Manual de hidráulica industrial

Manual de Hidráulica Industrial

01093287 E

FESTO DIDACTIC

Hidráulica Industrial Libro de texto. Seminario H-511.

FESTO DIDACTIC, Colombia: 1999.

Hidráulica Industrial H-511

FESTO DIDACTIC

Contenido. Pag. 1. Generalidades de los sistemas hidráulicos Hidráulica Hidráulica estacionaria Hidráulica móvil Ventajas de la hidráulica Desventajas de la hidráulica Comparación con otros medios de accionamiento

1 1 1 2 3 3

2. Principios físicos de la hidráulica Hidromecánica Presión Propagación de la presión Multiplicación de fuerzas Multiplicación de distancias Multiplicación de presión Caudal Ecuación de continuidad Tipos de caudal Fricción Energía Potencia Grado de eficiencia Segmentos de estrangulamiento

4 4 5 6 7 7 8 8 9 10 11 11 12 13

3. Fluidos sometidos a presión Funciones Tipos de fluidos hidráulicos Características Viscosidad Límites de viscosidad

15 15 15 16 16

4. Composición de un sistema hidráulico Partes constructivas Esquemas Cadena de control Diagrama de funcionamiento


17 18 19 20

FESTO DIDACTIC

5. Equipo de abastecimiento de potencia hidráulica Componentes Motores Bombas Curva característica de la bomba Clasificación de las bombas Tipos de bombas Depósitos Simbología

21 21 22 23 24 25 25 26

6. Cilindros hidráulicos Cilindros de simple efecto Cilindros de doble efecto Amortiguación de posiciones finales Juntas Tipos de sujeción Datos característicos Resistencia al pandeo Simbología

29 29 30 30 31 31 32 35

7. Motores hidráulicos Datos característicos Clasificación Simbología

36 36 37

8. Válvulas Dimensiones nominales Válvulas de asiento Válvulas de corredera Sobreposición del émbolo Perfiles del émbolo Identificación de las conexiones Accionamientos de las válvulas

38 39 39 41 42 42 43

9. Válvulas direccionales Representación gráfica y simbología Posiciones de conmutación Válvula de 2/2 vías Válvula de 3/2 vías Válvula de 4/2 vías Válvula de 4/3 vías


44 45 46 47 47 49

FESTO DIDACTIC

10. Válvulas antirretorno Construcción Clasificación y simbología Funcionamiento Válvula antirretorno desbloqueable Funcionamiento

51 51 51 52 53

11. Válvulas de presión Válvulas limitadoras de presión Funcionamiento de las válvulas limitadoras de presión Aplicaciones de las válvulas limitadoras de presión Válvulas reguladoras de presión Funcionamiento de las válvulas reguladoras de presión Simbología

54 54 56 56 57 58

12. Válvulas de caudal Clasificación Válvulas de estrangulamiento y de diafragma Válvulas de estrangulamiento regulables Tipos constructivos Válvula de estrangulamiento y antirretorno Válvulas reguladoras de caudal Simbología


59 59 60 61 61 62 64

FESTO DIDACTIC

Generalidades de los sistemas hidráulicos

1. GENERALIDADES DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS. Hidráulica. Hidráulica es la creación de fuerzas y movimientos mediante fluidos sometidos a presión. Los fluidos sometidos a presión son el medio para la transmisión de la energía. Las aplicaciones de la hidráulica son clasificadas básicamente en: • Aplicaciones estacionarias. • Aplicaciones móviles. La hidráulica estacionaria tiene principalmente los siguientes campos de aplicación: • • • • • • •

Todo tipo de máquinas de producción y montaje. Vías de transporte. Equipos de elevación y transporte. Prensas. Máquinas para moldear por inyección. Laminadoras. Elevadores.

Figura 1 - Hidráulica estacionaria


1

FESTO DIDACTIC


Las máquinas herramientas modernas con control numérico (CNC) representan un campo de aplicación típico de la hidráulica. Los campos de aplicación de la hidráulica móvil son los siguientes: • • • •

Máquinas para la construcción. Volquetes, palas mecánicas, plataformas de carga. Sistemas de elevación y transporte. Máquinas para la agricultura.

Figura 2 - Hidráulica móvil

En muchos casos se utiliza parte de la potencia hidráulica para la locomoción del vehículo como tal. Las ventajas de la hidráulica en comparación con otras tecnologías como la electricidad y la neumática son: • Transmisión de fuerzas considerables con elementos dimensiones. • Posicionamiento exacto. • Arranque de cero con carga máxima. • Movimientos homogéneos e independientes de la carga. • Trabajos y conmutaciones suaves. • Buenas características de mando y regulación. • Condiciones térmicas favorables.


de

pequeñas

2

FESTO DIDACTIC


Las desventajas que presenta la hidráulica son las siguientes: • • • • •

Contaminación del entorno por fugas de aceite. Sensibilidad a la suciedad. Peligro ocasionado por las altas presiones. Dependencia de la temperatura. Grado limitado de eficiencia.

Comparación con otros medios de accionamiento. Existen otras tecnologías capaces de generar fuerzas, movimientos y señales en los sistemas de control, se debe tener en cuenta que cada tecnología tiene sus campos de aplicación idóneos. • • •

Mecánica. Electricidad. Neumática. Electricidad

Fugas Influencias del entorno

Peligro de explosión en determinados entornos, sensible a la temperatura Acumulación de Difícil y solo en cantidades energía reducidas mediante baterías Transporte de la Sin límites, aunque con energía pérdida de energía Velocidad de trabajo Bajos Costes de la 0,25: energía consumida Movimiento Difícil y costoso lineal Fuerzas pequeñas Complicada regulación de la velocidad Movimiento Sencillo. Gran rendimiento rotativo Exactitud de Hasta ±1µm posicionamiento Fácil de alcanzar Estabilidad Muy buena si se utilizan conexiones mecánicas Fuerzas No resiste sobrecargas Bajo rendimiento por los componentes mecánicos Puede obtenerse fuerzas considerables


Hidráulica Contaminación Sensible a las oscilaciones de la temperatura; peligro de incendio en caso de fugas Dentro de ciertos límites, recurriendo a gases Hasta 100 m con velocidad de 2 a 6 m/s. V = 0,5 m/s Altos 1:

Neumática Aparte de la pérdida de energía no tiene desventajas. No produce explosiones; insensible a las temperaturas Fácil Hasta 1000 m con velocidad de 20 a 40 m/s V = 1,5 m/s Muy altos 2,5

Sencillo con cilindros Fuerzas limitadas Velocidades muy dependientes de las cargas Sencillo. Para de giro elevado Sencillo. Bajo rendimiento Revoluciones bajas Revoluciones elevadas Sin cambios de carga, Hasta ±1µm hasta 1/10 mm Dependiendo del sistema Buena, puesto que el aceite Baja, puesto que el aire se prácticamente no se comprime comprime Resistente a sobrecargas Resistente a sobrecargas Es factible generar fuerzas muy Limitación de las fuerzas por la presión del aire grandes F< 30 kN F > 3000 kN Sencillo con cilindros Fácil regulación de la velocidad Fuerzas muy grandes

3

FESTO DIDACTIC

Fundamentos físicos de la hidráulica

2. FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA HIDRÁULICA. Hidromecánica. La hidráulica es parte de la hidromecánica, esta estudia las fuerzas y los movimientos transmitidos por medio de fluidos líquidos.

