TEORÍA HIDRÁULICA 1.- La presión aplicada a un fluido confinado se transmite íntegramente en todas las direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales, actuando estas fuerzas normalmente a las paredes del recipiente. El principio de la prensa hidráulica: si tenemos dos cilindros de diferente sección unidos por una conducción y se aplica una fuerza sobre el émbolo de menor sección, como la presión se transmite en todas las direcciones por igual, se tendrá:
2.- Definiendo el caudal como el volumen de líquido que circula por unidad de tiempo, y teniendo en cuenta que los caudales que atraviesan cada sección han de ser iguales, Q1 = Q2, se deduce:
Esta es la ley de continuidad que dice que las velocidades y las secciones son inversamente inversamente proporcionales. Como las secciones son circulares tenemos:
Podemos decir que la velocidad es inversamente proporcional proporcional al cuadrado del diámetro de la tubería.
3.- El aceite tiene tres tipos de energía: Potencial adquirida adquirida por el hecho de tener masa y encontrarse a cierta altura: mgh. Cinética, adquirida debido a la velocidad que tiene el fluido. ½mv2.
La suma de estas energías es la energía total:
Y si dividimos todo por el volumen llegamos a la ecuación de Bernouilli
4.- La potencia necesaria en una bomba hidráulica se puede calcular dividiendo la energía de presión entre el tiempo, sabiendo que el volumen dividido por el tiempo es el caudal, tenemos:
5.Fácil regulación de la velocidad. Reversibilidad instantánea de los accionamientos. Producción de grandes fuerzas. Los actuadores pueden detenerse en cualquier posición. 6.Características: Valor nominal de la presión. Es la presión de trabajo para la que está fabricada la bomba. Caudal. Se suele expresar en l/min. Puede variar con la frecuencia de rotación. Desplazamiento. Es el volumen de líquido bombeado en una vuelta completa. El producto de este por las revoluciones dará el caudal. Rendimiento volumétrico. Es el cociente entre el caudal real y el teórico. Rendimiento total. Es el cociente entre la potencia hidráulica que se obtiene y la potencia mecánica que consume.
Tipos: Hidrodinámicas. Son de tipo turbina. Su capacidad de presión depende de la velocidad de rotación. Se emplean para mover el fluido, pero no como elementos de presión, ya que pueden mover grandes caudales pero su presión de trabajo es pequeña. Hidrostáticas. Se emplean para automatización. Bomba de engranajes: La presión de servicio puede llegar a 200 bar, y la rotación entre 500 y 6000 rpm.
Bomba de tornillo: Constituidas por dos o tres tornillos helicoidales que engranan y ajustan entre si. Son muy silenciosas.
Bomba de paletas: También se construyen para caudal regulable pero son más caras.
Bomba de pistones: Se utilizan cuando son necesarias elevadas presiones, pueden llegar a 700 bar. La cilindrada es pequeña varia entre 0,5 y 100 cm3, y las revoluciones de 100 a 3000 rpm. Su rendimiento volumétrico está en torno al 95%. Se puede modificar el caudal. Los pistones, absorben el aceite al expandirse y lo expulsan al comprimirse.
7.- Válvulas distribuidoras: Son elementos hidráulicos que dirigen el paso del aceite haciendo posible el gobierno de los órganos de trabajo. En ocasiones también se emplean para gobernar (pilotar) otras válvulas dentro del circuito hidráulico. Válvulas de caudal: Son elementos de gobierno que se utilizan para modificar la velocidad de los elementos de trabajo variando el caudal de alimentación. Para ello se varía el orificio de paso en razón de la velocidad deseada. Pueden ser de caudal fijo, caudal variable o caudal variable en función de la variación de presión. También se le puede añadir una válvula antirretorno.
Válvulas reguladoras de presión: Son elementos de gobierno que acondicionan la presión de la instalación a una presión constante de trabajo.
8.- Cilindros: Transforman la energía de presión en un movimiento lineal. Pueden ser de simple y doble efecto:
Motores: El motor hidráulico entrega un par motor en el eje de salida. Convierte la energía hidráulica en energía mecánica. Su funcionamiento es inverso al de las bombas. Se suelen emplear motores de engranajes, de paletas y de pistones. Su configuración es semejante a las bombas de la misma denominación.
