CAPTULO 6

ACTUADORES HIDRULICOS

En este captulo se estudiar al elemento de salida o actuador, que por

donde comienza realmente el diseo del sistema. El tipo de trabajo a realizar y los requisitos de potencia son los factores que determinan el tipo y tamao de motor o cilindro que deber utilizarse. Solo despus de haberse escogido al actuador y luego de determinar su tamao, se puede seleccionar el resto de los componentes del circuito, a fin de completar el sistema. CILINDROS.

Los cilindros son actuadores lineales. Por lineales entendemos simplemente que la salida de un cilindro es un movimiento o fuerza, o ambos, en lnea recta. TIPOS DE CILINDRO.

Los cilindros se clasifican como de simple accin o de doble accin y en diferenciales o no diferenciales. Entre sus variantes encontramos los diseos en forma de mbolo o de vstago y pistn; los vstagos adems pueden ser slidos o telescpicos. Las figuras 6-1 a 6-6 ilustra las diferencias, as como el smbolo grfico para cada tipo.

CILINDRO DEL TIPO DE EMBOLO (FIG. 6-1).

Fig. 6-1. El cilindro tipo ariete es de accin sencilla.

Quizs el ms sencillo de los actuadores es el de tipo de mbolo. Posee solamente una cmara para fluido y ejerce fuerza en una sola direccin. La mayor parte de ellos van montados verticalmente y su regreso se efecta por la fuerza de gravedad que acta sobre la carga. Son muy prcticos en carrera largas y se utilizan en elevadores, gatos y rampas para automviles. CILINDROS TELESCOPICOS (FIG. 6-2).

El cilindro telescpico se utiliza cuando su longitud ya retrado, debe ser ms corta de la que se obtendra con un cilindro normal. Se puede usar hasta 4 5 secciones; an cuando la mayora son de simple accin, se puede obtener tambin unidades de doble accin.

Fig. 6-2. La varilla telescpica aumenta la longitud de la carrera.

CILINDRO ESTNDAR DE DOBLE ACCION (FIG. 6-3)

El cilindro de doble accin se denomina as porque es operado mediante fluido hidrulico en ambas direcciones. Esto significa que es capaz de proporcionar una carrera con potencia en cualquier de los dos sentidos. El cilindro estndar de doble accin se califica como cilindro diferencial porque las reas que quedan expuestas a la presin durante los movimientos de avance y retroceso, son desiguales. La diferencia es funcin del rea de la seccin del vstago. La carrera de avance es ms lenta pero capaz mayor fuerza que cuando se retrocede vstago y pistn.

Fig. 6-3. El cilindro estndar de doble accin tiene dos carreras de

potencia. CILINDRO DE DOBLE VASTAGO (FIG. 6-4)

Los cilindros de doble vstago se utilizan en aquellos casos en que resulta ventajoso acoplar una carga en cada extremo, o bien, cuando se requiere el mismo desplazamiento en ambas carrera. Tambin estos cilindros de doble accin se les clasifican como no diferenciales. Al contar con reas iguales a uno y otro lado del pistn, puede proporcionar iguales velocidades o fuerzas, o ambas cosas, en cualquier sentido. Cualquier cilindro de doble accin se puede utilizar como unidad de simple accin al drenar el extremo inactivo al tanque.

Fig. 6-4. El cilindro de doble vstago es de doble accin pero no

diferencial. LA CONSTRUCCIN DE UN CILINDRO.

Las partes esenciales de un cilindro (Fig. 6-5) son la camisa o tubo; el vstago y pistn; las tapas de los extremos y los sellos adecuados. Las camisas son generalmente tubo de acero sin costura, bruido a espejo en su parte interior. El pistn, que normalmente es de hierro o acero fundido, cuenta con sellos que reducen la fuga entre l y las paredes de la camisa. En aquellos casos en que se puede tolerar cierta fuga, se utiliza anillos del pistn del mismo tipo que los usados en aplicaciones automotrices. Para soportar grandes cargas o porcentajes de alimentacin muy bajos, frecuentemente se usa un anillo T, o un anillo-O con dos anillos reforzadores en material resistente. Las entradas de aceite del cilindro se encuentran en las tapas de los extremos, que pueden ir directamente fijas el final de camisa, o afianzadas mediante tirantes y tuercas. El empaque del vstago es del tipo de cartucho, en el que se encuentra tanto el sello propiamente dicho, como el empaque limpiador, a fin de facilitar su substitucin.

