Manual Hidraulica Carga Sensada Presion Compensada

Entrenamiento Servicio

VSEV1595 Agosto 1998

INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS CARGA SENSADA/PRESIÓN COMPENSADA (LS/PC)

CARGA SENSADA / PRESIÓN COMPENSADA VÁLVULA DE CONTROL DE LA BOMBA

CARGA

MOTOR

BOMBA DE DESPLAZAMIENTO VARIABLE

VÁLVULA DE RETENCIÓN DOBLE

RESORTE 50 PSI

VÁLVULA REDUCTURA DE PRESIÓN

VÁLVULA DE CONTROL DE CENTRO CERRADO

CARTILLA DEL ESTUDIANTE

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Material Para El Estudiante

PLAN DEL CURSO/IDEA GENERAL FAMILIZARIZARSE CON MODULO: INTRODUCCION A LOS SISTEMAS HIDRAULICOS DE CARGA SENSADA Y PRESION COMPENSADA. (LOAD SENSING PRESSURE COMPENSATED “LS/PC”) - Objectivos - Lección: Revisión básica de los sistemas hidráulicos LS/PC - Presentación de slides de los sistemas hidráulicos LS/PC - Examen: Sistema Hidráulico LS/PC

MODULO: INTRODUCCION A LOS SISTEMAS HIDRAULICOS DE CARGA SENSADA Y PRESION COMPENSADA. (LOAD SENSING PRESSURE COMPENSATED "LS/PC" Este módulo es una revisión básica de los sistemas hidráulicos de "carga sensada y presión compensada".

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OBJECTIVOS 1. Con un examen localizado en la parte posterior del libro del estudiante, identificar las características del sistema hidráulico de carga sensada y presión compensada y los componentes utilizados en este tipo de sistema hidráulico. 2. Con un examen localizado en la parte posterior del libro del estudiante, determinar las presiones del sistema y las diferecias de presión en varios lugares indicados en los esquemas del examen.

Materiales necesarios: LS/PC Libro del estudiante con el examen

VEBV1595

Video (opcional) "Introducción a los sistemas hidraulicos LS/PC”

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INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS CARGA SENSADA/PRESIÓN COMPENSADA (LS/PC)

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INTRODUCCIÓN Los sistemas hidráulicos Carga Sensada/Presión Compensada ahora son utilizados en una variedad de equipos Caterpillar. Algunos de los equipos Caterpillar a los que se ha incorporado estos sistemas son: Retrocargadoras 416446, Challenger 65, Tractores de cadena de la serie H, Motoniveladoras recientes de la serie G y Cargadores de ruedas 916-936 (IT18 y IT28) Para mayor información de los sistemas hidráulicos en estos equipos, refiérase a sus respectivos manuales de servicio y a sus guías de entrenamiento en servicio. Esta presentación mostrará la evolución en los sistemas hidráulicos, partiendo del "Sistema Básico de centro abierto", pasando por el "Sistema de presión compensada de centro cerrado", para finalizar con el sistema hidráulico de “Carga Sensada/Presión Compensada”. NOTA: Use este material para explicar los conceptos básicos de los sistemas hidráulicos antes del entrenamiento formal en un equipo que usa sistemas hidráulicos del tipo LS/PC.

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Los siguientes colores se usarán en esta presentación para indicar las diversas presiones de aceite : Verde

- Retorno del aceite al tanque

Azul

- Aceite bloqueado

Rojo

- Presión suministrada por la bomba

Rayas Rojas y Blancas

- Suministro de baja presión

Puntos rojos

- Suministro presión más baja .

Rosado

- La más baja presión suministrada.

Naranja

- Presión piloto o Presión de señal.

Rayas Naranjas y Blancas

- Presión de señal baja .

Es importante recordar que los sistemas de “Presión Compensada” y “Carga Sensada” son diseños hidráulicos diferentes; en un equipo pueden estar ambos, uno de los dos, o no estar.

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SISTEMA BÁSICO CILINDRO

TANQUE CARGA MOTOR

BOMBA DE DESPLAZAMIENTO FIJO

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MANÓMETRO

VÁLVULA DE CONTROL DE CENTRO ABIERTO

SISTEMA BÁSICO (CENTRO ABIERTO) Introducción Comenzaremos nuestro entrenamiento partiendo de un sistema hidráulico básico: Este sistema se compone de: (1) Un tanque (2) Una bomba de desplazamiento fijo (3) Un manómetro (4) Una válvula de control de centro abierto, accionada por palanca. (5) Un cilindro hidráulico de doble efecto. En un sistema con una válvula de control de centro abierto, el flujo pleno de la bomba pasa por la válvula de control todo el tiempo, así el flujo irá directo al tanque o al cilindro. Este flujo constante de un gran volumen de aceite produce gran cantidad de calor si existe alguna restricción en el recorrido (por ejemplo, válvulas). El calor excesivo reduce la vida útil de los componentes. Podemos reducir los efectos del calor usando válvulas de control más grandes para minimizar la restricción, o enfriadores para remover el calor; sin embargo, esto no siempre es práctico debido a los costos adicionales que se presentan o al mayor espacio que ocupan estos componentes dentro del equipo. Nota : Con múltiples conexiones o múltiples posiciones de válvulas, el flujo de aceite se

