Manual Principios Básicos Fluidos Hidráulica Maquinaria Pesada (1)

HIDRÁULICA DE MAQUINARIA PESADA “

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OPERACION DE MAQUINARIA PESADA

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PRINCIPIOS BÁSICOS SOBRE FLUÍDOS El propósito de este módulo es entender los principios hidráulicos básicos y sus aplicaciones. Entender como es que se genera el flujo en un sistema y como la presión esta en función de las restricciones. r estricciones. Entendiendo los principios de las leyes hidráulicas, el participante estará preparado para comprender el funcionamiento y el propósito de l os componentes en el sistema.

PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS. ¿Por qué usamos un líquido? Hay muchas ventajas de usar un líquido: 1. Los líquidos toman la forma del recipiente que los contiene. 2. Los líquidos son prácticamente incompresibles. 3. Los líquidos aplican la presión en todas direcciones.

Los líquidos toman la forma del recipiente Los líquidos tomarán la forma del recipiente que los contiene. Los líquidos también fluirán en cualquier dirección a través de varios tamaños y formas.

Prácticamente incompresibles Un líquido es prácticamente incompresible. Cuando una sustancia es comprimida, ésta ocupa menos espacio. Un líquido ocupa la misma cantidad de espacio o volumen aún cuando se encuentre bajo presión. El espacio o volumen que cualquier sustancia ocupa es llamado «desplazamiento».

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El gas es compresible El gas es compresible. Cuando un gas es comprimido, éste ocupa menos espacio y su desplazamiento viene a ser menor. El espacio previamente ocupado por el gas podría ser ocupado por otro objeto. Así entonces, un líquido es más adecuado para un sistema hidráulico porque continuamente ocupa el mismo volumen o desplazamiento.

La hidráulica haciendo Trabajo De acuerdo a la ley de Pascal, « La presión ejercida en un líquido confinado es transmitida sin pérdidas en todas las direcciones y actúa con igual fuerza en todas las áreas iguales.» Así entonces, una fuerza ejercida en cualquier parte de un sistema de aceite hidráulico confinado transmite igual presión en todas las direcciones a través del sistema. En el ejemplo de arriba, una fuerza de 500 lb. actuando sobre un pistón de 2 pulgadas de radio crea una presión de aproximadamente 40 lb./ pulg2 en un líquido confinado. Las mismas 40 lb./ pulg2 actuando en un pistón de 3 pulgadas de radio soportan un peso de 1130 libras.

Ventajas Mecánicas La figura inferior demuestra como el líquido en un sistema hidráulico provee una ventaja mecánica.
















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Como todos los cilindros están conectados, todas las áreas deben ser llenadas antes que el sistema se presurice.

Definición de la Ley de Pascal Hasta aquí hemos hablado sobre el caudal del fluido en un sistema hidráulico. Si este caudal se restringe de alguna forma, tal como aplicando una carga sobre un cilindro, se crea presión. La cantidad de presión se puede calcular dividiendo la fuerza de la carga por la superficie sobre la que se aplica la misma. Esta es una aplicación de la Ley de Pascal. La definición del libro de texto sobre la Ley de Pascal es: «La Presión aplicada a un líquido encerrado se transmite igualmente en todas las direcciones» .Esto se puede expresar utilizando la siguiente formula. P = F/A Donde: P = Es la presión (en libras / pulgada2) F = Es la fuerza aplicada al vástago (en libras) A = Es el área del pistón donde donde actúa la presión (en pulgadas2) pulgadas2) Dicho de otra forma, la presión se puede definir como una fuerza determinada que actúa en un área determinada.

Ayuda para el Cálculo

Este símbolo a menudo se utiliza para recordar las ecuaciones. Se usa cubriendo la variable que se desea calcular. La expresión que resulta es la ecuación. Por ejemplo, para calcular la presión, cubra la P y la expresión que queda es F/A.

Área útil del Pistón El área útil del pistón es el área (área 2 para la parte superior y área 1 para la parte inferior) sobre la cual actúa la presión hidráulica.
















