas en el aceite. Indica puntos no herméticos en el sistema.
REVISION DEL SISTEMA HIDRAULICO ANTES DE PONERLO EN SERVICIO
b) Las variaciones del nivel del aceite. Cuando éste sufre variaciones apreciables de un día a otro, hay que buscar puntos de pérdida o roturas en los componentes externos del sistema.
Después de hecha cualquier reparación en el sistema hidráulico, se tiene que revisar todo él en busca de pérdidas, recalentamiento, nivel de aceite, etc. Esta revisión tiene que hacerse antes de poner el sistema en servicio.
c) El aspecto lechoso del aceite. Indica que el sistema o el aceite empleado contienen agua. Cerciorarse de que el aceite se ha guardado almacenado en las debidas condiciones (véase el capítulo 10).
Esta revisión debe hacerse con el aceite a la temperatura de régimen, para lo cual se calienta por el procedimiento descrito en el apartado titulado "Llenado de¡ sistema hidráulico".
3. Antes de quitar el tapón de la boca de llenado, limpiar todo la suciedad de los alrededores. Si el nivel del aceite se mide con una sonda, limpiar ésta con un trapo que no suelte hilos.
Revisar periódicamente el sistema cuando ya esté en servicio. La periodicidad de estas revisiones se indica en el manual de instrucciones para el operador de la máquina.
REVISION DEL ENFRIADOR, LAS TUBERIAS Y LOS RACORES
A continuación se indican algunos de los puntos que deben revisarse periódicamente.
1 - BOMBA - buscar pérdidas, funcionamiento ruidoso, bajo rendimiento 2 - VALVILILAS DE MANDO - buscar válvulas agarrotadas, pérdidas 3 - CILINDROS - buscar pérdidas, montaje incorrecto, bielas expuestas durante el paro de la máquina
1. Limpiar periódicamente el enfriador de aceite y buscar en él posibles puntos de pérdida. Mantener limpias las aletas del panel. Buscar puntos de corrosión en los enfriadores refrigerados por agua.
4 - TLIBERIAS DE ACEITE - buscar pérdidas de aceite y entradas de aire, angulaciones, dobleces, conexiones flojas 5-
DEPOSITO - buscar espuma en el aceite, aspecto lechoso, falta de nivel.
Fig. 11 - Revisar todo el sistema hidráulico antes de ponerlo en servicio
Mantenimiento y conservación
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2. Revisar las tuberías de aceite y sus conexiones, a intervalos regulares, en busca de:
bomba y el sistema las pruebas que se describen en el capítulo 12, para localizar la avería.
a) Pérdidas de aceite a presión. Las pérdidas de aceite en las tuberías de presión se localizan examinándolas por fuera. b) Entradas de aire. La entrada de aire por la aspiración de aceite se denota por la formación de burbujas y espuma en el aceite.
REVISION DE LOS MOTORES HIDRAULICOS
c) Tuberías dobladas o aplastadas. Esta deformación de lugar a la formación de espuma, al recalentamiento de¡ aceite y a la pérdida de fuerza hidráulica. Las tuberías defectuosas se tienen que cambiar inmediatamente. Antes de instalarlas se tienen que lavar por fuera y por dentro con un disolvente limpio. 3. Apretar las conexiones o racores flojos. Emplear para ello dos llaves fijas, con objeto de no retorcer la tubería o la manguera. Cambiar los racores que continúen perdiendo.
NOTA IMPORTANTE.- Apretar los conectores y los racores UNICAMENTE lo suficiente para que dejen de perder.
No permitir jamás que se recaliente un motor hidráulico. Si se calienta excesivamente, cerciorarse de que no falta aceite y de que funciona bien el enfriador de aceite del sistema. Buscar también pérdidas de aceite en las conexiones de las mangueras sobre el motor, alrededor de su eje, por las juntas y en los uniones de las tapas con el cuerpo.
CUANDO SE PRODUCE UNA AVERIA A PESAR DE TODO ... En este capítulo nos hemos ocupado de los trabajos de mantenimiento y conservación que tienen por objeto evitar las averías del sistema hidráulico. Ahora bien, a pesar de prodigarle todos los cuidados que necesita, el sistema hidráulico sufre de vez en cuando averías. Lo primero que hay que hacer en estos casos es localizar la avería y averiguar la causa. Con idea de facilitar este diagnóstico se ha redactado el siguiente capítulo 12, que se titula "Localización de averías y prueba de los sistemas hidráulicos',.
REVISION DE LAS VALVULAS DE CONTROL La suciedad hace que las válvulas se agarroten o funcionen con irregularidad. Con el uso, el carrete de distribución se desgasta y aparecen fugas internas. Los cuidados que requieren las válvulas se describen en el capítulo 3.
REVISION DE LOS CILINDROS HIDRAULICOS Los cilindros hidráulicos se deben revisar periódicamente en busca de fugas de aceite internas o externas. Cerciorarse de que han sido correctamente instalados. Comprobar también que las bielas de los cilindros expuestos no se dejan extendidas cuando se guarda la máquina. Una biela extendida y expuesta a la intemperie se cubre de una capa de polvo y humedad que oxida y pica su superficie. Si tienen que quedar expuestas, se protegen con una gruesa capa de grasa. Consúltese el capítulo 4, donde se encontrarán más detalles acerca de los cuidados que requieren los cilindros hidráulicos. REVISION DE LAS BOMBAS En las bombas externas deben buscarse posibles puntos de pérdida en las uniones de la caja con la tapa y alrededor de las cabezas de los tornillos hexagonales. Probar la bomba con el motor en marcha, para comprobar el caudal de aceite y la presión que produce para el funcionamiento satisfactorio de los equipos que tiene que mover. Si no produce fuerza hidráulica suficiente, se hacen con la
REGLAS DE SEGURIDAD PARA SISTEMAS HIDRAULICOS Antes de abandonar la máquina se tienen que bajar todas las unidades mecánicas movidas por fuerza hidráulica, para que descansen sobre el suelo. Dejar la maquinaria hidráulica donde no puedan tocarla los niños. Apoyar sobre bloques o vigas de madera las unidades mecánicas cuando se tenga que trabajar en ellas estando elevadas. NO confiar en el bloqueo del aceite hidráulico para que no puedan descender.
No realizar ningún trabajo en el sistema hidráulico con el motor de la máquina en marcha, mientras no sea absolutamente indispensable, como cuando se tiene que purgar el aire del sistema hidráulico. No desmontar los cilindros hidráulicos mientras la unidad mecánica no descanse sobre el suelo o se apoye firmemente sobre bloques o borriquetas. Parar el motor de la máquina. Al transportar la máquina, bloquear los topes de los cilindros para fijar las unidades mecánicas. Antes de desconectar 1) las tuberías de aceite se tienen que dejar sin presión y 2) descarga el acumulador (si lo lleva el sistema hidráulico).
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Mantenimiento y conservación
Cerciorarse de que han sido apretados todos los racores y de que las tuberías no están aplastadas, dobladas o pinchadas. La salida de aceite a gran presión facilita su inflamación y puede lesionar a las personas. Algunas bombas hidráulicas y válvulas de control pesan mucho. Antes de desmontarlas deben suspenderse de un diferencial o apoyarse sobre bloques. Para lavar las piezas se debe emplear un disolvente no volátil. Para la buena repuesta de los mandos tiene que estar bien ajustado el sistema hidráulico.
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LOCALIZACION DE AVERIAS Y PRUEBA DE LOS SISTEMAS HIDRAULICOS/CAPITULO 12 INTRODUCCION
confirrnarlo, puede consistir en los siete puntos siguientes: 1. Conocer el sistema 2. Preguntar al operador. 3.' Probar la máquina. 4. Revisar la máquina. S. Enumerar las averías. 6. Sacar una conclusión. 7. Comprobar que la conclusión vale. Veamos como se cumplen estos siete puntos. 1. CONOCER EL SISTEMA
Fig. 1 - ¿Cuál de ¡Os dos tipos de mecánico- reparador prefiere ser usted?
Tanto el mecánico-reparador que hace su trabajo confiando en encontrar la avería por casualidad, como el mecánico-reparador que procede de acuerdo con un método lógico, pertenecen a especies que se encuentran en los servicios de asistencia técnica y que es preciso conocer. El mecánico- reparador de la primera especie suele trabajar desmontando piezas y volviéndolas a instalar hasta que, por casualidad y después de gastar mucho tiempo y dinero del cliente, acaba por encontrar la causa de la avería. El mecánico de la segunda especie empieza por utilizar su cerebro. Se informa cabalmente de¡ estado de la máquina y la examina metódicamente hasta localizar la avería. Hecho el diagnóstico, hace la contraprueba necesaria para confirmarlo y sólo entonces comienza a desmontar las piezas o cambiar los componentes. El mecánico de la primera especie está convirtiéndose ya en un tipo que pertenece al pasado, porque ningún concesionario puede permitirse hoy el lujo de darle trabajo a los precios actuales. La complejidad de los sistemas hidráulicos modernos exige un diagnóstico previo y la contraprueba que lo confirme, como hace el mecánico-reparador metódico.
SIETE COSAS BASICAS QUE HAY QUE HACER Un buen programa para llegar a un diagnóstico y
Fig. 2 - Conocer el sistema
En otras palabras: hay que aprovechar los ratos libres que deja el taller para estudiar los manuales técnicos de las máquinas. Hay que saber si se trata de un sistema abierto o de un sistema cerrado, así como cual es el ajuste correcto de las válvulas y el caudal que debe entregar la bomba. Hay que ponerse al día leyendo los últimos boletines de servicio que van recibiéndose. Estos boletines deben archivarse después donde se tengan a mano para volverlos a consultar. El problema de la última máquina que acaba de aparecer en el mercado puede estar descrito ya en el último boletín recibido, con la indicación de su causa y la manera de resolverlo.
Conociendo el sistema estará usted preparado para resolver cualquier problema.
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Localización de averías
Siéntese en la máquina y pruébela. Caliéntela y realice con ella todos los ciclos de trabajo. No se fíe por completo de lo que le cuenta el operador - compruébelo usted mismo.
2. PREGUNTAR AL OPERADOR
¿Marcan bien los instrumentos de medida? (Podrán marcar mal por el mal funcionamiento de¡ sistema o por avería de¡ propio instrumento). ¿Cómo funciona la máquina? Puede trabajar con pereza, a Saltos o no actuar siquiera. Actuar las palancas de mando para ver si van duras o tienen elasticidad o están agarrotadas. ¿Se percibe algún olor? ¿Sale humo de alguna parte? ¿Se perciben ruidos extraños? ¿Dónde? ¿A qué velocidades y en qué ciclos de trabajo? 4. REVISAR LA MAQUINA ¿Cómo?
¿Cuándo?
¿Dónde?
Fig. 3 - Preguntar al operador
Al igual que un buen periodista, el mecánico se informa detalladamente preguntando a un testigo - el operador.
El es quien le puede decir como trabajaba la máquina, cuando empezó a fallar y cual es la anomalía en el funcionamiento que observó. En este momento es muy conveniente averiguar si el operador de la máquina realizó en ella alguna reparación. (Más adelante es posible que se acabe por encontrar la causa de¡ avería en un órgano cualquiera, pero es necesario saber si se habían tocado las válvulas u otros ajustes). Pregúntese también como se emplea la máquina y que cuidados recibe. Muchos problemas tienen por causa el descuido de la máquina o el mal trato que se le da. 3. PROBAR LA MAQUINA
Fig. 5 - Revisar la máquina
Bajar de la máquina para examinarla de cerca con los ojos, los oídos y la nariz en busca de señales de avería. Empezar por revisar el nivel de¡ aceite en el depósito. ¿Está bajo? ¿Tiene espuma el aceite? ¿Aspecto lechoso? ¿Huele a quemado? ¿Parece demasiado espeso o demasiado fluido? ¿Está muy sucio? Si el aceite estuviera muy sucio, se tendrán que revisar también los filtros, que podrían estar obstruidos.
Fig. 4 - Probar la máquina
Tocar el depósito y las tuberías. ¿Están más calientes de lo normal? ¿Están cubiertas de barro? ¿Ha saltado la pintura por efecto de¡ calentamiento? Revisar la tubería de aspiración de la bomba en busca de posibles obstrucciones. Revisar los tubos flexibles y mangueras que podrían haberse colapsado.
Localización de averías
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Examinar el enfriador de aceite. ¿Está cubierto de broza o barro? Examine de cerca los componentes. Busque soldaduras partidas, grietas finas, tornillos de fijación flojos o varillajes y uniones rotas.
5. ENUMERAR LAS AVERIAS
Fig. 7 - Sacar una conclusión
7. COMPROBAR QUE LA CONCLUSION VALE
Fig. 6 - Enumerar las averías
En este momento está usted preparado para relacionar las causas posibles de las averías encontradas. ¿Qué señales ha encontrado usted en la inspección de la máquina? ¿Cuál es la causa más probable de éstas? Fig. 8 - Prueba de la validez de la conclusión
¿Hay otras posibilidades? Recuérdese que es frecuente que una avería cause, a su vez, otra más.
6. SACAR UNA CONCLUSION
Se llega así al último punto: antes de empezar a reparar el sistema hidráulico se hacen las pruebas necesarias para ver si es correcta y válida la conclusión que usted ha sacado.
Consulte la relación de averías y de causas posibles que acaba usted de hacer para seleccionar las más probables y fáciles de comprobar.