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SISTEMA BÁSICO AÑADIENDO UNA VÁLVULA DE ALIVIO CILINDRO

TANQUE CARGA MOTOR

BOMBA DE DESPLAZAMIENTO FIJO

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MANÓMETRO

RESORTE 2700 PSI

VÁLVULA DE ALIVIO PRINCIPAL

VÁLVULA DE CONTROL DE CENTRO ABIERTO

indica con color amarillo mientras que el color gris indica ausencia de flujo.

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FUERZAS DE FLUJO

ENTRADA FLUJO

4 SALIDA DE FLUJO

FUERZA

RESULTANTE FUERZA

Válvula de Alivio Con este sistema simple se producen presiones altas dentro del sistema, si calamos el cilindro, ya sea por la operación misma del cilindro o a una carga muy alta. Para proteger el sistema de presiones altas debemos añadir otro componente: una válvula de alivio principal. Una desventaja al añadir una válvula de alivio es que se descarga el sistema a presiones muy altas aumentando el calor en el sistema y reduciendo por tanto la vida útil de los componentes. Existen otros dos problemas con este tipo de sistemas hidráulicos: 1) El "atascamiento" del carrete de control, y 2) la velocidad del cilindro varía con la velocidad del motor o cambia con el trabajo de la carga ( esto causa que la cantidad de flujo varíe)

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SISTEMA BÁSICO AÑADIENDO UN RESORTE CENTRADOR CILINDRO CARGA MOTOR BOMBA DE DESPLAZAMIENTO FIJO

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RESORTE 2700 PSI VÁLVULA DE CONTROL DE CENTRO ABIERTO VÁLVULA DE ALIVIO PRINCIPAL

RESORTE CENTRADO

FUERZAS DE FLUJO Carrete de control "atascado" Una válvula de control "atascada" tiene su origen en lo que comúnmente se conoce como "fuerzas de flujo" Las fuerzas de flujo actúan en un carrete de control y tienden a mantener el carrete en posición abierta cuando el flujo pasa a través del orificio creado en el carrete abierto. Estas fuerzas de flujo son directamente proporcionales a la cantidad de flujo y a la diferencia de presión entre el flujo que entra y el flujo que sale del carrete. En otras palabras, así el flujo y/o la diferencia de presión aumentan, las fuerzas tratando de mantener el carrete abierto también aumentan. El vector de la fuerza actuando paralelamente (vertical) a la línea central de la válvula de control, es la fuerza que trata de mantener el vástago en la posición abierta. En nuestra válvula simple, entre mas se acerca el carrete a la posición de cierre de suministro (disminuyendo el tamaño del orifico), mayor es la diferencia de presión entre el aceite de suministro y el aceite que trabaja en la salida y mayor será la fuerza que trata de mantener el carrete abierto. Para ilustrar este efecto, podemos compararlo con la acción de cerrar una puerta contra un fuerte viento. A medida que cierra la puerta usted crea una restricción del flujo de aire. Entre más cierra la puerta, aumenta la resistencia o las fuerzas en contra. Lo que usted experimenta es el efecto de un flujo y una presión a través de un orificio, efecto llamado “fuerzas de flujo”.

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SISTEMA BÁSICO AÑADIENDO UNA VÁLVULA DE ALIVIO CILINDRO CARGA MOTOR BOMBA DE DESPLAZAMIENTO FIJO VÁLVULA DE RETENCIÓN DOBLE

