Introducción El principio más importante en hidráulica es de Pascal que postula que: La fuerza ejercida sobre un líquido se transmite en forma de presión sobre todo el volumen del líquido y en todas direcciones. Todas las máquinas de movimiento de tierras, en mayor o menor medida, emplean para su funcionamiento los sistemas hidráulicos Para el funcionamiento de un sistema hidráulico se necesitan algunos componentes simples que se combinan para formar un circuito hidráulico. Debemos, en principio, basarnos en dos conceptos fundamentales: Fuerza y Presión Fuerza: es toda acción capaz de cambiar de posición un objeto, por ejemplo el peso de un cuerpo es la fuerza que ejerce, sobre el suelo, ese objeto. Presión: es el resultado de dividir esa fuerza por la superficie que dicho objeto tiene en contacto con el suelo. De ello se deduce la fórmula de Presión = Fuerza/Superficie. P = F/S De aquí podemos deducir que Fuerza = Presión X Superficie; y Superficie = Fuerza/Presión. La presión La presión se mide generalmente en Kilogramos/cm2. La hidráulica consiste en utilizar un líquido para transmitir una fuerza de un punto a otro.
Marco teórico Tipos de actuadores y aplicaciones Actuadores Hidráulicos: Estos actuadores se basan, para su funcionamiento, en la presión ejercida por un líquido, generalmente un tipo de aceite. Las máquinas que normalmente se encuentran conformadas por actuadores hidráulicos tienen mayor velocidad y mayor resistencia mecánica y son de gran tamaño, por ello, son usados para aplicaciones donde requieran de una carga pesada. Aplicaciones de los actuadores hidráulicos Las principales aplicaciones se encuentran en máquinas troqueladoras, en cargadores y en maquinarias pesada para obras civiles. Este sistema de actuadores se divide en tres grandes grupos:
o o o
Cilindro hidráulico. Motor hidráulico. Motor hidráulico de oscilación.
Cilindro hidráulico De acuerdo con su función podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en 2 tipos: - De efecto simple: se utiliza fuerza hidráulica para empujar y una fuerza externa, diferente, para contraer.
-De acción doble: se emplea la fuerza hidráulica para efectuar ambas acciones.
Motor hidráulico En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es generado por la presión.
Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos:
El de tipo rotatorio: en el que los engranes son accionados directamente por aceite a presión. El de tipo oscilante: el movimiento rotatorio es generado por la acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia.
Motor hidráulico de oscilación A continuación se muestra la clasificación de este tipo de motores:
Motor de eng ranaje El aceite a presión fluye desde la entrada que actúa sobre la cara dentada de cada engranaje generando torque en una dirección. La estructura del motor es simple, por lo que es muy recomendable su uso en operaciones a alta velocidad.
Motor os ci lante con pis tón axial Tiene como función, el absorber un determinado volumen de fluido a presión y devolverlo al circuito en el momento que éste lo precise.
Tipos de válvulas direccionales En los circuitos hidráulicos las válvulas de control direccional llamadas válvulas de vías o válvulas direccionales son las que controlan los actuadores dirigiendo su funcionamiento en una dirección u otra, permitiendo o bloqueando el paso de aceite o aire ya sean hidráulicas o neumáticas, tanto con presión o al tanque. Este componente dentro del nombre ya tenemos indicada las características del mismo siendo este formado por el número de vías, seguido del número de posiciones. El número de vías nos indica el número de conexiones que tiene la válvula, el número de posiciones es el número de maniobras distintas que puede realizar una válvula, estas posiciones están representadas en los esquemas neumáticos o hidráulicos por cuadrados que en su interior indica las uniones que realizan internamente la válvula con las diferentes vías y la dirección de circulación del líquido o aire, o en el caso de una línea que sale de una vía y no tiene unión con otra vía sería en el caso de estar bloqueada esa vía en esa posición. Los tipos de válvulas de control direccional que nos podemos encontrar son los siguientes:
Válvula direccional 2/2: En este caso la válvula en una posición une las dos vías y en la otra posición las separa. Válvula direccional 3/2: Tiene dos posiciones y tres vías donde una de ellas va al actuador, normalmente un cilindro de simple efecto o actuador que tiene un retorno mecánico, normalmente por muelle y las otras dos vías van al tanque y a la presión haciendo que en una posición el aceite o aire, dependiendo si el circuito es hidráulico o neumático, vaya al actuador presión y en la otra posición retorne del actuador al tanque. Válvula direccional 4/2: Tiene dos posiciones como en el caso anterior de la válvula 3/2 pero en este caso tiene dos vías al actuador, permitiendo que en una posición provoque el funcionamiento del actuador en sentido contrario, ya siendo un cilindro de doble efecto haciendo que en una posición salga el pistón y en la otra entre el pistón del cilindro. En el caso que el actuador sea un motor hidráulico girará en un sentido al estar en una posición y en el sentido contrario al cambiar la válvula de posición. Válvula direccional 4/3: Estas válvulas siguen teniendo 4 vías, que son presión (P), tanque(T), A y B que son las vías que van al actuador ya sea cilindro o bomba hidráulica. La variación está en que tiene tres posiciones siendo iguales los circuitos internos de las posiciones laterales que las encontradas en las válvulas 4/2, pero nos encontramos con la posición central cuyo circuito puede ser de varias formas diferentes:
Válvula direccional 4/3 con centro abierto: El centro abierto significa que las cuatro vías están unidas internamente.