Algunas de las averías y causas probables que usted ha relacionado son fáciles de comprobar sin más pruebas. Analice detenidamente toda la información que usted posea ya acerca de la máquina:
Las tablas para la localización de averías que figuran al final de este capítulo le pueden servir de guía en este trabajo. Decida cuales son las causas principales más probables y dispóngase a comprobar éstas primero.
Funcionan mal todos los circuitos hidráulicos? entonces es posible que la causa de la avería se encuentre en un componente común a todas las partes del sistema hidráulico, como la bomba, los filtros o las válvulas de alivio limitadoras de presión.
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Localización de averías
¿Funciona mal un solo circuito hidráulico? en este caso se pueden pasar por alto los componentes comunes del sistema para fijar la atención sobre los elementos del circuito en cuestión. Al reducir así la relación de posibles causas se pueden ya elegir uno o dos componentes para realizar en ellos las pruebas necesarias. En la segunda parte de este capítulo se explica como se prueba el sistema hidráulico y se localizan estas causas finales de las averías. Pero antes quisiéramos repetir siete puntos que deben cumplirse antes para poder hacer un buen trabajo de reparación: 1. Conocer el sistema. 2. Preguntar al operador. 3. Probar la máquina. 4. Revisar la máquina. 5. Enumerar las averías. 6. Sacar una conclusión.
F 3218
1 - Depósito 2 - Peso del equipo actuando sobre el cilindro 3- Desconectar la tubería de retorno y taparla 4- Fugas por el carrete de distribución 5 - Válvula de control 6 - Bomba Fig. 9 - Busca de fugas de aceite en la válvula de control
7. Comprobar que la conclusión vale.
PRUEBA DE LA MAQUINA La manera más eficaz de localizar las averías de un sistema hidráulico, consiste en efectuar una serie de mediciones con manómetros o con un analizador para sistemas hidráulicos.
No obstante, citamos a continuación algunas comprobaciones preliminares que no requieren el empleo de aparatos de prueba o que deben hacerse antes de aplicar éstos. BUSCA DE FUGAS DE ACEITE Cuando se sospeche que hay fugas de aceite en una válvula de control o en un cilindro hidráulico, se hará lo siguiente: Se eleva el equipo hidráulico a varios palmos sobre el suelo, se deja la palanca de mando en posición de reposo y se para el motor de la máquina. Ver ahora si el equipo baja lentamente. Si no se mantiene elevado, apoyarlo firmemente y desconectar la tubería de retorno que va de la válvula de mando al depósito, tapando la boca de la tubería (Fig. 9).
Quitar el apoyo y examinar la boca abierta de la válvula de control mientras el equipo desciende lentamente. Si sale aceite por esta boca es señal de que el carrete de distribución de la válvula tiene fugas de aceite. Si no sale aceite Por la boca abierta de la válvula de control, se comprueba el cilindro hidráulico de la manera siguiente:
1 - Desconectar el tubo flexible aquí y taparlo 2 - Válvula de control 3 - Pérdida por la junta de¡ pistón 4 - Cilindro Fig. 10 - Busca de fugas de aceite en un cilindro de doble acción
Extender totalmente el cilindro actuando la válvula de control. Apoyar el equipo elevado por el cilindro y parar el motor de la máquina. Desconectar el tubo flexible o manguera del extremo del cilindro que no tiene presión (Fig. 10). Poner el motor en marcha otra vez, actuar la palanca de mando para elevar y ver si gotea aceite por la boca abierta del cilindro. Repetir la prueba en el extremo opuesto del cilindro, porque puede ocurrir que éste pierda en una dirección y no en otra. Si pierde aceite por la boca abierta, se tienen que cambiar las juntas del cilindro.
Localización de averías
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COMO SE UTILIZA EL ANALIZADOR Cuando no se consigue encontrar la avería por la prueba y la inspección de la máquina, se recurre a un analizador para sistemas hidráulicos o a unos manómetros. Con estos aparatos de pruebas se puede medir exactamente el caudal de aceite, la presión y la temperatura, localizando así en poco tiempo el componente averiado. Existen analizadores para sistemas hidráulicos que disponen de válvulas reguladoras de presión, manó metros para alta y baja presión, medidores de caudal y termómetros que permiten determinar con toda exactitud la forma en que trabaja cualquier sistema hidráulico, por complicado que sea. Siempre que se pruebe un circuito hidráulico, lo primero que hay que determinar son las cuatro condiciones de funcionamiento siguientes: 1. Temperatura - es preciso medir la temperatura del aceite, ya que influye en la exactitud de las otras medidas. 2. Caudal - midiendo el caudal se puede saber que la bomba trabaja bien. 3. Presión - se mide la presión para comprobar el funcionamiento de las válvulas de alivio, limitadoras de presión. (En un sistema hidráulico cerrado, la medida de la presión indica como funciona la bomba hidráulica principal). 4. Fugas - la prueba de fugas permite localizar el componente defectuoso. Estas cuatro determinaciones se pueden realizar con la mayoría de los aparatos de prueba para sistemas hidráulicos. No obstante, antes de realizarlas se tiene que leer el manual de instrucciones entregado con el aparato y revisar el sistema hidráulico. Para realizar todas estas pruebas en el sistema hidráulico es preciso conocer exactamente las especificaciones de la máquina (presión de abertura de las válvulas de alivio, caudal que debe entregar la bomba, revoluciones de¡ motor y temperatura de régimen). Para probar una máquina siempre es necesario desconectar algunas tuberías de aceite. Por eso hay que recordar aquí que LA SUCIEDAD ES EL PEOR ENEMIGO DE CUALQUIER SISTEMA HIDRAULI CO. Antes de desconectar una tubería hidráulica hay que limpiar la máquina con chorro de vapor. Todas las bocas abiertas de¡ sistema hidráulico se tienen que tapar para que no pueda entrar suciedad. PRUEBA DE LA BOMBA La bomba es la que produce toda la fuerza hidráulica, por lo que la prueba de¡ sistema hidráulico debe comenzar por ella. Conexión de¡ analizador hidráulico 1. Descargar toda la presión de¡ sistema hidráulico y desconectar la tubería de presión que va de la bomba a la válvula de control. Conectar esta tubería de presión a la boca de ENTRADA de¡ aparato de prueba (Fig. 1 l).
F 3= 1 - Depósito 2 - Bomba 3 - Desconectar aqui 4 - Válvula de control 5 - Cilindro hidráulico
6 - Válvula de carga 7 - Analizador hidráulico 8 - Entrada 9 - Salida
Fig. 11 - Prueba de la bomba hidráulica
2. Conectar la SALIDA de¡ analizador hidráulico con el depósito. Esta conexión se debe hacer, siempre que sea posible, por intermedio de la tubería de retorno, que suele llevar un filtro. En los sistemas hidráulicos cerrados, el aceite que retorna de¡ analizador ha de llevarse a un punto comprendido entre la bomba hidráulica principal y la bomba de carga, para mantener la presión dentro de¡ sistema (o para que no se descargue la bomba hidráulica principal). 3. Comprobar el nivel de aceite y cerrar poco a poco la válvula de carga de¡ analizador para aumentar la presión dentro de¡ sistema. (No sobrepasar la presión máxima que es capaz de soportar el sistema hidráulico). Mantener el circuito en carga hasta que alcance la temperatura de régimen (consúltense las especificaciones de la máquina). Antes de realizar cualquier prueba es indispensable cerciorarse de que la válvula de carga del analizador esta ABIERTA. Cuando esta válvula está demasiado cerrada se forman presiones enormes en el circuito. Mediciones que se hacen con el analizador 1. Con la válvula de carga abierta se mide el caudal máximo entregado por la bomba sin ninguna presión. 2. Cerrar poco a poco la válvula de carga para aumentar la presión y anotar los caudales que entrega la bomba al variar la presión desde o hasta el máximo, por incrementos de 1725 kPa. Los resultados de esta prueba conviene anotarlos en una hoja como la que puede verse en la Fig. 12. 3. Abrir de nuevo la válvula de carga hasta obtener el máximo caudal y reducir la presión a 0. 4. Parar el motor.
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Fig. 12 - Formulario para anotar los resultados de las mediciones
Diagnóstico por la prueba de la bomba El caudal entregado por la bomba a la presión máxima tiene que ser, por lo menos, igual al 75 por ciento del caudal que entrega a presión cero. (Las modernas bombas de caudal variable de pistones radiales, mantienen hasta el 90 por ciento del caudal). Toda lectura inferior a esta cifra, como la registrada en la hoja de la Fig. 12, indica que la bomba está muy gastada.
Si la bomba entrega poco caudal con probable que la causa esté en que suficiente. Esta falta de aceite puede entrada de aire en la aspiración, a la tubería de aspiración o a la suciedad depósito, los filtros o el respiradero.
y sin presión, es no reciba aceite ser debida a la obstrucción de la acumulada en el
Después de comprobado el buen estado de la bomba se pasa a probar los demás componentes del sistema.
1 - Depósito 2 - Bomba 3 -Conectar la T aquí 4 -Válvula de control 5 -Cilindro hidráulico
6 - Válvula de carga 7 -Analizador hidráulico 8 -Entrada 9 - Salida
Fig. 13 - Prueba de los componentes del sistema hidráulico
PRUEBA DEL SISTEMA HIDRAULICO Conexión del analizador Instalar un adaptador en T en la tubería de presión que va de la bomba a una válvula de control y acopiar a ésta T la boca de ENTRADA del analizador hidráulico (Fig. 13). La SALIDA del analizador se deja conectada como en la prueba anterior. Mediciones que se hacen con el analizador 1. Abrir la válvula de carga del analizador.
2. Poner en marcha el motor y dejarlo en las revoluciones recomendadas por el fabricante. 3. Cerrar poco a poco la válvula de carga del analizador. Mantener el circuito hidráulico en carga, hasta que alcance la temperatura normal de trabajo. 4. Abrir la válvula de carga para medir el caudal máximo a la presión cero. 5. Actuar la palanca de mando de la válvula en uno de los dos sentidos.
Localización de averías
Fig. 14 - Formulario para anota
6. Cerrar poco a poco la válvula de carga para aumentar la presión, y anotar los caudales que entrega la bomba al variar la presión desde cero hasta el máximo, por incrementos de 1725 kPa (Fig. 14). 7. Abrir la válvula de carga hasta obtener de nuevo el caudal máximo a la presión cero, para repetir la prueba en las demás posiciones activas de la palanca de la válvula de control. Todas las pruebas hay que hacerlas con el aceite a la misma temperatura para que los resultados sean comparables. Si el aceite está demasiado caliente a consecuencia de la prueba realizada, se deja circular sin presión para que se enfríe. Diagnóstico por la prueba del sistema hidráulico El resultado de esta prueba se valora del siguiente modo: 1 . Si el caudal a cada una de las presiones es el mismo que se anotó en la prueba de la bomba, es señal de que ningún componente está averiado. 2. Si la presión comienza a caer antes de alcanzarse la plena carga: uno de los circuitos hidráulicos está mal. (Como el circuito de la cuchara en la Fig. 14). Esta caída de la presión es causada por una fuga. Para averiguar si la fuga está en la válvula de control o en el cilindro, se desconecta la tubería de retorno
12-7
los resultados de las mediciones
del cilindro y se actúa la válvula de control. Si sale aceite por la boca de retorno de¡ cilindro, es éste el que está averiado. Si no sale aceite, es probable que sea la válvula de control la que está averiada. 3. Si no hay suficiente caudal en cualquier posición de la palanca de la válvula de control.- es probable que esté averiada la válvula de alivio limitadora de presión de¡ sistema (véase a cohtinuación). Esta situación puede indicar también la existencia de una fuga en la válvula de control. Prueba de la válvula de alivio En los circuitos con válvula de alivio limitadora de presión se sabe el momento en que abre ésta porque se produce una caída brusca de unos 10 L/min. (o una caída a cero con válvulas de alivio de paso total). Las válvulas de alivio suelen avisar su abertura por un "crac". Comparando las presiones y los caudales medidos en la prueba de circuito se conoce también la presión de abertura de la válvula. Toda disminución de caudal excesiva, denota avería en este tipo de válvulas.
Como regla general, debe tenerse en cuente que: La avería de la válvula de alivio de/ SISTEMA se acusa en todas las mediciones. La avería de la válvula de alivio de un CIRCUITO se acusa únicamente en las mediciones de la presión del correspondiente circuito.
12-8
Localización de averías
también que el mejor aparato de pruebas carece de valor mientras quien se sirve de él no sepa interpretar los resultados de las mediciones.
RELACION DE AVERIAS Y SUS CAUSAS INTRODUCCION Usar las tablas de las siguientes páginas para ayudar a enumerar todas las causas posibles de problemas cuando comience a diagnosticar y probar la máquina. Antes de comenzar las pruebas, comprobar primero si hay pérdidas externas de aceite, las tuberías de retorno y las canalizaciones por exceso de calor debido a pérdidas internas de aceite y los ruidos poco comunes en el sistema. Una vez ubicada la causa, comprobar el ítem en la tabla nuevamente para ubicar la solución posible. R 26977 Fig. 15 - Flujórnetro hidráulico
EQUIPO DE PRUEBA OPTATIVO El analizador hidráulico sobre el cual hablamos anteriormente contiene un flujómetro, manómetros y termómetros. Para sistemas más complejos, cada aparato de¡ equipo de prueba puede usarse en forma separada.