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RESORTE 50 PSI

RESORTE 2700 PSI



VÁLVULA DE ALIVIO PRINCIPAL

Resorte centrador Las válvulas de control hidráulicas son más efectivas si el carrete de control se centra por si mismo. Podemos hacer que esto suceda fácilmente, añadiendo un resorte centrador debajo del carrete para cerrar el orificio cuando el operador libera la palanca de operación. Recuerde sin embargo, que a mayor flujo y/o a mayor presión del sistema, mayores son las "fuerzas de flujo" y por lo tanto más fuerte tendrá que ser el resorte centrador. ¿Cuál es el resultado? Esfuerzos altos en la palanca de operación que a la vez resultan en fatiga rápida del operador! ¿Cuál es la solución de este problema? Las fuerzas de flujo están relacionadas tanto con el flujo como con la diferencia de presión. Si disminuimos uno o ambos factores, disminuyen las fuerzas de flujo y la fuerza requerida en el resorte centrador será menor, reduciendo al mismo tiempo el nivel de esfuerzo. VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD DEL CILINDRO En un circuito simple como este, la velocidad del cilindro depende de la cantidad de flujo que pasa por el control. Este flujo puede ser afectado por la velocidad del motor, la carga de trabajo, el desplazamiento de la palanca y el flujo de salida de la bomba. Si el operador trata de mantener una velocidad de cilindro constante mientras la velocidad del motor cambia o la carga aumenta, tendrá que operar la palanca de desplazamiento constantemente (variando de este modo el tamaño del orificio) para mantener la misma diferencia de presión en el carrete de control. Sabemos por teoría en hidráulica básica, que cuando una diferencia de presión permanece constante a través de un orificio es porque la diferencia de flujo a través del orificio permanece constante. Esto no es fácil de conseguir ya que para mantener la velocidad constante requerirá movimientos permanentes

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del operador en la palanca de operación, resultando en una fatiga alta del operador. Añada a este movimiento constante de la palanca de operación con un esfuerzo de palanca alto y entonces la fatiga del operador será mayor.

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DEFINICIÓN DE COMPENSADOR DE PRESIÓN Es un sistema de control que permite en un conjunto hidráulico, una velocidad constante del cilindro para un desplazamiento dado en la palanca de control.

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PRESIÓN COMPENSADA (SISTEMA DE CENTRO CERRADO) ¿No es bueno resolver estos dos problemas al mismo tiempo? Podemos hacerlo si añadimos una válvula reductora de presión que controle el flujo. Ahora vamos a utilizar una válvula de control de centro cerrado. Una válvula de retención "doble" ha sido añadida al sistema para determinar la presión de trabajo, ya sea en el extremo de la cabeza del cilindro o en el extremo del vástago del cilindro para que envíe esta presión de trabajo a la válvula reductora de presión. Esta presión es llamada presión de señal y será siempre igual a la presión de trabajo. NOTA: Esta válvula reductora de presión es llamada tambien "Compensadora de Presión", "Válvula de control de flujo" o " Compensador de Flujo", mientras que la válvula de retención doble es algunas veces llamada "Válvula de comparación” o "Válvula resolver” NOTA: Algunas válvulas utilizadas en el sistema LS/PC comunican la presión de trabajo a través de tres conductos cruzados y uno axial perforados en el carrete direccional del control principal, en vez de una válvula de retención doble o "válvula resolver". ¿Cómo añadiremos una válvula reductora de presión para controlar el flujo y reducir los esfuerzos en la palanca de operación ? Si recordamos acerca de las fuerzas de flujo y su efecto en los esfuerzos en la palanca, el único modo de reducir las fuerzas de flujo seria reduciendo el flujo y/o la diferencia de presión en el carrete de control. Ya que el flujo esta determinado por la bomba (desplazamiento fijo) y los requerimientos de la carga de trabajo los cuales no podemos cambiar, la única variable que podemos modificar es la diferencia de presión en el carrete.

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En la figura podemos ver que la válvula reductora de presión sensa la presión de trabajo. Esta presión trabaja junto con el resorte de la válvula reductora de presión, para controlar la presión suministrada al sistema. La presión del sistema será igual a la presión de trabajo más la presión del resorte. Desde la válvula reductora de presión, se produce la presión que alimentará el carrete direccional (control principal). Si la presión en el carrete de control principal es igual a la presión de trabajo más el valor del resorte en la cámara del resorte, entonces es obvio que la diferencia de presión en el carrete de control principal (diferencia entre la presión suministrada al carrete de control principal y la presión de trabajo) es igual al valor del resorte. Si el resorte tiene una fuerza de 50 psi (345 kPa), vemos que estos 50 psi (345 kPa) controlan la máxima diferencia de presión en el carrete de control principal, minimizando las fuerzas de flujo y permitiendo reducir el tamaño del resorte centrador, reduciendo las fuerzas requeridas para el movimiento de la palanca. Esta misma válvula reductora de presión actúa también anulando el efecto de la variación de la velocidad del motor sobre la velocidad del cilindro. A medida que la velocidad del motor aumenta, aumenta el flujo de la bomba, aumentando la presión de suministro en la bomba. La válvula reductora de presión reacciona a este incremento de suministro de la bomba y restringe el flujo de entrada para mantener la misma diferencia de presión en el carrete de control principal. Al hacer esto, se mantiene un flujo constante en el cilindro. La acción opuesta ocurre si disminuye la velocidad del motor. Esta válvula anula también el efecto de variación en la carga de trabajo. Variaciones en la carga de trabajo no afectan tampoco en el conjunto hidráulico la velocidad del cilindro que permanece constante. Veamos esto con el siguiente ejemplo: Asumamos que la presión de trabajo requerida es igual a 500 psi (3450 kPa). Esta presión trabaja junto con los 50 psi (345 kPa) del resorte en la válvula reductora de presión, resultando en 550 psi (3795 kPa) en el carrete de control principal. La diferencia de presión en el carrete de control principal será de 50 psi (345 kPa) que corresponde al valor del resorte. Si la presión de trabajo se incrementa a 1000 psi (6900 kPa), esta presión trabaja de nuevo con los 50 psi (345 kPa) del resorte en la válvula reductora de presión, resultando en 1050 psi (7245 kPa) en el carrete de control principal. La diferencia de presión en el carrete de control principal de nuevo es 50 psi (345 kPa) que es el valor en el resorte. Aún si la carga cambiara, la diferencia de presión en el carrete de control principal permanece igual manteniendo un flujo constante. NOTA: Esto es cierto excepto si la carga es mayor que la designada para el sistema o si la bomba no puede producir un flujo adecuado para los requerimientos del sistema.