Figura 3 - Clasificación de la hidromecánica

Presión. La presión hidrostática (pS) es la presión que surge en un líquido por efecto de la masa líquida: densidad (ρ), aceleración de la gravedad (g) y su altura (h): pS = h ⋅ ρ ⋅ g

Figura 4 - Presión hidrostática


4

FESTO DIDACTIC


Todo cuerpo ejerce una determinada presión (p) sobre la superficie en la que se apoya. La magnitud de la presión depende de la fuerza del peso (F) del cuerpo y de la superficie (A) en la que actúa dicha fuerza. p=

F A

Figura 5 - Fuerza, superficie

Propagación de la presión.

Figura 6 - Propagación de la presión

Si una fuerza (F) actúa sobre una superficie (A) de un líquido contenido en un recipiente cerrado, surge una presión (p) que se extiende en todo el líquido (ley de Pascal). En todos los puntos del sistema la presión es la misma.


5

FESTO DIDACTIC


Multiplicación de fuerzas.

Figura 7 - Multiplicación de la fuerza

Haciendo uso de la ley de Pascal se tiene:

p1 =

F1 A1

y

p2 =

F2 A2

el sistema se encuentra en equilibrio, entonces: p1 = p 2 aplicando las dos ecuaciones, se obtiene: F1 F = 2 A1 A 2

o

F1 A = 1 F2 A 2


6

FESTO DIDACTIC


Multiplicación de distancias.

Figura 8 - Multiplicación de la distancia

Para desplazar una carga es necesario que se desplace una cantidad de fluido. El volumen desplazado se calcula de la siguiente manera:

V1 = s 1 ⋅ A 1

y

V2 = s 2 ⋅ A 2

Tratándose del mismo volumen desplazado, se obtiene: s1 ⋅ A 1 = s 2 ⋅ A 2

o

s2 A = 1 s1 A 2

Multiplicador de presión.

Figura 9 - Multiplicador de presión


7

FESTO DIDACTIC


Se deducen las siguientes ecuaciones: F1 = p 1 ⋅ A 1

y

F2 = p 2 ⋅ A 2

la fuerza se transmite mediante el vástago sólido, haciendo iguales las fuerzas, entonces: p1 ⋅ A 1 = p 2 ⋅ A 2

o

p1 A 2 = p2 A1

En el caso de un cilindro de doble efecto surgen presiones demasiado elevadas por efecto de la multiplicación, si está bloqueada la salida en la cámara del lado del vástago.

Figura 10 - Multiplicación de la presión con un cilindro de doble efecto

Caudal.

Es el volumen de líquido (V) que fluye a través de una sección en una unidad de tiempo definida (t). En la hidráulica se emplea el símbolo Q para denominar el caudal.

Q=

V t

Ecuación de continuidad.

Tomamos como base la fórmula de caudal y sustituimos la siguiente ecuación: V = A⋅s


8

FESTO DIDACTIC


siendo s la longitud del tubo y A el área transversal, tenemos: Q=

A⋅s t

como la velocidad (v) está definida como distancia (s) sobre tiempo (t), entonces: Q = A⋅v

El caudal de un líquido fluye por un tubo de diferentes secciones transversales es igual en cualquier parte del tubo. Q = A 1 ⋅ v 1 = A 2 ⋅ v 2 = A 3 ⋅ v 3 =K = A n ⋅ v n

Figura 11 - Caudal volumétrico

Tipos de caudal.

El caudal puede ser laminar o turbulento.

Figura 12 - Caudal laminar y turbulento


9

FESTO DIDACTIC


Si el caudal es laminar, el líquido fluye en forma de capas cilíndricas y ordenadas. Las capas interiores fluyen a velocidades mayores que las capas exteriores. A partir de determinada velocidad del fluido ya no avanzan en capas ordenadas ya que las partículas que fluyen en el centro del tubo se desvían lateralmente, con lo que se provoca una perturbación formándose remolinos. En consecuencia, el caudal se vuelve turbulento, por lo que pierde energía. El coeficiente de Reynolds (Re) permite determinar el tipo de caudal, dicho coeficiente está en función de la velocidad del fluido (v), del diámetro de la tubería (d) y de la viscosidad cinemática (ν). Re =

v⋅d ν

• Si Re < 2300, es flujo laminar. • Si Re > 2300, es flujo turbulento. El valor de 2300 es denominado coeficiente crítico de Reynolds (Recrit), el caudal turbulento no vuelve a ser laminar sino hasta ½ Recrit. Es recomendable no rebasar Recrit con el fin de evitar pérdidas por fricción en los sistemas hidráulicos. La velocidad crítica es la velocidad a partir de la cual el caudal pasa de laminar a turbulento y se calcula como sigue: v crit =

Re crit ⋅ ν d

Se utilizan los siguientes valores empíricos en la práctica: • Tuberías de impulsión: 4 a 6 m/s. • Tuberías de aspiración: 1,5 m/s. • Tuberías de retorno: 2 m/s. Fricción.

Existe fricción en todos los elementos y conductos por los que fluye el líquido en un sistema hidráulico. Se trata principalmente de la fricción que surge en las paredes de los conductos (fricción externa) y entre las capas del fluido (fricción interna).


10

FESTO DIDACTIC


La fricción provoca un calentamiento del fluido, el cual genera una reducción de la presión efectiva del sistema. En términos generales, la velocidad del fluido es el factor que determina en mayor medida las resistencias internas, ya que la resistencia aumenta al cuadrado en relación con la velocidad. Energía.

El contenido energético de un sistema hidráulico está compuesto de varias energías parciales: • Energía potencial. W = m⋅ g⋅h • Energía de presión. W = p ⋅ ∆V • Energía cinética. W=

1 m⋅ v2 2

• Energía térmica. W = ∆p ⋅ V Potencia.

La potencia está definida como el cambio de energía por unidad de tiempo. En los sistemas hidráulicos se desarrolla una transmisión de potencia eléctrica a potencia mecánica luego a potencia hidráulica y por último a potencia mecánica. • Potencia eléctrica:

P = V ⋅ I ⋅ cos φ


11

FESTO DIDACTIC


• Potencia mecánica de entrada: P = 2π ⋅ n ⋅ M

• Potencia hidráulica:

P = p⋅Q • Potencia mecánica de salida (cilindro):

P = F⋅v • Potencia mecánica de salida (motor): P = 2π ⋅ n ⋅ M

Grado de eficiencia.