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Si se aplica una presión igual a ambos extremos de un pistón, se ejerce una fuerza mayor en el extremo de cabeza del pistón. Ello se debe a que el vástago debe ocupar parte del área del pistón, reduciendo el área útil del extremo del vástago. El área de un pistón se calcula con la formula: Donde : A = Es el área (pulgada2) Π = Es el factor PI (3.1416) r = Es el radio del pistón donde actúa la presión (en pulgadas)

Resumen

Resumiendo, se puede utilizar la Ley de Pascal para describir la relación entre la presión, la fuerza y el área. Se expresa mediante la fórmula: Aplicando esta fórmula a los pistones, pistones, la cantidad de presión que se necesita para levantar una carga es igual a la fuerza de resistencia r esistencia de la carga dividida por el área útil del pistón.

Unidades de Medida Se pueden utilizar varias unidades de medida del sistema inglés y del métrico para expresar presión, fuerza, área y flujo. Puede ser necesario convertir de un sistema a otro.

Conversiones del Sistema Inglés al Sistema Métrico En la siguiente tabla se muestran los factores de conversión más comunes entre el sistema inglés y el sistema métrico:
















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Conversiones del Sistema Métrico al Sistema Inglés En la siguiente tabla se muestran los factores de conversión más comunes entre el sistema métrico y el sistema inglés.

MULTIPLICACION DE LAS FUERZAS Un sistema tiene la configuración mostrada :

Las presiones se calculan de la siguiente manera:

Aplicando la Ley de Pascal Pascal «La presión en todos todos los puntos del fluido es la misma», por lo tanto:















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«Las fuerzas son proporcionales a sus respectivas áreas» Aplicando una fuerza pequeña sobre un área pequeña, se obtiene una fuerza grande aplicada sobre un área grande También:

« La fuerza de salida es igual a la fuerza de entrada multiplicado en el factor (A2 / A1 )»

MULTIPLICADOR DE PRESIONES En la figura mostrada: la presión p1 ejercida sobre un área A1 ejerce una fuerza F1, la cual es transmitida mediante el vástago al émbolo pequeño. En este caso, se genera en el émbolo pequeño una presión p2 que será de mayor magnitud que p1, debido a que su área de aplicación A2, es menor, para una misma fuerza F2 que es igual a F1.

Luego

«Las presiones generadas son inversamente proporcionales a las áreas»


















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FLUÍDOS HIDRÁULICOS El fluido hidráulico es el componente clave de cualquier sistema hidráulico. Es el medio por el cual se transmite la energía en todo el sistema. Ciertas propiedades del fluido determinan cómo cumple su función. Esta lección trata sobre las propiedades críticas y de aditivos utilizados para mejorarlas.

Funciones del Fluído Hidráulico Las funciones básicas de los fluidos hidráulicos son: • Transmisión de potencia. • Lubricación. • Sellado. • Enfriamiento.

Viscosidad La viscosidad es la medida de la resistencia de los líquidos a fluir a una determinada temperatura. Un líquido que fluye fácilmente tiene baja viscosidad, mientras que un líquido que no fluye fácilmente tiene alta viscosidad. Cuando aumenta la temperatura de un líquido, baja su viscosidad. Cuando disminuye la temperatura de un líquido, se incrementa su viscosidad.

Índice de Viscosidad El índice de viscosidad es la medida del cambio del espesor de los líquidos respecto


















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Comparación de Viscosidad El aceite de alta viscosidad puede producir operación lenta y podría requerir potencia adicional. La viscosidad baja puede disminuir la capacidad de lubricar del fluido y hace que los componentes se desgasten más rápidamente. También aumenta la posibilidad de fugas.

Efecto de la Temperatura sobre la Viscosidad La temperatura puede afectar la viscosidad del aceite por lo cual es importante utilizar el grado adecuado del aceite para su máquina y clima. Siempre remítase a su Manual de Operación y Mantenimiento para determinar que aceite se recomienda.

Tipos de Aceites La materia prima de los aceites puede ser de dos tipos: • Minerales • Sintéticos

Aceites Minerales La materia prima está conformada por productos refinados de aceites crudos de petróleo.