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DEFINICIÓN DE UN SISTEMA DE CARGA SENSADA Es un sistema de control que mantiene la presión de suministro de la bomba a un valor fijo por encima de la presión mas alta requerida por el sistema

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DEFINICION DE PRESION COMPENSADA Ahora ya podemos dar una definición de "Presión Compensada" Es un sistema de control que permite en un conjunto hidráulico, una velocidad constante del cilindro para un desplazamiento dado en la palanca de control. Esto se logra manteniendo una diferencia de presión constante en el carrete de control principal utilizando un resorte en la válvula reductora de presión (el cual se usa para controlar el flujo). Con una “Presión Compensada” como la descrita aquí, se presentaran dos diferencias de presión: 1) Una es la diferencia de presión en la misma válvula reductora de presión. Esta diferencia de presión varía dependiendo de la diferencia de presión suministrada por la bomba y la presión de trabajo efectiva (más el valor del resorte) 2) La otra es la diferencia de presión en el carrete de control principal, la cual es limitada o controlada por el resorte en la válvula reductora de presión. NOTA: Ninguno de los siguientes slides muestra valores de cantidad de flujo o presión para permitir al instructor mayor flexibilidad en el desarrollo de su entrenamiento.

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CARGA SENSADA / PRESIÓN COMPENSADA

CARGA MOTOR BOMBA DE DESPLAZAMIENTO FIJO RESORTE 200 PSI

VÁLVULA DE CONTROLE DE FLUJO

RESORTE 2700 PSI


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RESORTE 50 PSI


Trabajemos con el siguiente ejemplo: Un conjunto hidráulico requiere 5 gpm (19 l/m) y desarrolla 1000 psi (6900 kPa) como presión de trabajo. La bomba de desplazamiento fijo es capaz de suplir 30 gpm (114 l/m). El valor del resorte en la válvula reductora de presión es igual a 50 psi (345 kPa), así que el resorte más la presión de trabajo limita la presión producida en el carrete de control principal a 1050 psi (7245 kPa). Al no necesitar un flujo pleno para el conjunto hidráulico, la presión suministrada por la bomba aumentará a 2700 psi (18630 kPa) y el flujo en exceso será regresado al tanque por medio de la válvula de alivio principal La primera diferencia de presión en la válvula reductora de presión es de 2700 psi (18630 kPa) menos 1050 psi (7245 kPa) que es igual a 1650 psi (11385 kPa) y la segunda diferencia de presión es 1050 psi (7245 kPa) menos 1000 psi (6900 kPa) lo que es igual a 50 psi (345 kPa) o sea el valor del resorte. Cuando se requiere un movimiento lento del cilindro, para el operador será más fácil la operación si el carrete de control de centro cerrado permite que solo una pequeña parte del flujo total vaya al cilindro. Con una bomba de desplazamiento fijo la presión de suministro de la bomba aumenta y el exceso de flujo de la bomba regresará al tanque. Esta cantidad alta de flujo a presión alta en la válvula de alivio produce rápidamente una gran cantidad de calor disminuyendo la vida útil de los componentes. Se menciono antes que añadiendo un enfriador reduce el calor en el sistema. Además de esta opción, existen otras dos opciones: 1) Añadir una válvula de descarga o de control de flujo al sistema, o 2) Reemplazar la bomba de desplazamiento fijo con una bomba de desplazamiento variable.