La relación que existe entre la potencia de entrada y la potencia de salida es denominada grado de eficiencia (η). En el trabajo práctico se diferencia entre la pérdida de potencia volumétrica provocada por fugas y la pérdida de potencia hidráulica y mecánica ocasionada por la fricción. • Grado de eficiencia volumétrica: ηv. • Grado de eficiencia hidráulica y mecánica: ηhm. η total = η v ⋅ ηhm

La eficiencia total de un sistema hidráulico según datos empíricos está entre el 70 y 75%.


12

FESTO DIDACTIC


Segmentos de estrangulamiento.

Figura 13 - Segmento de estrangulamiento

En los segmentos de estrangulamiento, el coeficiente de Reynolds tiene un valor muy superior a 2300 a causa de la disminución del diámetro de la sección transversal, la que provoca un aumento de la velocidad, ya que el caudal permanece constante. Se produce una transformación de energía cinética en energía térmica debido al aumento en la fricción. Una parte del calor es cedido hacia el exterior, al final del segmento de estrangulamiento, el caudal volumétrico vuelve a tener la misma velocidad que antes, sin embargo, la energía de presión ha disminuido en una cantidad equivalente a la energía térmica cedida, lo que tiene como consecuencia una disminución de la presión detrás del segmento de estrangulamiento.

Figura 14 - Caída de presión


13

FESTO DIDACTIC


Si en los segmentos de estrangulamiento la presión baja a valores de depresión, el aceite segrega el aire formándose burbujas, si después del segmento de estrangulamiento, vuelve a subir la presión, las burbujas se rompen. De este modo se forma la cavitación y posiblemente combustiones espontáneas del aceite hidráulico.


14

FESTO DIDACTIC

Fluidos hidráulicos

3. FLUIDOS HIDRÁULICOS. En principio cualquier líquido es apropiado para transmitir energía de presión. No obstante, el líquido utilizado en un sistema hidráulico tiene que cumplir con ciertas condiciones adicionales, por lo que no hay muchas alternativas. El agua genera problemas de corrosión, congelación y viscosidad. Funciones de los fluidos sometidos a presión. • • • • • • •

Transmitir presión. Lubricar las partes móviles de los equipos. Refrigerar, es decir, derivar el calor producido por la transformación de energía. Amortiguar vibraciones causadas por picos de presión. Proteger contra la corrosión. Eliminar partículas abrasivas. Transmitir señales.

Los aceites elaborados en base mineral cumplen con prácticamente todos los requisitos normales que se plantean, en consecuencia son los mas difundidos. Fluidos hidráulicos. • • • •

Aceite hidráulico a base de aceite mineral. Fluidos hidráulicos poco inflamables. Fluidos hidráulicos no contaminantes. Fluidos hidráulicos especiales (sintéticos).

Características. Para que los aceites hidráulicos puedan cumplir con los requisitos antes planteados, tienen que contar con algunas características según su aplicación: • • • • • • •

Densidad lo mas baja posible. Poca compresibilidad. Viscosidad no demasiado baja (películas lubricantes). Buenas características de viscosidad en función de la temperatura. Buenas características de viscosidad en función de la presión. Buena resistencia al envejecimiento. Compatibilidad con otros materiales.


15

FESTO DIDACTIC

Fluidos hidráulicos

Además, los aceites hidráulicos deben cumplir con las siguientes condiciones: • • • • •

Segregar aire. No formar espuma. Resistencia al frío. Ofrecer protección contra el desgaste y la corrosión. Capacidad de segregación de agua.

Viscosidad. La viscosidad informa sobre las fricciones internas del fluido, es decir, es un parámetro que indica que tan fácilmente fluye un líquido. Una viscosidad demasiado baja provoca mas fugas. La película lubricante es más delgada, por lo que puede romperse mas fácilmente. En este caso disminuye la protección contra el desgaste. A pesar de ello es preferible utilizar aceite de baja viscosidad ya que por su menor fricción se pierde menos presión y potencia. Una viscosidad elevada causa mas fricción, lo que provoca pérdidas de presión y calentamiento especialmente en las zonas de estrangulamiento. De este modo se dificulta el arranque en frío y la segregación de agua, por lo que existe una mayor tendencia a desgastes por abrasión. El margen de viscosidad ideal está entre 15 y 100 mm2/s. Límites de viscosidad. En las aplicaciones deberán tenerse en cuenta las características de la viscosidad de los fluidos en función de la temperatura, puesto que la viscosidad del fluido cambia según la temperatura. Cuanto mayor es el índice de viscosidad, tanto menos varía su viscosidad o en otras palabras, tanto mayor es el margen de temperaturas dentro del cual puede utilizarse el aceite. Los aceites minerales con alto índice de viscosidad también son denominados aceites multígrado. Estos aceites son utilizados en todos aquellos casos en los que se trabaja con temperaturas muy variadas.


16

FESTO DIDACTIC

Composición de un sistema hidráulico

4. COMPOSICIÓN DE UN SISTEMA HIDRÁULICO. Un equipo hidráulico puede clasificarse en las siguientes partes constructivas: • Unidad de control de señales. • Unidad de trabajo o potencia.

Figura 15 - Representación esquemática de la estructura de un sistema hidráulico

La unidad de control de señales se subdivide en la entrada de señales y en el procesamiento de señales. Formas de entrada de señal: • manual, • mecánica, • eléctrica.


17

FESTO DIDACTIC


Medios para el procesamiento de señales: • • • • • •

ser humano, electrotecnia, electrónica, neumática, mecánica, hidráulica.

La parte encargada del trabajo en un sistema hidráulico puede clasificarse en una unidad abastecedora de energía, una unidad de control de energía y una unidad de trabajo. Esquemas. El esquema refleja la composición de un sistema hidráulico. El esquema indica mediante símbolos como están conectados cada uno de los elementos entre sí. En el esquema no se toma en cuenta la distribución física de los elementos.

Figura 16 - Sistema hidráulico - Diseño

Los elementos del sistema debe incluirse en el esquema según la dirección de la propagación de la energía.


18

FESTO DIDACTIC


Incluir en el esquema las válvulas en posición horizontal y los conductos de modo recto y sin cruces. Cadena de control. Está compuesta por un elemento de trabajo y por unidad de control de energía correspondiente. Los mandos complejos están conformados por varias cadenas de control que deberán incluirse de modo contiguo en el esquema con sus respectivos números de orden. Los datos técnicos y los valores de referencia del sistema suelen indicarse en el esquema del circuito, además, para completar la información pueden agregarse tablas.

Figura 17 - Esquema del circuito con datos técnicos


19

FESTO DIDACTIC


Diagrama de funcionamiento. Los ciclos funcionales de máquinas y sistemas de producción pueden ser representados mediante diagramas que indican claramente los estados y cambios de cada uno de los elementos de una máquina.