Fig. 6-5. Construccin del cilindro.

MONTAJE DE LOS CILINDROS.

Existen diversos montajes (Fig. 6-6) para los cilindros los cuales proporcionan flexibilidad para sujetarlos. Normalmente los extremos del vstago van roscados a fin de poderlos acoplar directamente a la carga, o a manera de poder aceptar una aleta, horquilla u otro dispositivo de acoplamiento similar.

ESPECIFICACIONES DE LOS CILINDROS.

A fin de determinar la capacidad de un cilindro debe especificarse su tamao y la presin a la que puede operar. La mayor parte tiene un vstago de tamao estndar, an cuando se puede obtener vstagos intermedios o pesados. El tamao del cilindro es el dimetro del pistn y la longitud de la carrera. Tanto la velocidad del cilindro como la fuerza de salida disponible y la presin requerida para una carga determinada, son factores todos que dependen del rea del pistn (el cuadro del dimetro multiplicado por 0.7854). En la carrera de retroceso del pistn, se debe restar el rea del vstago.

Fig. 6-6. Montaje del cilindro.

FORMULAS PARA APLICACIN DE CILINDROS.

En el captulo 1 se obtuvieron los siguientes datos de aplicacin, por lo que respecta a cilindros: Para encontrar la velocidad de un cilindro cuando se conoce su tamao y el abastecimiento. gpm:

Velocidad (Pulg. x min.) = GPM x 231 . rea efectiva del pistn en pulg. Cuad. Para encontrar el flujo que se requiere para una velocidad determinada: rea efectiva del pistn en pulg. 2 x velocidad GMP = 231 * pulg. X min. Para encontrar la fuerza de salida para una presin determinada: Fuerza (libras) = Presin (psi) x rea efectiva del pistn (pulg. 2) Para encontrar la presin requerida para ejercer una determinada fuerza: Presin (psi) = Fuerza (Ibs) . rea efectiva del pistn (pulg. 2)

En la tabla 1 se resumen los efectos que tienen los cambios en el flujo de entrada, el tamao y la presin, en las aplicaciones de cilindro. T A B L A 1

C A M B I O VELOCIDAD EFECTO EN LA PRESION DE OPERACION FUERZA DISPONIBLE

DE SALIDA

Aumento del ajuste de la Presin. Disminucin de Ajuste de la Presin Aumento de los GPM Disminucin de los GPM Aumento en el dimetro del cilindro Disminucin en el dimetro del cilindro

No tiene efecto No tiene efecto

Aumenta Disminuye Disminuye Aumenta

No tiene efecto No tiene efecto No tiene efecto No tiene efecto

Disminuye Aumenta

Aumenta Disminuye

No tiene efecto No tiene efecto

Aumenta Disminuye

En la tabla anterior se supone que la carga de trabajo es constante. En la tabla 2 se da una lista de las reas de los pistones, fuerzas de

salida y velocidades, para diversos tamaos de cilindros.

TABLA 2

DIMETRO

INTERIOR

DE CILINDRO

TAMAO DEL ORIFICIO

VASTAGO O.D.

**AREA DEL PISTN

(PULGADAS CUADRADAS) RELACION AREA

DEL PISTN

AL AREA

ANULAR

FUERZA APROXIMADA DE SALIDA LIBRAS

ROSCA

N.P.T. *ROSCA DERECHA

AREA DEL

PISTON ANULAR VASTAGO

500 PSI 1000 PSI 1500 PSI 2000 PSI

EMPUJE JALAR EMPUJE JALAR EMPUJE JALAR EMPUJE JALAR

1 TUBO DE 5/8 O.D

(ROSCA DE 7/8-14)

5/8 ESTNDAR 1.767

1.460 .307 1.21/1.00 884

730 1767

1460 2651

2190 3534

2920

1 PESADO .982 .785 1.80/1.00 491 982 1473 1964

2 TUBO DE 5/8 O.D.

(ROSCA DE 7/8-14)