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BOMBA DE DESPLAZAMIENTO VARIABLE SALIDA DE LA BOMBA

ACTUATOR GRANDE

SORPORTE PLATO OSCILANTE

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EJE DE MANDO COMPENSADOR DE FLUJO (CARRETE MARGINAL)

COMPENSADOR DE PRESIÓN (PRESIÓN DE CORTE)

ACTUATOR PEQUEÑO Y RESORTE

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CARGA SENSADA (SISTEMA DE CENTRO CERRADO) Usando una válvula de control de flujo por descarga, o una bomba de desplazamiento variable con una válvula de control de bomba para regular el flujo del sistema, tendremos las presiones necesarias requeridas por el sistema y obtenemos un sistema llamado "CARGA SENSADA" Definición de "CARGA SENSADA" “CARGA SENSADA” es un sistema de control que mantiene la presión suministrada por la bomba a un valor fijo por encima de la presión más alta requerida por el sistema. Una red de señales es usada en ambos sistemas para enviar la más alta presión de trabajo (Carga Sensada) de regreso ya sea a la válvula de control de flujo por descarga o a la válvula de control de la bomba. Dentro de esta red de señales están algunas válvulas de retención dobles (válvulas de doble cheque) que son llamadas "válvulas resolver" o “válvulas de comparación”.

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CARGA SENSADA / PRESIÓN COMPENSADA VÁLVULA DE CONTROL DE LA BOMBA

CARGA

MOTOR

BOMBA DE DESPLAZAMIENTO VARIABLE

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RESORTE 50 PSI



Válvulas de control de flujo por descarga Una válvula de control de flujo por descarga ha sido añadida al sistema Examinemos con un ejemplo como opera: El conjunto hidráulico requiere 5 gpm (19 l/m) y desarrolla 1000 psi (6900 kPa) de presión de trabajo. La bomba de desplazamiento fijo es capaz de suministrar 30 gpm (114 l/m). El resorte en la válvula de control de flujo por descarga es igual a 200 psi (1380 kPa), así que el resorte más la presión de trabajo es igual a 1200 psi (8280 kPa) que actuaran como la presión limite de suministro de la bomba que también será de 1200 psi (8280 kPa). El flujo en exceso es descargado al tanque a una presión que es un valor mas alto que la necesaria para el trabajo. Esta diferencia es igual al valor del resorte o 200 psi (1380 kPa). Este valor es la presión "marginal" que asegura una buena respuesta en el conjunto hidráulico. ¿Qué pasará si el conjunto hidráulico se mantiene y no necesitamos ningún flujo extra? Como estamos usando una válvula de control de centro cerrado, se espera que la presión del sistema aumente y vaya a la válvula de alivio principal; sin embargo, al usar la válvula de control de flujo, la presión suministrada por el sistema actua contra los 200 psi (1380 kPa) del resorte (el cual tiene 0 psi ó 0 kPa de presión de trabajo actuando en él) y descarga todos los 30 gpm (114 l/m) al tanque a una presión de suministro de la bomba de 200 psi (1380 kPa) En ambos casos estamos regresando el aceite de nuevo al tanque a una presión más baja que la de la válvula principal de alivio. La válvula de control de flujo minimiza el aumento de calor e incrementa la

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CARGA SENSADA OPERACIÓN DE DOS VÁLVULAS MOTOR

CARGA

12 CARGA RESORTE 200 PSI

RESORTE 2700 PSI

A

B

vida útil de los componentes. El problema ahora se centra en lo referente a la energía hidráulica desperdiciada. En este sistema la bomba siempre está suministrando el máximo flujo posible sin importar cuales son las necesidades del conjunto hidráulico, regresando el flujo en exceso de nuevo al tanque y desperdicáindose energía.

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Bomba de desplazamiento variable Podemos reducir la energía desperdiciada reemplazando la bomba de desplazamiento fijo con una bomba de desplazamiento variable. La bomba utiliza una válvula de control para controlar su flujo cambiando el ángulo del plato oscilante. La presión de trabajo o presión de señal actua con el resorte compensador de flujo en la válvula de control de la bomba para dar una presión de suministro de la bomba a un valor fijo llamado "presión marginal", mayor que la presión de trabajo. El carrete compensador de flujo podrá sensar la presión suministrada por la bomba y la presión de trabajo justo como la válvula de control de flujo lo hizo con la bomba de desplazamiento fijo. Aunque los requerimientos de flujo cambien por movimientos en la palanca de operación, las diferencias de presión entre la presión de trabajo y la presión suministrada por la bomba cambiarán en respuesta a los movimientos de la palanca. Esto hara que la posición del carrete compensador de flujo cambie y permitirá que se envíe más o menos flujo al pistón del actuador grande en la bomba, que cambiará el CARGA SENSADA / PRESIÓN COMPENSADA OPERATIÓN DE DOS VÁLVULAS MOTOR CARGA

RESORTE 200 PSI

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CARGA

RESORTE 2700 PSI RESORTE 50 PSI

A

RESORTE 50 PSI

B

“Carga Sensada” con “Presión Compensada” (Bomba de desplazamiento fijo) Es esta figura también hemos colocado dos conjuntos hidraúlicos con sus válvulas de control, ambas tienen ahora una válvula reductora de presión en sus circuitos. Hay una válvula de retención doble localizada entre el vástago y el extremo de la cabeza en cada cilindro. Ya sea que uno o ambos conjuntos hidráulicos sean operados, otra válvula de retención doble enviará la más alta de las dos señales de trabajo desde los dos cuerpos de la válvula a la válvula de control de flujo.