Figura 18 - Diagrama de funcionamiento


20

FESTO DIDACTIC

Equipo de abastecimiento de potencia hidráulica

5. EQUIPO DE ABASTECIMIENTO DE POTENCIA HIDRÁULICA. La unidad de abastecimiento proporciona la potencia que necesita el sistema hidráulico.

Figura 19 - Grupo hidráulico

Sus componentes principales son los siguientes: • Motor. • Bomba. • Tanque. Además, todos los sistemas hidráulicos disponen de unidades de mantenimiento, control y seguridad, tales como: • • • •

Válvula limitadora de presión. Filtro. Sistema de refrigeración. Sistema de calefacción.

Motores. Los sistemas hidráulicos (con excepción de aquellos provistos de una bomba manual) son accionados por motores eléctricos o de combustión. Los motores eléctricos se utilizan principalmente en sistemas hidráulicos estacionarios, mientras que los motores de combustión suelen usarse en sistemas hidráulicos móviles.


21

FESTO DIDACTIC


Bombas. La bomba se encarga de transformar la energía mecánica proveniente del motor en energía hidráulica. La bomba succiona el aceite y alimenta el sistema de tuberías. En el sistema hidráulico se crea una presión a raíz de las resistencias que se oponen al aceite que fluye. La presión corresponde a la resistencia total, la que por su parte se compone de resistencias externas e internas y del caudal. Las resistencias externas son las que se producen por efecto de cargas útiles, fricción mecánica, cargas estáticas y fuerzas de aceleración. Las resistencias internas son producto de la fricción total en los conductos y elementos del sistema, de la fricción propia del aceite y de las zonas de estrangulamiento. Las bombas tienen los siguientes parámetros importantes: • Volumen de expulsión: Se refiere al volumen de fluido que es transportado por la bomba en cada giro o carrera. El caudal de transporte de la bomba es el producto del volumen de expulsión y número de revoluciones por minuto del motor. Q = n⋅V

muchas bombas no pueden rebasar ciertos márgenes de revoluciones. El régimen más frecuente es de n = 1500 r.p.m., ya que suelen ser accionadas por motores asíncronos de corriente trifásica que dependen de la frecuencia de la red eléctrica. • Presión de trabajo: Se indica el valor de la presión punta, aunque esta presión solo debería mantenerse durante en período breve. • Curva característica de la bomba: muestra el comportamiento del caudal de transporte en función de la presión.


22

FESTO DIDACTIC


Figura 20 - Presión de trabajo

La curva característica muestra que el caudal de transporte efectivo disminuye en función del aumento de la presión. (Para mantener la lubricación, es necesario que exista un mínimo de aceite de fuga). La trayectoria de la curva informa sobre el grado de eficiencia de volumétrica (ηv).

Figura 21 - Característica de la bomba

Las bombas hidráulicas pueden clasificarse en tres tipos básicos aplicando el criterio del volumen de expulsión: • Bombas de funcionamiento constante: volumen de expulsión constante. • Bombas ajustables: volumen de expulsión ajustable. • Bombas regulables: posibilidad de regular la presión, el caudal o la potencia.


23

FESTO DIDACTIC


Según su construcción, existen diversos tipos de bombas:

Figura 22 - Clasificación bombas hidráulicas

Para elegir y utilizar correctamente una bomba, es importante tener en cuenta sus parámetros y curvas características. La presión del fluido en un sistema hidráulico va creciendo en función de las resistencias, y en casos extremos, aumenta hasta que se produce la destrucción del elemento más débil del sistema. Esta circunstancia se procura evitar incorporando una válvula limitadora de la presión como seguridad o alivio inmediatamente detrás de la bomba. Dicha válvula permite definir la presión de trabajo máxima del sistema.


24

FESTO DIDACTIC


Figura 23 – Bombas de engranajes.

Depósitos. Los depósitos de un sistema hidráulico asumen varias funciones: • Recepción y almacenamiento del líquido necesario para que funcione el sistema. • Disipar el calor residual. • Separar aire, agua y sustancias sólidas. • Servir de soporte para una bomba incorporada o superpuesta, con su motor y diversos elementos del sistema. El tamaño del depósito dependerá de los siguientes factores: • Caudal volumétrico de la bomba. • Temperatura de trabajo y la temperatura máxima permisible del aceite. • Posible diferencia máxima del volumen del aceite al llenar o vaciar los elementos de consumo. • Lugar de la aplicación. • Período de circulación. Características de los depósitos de aceite: • • • • •

Forma del depósito. Tuberías de aspiración y retorno. Chapa de desviación y amortiguación. Chapa del fondo del depósito. Ventilación y evacuación de aire.


25

FESTO DIDACTIC


Figura 24 - Depósito de aceite

Simbología. Bombas hidráulicas de desplazamiento constante:

Motores:


26

FESTO DIDACTIC


Accesorios:


27

FESTO DIDACTIC


Elementos de medición y control:

Unidad de abastecimiento de potencia hidráulica:


28

FESTO DIDACTIC

Cilindros hidráulicos

6. CILINDROS HIDRÁULICOS. Los cilindros hidráulicos transforman la energía hidráulica en energía mecánica. Los cilindros producen movimientos lineales y se clasifican en dos tipos básicos: • Cilindros de simple efecto.

Figura 25 - Cilindro de simple efecto, tipo buzo

En los cilindros de simple efecto, la presión solo actúa sobre el émbolo. En consecuencia, el cilindro solamente puede realizar trabajo en un sentido. El movimiento contrario se produce por una fuerza externa o un resorte. • Cilindros de doble efecto.

Figura 26 - Cilindro de doble efecto

En los cilindros de doble efecto es posible tener presión en ambas superficies, en consecuencia, pueden realizar trabajo en ambos sentidos.


29

FESTO DIDACTIC


En los cilindros de doble efecto con vástago simple, las fuerzas y las velocidades son diferentes durante el avance y el retroceso aunque el caudal y la presión sean los mismos, puesto que las superficies son diferentes. Amortiguación de posiciones finales. Es utilizada en cilindros hidráulicos en aquellos casos en los que es necesario frenar o amortiguar las grandes velocidades de sus movimientos. En estos cilindros se evita un golpe brusco en las posiciones finales de la carrera. Juntas. Las juntas tienen la función de impedir pérdidas de aceite de fuga en los elementos hidráulicos. Se puede diferenciar entre juntas estáticas y juntas dinámicas. Las juntas se utilizan en función de los parámetros respectivos del cilindro (presión, temperatura, velocidad, diámetro, aceite, agua).

Figura 27 - Juntas del émbolo

Figura 28 - Juntas del vástago


30

FESTO DIDACTIC


Figura 29 – Juntas para altas velocidades

Tipos de sujeción. Se rigen por las aplicaciones previstas para los cilindros:

Figura 30 - Tipos de sujeción

Datos característicos. Al elegir un cilindro, se debe conocer la carga (F). La presión (p) se rige por la aplicación concreta.