El manual técnico de cada máquina suplementa estas tablas dando más detalles, causas y soluciones específicas. CONDICION DEL ACEITE HIDRAULICO Aceite lechoso o sucio Agua en el aceite (lechoso). Fallas en el filtro (sucio). Partículas metálicas (falla mecánica).
Flujómetro
Aceite descolorido o con olor a quemado
El que se muestra en la Figura 15 se usa para comprobar el caudal y presión de¡ aceite hidráulico.
Tuberías dobladas. Enfriador de aceite obturado. Viscosidad de¡ aceite incorrecta. Pérdidas internas.
Manómetros Los manómetros y conectores mostrados en la Figura 16 se usan para comprobar las presiones hidráulicas.
EL SISTEMA NO ACTUA No hay aceite en el sistema. Llenar hasta la marca de nivel. Buscar puntos de pérdida. Falta de nivel en el depósito. Comprobar el nivel y rellenar hasta la marca. Buscar puntos de pérdida en el sistema. Aceite de densidad inadecuada. Consúltense las especificaciones relativas al aceite recomendado.
Fig. 16 - Manómetros
RESUMEN: PRUEBA DE LA MAQUINA Las pruebas que hemos descrito se dan únicamente a título de orientación. Para la prueba de una máquina hay que atenerse a las instrucciones que se dan en el manual técnico de la misma. Recuérdese
Filtro sucio u obstruido. Vaciar el aceite Y cambiar los filtros. Buscar la causa de la contaminación. Estrangulación en el sistema. Las tuberías y mangueras pueden estar sucias o puede haberse colapsado la capa interior. Limpiar o cambiar tuberías. Limpiar las bocas.
Localización de averías
Entrada de aire por el tubo de aspiración de la bomba. Reparar o cambiar el tubo de aspiración. Suciedad en la bomba. Limpiar y reparar la bomba. Si fuera necesario, vaciar y lavar el sistema hidráulico. Buscar el origen de la contaminación. Bomba muy gastada. Reparar o cambiar la bomba. Buscar las causas de¡ desgaste de la bomba, como el mal alineado o la contaminación del aceite. Componentes muy gastados. Revisar y probar válvulas, motores, cilindros, etc. en busca de fugas internas y externas. Si el desgaste fuera anormal, tratar de averiguar la causa. Pérdida de aceite de las tuberías de presión. Apretar los racores o cambiar las tuberías en mal estado. Buscar irregularidades en las superficies de cierre de los acopiadores. Componentes mal ajustados. Consultar el manual técnico de la máquina para su ajuste correcto. Válvula de alivio defectuosa. Probar las válvulas de alivio para cerciorarse de que abren a la presión indicada. Examinar las juntas en busca de daños que puedan causar pérdida. Límpiar las válvulas de alivio y revisar los muelles y demás piezas. La bomba gira al revés. Invertir su sentido de giro para evitar averías. El sistema trabaja con demasiada carga. Consultar la carga máxima especificada para la unidad en cuestión.
Conexión equivocada de las mangueras. Conectar correctamente y apretar bien. Accionamiento de la bomba roto o que patina. Cambiar las correas si fuera necesario, alinearlas y tensarlas. La bomba no funciona. Revisar el mecanismo que desembraga la bomba. EL SISTEMA FUNCIONA CON IRREGULARIDAD . Aire en el sistema. Revisar la aspiración por si entrara aire por ella.
12-9
Comprobar el nivel de aceite (la pérdida de aceite de una tubería de presión hace bajar el nivel). Aceite frío. La densidad de¡ aceite puede ser excesiva cuando está frío o empieza a calentarse. Dar tiempo a que se caliente antes de hacer funcionar el sistema hidráulico. Componentes agarrotados. Buscar suciedad o depósitos gomosos, Buscar el origen de la suciedad. Buscar piezas gastadas o dobladas. Bomba averiada. Buscar piezas rotas o gastadas. Averiguar la causa de la avería de la bomba. Suciedad en las válvulas de alivio. Limpiar las válvulas de alivio. Obstrucción en el filtro o en la tubería de aspiración. La tubería de aspiración puede estar sucia o su capa interior colapsada. Limpiar o cambiar la tubería de aspiración. Revisar también la tubería que va al filtro. EL SISTEMA TRABAJA CON PEREZA Aceite frío. Dejar que el aceite se caliente antes de trabajar con la máquina. Aceite demasiado denso. Emplear el aceite recomendado por el fabricante. Falta de revoluciones del motor. Consultar el manual de instrucciones en que se indican las revoluciones correctas de¡ motor de la máquina. Si el motor lleva regulador, podrá requerir un nuevo ajuste. Escasez de aceite. Revisar el depósito y rellenar si fuera necesario. Buscar puntos de pérdida que puedan hacer bajar el nivel en el depósito. Orificio ajustable demasiado cerrado. Ajustar el orificio de acuerdo con las instrucciones de¡ manual. Aire en el sistema. Buscar entradas de aire por la aspiración. Bomba muy gastada. Reparar o cambiar la bomba. Buscar las causas de su averi a, como el mal alineado o la contaminación del aceite.
12-10
Localización de
EL SISTEMA TRABAJA CON PEREZA CONTINUACION Obstrucción en la tubería de aspiración o en el filtro.
Nivel de aceite demasiado bajo. Llenar el depósito. Buscar puntos de pérdida. EL SISTEMA FUNCIONA DEMASIADO RAPIDO
La tubería de aspiración puede estar sucia o tener colapsada su capa interior. Limpiar o cambiar la tubería de aspiración. Revisar el filtro. Válvulas de alivio mal ajustadas o que pierden. Revisar las válvulas de alivio para ver si abren a las presiones que se indican. Examinar los asientos de las válvulas, que pueden ser la causa de la fuga. Componentes muy gastados. Examinar y probar válvulas, motores, cilindros, etc. en busca de fugas internas y externas. Si el desgaste es anormal, tratar de averiguar la causa. Válvulas o reguladores obstruidos. Limpiar la suciedad de los componentes. Limpiar los orificios. Buscar el origen de la suciedad y eliminarlo. Pérdida de aceite de las tuberías de presión. Apretar los racores o cambiar las tuberías defectuosas. Buscar irregularidades en las superficies de cierre de los acopiadores. Componentes mal ajustados. Consultar el manual técnico de la máquina para su ajuste correcto.
EL SISTEMA TRABAJA CON DEMASIADA RAPIDEZ
Orificio ajustable instalado al revés o no instalado. Instálese el orificio ajustable correctamente y ajústese.
El orificio ajustable instalado al revés o no se ha instalado Instalar las partes de¡ orificio correctamente y ajustarlas. Obstrucción o tierra debajo de¡ asiento de¡ orificio
Quitar la materia extraña. Reajustar el orificio. RECALENTAMIENTO DEL ACEITE EN EL SISTEMA El operador mantiene las válvulas de control durante mucho tiempo en la posición de potencia, haciendo que se abra la válvula de alivio. Devolver la palanca de mando a la posición neutral cuando no está en uso. Uso del aceite incorrecto Usar el aceite recomendado por el fabricante. Asegurarse de que la viscosidad de¡ aceite está correcta.
Nivel de aceite bajo Llenar el depósito. Buscar si hay pérdidas. Aceite sucio. Vaciar y rellenar con aceite limpio. Buscar el origen de la contaminación. Exceso de revoluciones de¡ motor.
Reajustar el regulador o acelerar menos. Válvula de alivio mal ajustada. Comprobar la presión de abertura y limpiar o cambiar la válvula de alivio.
Obstrucción o suciedad bajo el asiento dell orificio.
Limpiar y reajustar el orificio. RECALENTAMIENTO DEL ACEITE EN EL SISTEMA El operador mantiene la palanca de la válvula de mando en la posición de trabajo demasiado tiempo, abriéndose la válvula de descarga. La palanca de mando debe llevarse a punto muerto cuando no se trabaja con el circuito. Aceite inadecuado. Emplear el aceite recomendado por el fabricante y de la densidad correcta.
Fuga interna de aceite en un componente. Examinar y probar válvulas, cilindros, motores, etc. en busca de fugas internas y externas. Si el desgaste es anormal, tratar de averiguar la causa. Obstrucción en la tubería de aspiración de la bomba.
Limpiar o cambiar. Tuberías de aceite abolladas, obstruidas o de poca sección. Cambiar las tuberías defectuosas o de sección insuficiente. Desobstruirlas. Mal funcionamiento de¡ enfriador de aceite. Limpiar o reparar.
Localización de averías
Válvula de control agarrotada quedando abierta. Soltar todos los carretes de distribución para que vuelvan a punto muerto.
12-11
Orificio de respiración del depósito, obstruido. Quitar el tapón de respiración, lavarlo y limpiar el orificio.
El calor no se disipa. Limpiar la suciedad y el barro que puedan cubrir el depósito, las tuberías, el radiador y otros componentes.
Aire en el aceite. Apretar las conexiones o cambiar la tubería de aspiración. Buscar puntos de entrada de aire. Cambiar el retén de aceite del eje de la bomba.
El control automático de descarga no funciona (caso de llevarlo). Reparar la válvula. EL ACEITE HACE ESPUMA
Cojinetes o ejes de la bomba gastados o rayados. Cambiar las piezas gastadas o la bomba entera si el desgaste fuera considerable. Averiguar la causa del desgaste.
Nivel de aceite demasiado bajo. Llenar el depósito. Buscar puntos de pérdida.
Malla de filtro de la aspiración obstruida. Limpiar la malla.
Agua en el aceite. Vaciar y cambiar el aceite. Empleo de aceite inadecuado. Emplear el aceite recomendado por el fabricante. Entrada de aire por la tubería que va del depósito a la bomba. Apretar las conexiones o cambiar la tubería de aspiración. Tuberías abolladas Cambiar las tuberías.
o
dobladas.
Retén del eje de la bomba gastado. Limpiar la zona y cambiar el retén. Revisar el aceite por si estuviera contaminado y la bomba por si estuviera mal alineada. LA BOMBA HACE RUIDO Falta de nivel de aceite. Llenar el depósito y buscar puntos de pérdida en el sistema. Aceite demasiado denso. Emplear un aceite de menor densidad.
Piezas de la bomba rotas o averiadas. Reparar la bomba. Averiguar la causa de la avería, que puede ser la contaminación del aceite o el exceso de presión. Piezas agarrotadas. Repararlas, limpiarlas y cambiar el aceite si fuera necesario. LA BOMBA PIERDE ACEITE Retén del eje de accionamiento averiado. Cambiar el retén o la junta. La avería puede haberla causado el aceite contaminado. Buscar la presencia de abrasivos en el aceite y limpiar todo el sistema hidráulico. Tratar de encontrar el origen de la contaminación. Revisar el eje de accionamiento de la bomba. Si está mal alineado, avería el retén. En caso de estar mal alineado, buscar otras posibles averías en la bomba. Piezas sueltas o rotas de la bomba. Cerciorarse de que están bien apretados todos los tornillos y racores. Revisar las juntas. Examinar la caja y la tapa de la bomba en busca de grietas. Si se encuentra alguna grieta, averiguar la causa, que podría ser el exceso de presión o la conexión equivocada de las mangueras.
Bomba demasiado revolucionada. Hacerla trabajar a la velocidad recomendada.
Tubería de aspiración obstruida o estrangulada. Limpiar o cambiar la tubería que va de¡ depósito a la bomba.
Cieno y suciedad en la bomba. Desmontar y revisar las bombas y las tuberías. Limpiar el sistema hidráulico. Buscar el origen de la suciedad.
LA CARGA DESCIENDE CON CONTROL EN PUNTO MUERTO
LA
VALVULA
DE
Tuberías de aceite rotas o que pierden, entre la válvula de control y el cilindro. Buscar puntos de pérdida. Apretar o cambiar las tuberías. Examinar las superficies de cierre de los acopiadores en busca de irregularidades.
12-12
Localización de averías
LA CARGA DESCIENDE CON LA VALVULA DE CONTROL EN PUNTO MUERTO - CONTINUACION Fugas de aceite por las empaquetaduras o juntas tóricas de los cilindros. Cambiar las piezas gastadas. Si el desgaste ha sido causado por la contaminación de¡ aceite, limpiar el sistema hidráulico y buscar el origen de la contaminación.
Fugas a través de la válvula de control o de las válvulas de alivio. Limpiar o cambiar las válvulas. El desgaste puede haber sido causado por la contaminación. Limpiar el sistema y averiguar el origen de la contaminación. La palanca de mando no se centra al soltarla. Revisar el varillaje. Cerciorarse de que la válvula está bien ajustada y no tiene piezas rotas o agarrotadas.
LA VALVULA DE MANDO SE AGARROTA 0 TRABAJA DURA Varillaje mal instalado. Instalar bien el varillaje y engrasas las articulaciones. Tornillos de fijación demasiado apretados (en válvulas múltiples aplicadas). Apretar estos tornillos con el par recomendado por el fabricante. Válvula rota o rayada internamente. Reparar las piezas rotas o rayadas. Buscar la causa que las rayó. LA VALVULA DE MANDO PIERDE ACEITE Tornillos de fijación demasiado flojos (en válvulas múltiples apiladas). Apretar los tornillos con el par recomendado por el fabricante.