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ángulo del plato oscilante en la bomba que cambiará el flujo de salida en la bomba. Generalmente se tiene un vástago de control secundario en la válvula de control de la bomba, que también reacciona a la presión suministrada por la bomba dando la máxima presión posible, permitiendo disminuir la carrera de la bomba (reducir el flujo de la bomba) para mantener una presión máxima del sistema sin el uso de una válvula de alivio principal. Esta válvula se llama “Compensador de Presión” o “Válvula de corte”. Ajustando la bomba y su válvula de control de modo que produzca exactamente el flujo para la presión de trabajo que el sistema demanda, aumenta la eficiencia del sistema ( si lo comparamos con un sistema que posee una bomba de desplazamiento fijo).

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CARGA SENSADA OPERATIÓN DE DOS VÁLVULAS VÁLVULA DE CONTROL DE LA BOMBA

MOTOR CARGA

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CARGA

A

B

Por ejemplo, la fórmula para hallar los caballos de fuerza hidráulica, es: (gpm x psi) / 1714 = hp = gpm x psi x 0.000583 (l/m x kPa ) / 60240 = hkw = l/m x kPa x 0.0000166 Si usamos una bomba de desplazamiento fijo de 30 gpm (114 l/m) a una presión de trabajo de 1000 psi (6900 kPa), una válvula de control de flujo por descarga que determine la presión de trabajo actuando con un resorte de 200 psi (1380 kPa) (marginal), los caballos de fuerza hidráulicos ( hydraulic kilowatts) que están siendo producidos por el motor son: 30 gpm x (1000 psi + 200 psi) x 0.000583 = 21 hp 114 l/m x (6900 kPa + 1380 kPa) x 0.0000166 = 15.67 hkw Sin embargo, si medimos el flujo al cilindro, solo se esta usando 5 gpm (119 l/m) lo que significa que estaremos usando : 5 gpm x (1000 psi + 200 psi) x 0.000583 = 3.5 hp

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CARGA SENSADA / PRESIÓN COMPENSADA OPERATIÓN DE DOS VÁLVULAS VÁLVULA DE CONTROL DE LA BOMBA

MOTOR CARGA

CARGA

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RESORTE 50 PSI

A

RESORTE 50 PSI

B

19 l/m x (6900 kPa + 1380 kPa) x 0.0000166 = 2.61 hkw ¿Qué ha sucedido a los otros 17.5 hp (13.06 hkw) que están siendo producidos desde el motor ? Se han desperdiciado y han regresado al tanque en forma de calor ¿Usando una bomba de desplazamiento variable cuanta energía desperdiciada tendremos ? Prácticamente ninguna! La bomba enviará exactamente el flujo necesario para producir una presión levemente más alta que la requerida. Lo que la bomba da es: 5 gpm x 200 psi x 0.000583 = 0.58 hp desperdiciados, la cual se uso para la presión marginal 19 l/m x 1380 x 0.0000166 = 0.44 hkw Dos ventajas de usar una bomba de desplazamiento variable son: 1. El calor producido es menor que beneficia la vida útil de los componentes, y 2. Menos caballos de fuerza desperdiciados desde el motor, que resulta en menor cantidad de combustible usado.

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Regresando al diagrama básico hemos reemplazado la función de la válvula de control de flujo por descarga y la válvula de alivio principal por la válvula de control de la bomba. Como se había mencionado antes, uno de los carretes de la válvula de control de la bomba se llama "Compensador de flujo o Carrete marginal" que controla el flujo, mientras que el otro es el carrete "compensador de presión o presión de corte" que limita la presión máxima del sistema.

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SISTEMAS HIDRÁULICOS CARGA SENSADA/PRESIÓN COMPENSADA - OPERACIÓN DE DOS VÁLVULAS Solamente "CARGA SENSADA" (Bomba de desplazamiento fijo) Hemos visto como los sistemas de “Carga Sensada” y “Presión Compensada” trabajan. Ahora vamos a colocar ambos sistemas y veremos porque es ventajoso tener un sistema de “Presión Compensada” en un sistema de “Carga Sensada”. En esta figura hemos colocado dos conjuntos hidráulicos con sus válvulas de control marcadas como "A" y "B". Ninguna tiene una válvula reductora de presión en su circuito. Existe una válvula de retención doble (válvula de doble cheque) localizada entre el vástago y el final de la cabeza de cada cilindro. Si uno o ambos de los conjuntos hidráulicos es operado, otra válvula de retención doble envía la más alta de las dos señales de trabajo desde los cuerpos de las dos válvulas a las válvulas de control de flujo por descarga. Estas dos válvulas colocadas las usaremos únicamente como "CARGA SENSADA". Operemos ambas válvulas al mismo tiempo. La válvula "A" tiene una presión de trabajo de 2000 psi (13800 kPa), mientras que la válvula "B" tiene una presión de trabajo de 500 psi (3450 kPa). La mas alta de las dos presiones de trabajo que es 2000 psi (13800 kPa) termina en la válvula de control de flujo después de compararse con las otras presiones en la "red de señales". Esta presión trabaja junto con los 200 psi (1380 kPa) del resorte en la válvula de control de flujo y limita la presión suministrada al sistema a 2200 psi (15180 kPa). Ambos conjuntos hidráulicos tendrán 2200 psi (15180 kPa) aplicados en el lado de suministro del correspondiente carrete de control principal.