F = p⋅A Con base en esta fórmula puede calcularse el diámetro del émbolo. Al hacerlo, deberá considerarse el grado de eficiencia hidráulico y mecánico (0,85 - 0,95). A=

F p ⋅ ηhm ⋅ ηv


31

FESTO DIDACTIC

d=


4 ⋅F p ⋅ ηhm ⋅ ηv ⋅ π

El grado de eficiencia volumétrica toma en cuenta las pérdidas por fugas en la junta del émbolo, en consecuencia ηv = 1, si la junta está intacta. Tanto el diámetro interior del cilindro como del vástago y las presiones nominales están normalizadas. También se establece una relación preferencial para la relación de áreas (ϕ).

Figura 31 - Dimensiones de los cilindros


32

FESTO DIDACTIC


Figura 32 - Tabla para relación de superficies

Resistencia al pandeo.

Al determinar el diámetro del émbolo y la carrera, deberá considerarse la resistencia al pandeo recurriendo a las tablas ofrecidas por los respectivos fabricantes. Para calcular la fuerza de pandeo permisible (FFperm) se aplica: FFperm =

π2 ⋅ E ⋅ I LK 2 ⋅ ν

La longitud libre de pandeo (LK2) depende de la forma en la que actúa la carga.


33

FESTO DIDACTIC


Figura 33 - Longitud según el método de fijación

El funcionamiento de los cilindros está previsto solamente para fuerzas longitudinales. Las fuerzas transversales deben ser compensadas mediante guías.

Figura 34 - Ejemplos de casos de fijación

De ser posible deben evitarse los montajes de los casos 3 y 4, puesto que en ellos no se guía correctamente el movimiento y, además, pueden producirse deformaciones por tensiones.


34

FESTO DIDACTIC


Simbología.

Cilindros hidráulicos de simple efecto:

Cilindros hidráulicos de doble efecto:


35

FESTO DIDACTIC

Motores hidráulicos

7. MOTORES HIDRÁULICOS. Los motores hidráulicos son componentes del grupo de accionamiento, se trata de elementos de trabajo. Transforman la energía hidráulica en energía mecánica y generan movimientos rotativos. El volumen de absorción de motores hidráulicos se obtiene con base en la presión del sistema y el momento de giro deseado:

V=

M p

El caudal que necesita el motor es calculado con base en el volumen de absorción y las revoluciones deseadas: Q = n⋅V

La fórmula para calcular la potencia mecánica del motor hidráulico: P = 2π ⋅ n ⋅ M

Para calcular la velocidad angular tenemos: ω = 2π ⋅ n

Los motores hidráulicos se clasifican de la siguiente manera: • Motores de accionamiento constante: volumen de absorción constante. • Motores regulables: volumen de absorción regulable.


36

FESTO DIDACTIC

Motores hidráulicos

Figura 35 - Clasificación de motores hidráulicos

Simbología.

Motores hidráulicos de accionamiento constante:


37

FESTO DIDACTIC

Válvulas

8. VÁLVULAS. En los sistemas hidráulicos, la energía es transmitida a través de tuberías entre la bomba y las unidades de trabajo. Para alcanzar los valores requeridos en dichas unidades y para acatar las condiciones operativas prescritas del sistema, se incorporan válvulas en las tuberías para que actúen como unidades de control de la energía. Las válvulas controlan o regulan la presión y el caudal. Dimensiones nominales. Las dimensiones nominales de las válvulas son determinadas por los siguientes parámetros: • Tamaño nominal NG: Diámetros nominales en mm. • Presión nominal ND: presión de trabajo expresada en bar o Pascal. • Caudal nominal Qn: Cantidad de aceite (l/min) que provoca una pérdida de 1 cuando atraviesa la válvula. • Caudal máximo Qmax: cantidad máxima de aceite que puede fluir a través de la válvula. • Régimen de viscosidad: de 20 a 230 mm2/s. • Régimen de temperatura del fluido: 10° hasta 80°C. Las válvulas son clasificadas según diversos criterios: • Funciones. • Tipo constructivo. • Forma de accionamiento. En concordancia con las funciones que asumen las válvulas en los sistemas hidráulicos, pueden utilizarse las siguientes: • • • •

Válvulas reguladoras de presión. Válvulas de vías. Válvulas de cierre. Válvulas reguladoras de caudal.

Por su tipo de construcción, puede diferenciarse entre válvulas de asiento y válvulas de corredera. Las características de conmutación de las válvulas dependen, además, de las superposiciones de sus superficies y de la geometría de su perfil.


38

FESTO DIDACTIC

Válvulas

Válvulas de asiento. Las válvulas de asiento tienen una bola, un cono o con menor frecuencia un disco que hacen las veces de elemento de cierre que es presionado sobre la superficie del asiento respectivo. Las válvulas de este tipo cierran herméticamente.

Figura 36 - Válvulas de asiento

Válvulas de corredera. Estas se clasifican en válvulas de correderas longitudinales y en las de correderas giratorias. Estas últimas están compuestas de uno o más émbolos que giran en un cilindro.

Figura 37 - Válvula de corredera giratoria

Las válvulas de corredera longitudinal están compuestas de uno o más émbolos conectados entre sí y que son desplazados axialmente en un cilindro.


39

FESTO DIDACTIC

Válvulas

Figura 38 - Válvula de corredera

Para accionar las válvulas de corredera longitudinal, solo es necesario superar la resistencia que ofrecen la fricción y el muelle. Las fuerzas resultantes de la presión son compensadas por las superficies contrapuestas.

Figura 39 - Fuerza de accionamiento

La corredera debe tener cierta holgura, la que por su parte permite un flujo constante de aceite de fuga, produciéndose así pérdidas del caudal en la válvula. Para evitar que el émbolo no sea presionado contra la pared cilíndrica de la válvula, esta está provista de ranuras en espiral.


40

FESTO DIDACTIC

Válvulas

Principio de corredera • • • • •

Flujo de aceite de fuga. Sensible frente a la suciedad. Configuración sencilla. Compensación de presión. Tramos de accionamiento largos.

Principio de asiento • • • • •

Cierre hermético. Indiferente frente a la suciedad. Configuración complicada. Necesidad de prever un sistema de compensación de presión. Tramos de accionamiento cortos.

Sobreposiciones del émbolo. Las características de conmutación de una válvula están determinadas por los perfiles sobrepuestos del émbolo. La sobreposición puede ser positiva, negativa o cero.

Figura 40 - Sobreposición del émbolo

Los tipos de sobreposiciones son un parámetro importante en todas las válvulas y deberán seleccionarse según la aplicación: • Conmutación con sobreposición positiva: todas las conexiones están bloqueadas brevemente durante el proceso de conmutación. No se produce caída de presión, golpes ocasionados por picos de presión, arranque duro.