1 ESTNDAR 3.142

2.357 .785 1.33/1.00 1571

1178 3142

2357 4713

3535 6284

4714

1-3/8 PESADO 1.657 1.485 1.90/1.00 828 1657 2485 3314

2 TUBO DE O.D.

(ROSCA DE 1-1/16-12)

1 ESTNDAR

4.909

4.124 .785 1.19/1.00

2455

2062

4909

4124

7364

6186

9818

8248

1-3/8 INTERMEDIO 3.424 1.485 1.43/1.00 1712 3424 5136 6848

1-3/4 PESADO 2.504 2.405 1.96/1.00 1552 2504 3756 5008

3 TUBO DE O.D

(ROSCA DE 1-1/16-12)

1-3/8 ESTNDAR

8.296

6.811 1.485 1.22/1.00

4148

3405

8296

6811

12444

10216

16592

13622

1-3/4 INTERMEDIO 5.891 2.405 1.41/1.00 2945 5891 8836 11782

2 PESADO 5.154 3.142 1.61/1.00 2577 5154 7731 10308

4 TUBO DE O.D.

(ROSCA DE 1-1/16-12)

1-3/4 ESTNDAR

12.566

10.161 2.405 1.24/1.00

6283

5080

12566

10161

18849

15241

25132

20322

2 INTERMEDIO 9.424 3.142 1.33/1.00 4712 9424 14136 18848

2-1/2 PESADO 7.666 4.900 1.64/1.00 3833 7666 11500 15332

5 TUBO DE 1 O.D.

((ROSCA DE 1-5/16-12)

2 ESTNDAR

19.635

16.493 3.142 1.19/1.00

9818

8246

19635

16493

29453

24739

39270

32986

2-1/2 INTERMEDIO 14.735 4.900 1.33/1.00 7367 14735 22102 29470

3-1/2 PESADO 10.014 9.621 1.96/1.00 5007 10014 15021 20028

6 1 TUBO DE 1 O.D.

(ROSCA DE 1.5/16-12)

2-1/2 ESTNDAR

28.274

23.374 4.900 1.21/1.00

14137

11687

28274

23374

42411

35061

56548

46748

3-1/2 ESTNDAR 18.653 9.621 1.52/1.00 9326 18653 27979 37306

4 PESADO 15.708 12.566 1.80/1.00 7854 15708 23562 31416

7 1- TUBO DE 1-1/2 O.D.

(ROSCA DE 1-7/8-12)

3 ESTNDAR

38.485

31.416 7.069 1.23/1.00

19242

15708

38485

31416

57728

47124

76970

62832

4 INTERMEDIO 25.919 12.566 1.48/1.00 12959 25919 38878 51838

5 PESADO 18.850 19.635 2.04/1.00 9425 18850 28275 37700

8 1- TUBO DE 1-1/2 O.D.

(ROSCA DE 1-7/8-12)

3-1/2 ESTNDAR

50.265

40.644 9.621 1.24/1.00

25133

20332

50265

40644

75398

60966

100530

81288

4-1/2 INTEMEDIO 34.361 15.904 1.46/1.00 17180 34361 51541 68722

5-1/2 PESADO 26.507 23.758 1.90/1.00 13253 26507 39760 53014

Presin Mxima de Operacin 2000 psi.

Fig. 6-7. Amortiguadores del cilindro.

OPCIONES EN LOS CILINDROS.

Entre el equipo opcional para cilindros se encuentran sellos de anillo para el pistn en operaciones de ciclo rpido, amortiguadores para desacelerar la carga cerca del final de carrera y tubos de tope para evitar cargas excesivas en los bujes, debidas a cargas laterales cuando el vstago se encuentra extendido.

AMORTIGUADORES DEL CILINDRO.

Los amortiguadores (Fig. 6-7) se instalan a menudo en uno o ambos extremos de un cilindro a fin de desacelerarlo al llegar cerca del final de su carrera, evitando que el pistn golpee contra la tapa.

La desaceleracin comienza cuando el anillo amortiguador ahusado o el

mbolo penetran en la tapa y comienza a restringir el flujo de salida que viene de la camisa al orificio. Durante la ltima fraccin de la carrera, el aceite de descarga se ve forzado a salir a travs de un orificio ajustable. El dispositivo de amortiguacin incluye, una vlvula check para desviar el orificio en la carrera de regreso. TUBOS DE PARADA.