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Calculemos ahora la diferencia de presión en cada carrete de control En la válvula "A" necesitamos 200 psi (13800 kPa) como presión de trabajo. El suministro de la bomba es 2200 psi (15180 kPa). La diferencia entre las dos presiones es 200 psi (1380 kPa). Esta diferencia de presión relativamente pequeña en el carrete de control principal no producirá fatiga en el operador por esfuerzos altos de palanca. En la válvula "B" necesitamos 500 psi (3450 kPa) como presión de trabajo. El suministro de la bomba es 2200 psi (15180 kPa). La diferencia de presión en el carrete de control principal es 1700 psi (11700 kPa). Esta diferencia de presión más alta abre aún más el orificio en el carrete para permitir un flujo mayor que el necesario, debido a que es el paso de menor resistencia en el circuito. El flujo a través del orificio (creado en el carrete de control principal) no permanecerá constante si varían los requerimientos de carga (aún si el carrete de control principal es mantenido en una posición fija). El operador requerirá constantes ajustes en el carrete de la válvula principal si desea mantener una velocidad constante. La diferencia de presión más alta en este tipo de válvulas requerirá un resorte centrador más fuerte para prevenir el "atascado" del carrete. Esto dará como resultado esfuerzos altos en la palanca y fatiga del operador.

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Usaremos estas válvulas de los dos conjuntos hidráulicos como de "Carga Sensada” y de “Presión Compensada". Operemos ambas válvulas al mismo tiempo En la válvula "A" se tiene una presión de trabajo de 2000 psi (13800 kPa), mientras que la válvula "B" tiene una presión de trabajo de 500 psi (3450 kPa). La más alta de las dos presiones de trabajo, que es 2000 psi (13800 kPa) terminará en la válvula de control de flujo después de ser evaluada por la "red de señales". Esta presión trabaja junto con los 200 psi (1380 kPa) del resorte en la válvula de control de flujo. Esto limita la presión suministrada al sistema a 2200 psi (15180 kPa). Ambos conjuntos hidráulicos tendrán 2200 psi (15180 kPa) aplicados en el lado de suministro de su respectivo carrete de control principal. Las dos válvulas reductoras de presión usan un resorte de 50 psi (345 kPa) De la figura vemos que la válvula reductora de presión “sensa” la presión de trabajo. Esta presión trabaja junto con el valor del resorte de la válvula reductora de presión. La presión resultante de la válvula reductora de presión es igual a la presión de trabajo más la presión del resorte. En la válvula "A" esta presión es 2000 psi (13800 kPa) que es la presión de trabajo más 50 psi (345 kPa) del resorte, o sea 2050 psi (14145 kPa) aplicadas en el lado de suministro de su carrete de control principal. Calculemos las diferencias de presión. La presión suministrada por la bomba de 2200 psi (15180 kPa) menos 2050 psi (14 145 kPa) es igual a 150 psi (1035 kPa) en la válvula reductora de presión. La segunda diferencia de presión en el carrete de control principal, es 2050 psi (14145 kPa) menos la presión de trabajo de 2000 psi (13800 kPa) que es igual a 50 psi (345 kPa) que es el valor del resorte en la válvula reductora de presión. Ahora veamos que sucede con la válvula "B". En la válvula "B" esta presión es 500 psi (3450 kPa) que es la presión de trabajo más 50 psi (345 kPa) del resorte, o sea 550 psi (3795 kPa) aplicadas en el lado de suministro de su carrete de control principal. Calculemos las diferencias de presión. La presión suministrada por la bomba de 2200 psi (15180 kPa) menos 550 psi (3795 kPa) es igual a 1650 psi (11385 kPa) en la válvula reductora de presión. La segunda diferencia de presión, es 550 psi (3795 kPa) menos la presión de trabajo de 500 psi (3450 kPa) que es igual a 50 psi (345 kPa) que es también el valor del resorte en la válvula reductora de presión. De este modo tenemos una diferencia de presión máxima controlada de 50 psi (345 kPa) en cada carrete de control principal debido a los 50 psi (345 kPa) del resorte en las válvulas de reducción de presión (aún si hay variaciones en la carga). Las válvulas reductoras de presión minimizan las fuerzas de flujo en los carretes de control principales sin importar cual sea la presión suministrada al sistema y nos permite reducir el tamaño del resorte centrador, lo cual reduce los esfuerzos en la palanca y reduce la fatiga del operador.