Juntas tóricas gastadas o estropeadas. Cambiar las juntas tóricas (especialmente entre las válvulas apiladas). Si la contaminación ha sido la causa de¡ desgaste de las juntas tóricas, limpiar el sistema y buscar el origen de la contaminación. Piezas de válvula rotas. Si la válvula tiene grietas, averiguar la causa, que podría ser el exceso de presión o la conexión incorrecta de los tubos flexibles. LOS CILINDROS PIERDEN ACEITE Cilindro averiado. Cambiar el cilindro. Subsanar la causa que averió el tubo cilíndrico.
El retén de la biela pierde. Cambiar el retén. Si la contaminación ha sido la causa de¡ desgaste de¡ retén, buscar el origen de aquella. El desgaste puede ser causado por contaminantes internos o externos. Revisar la biela de¡ pistón en busca de arañazos o mala alineación. Piezas flojas. Apretarlas hasta que el cilindro hidráulico deje de perder. Biela averiada.
Examinar la biela en busca de muescas o arañazos que puedan dañar el retén o causar la pérdida de aceite. Cambiar las bielas defectuosas. EL CILINDROS SE RETRAE CON LA VALVULA DE MANDO EN LA POSICION DE ELEVACION LENTA" Válvula de retención defectuosa en el circuito de elevación. Reparar o cambiar la válvula de retención. La empaquetadura del cilindro pierde. Cambiar la empaquetadura prensada. Revisar el aceite, que puede haber causado el desgaste por estar contaminado. Revisar el alineado de¡ cilindro. Las tuberías o racores del cilindro, pierden. Revisar y apretar. Examinar las superficie de cierre de los acopladores en busca de posibles irregularidades.
LA DIRECCION ASISTIDA POR FUERZA HIDRAULICA NO FUNCIONA, TRABAJA DURA 0 RESPONDE LENTAMENTE Aire en el sistema. Purgar el sistema. Buscar puntos de entrada de aire. Fugas internas en el sistema. Los componentes pueden no estar bien ajustados. Puede haber piezas gastadas o rotas. Averiguar la causa del desgaste. El sistema no está bien puesto a punto. Ponerlo a punto de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Cojinetes gastados o defectuosos. Revisar y cambiar los cojinetes de los componentes de la dirección. Falta de presión.
Revisar la bomba y las válvulas de alivio. La contaminación de¡ aceite puede hacer que las válvulas tengan fugas y desgastar la bomba.
Localización de averías
MAL FUNCIONAMIENTO DE LOS FRENOS ACTUADOS POR FUERZA HIDRAULICA Aceite demasiado inapropiado.
denso
o
líquido
de
frenos
Calentar el líquido o emplear uno de menor densidad. Emplear el aceite o el líquido de frenos recomendado en el manual de instrucciones de la maquina. NOTA: En muchos circuitos de frenos se emplea líquido para frenos en lugar de aceite hidráulico. NO MEZCLARLOS. Aire en el sistema. Purgar el sistema de los frenos. Buscar el punto por donde puede entrar el aire. Aceite contaminado. Puede ser la causa de que los componentes se desgasten o agarroten. Limpiar y reparar el sistema y buscar el origen de la contaminación. El pedal del freno no recupera del todo. Limpiar la suciedad de todas las piezas móviles. Revisar el varillaje. El acumulador de presión no funciona (caso de llevarlo). Comprobar la precarga del acumulador. Si el acumulador está averiado, repararlo o cambiarlo.
12-13
Cap13--1
CAPITULO 13 SIMBOLOGIA UTILIZADA EN LOS DIAGRAMAS DE CIRCUITOS HIDRAULICOS. En este capítulo veremos las reglas generales en las cuales se fundamenta el dibujo esquemático de circuitos hidráulicos. Miraremos, además, como están interconectados los componentes para hacer que el mismo trabaje adecuadamente. Contrariamente a los dibujos complejos, los esquemáticos no muestran la figura total , sino que , mas bien, se remiten al espacio bidimensional en el cual normalmente se inscriben . Los símbolos y diagramas simbólicos muestran : • • • •
Como los componentes están interconectados en un sistema (fig 2) . Pasajes de flujo del fluido hidráulico . La manera general en la que trabaja un determinado componente. El numero de puertos o compuertas (conexiones) que posee el componente.
Algunas de las guías que se pueden utilizar en este capítulo para ayudar a interpretar la simbología son : • Estos no muestran las condiciones internas del sistema hidráulico, por ejemplo , temperatura y presión del fluido . • Cada símbolo esta dibujado para representar la posición neutral o normal del componente antes de que sea activado. Por ejemplo una válvula normalmente cerrada será representada en la posición cerrada. • Los símbolos pueden ser rotados o colocados en posiciones que no son las usualmente ocupadas por los mismos. Esto no altera sus funciones , en tanto y en cuanto se muestren correctamente conectados. • Pueden dibujarse en cualquier tamaño sin alterar su significado. • Todos los anchos de trazo serán considerados como del mismo grosor , aunque no lo sean. Esto significa que el ancho de trazo no significa nada en el dibujo esquemático. No necesitan interpretación . CARACTERISTICAS DE LOS SIMBOLOS . Los símbolos a utilizar en este capitulo , siguen la norma ISO 1219-1. FORMAS. Las formas básicas mas usadas son las siguientes : • Círculos, semicírculos . • Esquinas . • Diamantes . • Rectángulos. MARCAS. Un símbolo se construye utilizando una de las cuatro formas básicas y
sumándole las marcas marcas incluyen : • • •
Cuadrados. cuadrados
,
también
son
Líneas Flechas, cabezas de flecha. Arcos.
Círculos, semicírculos. Cuando ves un círculo o semicírculo con marcas dentro de el, se trata de una bomba o símbolo de motor . El círculo
Representa el movimiento circular de rotación tal como lo hacen las partes internas de un motor. (Fig 4).
Los
apropiadas .Estas
llamados
Cap13--2
Figura 4
LINEA PPAL. SOLIDA
LINEA PILOTADA PUNTEADA
LINEA DE ENVOLTORIO SEMI PUNT.
Cap13--3
DOBLE LINEA SOLIDA DE CONEXION MECANICA Las líneas ( tubería o mangueras) que cruzan un Figura 5 circuito hidráulico, pero que no se conectan entre si, se representan como líneas no interrumpidas .También se pueden representar Como arcos de circunferencia pasantes uno sobre el otro (Fig. 6) . Las líneas que representan tubería o mangueras conectadas, se representan como líneas perpendiculares con un punto de unión . (fig. 7) .
Figura 8 Arcos. Muestran un punto de ajuste cuando se usan en conjunto Ver fig. 4 “un control de flujo” .También son usadas para mostrar una manguera flexible en el sistema hidraulico. SIMBOLOS HIDRAULICOS .
Y
COMPONENTES
Bombas. El símbolo básico para las bombas hidráulicas es un circulo o semicírculo .(fig 9). El circulo o semicírculo solo no es suficiente .No muestra nada acerca de la bomba. Por ejemplo no dice nada acerca de cuantos puertos tiene , si tiene desplazamiento fijo o variable .; si es o no unidireccional o bidireccional , si es compensada por presión .
Sup. Figura 6 Inf. Figura 7
Aun el corte transversal mostrado en la figura 10 , no nos dice nada mas que el símbolo ISO. Flechas . Lo único que podemos extractar del corte Las flechas muestran la dirección de flujo del fluido transversal, es de que se trata de una bomba hidráulico .También muestran la dirección del de engranajes externa . También podemos la bomba ha sido movimiento en bombas y motores. Una flecha saber la forma en la que Cap13--4 construida, y como engranajes, ejes y dentro de un circulo o a través de dos arcos alojamiento están ensamblados . representa un punto de ajuste para la cantidadEllas de influyen en el símbolo . Cuando un símbolo hidráulico se muestra en el flujo de fluido hidráulico o presión (fig 8) circuito , este nos dice todo lo que
Figura 11. Bombas de desplazamiento variable .
Figura 10 Debemos saber .Representa la función de la bomba dentro del circuito y su relación con respecto a los otros componentes que hacen al sistema . Ahora , comenzaremos a aditar alguna flechas , líneas, cabezas de flecha y rectángulos y veremos como podemos utilizar un circulo para representar diferentes tipos de bombas.
La vista 1 de la figura 12 es una bomba unidireccional de desplazamiento variable tal como lo indica la flecha dibujada a través del circulo .En otras palabras , la salida de la bomba puede ser ajustada o variada. También , se muestran el eje y su dirección de rotación . Esta flecha indicando el sentido de rotación, siempre se coloca cercana al extremo libre del eje ( el mas alejado de la figura). La vista 2 de la figura 12 muestra una bomba mas sofisticada aun . Se trata de una bomba bidireccional, de desplazamiento variable , compensada por presión, con un eje reversor y una línea de drenaje hacia el tanque hidráulico de la maquina .
Bombas de desplazamiento fijo. Cuando miramos a la figura 11 , comenzamos a aprender un poco mas .La vista 1 una bomba unidireccional con dos partes .La vista 2 pertenece a una bomba bidireccional . ( el aceite hidráulico puede fluir en ambas direcciones como se indica por los dos triángulos .Ambas bombas mostradas en estas dos vistas son bombas de desplazamiento fijo .Ahora coloquemos ciertas flechas y veamos como Resumen. El circulo es el dibujo básico para las bombas.El tipo de bomba que represente el circulo , determinará la necesidad de información adicional . La suma de las flechas , nos dice si la bomba es compensada por presión , si es de desplazamiento variable, y en que dirección gira el eje. Las cabezas de flecha indican si es unidireccional o bidireccional.
Cap13--5
MOTORES HIDRAULICOS.
Figura 12 .
El símbolo básico es el mismo que el de la bomba. Motores y bombas son similares en diseño . Como las bombas , los motores pueden ser unidireccionales o bidireccionales . Podrán ser de desplazamiento variable o fijo , y compensados por presión . Si utilizáramos la simbología idéntica a las de las bombas, no tendríamos posibilidad de saber si se trata de un motor o una bomba. Por lo tanto , variando la dirección en la que indican las cabezas de flechas localizadas en el interior del circulo . En la figura 13 , vemos una bomba bidireccional, de desplazamiento variable , compensada por presión y un motor con eje revertido y línea de drenaje al tanque .La vista 1 es la bomba, la vista 2 , el motor . Mecanismo bomba-motor. En ciertos circuitos hidráulicos , un mismo componente operara como bomba y motor en forma alternada, dependiendo de como se haya estructurado el circuito . Como leeremos esto en nuestro diagrama de potencia hidráulica ?. La respuesta es , por el sentido de las cabezas de flecha . Veamos algunos ejemplos .
Figura 14 . En la figura 14 , vemos el símbolo para una parte que es tanto bomba como motor.La vista 1 indica que el componente opera en una dirección como bomba , y en la otra , como motor . La vista 2 muestra otro componente que opera en una dirección solamente pero , tanto como bomba o motor ..Note la posición de las cabezas o puntas de flecha . Cap13--6
El componente mostrado en la figura 15 puede operar como bomba o motor en ambas direcciones .Note las 4 puntas o cabezas de flecha. Dos indican un bomba bidireccional, y dos indican un motor bidireccional . Resumen . El circulo es un símbolo básico para el motor y la bomba . Flechas y puntas de flecha indican lo mismo para un motor , que para una bomba
Figura 16 . Uso correcto de los símbolos ISO en válvulas de carrete de control direccional . 1- Como la válvula solo puede adoptar una sola posición a la vez, todas las conexiones al resto del circuito deberán efectuarse desde un block o envoltorio solamente, Ver la figura 17 .
Figura 15. VALVULAS . Como se discutió anteriormente, existen tres tipos principales de válvulas . Ellas son , las Válvulas direccionales, de presión y de volumen . Se utilizan 3 tipos diferentes de símbolos ANSI. El cuadrado es el símbolo mas simple para representar una de las válvulas mas comunes (direccionales) ,la válvula de carrete . (fig 16 ) .Mas cuadrados adicionados , significa que la válvula posee tantas posiciones diferenciadas como hay cuadrados se deslizaran hacia la derecha, causando el alineado de la flecha con las líneas que representan el flujo hacia el resto del circuito . 4- Las flechas dentro de los cuadrados o envoltorios muestran dirección de flujo cuando ese cuadrado particular es movido a la posición de trabajo .Mire la figura 17 nuevamente .Si el actuador de palanca es empujado, la válvula desplaza el cuadrado izquierdo o envoltorio hacia el alineado con las líneas hidráulicas .La flecha indica la dirección de flujo .En algunos circuitos , el fluido podrá
2- Todas las conexiones al circuito externo desde el símbolo ISO, deberán hacerse desde el cuadrado que muestre flujo cuando la válvula se encuentre desactivada .En la figura 17 vemos una válvula de carrete de dos vías , normalmente cerrada con actuador manual a base de palanca y resorte de retorno .En su estado desactivado , ella se encuentra cerrada. Por lo tanto , se muestra conectada al resto del circuito desde el cuadrado que indica falta de flujo o posición cerrada . 3- Todos los actuadores de válvula, palanca de mando, pedal de pie , y solenoides, deberán ser visualizados como empujando el conjunto total de los cuadrados que conforman la válvula , en una dirección lateral . Por lo tanto, las conexiones al circuito externo deberán hacerse al block o cuadrado desde el lado mas opuesto al dibujo representando el actuador .Esta situación se refleja en la figura 17.Si Fuera a empujar el símbolo representando el actuador manual , los dos cuadrados 4-
Cap13--7
De la válvula , se muestra por un cuadrado simple (vista 2) el cual indica flujo bloqueado . La válvula accionada , se muestra básicamente en la vista 3 . Nótese que las entradas de la válvulas se encuentran abiertas al flujo de aceite. Gráficamente, la válvula accionada es , nuevamente mostrada indicando flujo (vista 4) . Cuando los dos cuadrados son colocados juntos (vista 5) , ambas características de flujo de esta válvula , serán mostrados . Para finalizar con el símbolo ISO, el actuador primario (una palanca manual, en este caso), es
Figura 17. Válvulas de dos vías. En la figura 18 podremos ver una válvula de dos vías, de carrete, normalmente cerrada , en ambas versiones: pictórica y usando símbolos ISO. La vista 1 es un dibujo de la válvula en su posición normalmente cerrada o inactiva . El pasaje de fluido se encuentra bloqueado. Gráficamente la posición inactiva
Cap 13-p-8
Figura 18 .