Aceites Sintéticos


















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Vida de los Aceites El aceite hidráulico nunca se desgasta. El uso de filtros para remover partículas sólidas y el añadido de algunos químicos mantiene la vida útil del aceite. Sin embargo, el aceite llega a contaminarse hasta el punto que tiene que ser reemplazado. En maquinaria de construcción, el aceite es reemplazado a intervalos regulares de tiempo. Los contaminantes en el aceite pueden también ser usados como indicadores de desgaste excesivo y posibles áreas con problemas. Uno de los programas que usa los contaminantes del aceite como una fuente de información es el Análisis Programado de Aceite (APA) o Caterpillar Schedule Oil Sampling Program (SOS).

COMPONENTES DEL SISTEMA HIDRAULICO El propósito de este módulo es entender la función de los componentes básicos en un sistema hidráulico. Así como poder identificar y analizar los diversos tipos constructivos. Los sistemas hidráulicos son diseñadas usando varios componentes hidráulicos: tanques, bombas, motores, válvulas y cilindros. La habilidad de identificar los componentes y su funcionamiento permite al personal de servicio reducir los circuitos hidráulicos complejos a unos pocos circuitos simples que pueden ser entendidos fácilmente.

TANQUES HIDRAULICOS Función de los Tanques Hidráulicos El principal objetivo de los tanques hidráulicos es garantizar que el sistema hidráulico tenga siempre un amplio suministro de aceite. Los tanques también se utilizan para otros fines: las paredes de los tanques disipan el calor que se acumula en el aceite hidráulico, y los deflectores de los tanques ayudan a separar el aire y a la condensación del aceite. Además, algunos contaminantes se asientan en el fondo del tanque, t anque, de donde se pueden extraer.


















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Aplicaciones Tanques Ventilados: Rodillos Vibratorios, Camiones Mineros

Tanques Presurizados: Retroexcavadoras, Excavadoras, Pavimentadoras.

4.1.3. Componentes del Tanque Hidráulico En los tanques hidráulicos podemos encontrar los siguientes elementos: 1. Tubo de llenado. 2. Filtros internos. 3. Visor. 4. Tubería de retorno.

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1. Tubo de llenado El tubo de llenado es el punto de entrada para añadir aceite. La tapa evita que los contaminantes entren en el tanque por el tubo de llenado. La rejilla elimina los contaminantes del aceite a medida que el aceite entra en el tubo de llenado.

2. Filtros internos Muchos tanques tienen filtros internos que limpian el aceite de retorno.

3. Visor El visor permite inspeccionar visualmente el nivel de aceite del tanque, así como los niveles máximos y mínimos de aceite.

4. Tubería de retorno La tubería de retorno devuelve al tanque el aceite procedente del sistema.

5. Tapón de drenaje

El tapón de drenaje puede quitarse para drenar el aceite. Puede ser magnético para atraer y ayudar a eliminar las partículas de metal que contaminan el aceite.

6. Salida de la bomba La salida de la bomba es un pasaje de flujo de aceite que va desde el tanque a la bomba.

7. Plancha deflectora Las planchas deflectoras separan las zonas de retorno del tanque y dirigen el flujo de aceite en el tanque. Los deflectores aumentan el tiempo que el aceite permanece en el tanque, permitiendo que los contaminantes se asienten, que se evapore el agua y se separe el aire del aceite. Además, los deflectores reducen las salpicaduras de aceite dentro del tanque ocasionadas por el movimiento del vehículo. La plancha deflectora de retorno evita que el aceite de retorno agite el aceite que se encuentra en el tanque. t anque.




















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Simbología ISO de los Tanques Hidráulicos La figura muestra los símbolos ISO para tanques ventilados y tanques presurizados. El símbolo de un tanque ventilado es simplemente un caja o rectángulo abierto en la parte superior.

El símbolo de un tanque presurizado es graficado como una caja o rectángulo completamente cerrado.

Ambos tanques se muestran muestran con líneas hidráulicas hidráulicas para denotar su función.

Localización y solución de problemas para tanques La falla de un tanque hidráulico es poco frecuente y por lo general es causada por




















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 Fábricas.  Agricultura.  Manejo de desechos.  Minería.

Construcción de mangueras Las mangueras se hacen de diferentes capas en espiral. El tubo interior de polímero (1) transporta el aceite. Una capa de alambre de refuerzo o envoltura de fibra (2) sostiene al tubo interior. Si hay más de una capa de refuerzo, estarán separadas por una capa de fricción de polímero (3). La cubierta exterior (4) protege la manguera del desgaste.

