ELEMENTOS DE POTENCIA. BOMBAS HIDRÁULICAS. TIPOS
Las bombas hidráulicas son los elementos que se encargan de impulsar el caudal hidráulico.
Existen dos tipos:
Hidrodinámicas. Son de tipo turbina . Su capacidad de presión depende de la velocidad de rotación. Se emplean para mover el fluido, pero no como elementos de presión, ya que pueden mover grandes caudales pero su presión de trabajo es pequeña.
Hidrostáticas. Se emplean para automatización
Características de las bombas.
Valor nominal de la presión. Es la presión de trabajo para la que está fabricada la bomba.
Caudal. Se suele expresar en l/min. Puede variar con la frecuencia de rotación.
Desplazamiento. Es el volumen de líquido bombeado en una vuelta completa. El producto de este por las revoluciones dará el caudal.
Rendimiento volumétrico. Es el cociente entre el caudal real y el teórico.
Rendimiento total. Es el cociente entre la potencia hidráulica que se obtiene y la potencia mecánica que consume.
Bomba de engranajes.
Es la más empleada en los mandos hidráulicos, especialmente móviles, por su sencillez y economía.
La presión de servicio pede llegar a 200 bar, y la rotación entre 500 y 6000 rpm.
Para calcular el caudal teórico tenemos:
Siendo: z = número de dientes de una de las ruedas.
m = módulo del dentado.
h = longitud de los dientes en mm.
n = rpm del engranaje.
El caudal teórico habrá que multiplicarlo por el rendimiento volumétrico, que varía entre 0,75 y 0,85.
Bomba de tornillo.
Constituidas por dos o tres tornillos helicoidales que engranan y ajustan entre si. Son muy silenciosas.
El caudal lo da la expresión:
Q = caudal en l/min.
De y Di = diámetros exterior e interior del tornillo en mm.
s = paso del tornillo en mm.
n = velocidad de giro en rpm.
Bomba de paletas.
También se construyen para caudal regulable pero son más caras.
El caudal se calcula:
Q = caudal en l/min.
D = Diámetro interior de la carcasa en mm.
e = excentricidad en mm. h = longitud de la paleta en mm.
n = velocidad de giro en rpm.
Bomba de pistones.
Se utilizan cuando son necesarias elevadas presiones, pueden llegar a 700 bar. La cilindrada es pequeña varia entre 0,5 y 100 cm3, y las revoluciones de 100 a 3000 rpm. Su rendimiento volumétrico está en torno al 95%. Se puede modificar el caudal. Los pistones, absorben el aceite al expandirse y lo expulsan al comprimirse.
Para obtener el caudal tenemos:
Q = caudal en l/min.
D = Diámetro del émbolo en mm.
e = excentricidad en mm.
z = número de émbolos.
n = velocidad de giro en rpm.
Se diferencia de la anterior en que los pistones se mueven en dirección axial en lugar de radial.
Unidad hidráulica. Depósito, filtro, manómetro, válvulas.
La unidad hidráulica es el lugar donde se genera la potencia hidráulica (presión y caudal). Suele presentarse en un bloque cerrado donde que contiene el depósito, la bomba, el motor de accionamiento, las válvulas de seguridad, un manómetro un filtro y en ocasiones un radiador para eliminar el exceso de calor del aceite.
ELEMENTOS DE DISTRIBUCIÓN Y REGULACIÓN. VÁLVULAS
Las válvulas son los elementos que sirven para gobernar los sistemas hidráulicos. Ellas regulan la presión, regulan el paso del fluido y gobiernan los elementos de trabajo.
Válvulas distribuidoras.
Son elementos hidráulicos que dirigen el paso del aceite haciendo posible el gobierno de los órganos de trabajo.
En ocasiones también se emplean para gobernar (pilotar) otras válvulas dentro del circuito hidráulico.
Válvulas de caudal.
Son elementos de gobierno que se utilizan para modificar la velocidad de los elementos de trabajo variando el caudal de alimentación. Para ello se varía el orificio de paso en razón de la velocidad deseada.
Válvulas reguladoras de caudal fijo. Ofrecen una sección constante al paso del fluido. Se emplea para modificar de forma sencilla la velocidad de los órganos de trabajo cuando las condiciones de presión son bastante constantes.
Se origina una pérdida de energía que llamamos caída de presión que será: ?p = pe1- pe2
Válvulas reguladoras de caudal variable.
Producen una resistencia hidráulica ajustable. Se emplean para ajustar con sencillez la velocidad de los órganos de trabajo.
Regulación del caudal en función de la variación de presión.
En ellas si ?p permanece constante con independencia de la presión de entrada, también permanece constante el caudal que pasa por el circuito de estrangulación, que es lo que pretendemos.