Figura 19.
Cap 13—p 9
Figura 20. Válvulas de tres vías. La vista 1 de la figura 20 , es una representación pictórica de una válvula de tres vías , normalmente cerrada , en la posición no enegizada . Nótese que la compuerta presurizada se encuentra bloqueada .El flujo de fluido hidráulico se produce solamente en el retorno del tanque al reservorio .La vista 2 es el símbolo ISO , mostrando lo mismo .Nótese la flecha revertida y el punto de presión bloqueado . La vista 3 de la figura 20 muestra la válvula en la posición actuada o abierta . Ahora el puerto presurizado , se encuentra abierto a flujo completo hacia el puerto de salida .El puerto de retorno al tanque hidráulico esta , ahora bloqueado .La vista 4 es el símbolo ISO .Nótese la flecha indicando el flujo del puerto de presión hacia el puerto de salida .La vista 5 muestra ambos cuadrados o envoltorios juntos con una palanca manual y el resorte de retorno colocado .
En la figura 21 , vemos una válvula de tres vías , normalmente abierta , de carrete .Opera exactamente al revés que la normalmente abierta .Ambas se comportan como las válvulas de dos vías , normalmente abiertas y cerradas . Válvula de control direccional de tres posiciones . Aunque las válvulas mostradas en la figura 22 , parecen iguales a las de las figuras 20 y 21 , son bien diferentes .No poseen posición normal , permanecen en cualesquiera de las posiciones que el operador las deje .No poseen una compuerta o puerto de retorno , pero si poseen dos compuertas de salida . Una válvula de este tipo se denomina de tres posiciones , centro cerrado, y control direccional Permite la operación de dos sistemas desde una bomba . Cuando la manija se encuentra en la posición arriba , (vista 1, figura 22) , presión hidráulica entra en
Cap 13--p10
Figura 21 El puerto P y sale por el puerto de salida A .hacia un sistema .( un cilindro, por ejemplo) .La presión es impedida de pasar por la compuerta de salida B .. Cuando la manija se encuentra en la posición abajo (vista 3) , la presión sale por la compuerta B para operar un segundo sistema , como , por ejemplo , otro cilindro . La compuerta puerto A , se encuentra, entonces, cerrada a la presión . Cuando la manija esta centrada (vista 2) , ambos puertos de salida se encuentran cerrados , no recibiendo, por lo tanto , flujo presurizado . Esa es la razón por la cual , se llama , válvula de control direccional , de centro cerrado, y tres posiciones . Debe hacerse notar , que se necesitan tres cuadrados para la simbología completa de esta válvula .Un cuadrado por cada posición . Veamos , ahora una valvula de 4 vías, tres posiciones , y como lo representamos con un simbolo ISO . Figura 22.
Cap 13--p 11
Válvulas de 4 vías y tres posiciones . En la figura 23 vemos una válvula de 4 vías y tres posiciones con centro cerrado , ambas en forma pictórica y gráfica .Cuando el carrete es corrido hacia la izquierda , la presión entra por el puerto P, y es direccionado hacia afuera al puerto B , hacia el cilindro . Esto permite al puerto A drenar hacia el tanque , a través del puerto T . Cuando el carrete es corrido hacia la derecha , sucede lo opuesto , la presión de P , es ruteada hacia A y el puerto B , drena al tanque (por T) .Cuando el carrete esta centrado , los cuatro puertos están cerrados , la presión se encuentra aun en el puerto P , pero no puede escaparse por ninguna salida .El símbolo ISO ,muestra este flujo de 4 vías , usando flechas para conectar las compuertas . El símbolo ISO de la figura 24 , es la misma válvula mostrada en la figura 23 .Los actuadores y mecanismos de centrado han sido aditados , en este caso los solenoides son los actuadores y los resortes actúan como dispositivos centradores .
Figura 23.
Válvulas de control de flujo. Un segundo tipo de válvulas son las de comprobación y las válvulas agujas . No todas las válvulas usan el cuadrado como el símbolo básico .Las anteriores , son tipos de válvulas que están representadas por diferentes símbolos. Una válvula de control de flujo , se muestra en la figura 25 . Esta constituida por una válvula de aguja y una válvula de comprobación .El flujo es controlado solamente en una dirección . En este caso , hacia la derecha . El flujo que viene desde la izquierda , puede pasar en flujo libre a través de la válvula de comprobación interna . El símbolo ISO de esta válvula (figura 25) , tiene una flecha indicando la dirección del flujo controlado y es una parte integral del símbolo . Una flecha (que no forma parte del símbolo) , muestra la dirección del flujo libre volviendo a través de la válvula de comprobación .Nótese, también que la compuerta de presión y la compuerta de flujo libre se encuentran dibujadas.
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La válvula de la figura 25 , constituye, en realidad , dos restrictores comunes de flujo de fluido hidráulico . Primero, la válvula de aguja ajustable se muestra en la forma de dos arcos y la flecha a través de ellos .(Este uso del símbolo de flecha muestra un punto de ajuste tanto si es usado solo como con otro símbolo . El segundo es un restrictor de flujo direccional .La bolita dentro del dibujo de la punta de flecha , simboliza que el fluido hidráulico es libre de fluir desde derecha a izquierda en la válvula .(fig 25) . Figura 24
Figura 25 .
Este es , también , un símbolo común que puede ser usado en forma individual . Recordemos las dos flechas mostradas fuera de la válvula son para clarificación y no constituyen parte del símbolo . Resumen . El punto principal para recordar a la hora de dibujar un símbolo ISO , para una válvula de carrete , es que todas las posiciones , direcciones de flujo , y formas de activarlas , se muestren correctamente .Recuerde : Una válvula de 4 posiciones , deberá ser representada por 4 cuadrados . Y así sucesivamente para válvulas de tres posiciones , dos posiciones ,etc.
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Figura 26
por medio del presión piloto del sistema (figura 26) . El símbolo para un tipo común de válvula de alivio es el mostrado en la figura 27. La válvula reductora de presión es , usualmente, del tipo preseteada, cuyo propósito es el de reducir presión hidráulica , en cierta parte del sistema hidráulico .En la fig 27 vemos la representación simbólica la figura 28 podemos ver una vista pictórica de la válvula en cuestión . Nuevamente, podemos ver como la flecha básica y cuadrado (envoltorio) , pueden ser usados para representar una válvula hidráulica . Presión de alivio
Una flecha deberá ser usada para cada dirección de flujo .El símbolo ISO para la válvula de 4 vías tendrá 4 flechas , cada una indicando la dirección de flujo . El método por el cual la válvula es accionada debe ser mostrada. Esto incluye una palanca manual, solenoide, piloto u otros controles . Las válvulas de control de flujo , también restringen la dirección del flujo del fluido , o la velocidad de dicho flujo .
Pres. De reduc.
Retorno al tanque hidráulico
Figura 27.
Válvulas de control de presión. El tercer tipo de válvula es la válvula de control de presión .Este tipo de válvula puede ser una válvula de alivio o del tipo válvula de regulación de presión . La válvula de alivio ayuda a controlar la presión del sistema hidráulico , abriéndose , si la presión del sistema alcanza valores altos. El fluido hidráulico es drenado hacia el tanque hasta que la presión del sistema alcanza nuevamente valores de calibrado . Las válvulas de presión de alivio , son usualmente ajustables y podrán ser operadas por medio de presion de retorno en el sistema. (Fig. 26) .
Figura 28
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El símbolo de la válvula de alivio del tipo común , es el que se observa en la figura 27 . La válvula reductora de presión es , usualmente , una válvula preseteada que intenta reducir la presión hidráulica en cierta parte del sistema hidráulico .En la figura 27 , se puede ver la figura simbólica .En la figura 28 se puede observar una vista pictórica de una válvula de reducción de presión común . Nuevamente, podemos ver como la flecha básica y el cuadrado , puede ser usada para representar la válvula hidráulica . CILINDROS . El símbolo ISO, para un cilindro hidráulico se asemeja a un cilindro .
Figura 29.
En la figura 29 vemos , tanto una representación pictórica , como su símbolo ISO ., para un cilindro típico de doble acción . Claramente evidente , en el símbolo ISO , están las varilla, pistón, y alojamiento del cilindro . El símbolo ISO no muestra los sellos o tipo de configuración del alojamiento del cilindro .Esto no es necesario para un diagrama de circuito hidráulico . En la figura 30 vemos un diagrama en el cual se muestran dos cilindros operados al mismo tiempo .Aquí, los cilindros se denominan de doble acción , pero en un diagrama de circuito corriente, los cilindros no se rotulan .Como sabremos, entonces que los mismos son de doble acción , en vez de acción simple ?. Nótese que ambos puertos en el cilindro pueden ser conectados a los puertos de presión en las válvulas, cuando las válvulas son accionadas .
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Figura 30 .
Si los cilindros fueran de simple acción, uno de los puertos en cada cilindro, seria un venteo (no conectado a las válvulas) .También, las válvulas de 4 vías no serán necesarias .
Acumuladores . Como se aprendió en el capitulo 6, el aceite puede ser bombeado dentro de un acumulador y almacenado bajo presión para su uso mas adelante . (fig. 31)
Figura 31.
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Los Acumuladores, no se utilizan en todos los sistemas hidráulicos , Sin embargo, si una parte , como ser el cilindro se encuentra en uso menos del 50% del tiempo, una bomba mas pequeña y un motor con potencia menor podrán ser eficientes con la ayuda de un acumulador .Esto reduce la capacidad de la bomba y el motor, y el costo del sistema . En la figura 32 vemos una comparación de un circuito hidráulico convencional con otro que utiliza un acumulador .el acumulador se muestra en el diagrama inferior junto a su válvula de descarga asociada y válvula de comprobación.
FILTROS. Filtros, tamices , y otros fluidos hidráulicos , todos usan el mismo símbolo. En la figura 33 vemos una representación pictórica en corte de un filtro tipo T y en línea . (Junto al símbolo ISO ) . El símbolo es un diamante .Las líneas hidráulicas del sistema se encuentran conectadas a dos de las esquinas .El filtro o tamiz , se encuentra representado por una línea punteada, conectada con las restantes esquinas del diamante . La figura 34 muestra dos circuitos ambos usando el tamiz de succión en la misma ubicación .
Figura 32 .
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Figura 33 . El diagrama superior , muestra un filtro con alto micronaje en la línea de alta presión de la bomba. El diagrama inferior muestra el filtro localizado en el tanque de drenaje de la línea de retorno desde la válvula de alivio del sistema . ENFRIADORES DE ACEITE.
Figura 34.
Los dos tipos de enfriadores de aceite , algunas veces llamados ,intercambiadores de calor , mas usados son los de aire a aceite y agua a aceite .Ambos son representados por el mismo símbolo ISO . En la figura 35 , vemos un enfriador de agua/aceite junto con el símbolo oficial . Los enfriadores de aceite no soportan altas presiones por lo que se instalan en la parte de baja presión del sistema. Una ubicación típica se muestra en la fig 36 .
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TANQUES HIDRAULICOS . Se representan por el mas simple de los símbolos ISO (figura 37) . De hecho , lo hemos visto en todos los diagramas de sistemas estudiados . Sin embargo, existe una diferencia principal en su uso con respecto a otros símbolos ISO. Cualquier circuito, utilizara el símbolo varias veces , pero el se refiere al mismo tanque hidráulico .
Figura 35 .
Figura 36. Por , ejemplo , en la figura 36 , se utiliza el símbolo del tanque hidráulico 4 veces. Esto no significa que el mencionado circuito tenga 4 tanques .El símbolo se refiere siempre al mismo tanque , a fin de ahorrarse dibujos de líneas de retorno que puedan complicar el diagrama . El símbolo es simple porque el tanque hidráulico siempre se construye de idéntica forma .Consta de , básicamente, los elementos que se muestran en la figura 37 . RESUMEN . Un diagrama hidráulico hecho con símbolos ISO, tiene ciertas ventajas sobre su similar pictórico . Figura 37.
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Son comprendidos internacionalmente. Simplifican el diseño , fabricación, análisis, y mantenimiento de los circuitos representados . Ponen de manifiesto la función del componente .. Muestran conexiones y pasajes de flujo. Fáciles de dibujar con respecto a las representaciones pictóricas .
Para poner mas énfasis a esta cuestión , miremos la figura 38 y 39 . Una es la representación pictórica, la otra es un diagrama conforme a normas ISO. Nótese la mayor simpleza del diagrama de la figura 39 sobre el de la figura 38 . Para aprender a leer los símbolos ISO , estudiar la figura 40 y 41 .
Figura 40 .
Figura 38.