Tipos de mangueras La selección de mangueras dependerá de su uso (temperatura, fluido a transportar,




















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Conexiones Conexiones es un término que se refiere a una serie de acoplamientos, bridas y conectores que se utilizan para conectar mangueras y tubos a los componentes hidráulicos.




















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Tipo tornillo.  Reutilizables.  Se pueden armar en la obra utilizando herramientas manuales.  Los más eficientes en aplicaciones de presiones menores.

De collar .  Reutilizables.  Diseñados para mangueras XT de alta presión.  Se pueden armar en la obra utilizando una prensa de mano.


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Bridas Las bridas se utilizan para conectar mangueras y tubos de gran diámetro a bloques, cuerpos de válvulas y otros componentes. Las bridas pueden soldarse directamente a un tubo, o conectarse a un acoplamiento de mangueras, y después atornillarse a un componente.

Tipos de bridas En las máquinas Caterpillar se pueden encontrar dos tipos de bridas: Brida SAE de cuatro tornillos: Dos capacidades de presión.1. Código 61 estándar: de 3000-5000 PSI (Según la clasificación de la manguera).2. Código 62: 6000 PSI. Brida dividida JIS: Igual a la SAE pero con pernos métricos.






















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Luego, mida la distancia mayor entre perforaciones de perno de centro a centro.

Después mida el diámetro de la cabeza de la brida.




















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CONECTORES ROSCADOS Los conectores roscados se utilizan tanto para las conexiones de tubos como de manguera. Su uso por lo general está limitado a las tuberías que tienen 1" o menos de diámetro. Los conectores roscados de los sistemas hidráulicos por lo regular se hacen de acero.

TIPOS DE CONECTORES ROSCADOS A. DE ROSCA AMERICANA a.1. Macho de sello anular de rosca recta SAE - Se recomienda para lograr un control óptimo de las fugas en las conexiones de lumbrera de los sistemas de presión media y alta. El macho tiene una rosca recta y un sello anular. La lumbrera hembra tiene una rosca recta y una ranura para el sello anular.




















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a.4. Sello anular de superficie (ORFS) - El mejor control de fugas disponible. - El macho tiene una rosca recta y un sello anular en la superficie. - La hembra tiene una rosca recta y una cara plana torneada.


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B. DE ROSCA ALEMANA b.1. Serie DIN 3901/3902 - Una mitad común macho / tres mitades hembra diferentes. - El macho tiene rosca métrica recta, un ángulo comprendido a 24º y un abocardado hundido. La hembra puede tener un tubo, tuerca y manguito, sello esférico o sello esférico con sello anular.




















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d. De rosca Británica / Japonesa d.1. Cónico de Norma Británica (BSPT) - Parecido al NPTF con la diferencia que los pasos de rosca son diferentes en la mayoría de los tamaños. La rosca es cónica, el diámetro interior por lo general es biselado y el sellado se realiza utilizando un sellador.

d.2. PT cónico JIS






















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Use el medidor de paso de rosca para determinar la cantidad de roscas por pulgada o la distancia entre las roscas en los conectores métricos. Busque la medida en la guía.




















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LOCALIZACIÓN Y SOLUCIÓN DE PROBLEMAS Y ATENCIÓN TÉCNICA PARA TUBERÍAS Y CONEXIONES. Es posible que sea necesario darle servicio frecuentemente a las tuberías y conexiones hidráulicas, especialmente en las máquinas




















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Señales de falla  Fuga de aceite de la tubería o el conector.  Acumulación de suciedad alrededor de los conectores.  Mangueras deshilachadas o cuarteadas.


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CILINDROS Función de los cilindros El objetivo principal de los sistemas hidráulicos es impulsar implementos tales como hojas topadoras y cucharones. Esto normalmente se realiza con cilindros, que son actuadores lineales que convierten la energía hidráulica en energía mecánica.




















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5. Tapa o Cabeza del cilindro La tapa del cilindro rodea el extremo abierto del vástago y tiene una abertura por la que el vástago entra y sale del cilindro. Puede ir atornillada al cilindro o unida a él por medio de pernos de anclaje o de bridas empernadas. La tapa del cilindro a veces tiene una lumbrera. A.- Tapa de cilindro de corona roscada - Enrosca en la parte exterior del tubo del






















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