Un tubo de parada Fig. 6-8 es un espaciador colocado en el vstago del cilindro cerca del pistn en los cilindros de carrera larga. El tubo de parada al disminuir la distancia mnima del pistn al extremo del soporte, da ms soporte para cargas laterales en el vstago, y as disminuye las probabilidades de que falle el soporte de vstago.

Fig. 6-8. El Tubo de Parada limita el viaje del pistn.

MOTORES HIDRULICOS.

Motor es el nombre que generalmente toma un actuador hidrulico rotatorio. En cuanto a construccin, los motores se parecen muchos a las bombas. En vez de empujar el fluido como lo hace la bomba, como un miembro de salida en un sistema hidrulico son empujados por el fluido, y desarrollan una torsin y movimiento rotatorio continuo. Puesto que tanto el orificio de

entrada como el de la salida pueden estar a presin en un momento determinado, la mayora de los motores hidrulicos se drenan externamente. PORCENTAJE DE LOS MOTORES.

El porcentaje de los motores se establece en funcin del desplazamiento (tamao) la capacidad de torsin y limitacin mxima de presin.

Desplazamiento es la cantidad de fluido que acepta el motor en una revolucin (Fig. 6-9); en otras palabras, es la capacidad de una cmara, que contenga el mecanismo. El desplazamiento del motor se expresa en pulgadas cbicas por revolucin (Pulg. Cub./rev.).

Fig. 6-9. El Desplazamiento del Motor es la Capacidad por Revolucin.

Torsin es el componente de fuerza de la salida del motor. Se define

como un esfuerzo torsional o de giro. Para que exista una torsin no necesariamente se requiere de movimiento, pero si la torsin es de la magnitud suficiente como para vencer la friccin y la resistencia de la carga, habr movimiento.

En la Fig. 6-10 se ilustra los requisitos tpicos de torsin para le elevacin de una carga mediante una polea. Ntese que la torsin est siempre presente en el eje impulsor, pero es igual a la carga multiplicada por el radio. Una carga determinada impondr una menor torsin en el eje; si se disminuye el radio. Sin embargo, el radio de mayor tamao mover ms rpidamente a la carga para la velocidad determinada del eje. La torsin se expresa generalmente en libras pulgadas.

\Fig. 6-10. Torque Igual a Radio por Carga.

La presin que se requiere en un motor hidrulico depende de la carga

de la torsin y del desplazamiento. Un motor de gran desplazamiento desarrollar una torsin determinada con menor presin que otra unidad ms pequea. El tamao y el porcentaje de la torsin de un motor se expresa generalmente en libras pulgadas de torsin por cada 100 psi de presin: Ib. Pulg. (100 psi) FORMULAS DE APLICACIN EN MOTORES.

A continuacin se establece las frmulas de aplicacin para motores hidrulicos, as como para la determinacin de los requisitos de flujo y presin. Nota: Todas las frmulas que se dan a continuacin son para una torsin

terica. Para iniciar el movimiento de una carga determinada puede necesitarse de una capacidad del 10% a 35% mayor de torsin. Comprubense las especificaciones para la torsin de arranque en los dibujos de instalacin.

Para encontrar el tamao de motor adecuado para determinarlo trabajo: Porcentaje de torsin (Ib. Pulg./100 psi) = Carga de torsin (Ib pulg.) . Presin de operacin deseada (psi) x .01

Por ejemplo, para manejar una carga de 500 Ib-pulg. A 2000 psi, se requerir de un motor de 25 Ib.-pulg.: Tamao = 500 = 500 = 25 Ib.- pulg./100 psi 2000x.01 20

Para encontrar la presin de operacin para un motor de tamao determinado y carga especfica: Presin de operacin (psi) = Carga de torsin (Ib. Pulg.) x 100 Porcentaje de la torsin del motor (Ib. Pulg./100 psi)