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Figura 39 .
Continua en la pagina siguiente .
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Cap 13—p22
Figuras 41 .
Cap14-p1
CAPITULO 14- NORMAS DE SEGURIDAD PARA LA ACTIVIDAD HIDRAULICA . INTRODUCCION Las altas presiones generadas en los sistemas hidraulicos , pueden causar serios perjuicios a sus operadores , si no se ejercita el cuidado y la seguridad . SISTEMAS HIDRAULICOS Los sistemas hidráulicos almacenan energía . Algunas veces , las presiones pueden llegar hasta 2000 libras por pulgada cuadrada . En consecuencia , una enorme cantidad de energía podrá ser almacenada en un sistema hidráulico .Un mantenimiento o ajuste dejando de lado el cuidado necesario para estos tipos de circuitos , puede resultar peligroso. El fluido bajo presión , tiende a escaparse como lo muestra la figura 2 . Haciéndolo puede darnos utilidades o perjuicios . El ajuste y remoción de componentes cuando el fluido hidráulico se encuentra bajo presión puede resultar peligroso como lo demuestra la figura 3 , Tan solo basta imaginarse la remoción de un grifo o canilla de la cocina sin cortar el agua .Esta saldrá 40 Psi . Pero en el caso de aceite hidráulico , la presión será de 2000 PSI . Puede lastimarse por el chorro de aceite caliente o por la fuerza con la que saldrá disparado el componente que se pretenda sacar . EVITE LOS FLUIDOS A ALTA PRESION. Los fluidos a alta presión pueden ingresar en la piel provocando graves problemas . Evite el peligro aliviando la presión antes de desconectar otras líneas .Proteja manos y cuerpo de fluidos de alta presión. Revise por perdidas con un trozo de cartón. Si , por algún motivo, penetra el aceite dentro de la piel, deberá ser extraído dentro de las 2 horas de producido , o existe riesgo de gangrena.
Cap14-p2
Perdidas por pequeños orificios pueden ser peligrosos. Si liquido bajo gran presión , se escapa a través de una abertura extremadamente pequeña , sale como un delgado chorro (fig 5). Estas son difíciles de ver y en extremo peligrosas .La alta presión a la que salen estos chorros pueden penetrar la epidermis .Dichas perdidas , a menudo poseen una presión de mas de 2000 PSI . Esta presión es mayor que la usada en las jeringas de inyección . Evite el riesgo de la energía alamacenada en un acumulador hidráulico . Algunos sistemas hidráulicos poseen acumuladores para almacenar energía .Podrán ser usados, también , para absorber cargas repentinas y para mantener el sistema a presión constante . Recordar que , si no ha sido convenientemente descargado , el acumulador puede estar a presión , no importa si el resto del sistema se encuentra detenido (bomba hidráulica descompuesta, por ejemplo ) . El nitrógeno se encuentra bajo presión, entonces , el fluido hidráulico también se encuentra bajo presión .(ver figura 6) Observe estas consideraciones de seguridad básicas para los acumuladores hidráulicos . 1- Reconocer a los acumuladores como fuentes de energía almacenada. 2- Aliviar el sistema en cuestión de toda presión , antes de ajustar o realizar servicio en el mismo. 3- Aliviar toda presión hidráulica de las maquinas que no se utilicen , por razones de seguridad. 4- Asegurarse que los acumuladores neumaticos esten cargados propiamente con el gas inerte que corresponda (usualmente nitrogeno).
Cap14-p3
Un acumulador neumatico sin gas es una potencial bomba cuando se carga solamente con aceite . 5- Lea y siga las instrucciones del fabricante para realizar mantenimiento a los acumuladores . Evite riesgos por expansión térmica atrapado .
acción de la o del aceite
Otro riesgo con el aceite atrapado es el calor (figura 7) . El calor del sol , puede hacer que el aceite hidráulico incremente su presión por expansión del mismo .La presión puede soplar sellos y mover partes de una maquina o implemento . Conectar las líneas correctamente .
del
sistema
Si se conectan las líneas en forma invertida, los controles funcionaran en forma no deseada .Así, una palanca de control en la posición de elevación , debe elevar el componente , y en la posición de descenso , debe bajar el componente. Conectando inversamente las líneas , la misma funcionara en forma revertida , haciendo riesgosa la operación del equipo (ver figura 8 ) Evite puntos interferencia .
de
choque
o
de
Existen puntos de interferencia mutuos en una maquina o tractor hidráulico . Por ejemplo , hay varios de ellos en los acoples de enganche hidráulicos . Otro punto de interferencia peligroso , resulta la zona de los neumáticos y el chasis de los remolques de un tractor , como lo muestra la figura 9 . Las direcciones hidrostática , también pueden ser riesgosas, ya que son muy sensibles .
Cap14-p4
No permita que nadie se coloque delante de las ruedas de un vehículo comandado por dirección hidrostática . Evite calentar cerca de líneas de alta presión. Chorros inflamables pueden ser generados por el calentamiento cerca de las lineas presurizadas (figura 10) ., resultando en severas quemaduras para el operador y personal circundante . No caliente por soldadura , usando una antorcha , o similar, pues provocara que las mangueras puedan abrirse debido al calor que las deforma , cuando el mismo supera el máximo permitido para aquellas . INSTRUCCIONES SEGURIDAD .
GENERALES
DE
Hasta ahora hemos observado las instrucciones mas comunes , pertinentes al manejo de sistemas hidráulicos . Empero , muchas veces , los sistemas hidráulicos , poseen componentes no mecánicos o de otra índole , para los cuales , se requiere un tratamiento especial en lo que respecta a seguridad . Reconocer la información de seguridad . El símbolo de alerta es el que se muestra en la figura 12 . Respételo . Es indicador de que debe seguirse las recomendaciones y precauciones del caso , en forma obligatoria . Entender las señales y símbolos Junto con los símbolos , se incluyen palabras como : PELIGRO , ALERTA, PRECAUCION , las cuales definen el tipo de seguridad a seguir . Debajo de la palabra precaución, generalmente se listan los pasos a seguir para operar el componente adecuadamente desde el punto de vista de la seguridad .
Cap14-p5
Seguir las instrucciones de seguridad . Leer cuidadosamente las instrucciones de seguridad de este capitulo y la de las unidades que se utilicen ..No existen dos maquinas iguales , asi que no se precipite .Antes de accionarla , proceda a leer las instrucciones de seguridad y precauciones . Practicar mantenimiento seguro . Mantenga el área limpia y seca .Comprenda los pasos a realizar previo a cumplirlos . Nunca repare o efectúe mantenimiento con la maquina en funcionamiento . Operar los controles para liberar presiones y cortar toda posibilidad de accionamiento de motor , bomba , et c .Baje los accesorios de la maquina hasta el suelo , saque la llave de la posición de ignición , y permita que la unidad se enfríe . Asegurar mecánicamente todo componente hidráulico que deba elevarse para realizar servicio . Antes de hacer ajustes al sistema eléctrico , desconecte el mismo a través del cable negativo o por medio del interruptor general , si la maquina dispone de uno . Trabaje en un área limpia . Antes de comenzar una tarea cerciórese de que : 1- El area de trabajo se encuentre limpia . 2- Asegurese de que posee todas las herramientas necesarias para realizarlo . 3- Tenga las partes correctas a mano . 4- Lea todas las instrucciones en forma completa ; no intente obviar ningún paso . Prepárese para emergencias. Prepárese si se produce fuego.
Cap14-p6
Tenga a mano el equipo de primeros auxilios Mantenga los números de emergencia de doctores, ambulancias, hospital y bomberos cerca de su teléfono . Estacione la maquina en forma segura . Antes de trabajar sobre la maquina : • • • •
Baje todo el equipo hasta el suelo . Pare el motor y remueva la llave . Desconecte el cable de maza de batería Coloque una tarjeta de advertencia de no operar la unidad en la cabina .
Realice la practica de mantenimiento en forma segura . Átese el pelo largo detrás de su cabeza .No use cadenas , ropa floja o colgantes cerca de maquinas o maquinas herramientas . Sáquese aros o anillos para evitar cortos circuitos potenciales en el sistema eléctrico Utilice las herramientas apropiadas . Utilice las herramientas apropiadas para el trabajo . Herramientas hechas provisoriamente pueden causar severos problemas .No utilice herramientas para unidades de medida en pulgadas con unidades de medida métricas , ni viceversa . Las herramientas de torque deben utilizarse solo en elementos roscados o especiales .
Manipule los fluidos en forma segura – evite fuegos . Cuando trabaje alrededor de combustible, no fume o trabaje cerca de calentadores . Almacene fluidos inflamables fuera de zonas de riesgo de fuego .No incinere o agujeree contenedores presurizados . Asegúrese de que la maquina se encuentra
Cap14-p7
Limpia de grasa, basura o deshechos . No almacene trapos con aceite, pueden prenderse espontáteamente . Prevenga el accionado de la maquina en forma inesperada. No arranque la maquina haciendo puente entre los cables del arranque , La unidad arrancara en cambio si el circuito normal es puenteado . Nunca arranque el motor estando en tierra .Hagalo desde la cabina , con el freno de estacionamiento puesto y en neutro ..
Deshágase de los fluidos apropiadamente . Antes de drenar cualquier fluido , busque la mejor manera de recogerlo en un recipiente adecuado .La falta de este ultimo puede dañar seriamente el entorno y la ecología . No use contenedores que puedan inducir a datos erróneos acerca de su contenido . Por ultimo , no vierta los fluidos utilizados , en lugares como lagos , pozos , arroyos etc .
CONTROL ELECTRONICO DE VALVULAS HIDRAULICAS A BASE DE MICROPROCESADOR. En las paginas anteriores , se discutió la función de las válvulas electro hidráulicas .El control de dichas válvulas puede ser efectuado por un microprocesador, y los sensores y circuito correspondiente requerido. Existen una cantidad de ventajas cuando un microprocesador y sistema electrónico reemplaza a un sistema mecánico. Aquí se mecionan solo algunas de ellas : • Eliminación de uniones mecánicas. • Flexibilidad en el diseño. • El controlador puede ser “enseñado” • Mayor precisión. Aplicación. Una aplicación típica de un sistema electrónico basado en microprocesador, lo constituye el gancho de acople de un tractor para granja , que se detalla en la figura 25 . Veamos como funciona. El tiraje o arrastre es censado por la bisagra (1) , la cual usa un sensor de deformación .La posición de la bisagra es , a su vez, sensada por el potenciómetro (3) adherido a uno de los brazos del eje principal de elevación del sistema de enganche. La salida de estos sensores , es leída directamente por el controlador del sistema de enganche (2) y son sumados por el algoritmo del mismo, el cual usa los datos de configuración de inicio del potenciómetro de mezcla (4) para determinar el peso relativo de cada uno. La palanca del eje principal se encuentra unida al potenciómetro rotante (5), el cual provee la posición de la manivela al algoritmo. El potenciómetro de relación de caída (7) y el potenciómetro limitador de elevación (8) , también han sido aditados al sistema . La manivela de comando, la mezcla de datos de configuración de inicio y la retroalimentación del arrastre y posición son utilizados para determinar el comando (presión o retorno) para enviar a la válvula solenoide apropiada (6). El algoritmo de control del gancho electro-hidráulico , es definido por el ingeniero en la etapa de diseño, usando ecuaciones predeterminadas. La figura 26 muestra el circuito esquemático. El sistema de enganche electro-hidraulico usa el circuito eléctrico y los solenoides para controlar el flujo de aceite hidráulico , el cual activa el enganche de 3 puntos . La porción eléctrica del enganche , consiste de cinco subgrupos mayores : 1- UNIDAD DE CONTROL DE ENGANCHE (HCU) 2- CONTROLES DEL OPERADOR • • • •
FIGURA 25
Manivela de control del enganche. Potenciómetro de control de carga/profundidad Potenciómetro de relación de caída Potenciómetro de limitación de Elevación .
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FIGURA 26
• •
Interruptor del eje de elevación/descenso Interruptor externo de elevación / descenso
3- Dispositivo de censado de sistema de enganche • •
Sensor de posición de retroalimentación del eje principal Sensor de carga/descarga.
4- Válvulas de control •
Presión de retorno de las válvulas solenoides.
5- Arneses de cableado .
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VALVULA DE SECUENCIA La válvula de secuencia es usada para controlar mas de un movimiento de la máquina en secuencia. Por ejemplo , la lógica que existe detrás de una válvula como esta , establece que si la acción A debe ocurrir, luego, la acción B vendrá a posteriori de la acción anterior. Este concepto se aplica a maquinas como las sembradoras de granos. Si se mueve la palanca de elevación del sembrador, luego, los indicadores de posición de sembrado, también se elevaran. La figura 36 muestra el flujo de fluido hidráulico cuando un sembrador es elevado por medio de FIGURA 36 Una válvula de secuencia. En la primera etapa, el carrete de válvula permite la activación del cilindro de elevación del sembrador. En segundo lugar, las válvulas calibradas D y A se abrirán, si los indicadores de posición de sembrado están en la posición abajo. Flujo de aceite es permitido correr hacia la parte del vástago del cilindro, permitiendo, de ésta manera, elevar los indicadores .Los pines C y B controlan el movimiento hacia abajo de los indicadores de posición en este caso especifico bloqueando el flujo de aceite hacia el lado de elevación o del extremo del vástago.