9.- El circuito permite controlar un cilindro de simple efecto mediante una válvula 3/2 accionada por pulsador y con retorno por muelle. Las válvulas reguladoras de presión nos permiten controlar la presión con la que queremos trabajar. La bomba envía el fluido hidráulico al circuito, y mientras esté la válvula 3/2 cerrada, éste vuelve al depósito. Si pulsamos la válvula 3/2, el fluido pasa haciendo salir el vástago del cilindro. Al dejar de pulsar la válvula, esta vuelve a su estado original, el vástago vuelve a entrar y el fluido vuelve al depósito. 10.- Cilindros de simple efecto: transforman la fuerza de la presión en movimiento lineal en un solo sentido, necesitan de un muelle para volver a su posición original. Cilindros de doble efecto: Transforman la fuerza de la presión del fluido en movimiento lineal en ambos sentidos. 11.- El compresor es la máquina encargada de producir aire comprimido. Toma aire en unas determinadas condiciones y lo impulsa a una presión superior a la de entrada. Para realizar su cometido deben ser accionados por un motor. Los depósitos mantienen el nivel de presión adecuado en el circuito neumático. Los acumuladores son similares a los depósitos pero de tamaño menor y sirven para mantener la presión en unos niveles similares en todos los elementos del circuito. En circuitos muy grandes se colocan varios acumuladores, que compensan las pérdidas de presión en conducciones muy largas.
Neumática e Hidráulica
Casi siempre, cuando pensamos en la palabra "circuito", lo asociamos a la electricidad, sin embargo existen otros circuitos que son utilizados en la industria, la minería, la construcción y el transporte, que no utilizan la corriente eléctrica como fluido primario para hacer funcionar mecanismos usan como fluido de trabajo el aire comprimido y el aceite. Estos comenzaron a tener aplicaciones industriales importantes a partir de los años 50. Características y aplicaciones. Neumáticos
Hidráulicos
Aceite (No se puede comprimir) Circuito Cerrado ( El aceite retorna para utilizarse de nuevo) Fugas No son problemáticas, el aire se toma Son problemáticas (son aceites del ambiente gratis. especiales y caros) Ruido Los escapes son ruidosos No son ruidosos Aplicación Cuando se necesite: Cuando se necesite: -Fuerza moderada.(- 20 ata) -Fuerza grande.(+ 200 ata) -Movimientos poco precisos o -Movimientos precisos y constantes. constantes. Ejemplos -Herramientas: Martillo neumático, -Gatos hidráulicos, cambio destornilladores, taladros, automático, frenos hidráulicos. remachadoras. -Prensas hidráulicas (troquelado, -Accionamiento de puertas. forja, estampación) -Limpieza y pintura. -Robots, grúas. -Aviones, tren de aterrizaje, alerones. Fluido
Aire (se puede comprimir) Abierto (No hay retorno del aire)
En determinadas aplicaciones para aminorar la carestía de los circuitos hidráulicos, suele combinarse el diseño, en un circuito óleoneumático, utilizando la parte neumática para el accionamiento y control y la parte hidráulica para el actuador. Estos se utilizan por ejemplo en: •
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Movimientos de aproximación rápido y avance lento.- Fresadoras y rectificadoras. Sujeción de piezas – Cortes a alta velocidad sobre materiales duros. Automatización de procesos de producción.
Elementos componentes.
Genéricamente, estos circuitos tienen los mismos componentes que uno eléctrico: Generadores: Compresores o Bombas. Conductores: Tuberías. Controladores: Válvulas y otros reguladores Receptores: Cilindros.
Circuitos típicos:
El circuito neumático mas simple es un cilindro de simple efecto accionado por una válvula de 3 vias dos posiciones. Otro ejemplo es el cilindro de doble efecto, accionado por una vávula de 5 orificios y dos posiciones.
Las válvulas pueden accionarse por pulsador, pedal, palanca y retornan a su posición inicial generalmente por muelle, al igual que el cilindro. A este tipo de circuitos se le llama de mando directo. Pero estos son circuitos sin control ninguno, habría que introducir otros elementos reguladores de velocidad para que el circuito estuviese completo. Cuando se manejan volúmenes de aire mayores de 1,5 litros, se necesitan cilindros mas grandes y mas cantidad de válvulas para controlar su funcionamiento, en estos y otros circuitos mas complejos, en los que unas válvulas actúan sobre otras, se les llama de mando indirecto. Así pueden existir válvulas emisoras de señal, captadoras, de mando y de control para controlar por ejemplo el accionamiento continuo de un cilindro de doble efecto. Los circuitos hidráulicos, se representan de forma similar, pero al ser estos cerrados son de funcionamiento más complejo.