Válvula direccional 4/3 con centro cerrado: El centro cerrado significa que las cuatro vías están bloqueadas internamente impidiendo la circulación del aceite o aire en ninguna de las direcciones. Válvula direccional 4/3 de centro en tándem: el centro en tándem significa que tiene las dos vías que van al actuador bloqueadas y las dos vías que van a la presión y al tanque conectadas permitiendo que se quede el actuador bloqueado y la presión enviarla al tanque o a otra válvula mientras está ese actuador inmovilizado. Válvula direccional 4/3 de centro abierto negativo: En este caso el centro tiene la presión bloqueada y el actuador retorno por las dos vías la presión al tanque. Nos podemos encontrar con más tipos de circuitos en la válvula 4/3 que dependiendo de la necesidad del circuito pueden ser: A y T abiertos con P y B cerrados. P, A y B abiertos entre si y T cerrado. A y P abiertos y B y T cerrados. B, P y T abiertos y A cerrado.
Desarrollo de la actividad a. Verifique que la válvula de alivio este en su calibración correcta. b. Efectuar correctamente las conexiones del tanque, de los puertos de salida (A, B) y de presión respectivamente. c. Una vez que el circuito ha sido revisado encienda el motor eléctrico de la unidad de potencia d. Cambie la válvula direccional de posición por medio de su activamiento y observara que el cilindro avanza y retrocede. e. Con el manómetro tome varias lecturas (al inicio, a la mitad de carrera, al llegar al final de carrera) explica que pasa. f. Pare el motor eléctrico (siguiendo las reglas de seguridad. g. Conteste lo siguiente.
Datos y resultados Tabla Manómetro P1 P2
Salida 100 PSI 50 PSI
½ Carrera 100 PSI 50 PSI
Final 500 PSI 0 PSI
1. ¿Cuál es la función de la válvula direccional del circuito mostrado? R=La función de la válvula direccional es liberar o ejercer presión en el circuito para que pistón avance o retroceda.
2. ¿Calcular la carga máxima que puede mover el cilindro al salir? R= P=F/A F=(Pmax)(Aembolo) A1=πr 2=(3/2)2 (π)=1.76 A2=πr 2=(5/8)2x(π)=1.22 F=(500lbf/in2 )(1.76in2)=880lbf Fregreso=(500lbf/in2 )(0.54in2)=880lbf 3. Explicar porque el manómetro ya no da más lectura de presión al final de carrera del pistón. R= Porque está calibrado para que sólo llegue hasta 500 psi. 4. Si se le coloca el manómetro a la línea de descarga explicar que lectura de presión dará el manómetro ahora. R= Será 0 psi, ya que es el final de la carrera del actuador.
5. Si obtenemos que el gasto del circuito es de 3.5 GPM. Encontrar con la presión máxima la potencia de salida del actuador. Como ejercicio adicional obtener la potencia en watts. R= Pot=PQ=(500 lbf/in2 )(3.5gal/min )(231psi/gal )=[(404,250hp)(745w)]/1 hp= 301166250W.
6. Encontrar la velocidad de avance y la velocidad de retroceso en plg/s. R= Vavance=Q/A=(3.5 gal/min /1.76in2)(2.3in3 /190gal)=459.37 in/min Vregreso= Q/A=(3.5 gal/min /.54in2)(2.3in3 /gal)/14601in4 =553.615 in/min
Conclusión Es un mecanismo operado por la resistencia que ofrece la transmisión o la presión cuando el líquido es forzado a través de una pequeña abertura o tubo. Puede verse como una red interdependiente, cuidadosamente equilibrada. La idea básica detrás de cualquier sistema es muy simple, la fuerza que se aplica en un momento dado en un punto se transmite a otro punto en forma de fluido. El líquido que se usa es casi siempre un aceite de algún tipo (fluido hidráulico). La fuerza se multiplica casi siempre en el proceso.
Bibliografía http://www.slideshare.net/carlosbaena95/sistema-hidraulico