MOTORES HIDRAULICOS DE LEVA DE EXPULSION Resulta una variación del motor typo pistón. Viene en dos tipos : • •
Motor con montura ajustable o variable. Motor con montura fija.
El motor ajustable, es utilizado mayormente en aplicaciones vehiculares. El de montura fija, en cambio, es usado para otras aplicaciones, como, por ejemplo, actuado de ejes fijos . Nos concentraremos en el de montura fija dado que los principios básicos son los mismos para ambos . OPERACION DE LOS MOTORES DE LEVA DE EXPULSION
FIGURA A
El movimiento de accionamiento (potencia) se desarrolla cuando aceite presurizado fluye a través de la tubería y pasajes de aceite del transportador, forzando cada pistón hacia arriba. A medida que el pistón es forzado hacia la rampa de la leva, el transportador es forzado a girar a medida que el copiador se mueva a través de la rampa de la leva (fig A). Aceite a presión , es enviado desde la cubierta interna al manifold (conjunto de tubería) .Cada pasadizo del manifold es confrontado a una rampa de leva. Existen 15 pasadizos con aceite a
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FIGURA B
presión y 15 pasadizos de retorno de aceite in el manifold . El manifold de aceite es presionado contra el transportador del pistón con una fina capa de aceite separando el manifold y las superficies del transportador .El transportador del pistón se encuentra roscada al eje. El aceite presurizado es alimentado desde los pasadizos de presión, en el manifold , a través de los pasadizos en el transportador y dentro de los alojamientos del pistón. El aceite de retorno es canalizado desde los alojamientos de pistón, a través de los pasadizos de los transportadores y dentro de los pasadizos de retorno del manifold. Operación del pistón El motor de leva de expulsión, se encuentra diseñado de manera tal que hay tres pistones (en un motor de 12 pistones) , realizando lo mismo a cada 120 grados de distancia alrededor del motor (fig B) . Esto permite un balance de fuerzas en el transportador y ejes de acople. En la figura B, con el motor acoplado , un grupo de pistones (A) se encuentran en la faz de potencia .A medida que el copiador del pistón es forzado hacia abajo de la rampa de la leva, el transportador es forzado a girar .El grupo de pistones (C), empuja el aceite de retorno de vuelta a través del manifold . El aceite se encuentra en transición desde un punto al otro. A medida que el transportador
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de pistones , los pistones (D) , al tope de los expulsores, comienzan su carrera de fuerza o potencia, y los pistones (B) , en la parte inferior , comienzan su carrera de retorno. A medida que un grupo finaliza su carrera de potencia, otro grupo la ha comenzado. Esta actividad entrelazada, potencia y retorno, sirve para suavizar el torque aplicado al eje.
FIGURA C
OPERACION DEL MOTOR DE MONTURA FIJA Las acanaladuras internas , (compuertas de presión), entre la cubierta interna no se encuentran conectadas en conjunto como en los motores variables. Una válvula de control externa conduce el aceite de alta presión a través de la entrada como se muestra en la figura C. El bloque de entrada de 3 posiciones (una para cada acanaladura y , por lo tanto, por cada velocidad ) mantiene la separación entre la compuerta de presión y la cubierta interna , dependiendo de la velocidad seleccionada. El bloque de entrada de una velocidad combina ambas compuertas de presión en la cubierta interna para permitir solo la velocidad baja . Baja velocidad . La baja velocidad ocurre, como se muestra en la figura C , cuando el flujo de aceite es conducido hacia ambas acanaladuras interna y externa .El flujo de aceite es dirigido hacia
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El numero mayor de pistones en todo momento , produciendo así, un momento de torque máximo. Velocidad media . Esta ocurre cuando el flujo de aceite es conducido solamente hacia la acanaladura exterior .Alta presión de aceite es enviada a solo 10 de las 15 compuertas en el manifold. El eje girará 1 revolución y media , usando el mismo volumen de aceite requerido para una revolución en velocidad baja. Los pistones no involucrados recirculan aceite de retorno del circuito de retorno vía una válvula externa. Alta velocidad. Esto ocurre cuando el aceite es enviado solo a la acanaladura interior. Este paso solo alimenta 5 pasadizos del manifold los cuales llevan a los pistones del transportador .La máxima velocidad, desarrolla el mínimo torque porque existen solo 1/3 de los pistones alimentados , comparados con la baja velocidad. El eje girará tres revoluciones usando el mismo volumen de aceite requerido para la baja velocidad. Reversa. Revirtiendo el flujo de aceite, para los motores de 3 velocidades no significa que revierte las tres velocidades. No existe una velocidad alta en reversa .Baja velocidad en reversa se desarrolla cuando el aceite a alta presión, es enviado a la acanaladura central. Todas las 15 compuertas en el manifold y los pistones del transportador son alimentados. Reversa a media velocidad se desarrolla cuando se rutea aceite hacia las 15 compuertas de presión a través de la acanaladura central., pero , además, envía aceite a alta presión hacia la acanaladura interna .Esto fuerza a que algunos pistones recirculen solamente aceite a alta presión. La carrera de potencia rampa arriba es igualada con la carrera de descarga rampa abajo, forzando el pistón en contra de la alta presión .Cuando esto ocurre, en dicho instante, no hay ganancia de potencia . El eje girará apenas menos de una revolución y media , usando el mismo volumen de aceite que el motor de baja velocidad , debido a mayor fricción. Alta velocidad en reversa no es posible, debido a que la excesiva fricción del aceite a alta presión recirculando por la mayoría de los pistones , no puede vencerse por aquellos pocos pistones en su carrera de potencia . OPERACION DEL FRENO. El conjunto de freno (fig 19) , es usado como freno de estacionamiento. Se activa empujando el vastago actuador , el cual ocasiona que la bolilla expanda las bandejas del separador.A medida que las bandejas del separador se expanden, los discos de frenos son forzados a entrar en contacto con las bandejas del separador, la cara rugosa del cojinete de fricción y el alojamiento de freno , previniendo, así, la rotación de los ejes del motor.
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FIGURA D
OPERACION DE LA BOMBA DE DESCARGA LA mayoría de los motores de leva de expulsión tendrá una bomba de descarga. (fig E) . Esta presuriza la carcaza exterior cuando el motor se encuentra desacoplado. El aceite a presión de descarga fuerza a los pistones de manera tal de que ellos limpiarán las levas de expulsión. Una arandela excéntrica rota con el eje, activando la bomba de descarga una vez cada revolución. La bomba de descarga envía aceite baja presión desde la carcaza interna .El aceite se moviliza desde la válvula de comprobación interior a la carcaza externa. La válvula de comprobación de salida regula la presión de aceite en la carcaza exterior. Cuando el aceite a presión en la carcaza exterior llega a 70 kpa (10PSI), por encima de la presión de la carcaza interna, la válvula de comprobación de salida se abre de manera tal de mantener la presión diferencial a ese nivel. Aceite desde la válvula de comprobación de salida puede fluir ya sea a través de la carcaza interna o fuera de la línea de drenaje hacia el reservorio .
Anexo2 p7
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DIAGNOSTICO DE MAQUINA. Diagnosticar por medio de manómetros y analizadores, es la manera mas efectiva de testear una unidad , pero puede no ser la mas eficiente . Aqui van unas comprobaciones preliminares que se pueden hacer sin el uso de herramientas de diagnostico. COMPROBACION DE PERFORMANCE DE LA BOMBA HIDRAULICA DE UNA RETRO EXCAVADORA. Nota : Si el aceite hidráulico no se encuentra a la temperatura de operación , calentarla de la siguiente manera : Colocar la retro excavadora en la posición de transporte y activar el aguilón y la traba de transporte. Activar la función de descenso del aguilón , y correr el motor a 2000 rpm. Nota : Si al activar la función de descenso , la misma no recarga el motor , pueden ocurrir una de estas dos circunstancias : o la válvula de alivio del aguilón esta regulada muy arriba , o bien , la presión de stand-by de la bomba hidráulica es baja . 1- Colocar la retro excavadora en la posición de máximo alcance con el balde abajo a nivel del suelo. 2- Hacer correr el motor a 2000 rpm. RESULTADO : Si esta Ok, pasar al siguiente punto. Si no esta Ok, remplazar el filtro hidráulico y verificar por contaminación. Repetir el procedimiento una vez mas. 3- Medir lel tiempo necesario para completar un ciclo , simulando cargar el balde, retraer el brazo de ataque y levantar el aguilón , hasta la posición amortiguación del cilindro de aguilón.
El tiempo maximo para completar un ciclo es el siguiente : modelo 410D = 9 segundos , modelo 510D = 12 segundos . RESULTADO: Tiempo del ciclo demasiado bajo , efectuar la comprobación de la válvula de alivio. Nota : Realizar esta comprobación, por lo menos 3 veces antes de tener el valor final .
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COMPROBACION DE PERDIDAS POR CIRCUITO HIDRAULICO . 1-Colocar la retro excavadora en posición de transporte y activar la traba de aguilón . 2- Replegar el brazo de ataque extensible si la unidad cuenta con uno de ellos. Levantar el estabilizador hasta la posición máxima arriba. 3- Girar el motor a ralentí mínimo . Activar todas las funciones en forma completa , una a la vez : AGUILON ARRIBA CARGA DEL BALDE REPLEGADO DEL BRAZO DE ATAQUE EXTENDER EL BRAZO DE ATAQUE (de ser del tipo extensible) . PRESTAR ATENCION : cuando se activen estas
Funciones, no debe experimentarse ningún decrecimiento de las rpm del motor. RESULTADO : Ok , pasar al siguiente punto . No esta OK , continuar . Nota : Los pasajes de los sellos de presión, son usados en la válvula del aguilón, y los pasajes de retorno por pérdidas, son usados en la válvula de oscilación. Cuando el aguilón se encuentra abajo o las funciones de oscilación en su carrera de finalización y las válvulas de control dosificadas, las rpm decrecerán y las perdidas en el circuito serán aparentes. Esto es normal. 4- Activar las funciones a su máximo, una por vez : AGUILON ABAJO HACER OSCILAR EL CONJUNTO ( AGUILON –BRAZO DE ATAQUE )HACIA LA IZQUIERDA, LUEGO A LA DERECHA LEVANTAR AMBOS ESTABILIZADORES. PRESTAR ATENCION ; a- Mover el aguilón hacia abajo debe causar que las rpm decrezcan , toda vez que la regulación de la válvula de alivio se encuentre debajo de la presión de standby. b- La oscilación hacia izquierda o derecha debe causar que las rpm se reduzcan un poco , debido a que la regulación de la válvula de alivio se encuentra cercana a la de presión de standby. c- El circuito de los estabilizadores, puede causar que se reduzcan las rpm un poco , debido a una perdida de presión normal en la válvula . RESULTADO : Ok . Detenerse aquí. No OK , continuar . 5- Bajar los estabilizadores a la posición máxima abajo. Extender el brazo de ataque a la posición de máximo alcance, extender el brazo de ataque extensible a su máxima posición de extensión (si cuanta con una unidad equipada con el ) y colocar el balde en la posición de carga a 1 metro del suelo. RESULTADO : Ok , seguir a la próxima comprobación . No Ok : Si las rpm decrecen con una funcion en carrera de finalización y la palanca de control abierta completamente, esto determi-
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na una perdida en el circuito . 6- Activar completamente las funciones una a la vez : Extender el brazo de ataque . Extender el brazo extensible a su máxima posición. Balde a la posición de carga . RESULTADO : OK , pasar a la prueba siguiente .No OK , si las rpm se incrementan cuando una función se encuentra en la posición de carrera final y la válvula de control se encuentra abierta a su máximo, una perdida en neutro es indicada . 7- Activar completamente las funciones una a la vez : Estabilizador izquierdo abajo Estabilizador derecho abajo. RESULTADO : Ok, pasar a la prueba siguiente . No Ok , un decrecimiento en las rpm con una función a punto de finalizar su movimiento en cualquiera de las direcciones , es índice de una perdida por el cilindro. Un decrecimiento en las rpm en una sola dirección, indica una perdida en la válvula de alivio. Realizar la prueba de perdidas de componentes hidráulicos .
COMPROBACION DE PERDIDAS POR EL CIRCUITO DE LA PALA CARGADORA 1- Levantar la pala cargadora hasta la máxima altura y colocar el balde en la posición de vuelco. 2- Hacer girar el motor a ralentí bajo. 3- Activar las funciones completamente, una a la vez : Aguilón de cargadora arriba Pala cargadora en posición de vuelco RESULTADO : Ok , pasar a la siguiente comprobación. No Ok , Si las rpm bajan con una de las funciones completadas (final de carrera) y la palanca de control completamente abierta, una perdida en la posicion neutral es posible
4- Colocar el balde en la posición de carga y bajar la pala cargadora a la posición completamente abajo . 5- Activar una a la vez , completamente todas las funciones : Aguilón de cargadora abajo Balde en posición de carga PRESTAR ATENCION: cuando se activen las funciones , las rpm no deben disminuir . NOTA: Los pasajes de retorno por perdidas se usan en la válvula del aguilón .cuando los cilindros de aguilón son replegados y la válvula se encuentra dosificando , las rpm dismi-
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unirán y perdidas en el circuito serán aparentes. Esto es normal. RESULTADO : Si Ok.., pasar a la siguiente comprobación, si No es OK, una disminución con una función a final de carrera en ambas direcciones , es índice, normalmente de perdidas en los cilindros .Un decrecimineto en una sola dirección, indica una perdida en la válvula de alivio en el circuito. Ir a comprobación de perdidas por componentes hidráulicos.