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Unicamente "Carga Sensada" (Bomba de desplazamiento variable) Para obtener todos los beneficios del sistema de “Carga Sensada” necesitamos usar una bomba de desplazamiento variable, que reducirá la cantidad de energía desperdiciada. El efecto de las válvulas de control individuales que sean de "Carga sensada" es el mismo que el discutido con las válvulas de control de flujo por descarga. NOTA: Este slide y el siguiente han sido incluidos para permitir al instructor flexibilidad adicional al usar este material.

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Carga Sensada - Presión Compensada (Bomba de desplazamiento variable) El efecto de válvulas de control individuales que sean "Carga Sensada” y “Presión Compensada" es el mismo que el discutido con las válvulas de control de flujo por descarga. Hemos visto algunas de las bases de los sistemas "Carga Sensada" y "Presión Compensada" y su relación a los sistemas hidráulicos de Caterpillar. Esta presentación debe hacer mas fácil entender el material presentado en otras guías de entrenamiento de servicio en sistemas hidráulicos "Carga Sensada/Presión Compensada.

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NOTAS DEL ESTUDIANTE


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INTRODUCCION A LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS SENSIBLES DE CARGA SENSADA / PRESIÓN COMPENSDA. EXAMEN I. Busque la relación en los siguientes conceptos 1.

Un sistema de control que mantiene la presión suministrada por la bomba a un valor fijo por encima de la presión mas alta del sistema.

2.

Puede ser también llamada la presión de trabajo

3.

Un sistema de control que permite en un conjunto hidráulico una velocidad constante del cilindro para una distancia de desplazamiento dado de palanca de control.

4.

Una reducción de presión entre dos puntos

5.

La diferencia en presión entre la presión suministrada por la bomba y la presión de señal mas alta.

A. Sistema hidráulico de “Carga Sensada”. B. Caída de presión. C. Presión marginal. D. Sistema hidráulico de “Presión Compensada” E. Presión de señal.

II. Determine si es verdadero o falso. Coloque V para verdadero y F para falso. Si es falso encierre en un círculo la palabra o palabras que hacen que la afirmación sea falsa y reemplace(las) con una palabra o palabras que hagan la afirmación verdadera. A. Una válvula de alivio esta "normalmente abierta" B. En una válvula reductora de presión, el carrete de la válvula esta "normalmente abierto" C. Una válvula reductora de presión limita la presión a un valor igual al de la fuerza controlada ( ya sea el resorte o el resorte y la señal de carga) D. La válvula reductora de presión usada con una válvula de control de centro cerrado es llamada también "carrete compensador de flujo", "carrete compensador de presión" o "carrete de control de flujo" E. Una “válvula resolver” puede ser también llamada "válvula de comparación” o "válvula de alivio"

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EXAMEN CARGA SENSADA/ COMPENSADOR DE PRESIÓN OPERACIÓN A DOS VÁLVULAS

MOTOR CARGA

RESORTE 300 PSI

CARGA

RESORTE 90 PSI


A

B

III. LLenar con las respuestas correctas. Si dos válvulas son operadas al mismo tiempo y la presión de trabajo en la válvula "A" (presión de señal) es 1800 psi y la presión de trabajo en la válvula "B" es 700 psi entonces: La presión del sistema será: 1800 psi +

psi =

psi

CALCULOS: La presión de trabajo en la válvula "A" = 1800 psi

s Presión en la válvula reductora =

psi -

psi =

psi

s Presión en el carrete de control =

psi -

psi =

psi

psi =

psi

La presión de trabajo en la válvula "B" = 700 psi


psi -

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EXAMEN CARGA SENSADA/ COMPENSADOR DE PRESIÓN OPERACIÓN A DOS VÁLVULAS

MOTOR CARGA

RESORTE 300 PSI

CARGA

RESORTE 90 PSI


A

B IV. LLenar con las respuestas correctas. Si dos válvulas son operadas al mismo tiempo y la presión de trabajo en la válvula "A" (presión de señal) es 3000 psi y la presión de trabajo en la válvula "B" es 1000 psi entonces: La presión del sistema será: psi +

psi =

psi

CALCULOS: La presión de trabajo en la válvula "A" = 3000 psi


psi -

psi =

psi

s Presión en el carrete de control =

psi -

psi =

psi

psi =

psi

La presión de trabajo en la válvula "B" = 1000 psi


psi -

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HOJA DE NOTAS PARA ESTUDIANTE

Manual Hidraulica Carga Sensada Presion Compensada

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