Válvulas reguladoras de caudal con antirretorno.
Regulan el paso en un sentido y dejan que circule libremente en sentido contrario.
Válvulas reguladoras de presión. Definición y clases.
Son elementos de gobierno que acondicionan la presión de la instalación a una presión constante de trabajo.
Válvulas limitadoras de presión.
Limitan la presión de trabajo a un máximo admisible. Protegen a los circuitos hidráulicos contra las sobrecargas. Deben colocarse inmediatamente detrás de la bomba para evitar accidentes por sobrepresión. También se denominan válvulas de seguridad.
Válvulas reguladoras de presión (de 2 vías y de tres vías).
Tienen por objeto reducir una presión de salida ajustable con respecto a una presión superior de entrada. Se utilizan en todos los circuitos en que se necesite una presión de salida rigurosamente constante. En la de tres vías, By Pass al llegar una presión determinada la válvula abre un segundo paso como si le añadiéramos una limitadora.
ELEMENTOS DE TRABAJO. CILINDROS Y MOTORES.
Los elementos de trabajo sirven para convertir la energía de presión en movimiento de trabajo. Los lineales se denominan cilindros y los rotativos motores.
Cilindros de simple efecto.
Transforman la energía de presión en un movimiento rectilíneo. El impulso activo se produce en un solo sentido. La recuperación se produce por un muelle. Se utilizan cuando se requiere un trabajo de compresión, levantar, sujetar, introducir, expulsar, etc..
Cilindros de doble efecto.
Realizan trabajo tanto en la carrera de avance como en la de retroceso.
Motores hidráulicos.
El motor hidráulico entrega un par motor en el eje de salida. Convierte la energía hidráulica en energía mecánica. Su funcionamiento es inverso al de las bombas.
Se suelen emplear motores de engranajes, de paletas y de pistones. Su configuración es semejante a las bombas de la misma denominación.
Motores de engranajes. Se emplean por ser sencillos y económicos. Son de reducido tamaño. Giran en ambos sentidos.
Motores de paletas. Son de empleo muy frecuente.
Motores de pistones. Son los más utilizados. Los hay de pistones radiales y axiales, y de cilindrada fija y variable. A igualdad de potencia presentan menor velocidad que los eléctricos pero presentan un par mucho mayor.
SIMBOLOGÍA HIDRÁULICA
Conductos de conexión y tomas
Bombas.
Cilindros.
Fuentes de energía.
Gobierno de cilindros.
Distribuidores y válvulas.
Varios.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
Gobierno de un cilindro de simple efecto.
El grupo de accionamiento está formado por el motor, la bomba y la válvula limitadora de presión que eleva la presión de aceite necesaria en la instalación hasta la presión de trabajo.
El manómetro indica la presión de trabajo. El cilindro de simple efecto es accionado por una válvula 3/2 de accionamiento manual y retorno por muelle, normalmente cerrada.
Al ser accionada la válvula conmuta su posición y permite el paso del fluido hasta el cilindro, este avanza recorriendo todo su recorrido.
Al ser nuevamente accionada el aceite a presión sale del cilindro.
Mando de un cilindro de doble efecto.
En este caso la diferencia consiste en la utilización de una válvula distribuidora 4/2
Mando de un cilindro de doble efecto mediante válvula 4/3
La válvula 4/3 ofrece la particularidad de que, cuando está en la posición central, el aceite pasa directamente al depósito. Al accionar la posición (1), la válvula conecta la entrada de presión P con el conducto de trabajo B y el conducto de trabajo A con el escape a depósito R, con lo que el vástago del cilindro avanza. Si se acciona la posición (3) ocurre lo contrario: se conecta P con A y B con escape, con lo que el cilindro retrocede. Si en cualquier momento se conmuta la válvula a la posición (2), el movimiento del cilindro se interrumpe.
Regulación de la velocidad de avance de un cilindro.
El cilindro de doble efecto está accionado por una válvula 4/2 de accionamiento manual y retorno por muelle, NC. La regulación de velocidad se consigue poniendo una válvula de regulación de caudal en la entrada del cilindro, con lo que además, el aceite de retorno del cilindro tiene una presión menor.
Regulación del caudal de entrada.
El cilindro de doble efecto se acciona con una válvula 4/3 de accionamiento manual en el avance y NC. La regulación del caudal se consigue con la válvula limitadora de presión, colocada a la salida del cilindro.
Regulación de presión.
Al controlar la válvula distribuidora 4/3 con accionamiento mecánico NC, el aceite que no puede circular a través del antirretorno es obligado a través de la válvula reguladora de presión, con lo que se garantiza un nivel de presión constante en el avance del cilindro. En la carrera contraria del cilindro (retroceso), el aceite de la cámara del lado del émbolo pasa por la válvula antirretorno.
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