COMPROBACION DE LA AMORTIGUACION DEL CILINDRO Hacer girar el motor a 1000 rpm. Activar la oscilación de la retro a izquierda y derecha y la elevación del aguilón. Prestar atención al sonido y la velocidad del cilindro a medida que se acerca al fin de carrera. La velocidad deberá decrecer a medida que se acerca al fin de la carrera. Se deberá escuchar el flujo de aceite pasando por el orificio restrictor a medida que se acerca el embolo al fin de la carrera. RESULTADO : Ok . , pasar a la prueba siguiente . No Ok, remover y reparar la amortiguación del cilindro. Ir al manual de reparación.
COMPROBACION DE LA FUNCION DE CORRIMIENTO DE LOS BALDES DE CARGADORA Y RETRO.
NOTA : Los cilindros de la retro deberán estar calientes (38-52 Celsius) .De no ser así , calentar el aceite según especificaciones del manual técnico , capitulo 9025-25 . 1- Levantar la unidad desde el piso con los estabilizadores. 2- Colocar el balde de la retro a 45 grados respecto del suelo . Bajar el aguilón hasta que la superficie de corte del balde se encuentre a 50 mm del suelo. 3- Realizar la misma operación , pero , ahora con el balde de la cargadora. 4- Hacer girar el motor a ralentí bajo y observar las superficies de corte de Ambos baldes . OBSERVAR : Si las superficies de corte tocan el suelo durante el transcurso del primer minuto , ello es índice de un problema de perdida por los cilindros de pala o balde de retro o las valvulas de control . RESULTADO : Si esta OK. , pasar a la siguiente prueba. Si no esta Ok. , aislar la función que tenga la perdida . Referirse a la comprobación de corrimiento del cilindro .
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COMPROBACION DE LA FLOTACION DE LA PALA CARGADORA Y RETORNO DE EXCAVACION. 1- Colocar la pala cargadora a la posición de máxima altura, con el balde en actitud de vuelco. 2- Hacer girar el motor a aproximadamente 2000 rpm . 3- Mover la palanca de control de la pala cargadora hacia adelante hasta la posición de retención de flotación, y , al mismo tiempo , girar el balde hasta la posición de retención de carga . retirar la mano de la palanca . NOTA: La palanca de control deberá permanecer en posición (flotación) .
RESULTADO : Si Ok, continuar al próximo paso .Si no está Ok , si la palanca salta de la posición de retención , inspeccionar el mecanismo de resorte y bolillas. Referirse al manual de reparación ..
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DEFINICIONES DE TERMINOS Y SIMBOLOS, INDICE ALFABETICO
A ACUMULADOR - Recipiente en el que se acumulan líquidos a presión, como fuente de energía hidráulica. Puede emplearse también como amortiguador para las elevaciones bruscas de presión.
Cilindro sencillo - La fuerza hidráulica se aplica por una
B BOCA - El extremo abierto de toda conducción hidráulica. Puede quedar en el interior o en la superficie de un componente.
CIRCUITO REGENERATIVO - Aquel en que el líquido a presión que sale de un componente se retorna al sistema para aprovechar su presión. Se utiliza a menudo para activar los cilindros hidráulicos, retornando el aceite que sale por el extremo de la biela, al extremo de¡ pistón.
BOMBA - Ingenio por medio de¡ cual se transforma fuerza mecánica en fuerza hidráulica. Fundamentalmente puede ser de engranajes, paletas o pistones. Bomba de caudal fijo - Aquella en que no se puede variar la cilindrada.
COLECTOR - Conductor provisto de varias bocas. CONDUCCION - Manguera, tubo flexible, tubería o canalización para conducir un líquido.
Bomba de caudal variable
D
- Aquella en que se pue-
de variar la cilindrada.
C CABALLOS DE FUERZA - El trabajo o el par motor referido a la unidad de tiempo. CARRERA - Recorrido longitudinal de¡ pistón en el cilindro. CAUDAL MINUTO - El volumen de líquido que fluye en la unidad de tiempo. CAVITACION - Bolsas de aire que se forman en el aceite contenido en los circuitos hidráulicos. CICLO - Recorrido de trabajo de una unidad desde la posición de reposo, hasta la posición de reposo otra vez. CILINDRADA - Volumen de aceite desplazado en una carrera o revolución completas (de la bomba, un motor o un cilindro). CILINDRO - Ingenio mecánico para convertir fuerza hidráulica en movimiento lineal o circular. Pueden ser de pistón o de paletas.
Cilindro de doble acción - Todo cilindro en el que la fuerza hidráulica se puede aplicar por ambas caras de¡ elemento móvil.
sola cara de¡ elemento móvil.
Cilindros rotatorios - El que produce un movimiento rotatorio por acción de la fuerza hidráulica.
DEPOSITO - Recipiente que contiene el líquido necesario para el trabajo del sistema hidráulico. DERIVACION - Conducto o canalización para derivar una parte del flujo. DESLIZAMIENTO - Movimiento lento de un cilindro o motor producido por fugas internas a través de los componentes del sistema hidráulico.
E EMPAQUETADURA - Material para hacer un cierre hermético por prensado. Puede ser de diversas secciones. ENERGIA - En los sistemas hidráulicos modernos se dispone de energía en tres formas distintas: 1. Energía calórica - Energía transformada en calor por la resistencia a la circulación del líquido. Se trata de una pérdida de energía útil. Ejemplo: el aceite que circula por las tuberías y conducciones se calienta por fricción. 2. Energía cinética - Es la energía del líquido en movimiento. Varía con la velocidad del líquido.
Cilindro de paletas - Consta de paletas alojadas en una caja circular para producir un movimiento rotatorio.
3. Energía potencial - La de la presión del aceite. Es una energía estática que puede transformarse en trabajo en cualquier momento. Ejemplo: el aceite de un acumulador de presión cargado.
Cilindro de pistón - El que emplea un pistón para producir un movimiento rectilíneo.
ENFRIADOR (ACEITE) - Elemento proyectado para disipar el calor del líquido.
F FILTRO (ACEITE) - Tiene la función de retener las partículas sólidas que pueda arrastrar el líquido. FRICCION - La resistencia de¡ líquido a fluir por el sistema hidráulico (origina la pérdida de energía útil). FUERZA - La que empuja o tira de un cuerpo. En un cilindro hidráulico es el producto de la presión de¡ líquido multiplicada por el área eficaz de¡ pistón. Se mide en libras o toneladas.
H HIDRAULICA - Rama de la ingeniería que estudia las presiones y el flujo de los líquidos. (En este manual nos hemos ocupado de la hidráulica de¡ aceite utilizado para producir trabajo en movimiento lineal o rotatorio).
Hidrodinámica - Rama de la ingeniería que estudia la energía de la presión y el flujo de los líquidos. Hidrostática - Rama de la ingeniería que estudia la energía de los líquidos en reposo. (Todos los sistemas a que se hace referencia en este manual están basados en el principio hidrostático). M MANGUERA - Tubo flexible. MEDIDOR DE CAUDAL - Instrumento para medir el caudal total o el caudal en la unidad de tiempo. MOTOR (HIDRAULICO) - Ingenio que convierte la energía de¡ líquido en fuerza y movimiento mecánico, generalmente rotatorio. Básicamente puede ser de engranajes, paletas o pistones.
O OBSTRUCCION - Reducción de la sección de una tubería o canalización que suele originar una caída de presión (ejemplo: tuberías abolladas, aplastadas, dobladas, sucias, etc.). ORIFICIO - Tiene por objeto limitar el paso de¡ aceite por un punto de¡ sistema hidráulico. Suele consistir en un pequeño taladro que estrangula el paso de¡ aceite o crea una diferencia de presión en el circuito.
P PAR MOTOR - Fuerza de giro de un motor hidráulico o cilindro rotatorio. Se suele indicar en metros por kilógramos. PISTON - De forma cilíndrica, transforma fuerza hidráulica en movimiento lineal.
POTENCIA HIDRAULICA - La fuerza transmitida y controlada por medio de un líquido a presión. PRESION - Fuerza de un líquido por unidad de superficie. Se suele indicar en kilógramos por centímetro cuadrado (kb/cM2). Presión de abertura - La de abertura de las válvulas de alivio limitadoras de presión o de otras válvulas que dejan pasar el líquido a partir de ese momento. »
Presión de aspiración - La presión absoluta de¡ líquido a la entrada de la bomba. Presión diferencia¡ - Diferencia de presión entre dos puntos de un sistema o componente. También se llama caída de presión. Presión estática - La de un líquido en reposo (es una forma de energía potencial). Presión mínima - La mínima necesaria para accionar un dispositivo. Presión nominal - La recomendada por el fabricante para el trabajo de un componente o sistema. Presión piloto - Presión auxiliar empleada para accionar o controlar un componente. Presión de retorno - La que hay en el circuito de retorno de un sistema hidráulico. Presión de un sistema - La presión necesaria para vencer todas las resistencias de¡ sistema. Incluye, tanto las pérdidas totales, como la transformada en trabajo útil. Presión de trabajo - La normal de trabajo de¡ sistema en cuestión. PUNTA DE PRESION - La originada en un circuito por la rápida aceleración de la columna de aceite. PUNTO DE FLUIDEZ - La temperatura más baja a la que un líquido fluye todavía en unas condiciones dadas. PURGAR - Operación de eliminar el aire encerrado en el sistema hidráulico.
R REMOTA - Función hidráulica, como la de un cilindro, realizada a distancia de la fuente de energía. La fuente suele unirse a la unidad remota por medio de tubos flexibles. RESPIRADERO - Orificio de comunicación atmósfera que llevan los depósitos de aceite.
con
S SISTEMA - Una o varias series de partes y componentes
la
3 conectadas entre sí. Suele constar de dos o más circuitos. Sistema abierto - Sistema hidráulico en el que las válvulas de control dejan pasar el aceite, incluso en la posición de reposo. En este tipo de sistemas van 1 a la presión de¡ aceite mientras se mantiene constante el flujo. Sistema cerrado - Todo sistema hidráulico en el que la válvula de control cierra totalmente el paso de¡ aceite cuando está en reposo. En este tipo de sistema hidráulico varía el caudal y se mantiene constante la presión.
Válvula reductora de presión - Hace como su nombre indica. Válvula reguladora de caudal - Hace como indica su nombre. Válvula reguladora de caudal en derivación - Válvula por medio de la cual se mantiene el caudal constante, derivando el exceso de aceite. Válvula reguladora de presión - A este tipo de válvulas pertenecen las válvulas de alivio limitadoras de presión, y las válvulas reductoras o secuenciales. Válvula repartidora de caudal - Reparte el caudal por varios circuitos de forma proporciona¡ o prioritaria.
V VALVULA - Ingenio por medio de¡ cual se puede regular la presión, el caudal o el sentido en que circula el aceite. Válvula de aguja - Lleva una punta cónica ajustable para regular el caudal.
Válvula repartidora de caudal prioritaria - Esta válvula dirige el aceite hacia un circuito dejando pasar un caudal determinado y derivando el exceso de aceite hacia otro circuito.
Válvula de alivio - Limita la presión máxima descargando el exceso de aceite.
Válvula repartidora de caudal proporcional - Reparte proporcionalmente el caudal entre varios circuitos a la vez, de modo continuo.
Válvulas apiladas - Válvulas de control apiladas con tapas comunes y entrada y salida de aceite comunes también.
Válvula de retención - Permite la circulación del aceite en un solo sentido.
Válvula de carrete distribuidor - El carrete se mueve dentro de un taladro abriendo y cerrando el paso de¡ aceite por unas u otras canalizaciones. Válvula de centro abierto - Aquella en la que las bocas de entrada y salida quedan abiertas en la posición de reposo, dejando pasar el aceite que manda la bomba.
Válvula secuencial de presiones - Es una válvula reguladora de presión que distribuye el caudal en una determinada secuencia. Válvula selectora - Permite seleccionar el circuito al que se desea dirigir el aceite. Suele ser manual. VELOCIDAD - Distancia recorrida por un líquido en la unidad de tiempo. Se suele indicar en metros por segundo.
Válvula de centro cerrado - Aquella en la que las bocas de entrada y salida quedan abiertas en la la posición de reposo, cortándose el paso de¡ aceite de la bomba.
VISCOSIDAD - Medida de la resistencia de un líquido a fluir.
Válvula de cierre - Sólo tiene dos posiciones: abierta o cerrada.
ASAE - American Society of Agricultural Engineers (establece normas sobre numerosos componentes hidráulicos para la agricultura).
Válvula de descarga térmica - Limita la presión máxima alcanzada por la dilatación térmica de¡ aceite.
OC - grados centígrados
ABREVIATURAS
Válvula de distribución - Aquella por medio de la cual se manda el aceite por unas u otras canalizaciones.
kPa - kilopascal m/kg - metros por kilogramo (par motor o de apriete)
Válvula direccional rotatoria - Es cilíndrica y lleva unos taladros que, al girar el núcleo de la válvula, dan paso al aceite en uno u otro sentido.
gprri - galones por minuto (o caudal)
Válvula piloto - Válvula utilizada para actuar otra válvula o mando.
rpm - revoluciones por minuto SAE - Society of Automotive Engineers (establece normas para numerosos componentes hidráulicos).
kW - kilovatio
¡v
SIMBOLOS EMPLEADOS EN LOS ESQUEMAS DE HIDRAULICA