41

FESTO DIDACTIC

Válvulas

• Conmutación con sobreposición negativa: todas las conexiones están brevemente conectadas entre sí durante el proceso de conmutación. Se produce una caída de presión breve. • Apertura hacia la tubería de presión: la bomba es conectada primero con el elemento de trabajo y a continuación se conecta el elemento de trabajo con la tubería de descarga que lleva al depósito. • Apertura hacia la tubería de descarga: el elemento de trabajo es conectado primero al depósito y a continuación se conecta la tubería de alimentación con la bomba. • Conmutación con sobreposición cero: posición de canto sobre canto. Característica para conmutaciones rápidas, tramos cortos de conmutación. En las válvulas de corredera, la sobreposición está determinada por los cantos de control y por la conexión rígida de los émbolos. En las válvulas de asiento se obtiene el tipo de sobreposición deseada en cada momento, puesto que es factible ajustar el tiempo de respuesta de cada una de las válvulas, así mismo, también es posible cambiar los tiempos de respuesta efectuando los ajustes correspondientes. Perfiles del émbolo. El perfil de émbolo suele ser de ángulo recto, cónico o provisto de muescas axiales. Estos dos últimos perfiles de los cantos de control permiten que no se estrangule abrupta sino paulatinamente el caudal.

Figura 41 - Perfiles del émbolo

Identificación de las conexiones.


42

FESTO DIDACTIC

Válvulas

Existen dos formas de denominar las conexiones: ya sea con las letras P, T, A, B y L ó mediante letras correlativas. Las válvulas tienen diversos estados de conmutación. Para indicar que conexiones están conectadas entre si y cuales bloqueadas, se aplica lo siguiente: • Un guión entre dos letras indica que el paso entre dichas conexiones está abierto. (P-A). • Una letra separada de las demás por una coma significa que la conexión en cuestión está bloqueada. (P-A, T). Accionamientos de las válvulas. Existen diversos modo de accionar una válvula, cada uno de los cuales está representado por su correspondiente símbolo: accionamiento manual, mecánico, eléctrico, neumático o hidráulico. Simbología de accionamientos manuales:


43

FESTO DIDACTIC

Válvulas direccionales

9. VÁLVULAS DIRECCIONALES. Las válvulas direccionales o de vías son elementos constructivos que modifican, abren o cierran los pasos del flujo en sistemas hidráulicos. Estas válvulas permiten controlar la dirección del movimiento y la parada de los elementos de trabajo.

Figura 42 - Composición de una válvula de vías

Representación gráfica y simbología. Se aplican los siguientes criterios: • • • •

Cada posición es representada por un cuadrado. Las direcciones y los pasos de flujo son representados por flechas. Las conexiones bloqueadas son representadas por líneas transversales. Las conexiones son representadas por líneas ubicadas en la posición de conmutación respectiva. • Las conexiones para el aceite de fuga son representadas por líneas interrumpidas y, además, son caracterizadas con (L) para diferenciarlas de las conexiones de mando. • Las posiciones de conmutación son caracterizadas cada una por separado.


44

FESTO DIDACTIC


Posiciones de conmutación: Las válvulas de vías pueden ser de funcionamiento continuo (válvulas proporcionales y servoválvulas) o de funcionamiento digital (hidráulica convencional). Las válvulas de vías se clasifican según la cantidad de conexiones y de posiciones:

Figura 43 - Posiciones de conmutación

Figura 44 - Posiciones de conmutación


45

FESTO DIDACTIC


Figura 45 – Posiciones de conmutación

Válvula de 2/2 vías. La válvula de 2/2 vías está provista de una conexión de trabajo (A) y de una de presión (P) y permite un control del caudal cerrado o abriendo el paso. • Posición normal: paso de P hacia A bloqueado. • Posición conmutada: paso de P hacia A abierto.

Figura 46 - Válvula de 2/2 vías


46

FESTO DIDACTIC


Válvula de 2/2 vías, versión con asiento:

Figura 47 - válvula de 2/2 vías, versión con asiento

Válvula de 3/2 vías. La válvula de 3/2 vías está provista de una conexión de trabajo (A), una de presión (P) y de una para el depósito (T) y permite un control del caudal volumétrico mediante las siguientes posiciones: • Posición normal: Conexión P bloqueada y paso abierto de A hacia T. • Posición conmutada: Salida T bloqueada y paso abierto de P hacia A. Las válvulas 3/2 vías también pueden estar abiertas en posición normal, es decir, con paso abierto de P hacia A.

Figura 48 - Válvula de 3/2 vías

Válvula de 4/2 vías. La válvula de 4/2 vías está provista de dos conexiones de trabajo (A, B), de una de presión (P) y de una conexión para el depósito (T). • Posición normal: paso abierto de P hacia B y de A hacia T. • Posición conmutada: paso de P hacia A y de B hacia T.


47

FESTO DIDACTIC


Figura 49 - Válvula de 4/2 vías con tres posiciones de control

Las válvulas de 4/2 vías también pueden estar provistas de tan solo dos émbolos de maniobra. En ese caso, dichas válvulas no necesitan conexiones para aceite de fuga y, además, la conexión T del depósito y las conexiones de trabajo A y B son controladas por la culata de la válvula.

Figura 50 - válvula de 4/2 vías con dos émbolos

En las fichas técnicas de estas válvulas siempre se indica una presión máxima para la conexión hacia el depósito que es menor a la presión máxima del lado de trabajo, ya que en la conexión T la presión actúa contra la culata. Las posiciones intermedias (sobreposición) son un criterio importante para la elección de una válvula. Tratándose de posiciones que no son realmente efectivas, los cuadrados son más estrechos y tienen líneas intermitentes.


48

FESTO DIDACTIC


Figura 51 - Posición de solapamiento válvula de 4/2 vías

Válvulas de 4/3 vías. Las válvulas de 4/3 vías tienen una estructura sencilla si son válvulas de corredera, si son válvulas de asiento su estructura es mas complicada. La posición intermedia está perfectamente definida y es determinada por la aplicación concreta del mando hidráulico. • • • • •

Válvula de 4/3 vías con posición central tandem. Válvula de 4/3 vías con posición central cerrada. Válvula de 4/3 vías con posición central abierta. Válvula de 4/3 vías con posición central de descarga. Válvula de 4/3 vías con posición central de recirculación.

Figura 52- Simbología válvulas 4/3 vías


49

FESTO DIDACTIC


En las válvulas de 4/3 vías también suele indicarse las posiciones intermedias (sobreposición).

Figura 53 - Posiciones de solapamiento

Válvula de 4/3 vías con posición central tandem:

Figura 54 - Válvula 4/3 vías, centro tandem

Válvula de 4/3 vías con posición central cerrada:

Figura 55 - Válvula 4/3 vías, centro cerrado


50

FESTO DIDACTIC

Válvulas antirretorno

10. VÁLVULAS ANTIRRETORNO. Las válvulas antirretorno bloquean el caudal en un sentido y permiten el flujo en sentido contrario. El bloqueo debe ser totalmente hermético y sin fugas, por lo que estas válvulas siempre son de asiento. Construcción. El elemento de cierre (por lo general una bola o un cono) es presionado sobre una superficie de cierre correspondiente. La válvula debe abrir el paso para el caudal, separando el elemento de cierre de su asiento. Clasificación y simbología. Las válvulas de cierre se clasifican en: • Válvulas antirretorno con o sin resorte. • Válvulas antirretorno bloqueables y desbloqueables.

Figura 56 - Clasificación de válvulas antirretorno

Funcionamiento. Si sobre el cono actúa una presión (p1), este se separa del asiento y abre el paso si la válvula no tiene muelle. En esta operación, p1 tiene que ser superior a p2.


51

FESTO DIDACTIC


Figura 57 - Válvula antirretorno con muelle

En una válvula antirretorno con muelle, en la que el cono de cierre no es expuesto solamente a la presión p2, sino también a la fuerza que ejerce el resorte, la válvula abre si: p1 > p 2 + p F

La presión que ejerce el resorte es la siguiente:

pF =

Fresorte A cono

Válvula antirretorno desbloqueable.

Las válvulas desbloqueables permiten abrir el paso cerrado separando el cono de su asiento.


52

FESTO DIDACTIC


Funcionamiento.

Paso abierto de A hacia B; paso bloqueado de B hacia A.

Figura 58- Funcionamiento de una válvula antirretorno desbloqueable

Si el caudal ha de fluir de B hacia A, deberá separarse el cono de la válvula de su asiento por acción del émbolo desbloqueador. Este recibe presión de la conexión X. Para que el desbloqueo sea seguro, es indispensable que la superficie activa del émbolo de desbloqueo sea mayor a la superficie activa del elemento de cierre. La relación entre estas superficies suele ser de 5:1.


53

FESTO DIDACTIC

Válvulas de presión

11. VÁLVULAS DE PRESIÓN. Las válvulas de presión tienen la función de controlar y regular la presión en un sistema hidráulico en circuitos parciales. • Válvulas limitadoras de presión: permiten ajustar y limitar la presión en un sistema hidráulico. La presión de mando es consultada en la entrada de la válvula. • Válvula reguladora de presión: reducen la presión de salida, siendo mas elevada y variable la presión de entrada. La presión de mando es consultada en la salida de la válvula. Válvulas limitadoras de presión (VLP). Las válvulas limitadoras de presión pueden ser válvulas de asiento o de corredera. En su posición normal actúa un resorte que presiona un elemento de cierre sobre la conexión de entrada o que desplaza una corredera sobre la conexión con el depósito. Funcionamiento.

Figura 59 - Válvula limitadora de presión

La presión de entrada (p1) actúa sobre la superficie del elemento de cierre de la válvula y genera una fuerza (F).

F = p1 ⋅ A1 La fuerza del resorte que presiona el elemento de cierre de la válvula sobre su asiento puede regularse.


54

FESTO DIDACTIC


Si la fuerza de la presión de entrada es superior a la fuerza del muelle, la válvula empieza a abrir. Entonces, una parte del caudal fluye hacia el depósito. Si la presión de entrada continúa subiendo, la válvula sigue abriendo hasta que la totalidad del caudal fluye hacia el depósito. Las resistencias en las salidas actúan en la superficie A2. La fuerza generada por estas resistencias tienen que sumarse a la fuerza del resorte. La salida de la válvula también puede estar provista de una compensación de presión. Para evitar oscilaciones causadas por la presión, las válvulas limitadoras de presión frecuentemente están provistas de émbolos de amortiguación y de elementos de estrangulamiento. El sistema de amortiguación genera una apertura rápida de la válvula y un cierre mas lento de la válvula.

Figura 60 - Válvula limitadora de presión con amortiguación

Las válvulas limitadoras de presión con sistema de amortiguación también pueden presentarse con sistemas de control externo.


55

FESTO DIDACTIC


Figura 61 - Válvula limitadora de presión, controlada externamente

Aplicaciones de las VLP.

Las válvulas limitadoras de presión son utilizadas como: • Válvulas de seguridad: una válvula limitadora de presión es calificada de válvula de seguridad, si está montada sobre la bomba para protegerla de una sobrecarga. • Válvulas de contrapresión: estas válvulas actúan contra la inercia de las masas oponiéndoseles una carga. La válvula debe tener una compensación de presiones y además, la conexión al depósito debe soportar una carga. • Válvulas de freno: estas válvulas evitan picos de presión que pueden surgir a causa de fuerzas de inercia de masas cuando cierra repentinamente otra válvula. • Válvulas de secuencia. • Válvulas de desconexión: se encargan de desviar una parte del fluido hidráulico hacia el tanque cuando la presión rebasa el valor ajustado en ellas. La desviación del circuito parcial se produce por efecto de una válvula de antirretorno. • Válvula de compensación: mantienen la presión de un circuito hidráulico a un nivel constante, incluso si en un circuito parcial baja la presión. Válvulas reguladoras de presión (VRP).

Las válvulas reguladoras de presión reducen la presión de entrada hasta alcanzar el valor de una presión de salida previamente ajustada.


56

FESTO DIDACTIC


Estas válvulas solo cumplen debidamente con su función si el sistema hidráulico respectivo trabaja con diversas presiones. Funcionamiento.

En posición normal, la válvula está abierta. La presión de salida actúa sobre la superficie del émbolo (1) a través del conducto de mando (3). La fuerza respectiva actúa sobre un resorte ajustable. Si la fuerza sobre el émbolo es mayor que la fuerza ajustada en el resorte, empieza a cerrar la válvula puesto que la corredera de la válvula se desplaza en contra del resorte hasta que vuelva a establecerse un equilibrio de fuerzas.

Figura 62 - Válvula reguladora de presión de 2 vías

De esta manera se reduce el tamaño de la ranura de estrangulamiento, con lo que disminuye la presión. Si aumenta nuevamente la presión en (A), el émbolo cierra totalmente. Sobre la entrada (P) actúa la presión del primer circuito de control. Sobre la salida (A) actúa la presión ajustada en la válvula reguladora de presión. Tratándose de válvulas de corredera, la configuración de los perfiles de control permite adicionalmente regular las características de apertura de tal manera que la ranura abra paulatinamente. De este modo es posible obtener una regulación más exacta y disminuir las vibraciones. Para reducir los aumentos de presión en la conexión de salida, puede utilizarse una válvula de 3 vías reguladora de presión.


57

FESTO DIDACTIC


Figura 63 - Válvula reguladora de presión de 3 vías

La válvula de 3 vías provoca un desplazamiento adicional del émbolo al aumentar la presión en la salida (A) por encima del valor ajustado. De este modo se activa la función de limitación de presión abriéndose el paso de A hacia T. Simbología.

Válvulas de presión:


58

FESTO DIDACTIC

Válvulas de caudal

12. VÁLVULAS DE CAUDAL. Las válvulas de control y regulación de caudal tienen la finalidad de disminuir la velocidad de un actuador. En consecuencia se aplica el siguiente método para disminuir el caudal dirigido hacia el elemento de trabajo: Una reducción de la sección en la válvula de caudal provoca un aumento de la presión delante de dicha válvula. Esta presión abre la válvula limitadora de presión, con lo que se produce una bifurcación del caudal, la que por su parte tiene como consecuencia que hacia el elemento de trabajo fluya la cantidad necesaria para reducir su velocidad, mientras que el excedente de caudal pasa con la presión máxima a través de la válvula limitadora de presión, con lo que se desaprovecha mucha energía. Para ahorrar energía, puede recurrirse a bombas ajustables mediante presión. Las válvulas que se usan con ese fin se clasifican según su función de control o regulación: • Válvulas de control de caudal. • Válvulas reguladoras de caudal.

Figura 64 - Clasificación de válvulas de caudal

Válvulas de estrangulamiento y de diafragma. Estas válvulas ofrecen resistencia al flujo. Dicha resistencia es determinada por la sección de la válvula, por su forma geométrica y por la viscosidad del fluido. Cuando este atraviesa la válvula se produce una fricción y un aumento de velocidad, por lo que disminuye la presión. La reducción de la presión causada por la fricción puede compersarse ampliamente mediante la geometría del diafragma. Para obtener una resistencia determinada en el diafragma, es necesario que el


59

FESTO DIDACTIC

Válvulas de caudal

caudal se vuelva turbulento aumentando la velocidad del flujo. De este modo, la resistencia del diafragma depende de la turbulencia y es independiente de la viscosidad. En consecuencia, en aquellos casos en los que es necesario que el flujo no dependa de la temperatura y, por lo tanto, de la viscosidad, se recurre a válvulas de diafragma.

Figura 65 - Estrangulamiento y diafragma

No obstante, en muchos sistemas hidráulicos se necesita una reducción considerable y definida de la presión. En esos casos se utilizan válvulas de estrangulamiento. El caudal que atraviesa la válvula de estrangulamiento es determinado por la diferencia de presiones. La relación es la siguiente: ∆p = Q 2 elemento de trabajo La válvula limitadora de presión mantiene constante la presión en la tubería de alimentación de la válvula. Al cambiar la solicitación de carga del elemento de trabajo, también cambia la diferencia de presión. En consecuencia, cambia el caudal hacia el elemento de trabajo. Ello significa que estas válvulas no son adecuadas para ajustar el caudal si no es constante la carga. Válvulas de estrangulamiento regulables. Criterios a tener en cuenta en las válvulas de estrangulamiento regulable: • Formación de una resistencia. • Resistencia constante al cambiar la temperatura del fluido, es decir, independencia de la viscosidad. • Ajuste fino. La sensibilidad del ajuste depende de la relación entre las superficies de la sección y de la circunferencia. • Método económico.


60

FESTO DIDACTIC

Válvulas de caudal

Los diversos tipos constructivos cumplen de diversas formas con estos criterios: • • • • •

Válvula de aguja. Válvula de ranura periférica. Válvula longitudinal. Válvula de sección oblicua. Válvula helicoidal.

Figura 66 - Válvulas de estrangulamiento regulables

Válvula de estrangulamiento y antirretorno. Es una válvula de control del caudal unidireccional. La válvula de estrangulamiento modifica el caudal en un sentido de flujo y en función de la carga. En sentido contrario está abierto totalmente el paso, con lo que no hay variación de caudal. La estrangulación del flujo en la dirección de A hacia B. De B hacia A no se produce estrangulamiento debido a que el cono de cierre de la válvula antirretorno está separado de su asiento, quedando totalmente abierto el paso.


61

FESTO DIDACTIC

Válvulas de caudal

Figura 67 - Válvula de estrangulamiento con antirretorno

Válvulas reguladoras de caudal. Si se necesita un caudal constante hacia el elemento de trabajo aunque cambie la carga, es necesario mantener constante la diferencia de presión en el segmento de estrangulamiento. Por esta razón, las válvulas reguladoras de caudal llevan un elemento de estrangulación ajustable (2) y además otro elemento de estrangulamiento regulador (1) que modifica sus resistencias en función de la presión puesta en la salida de la válvula para mantener constante la diferencia de presión en el elemento de estrangulación ajustable (2). La bifurcación del caudal, a carga de la válvula limitadora de presión, es el resultado de la resistencia total de los dos elementos de estrangulamiento.


62

FESTO DIDACTIC

Válvulas de caudal

Figura 68 - Válvula reguladora de caudal con compensación de presión de carga

El elemento de estrangulación (1) puede estar incorporado delante o detrás del elemento de estrangulamiento ajustable (2). En posición normal, la válvula está abierta. Cuando fluye el aceite, se forma la presión de entrada p1 delante del elemento de estrangulamiento (2). En el se obtiene una diferencia de presiones ∆p; concretamente: p2 < p1. Para mantener el equilibrio en el elemento de estrangulamiento (1), es necesario incorporar un resorte en F2. Este resorte proporciona una diferencia de presiones constante por acción del elemento de estrangulamiento (1). Si una carga proveniente del elemento de trabajo actúa sobre la salida de la válvula, el elemento de estrangulamiento (1) reduce la resistencia por un valor equivalente al aumento de la carga. Entonces, el elemento de estrangulamiento (1) se encuentra en estado de equilibrio y la válvula ofrece una determinada resistencia, ajustable mediante el elemento de estrangulamiento (2) según el caudal que se desee obtener. Si aumenta la presión en la salida de la válvula, también aumenta la presión p2. En consecuencia, cambia la diferencia de presión en el elemento de estrangulamiento ajustable (2). Simultáneamente, p2 actúa sobre la superficie AK2 del cilindro de la válvula. Esta fuerza y la fuerza del resorte actúan sobre el elemento de estrangulación (1). Este abre hasta que vuelva a establecerse un equilibrio entre las fuerzas F1 y F2, es decir, hasta que la diferencia de presiones en el elemento de estrangulamiento (2) vuelva a ser la original.


63

FESTO DIDACTIC

Válvulas de caudal

Si baja la presión p3 en la salida de la válvula, aumenta la diferencia de presión y, en consecuencia disminuye también la presión sobre la superficie AK2 del cilindro de la válvula, con lo que la fuerza F1 es mayor que la fuerza F2. El elemento de estrangulamiento regulador (2) vuelve a cerrar hasta que se alcance el equilibrio entre F1 y F2. Simbología de válvulas reguladoras de caudal:


64

Manual de hidráulica industrial

Recommend Documents