Por ejemplo, un motor de 50 Ib-pulg. Desarrolla una presin de 3,000 psi. Con una carga de 1500 libras pulgadas: Presin = 1500 x 100 = 3,000 psi. 50 Para encontrar la torsin mxima de un motor de tamao determinado: Mxima torsin (Ib.-pulg.) = Porcentaje de torsin (Ib pulg./100 psi) x Psi Max. 100

As, para el porcentaje de un motor de 10Ib. Pulg., para 2500 psi, puede manejar una carga mxima de 250 Ib.pulg.: Mxima torsin = 10 x 2500 = 250 Ib. Pulg. 100 Para encontrar la torsin, cuando se conoce la presin y el desplazamiento: Torsin (Ib. Pulg.) = Presin (psi) x desplazamiento (pulg. Cub./rev.) 2 Para encontrar los requerimientos de GPM dado a un cierto impulso de velocidad:

TABLA 3

Cambiando Velocidad Efectos sobre la Presin de operacin Torque Disponible

Aumentando el Ajuste de Presin Disminuyendo el Ajuste de Presin Aumentando GPM Disminuyendo G PM Aumentando el desplazamiento (tamao) Disminuyendo el desplazamiento (tamao)

Sin efecto Sin efecto

IncrementaDisminuye Disminuye Incrementa

Sin efecto Sin efecto Sin efecto Sin efecto Disminuye Incrementa

Incrementa Disminuye Sin efecto Sin efecto

Incrementa Disminuye

La tabla anterior presupone una carga constante Velocidad (RPM) x Desplazamiento GPM = (pulg. Cub./rev.) . 2 3 1

Un motor con desplazamiento de 10 pulgadas cbicas por revolucin requerira de u poco ms de 43 gpm para operar a 1000 rpm.

gpmxGPM 2.43321

101000 GPM = GPM x 231 . Desplazamiento (pulg. Cub./rev.)

En la tabla 3 se resumen los efectos que originan ciertos cambios, en la velocidad, presin y capacidad de torsin en las aplicaciones de un motor. Ntese que los principios bsicos son idnticos a los de la tabla para cilindros de pgina 6-6. MOTORES DE ENGRANE.

Un motor de engrane (Fig. 6-11) desarrolla una torsin a travs de la presin que acta sobre las superficies de los dientes de un engrane. Cuenta con dos engranes que engarzan y giran juntos, pero slo una de ellos va acoplado al eje impulsor. El motor puede invertir su rotacin, invirtiendo el flujo. El desplazamiento de un motor de engrane es fijo y aproximadamente igual al volumen entre dos dientes, multiplicado por el nmero de dientes.

Fig. 6-11. Descripcin de el Torque en un Motor de Engranes.

La Fig. 6-11 hace evidente que los engranes no estn en equilibrio con

respecto a las cargas de presin. La alta presin de la entrada y la baja presin de la salida originan fuertes cargas laterales sobre el eje y los engranes, as como sobre los soportes que les sirven de apoyo. Es posible equilibrar esta carga lateral mediante orificios y pasajes internos que colocan condiciones de presin correspondiente a 180 aparte. Sin embargo, donde con mayor frecuencia se encuentra este tipo de balanceo de cargas es en los motores de paletas. Vase la FIG. 6-12.

Fig. 6-12. Descripcin de la Torsin en un Motor de Paletas Balanceado.

Los motores de engranes de este tipo estn frecuentemente limitados a

la presin de operacin de 2000 psi y alrededor de un porcentaje de 2400 rpm. Sus principales ventajas han sido su simplicidad y una tolerancia bastante elevada en cuanto a impurezas.

Estas ventajas, sin embargo, se ven desplazadas por una eficiencia algo baja. Con el nfasis que actualmente se hace en el alto rendimiento y en un equipo de filtracin ms complejo, la tendencia en muchas de las aplicaciones de maquinaria y equipo mvil, es hacia los motores dl tipo de pistn. MOTORES DE PALETAS En un motor de paletas, las torsin se obtiene la actuar la presin sobre las superficies libres de las paletas rectangulares que deslizan hacia adentro y hacia fuera de las ranuras en un rotor que va engarzado mediante estras al eje impulsor. (Fig. 6-12) Al girar el rotor, las paletas recorren la superficie de un anillo de leva, formando cmaras selladas que transportan al fluido desde la entrada hasta la salida. En el diseo balanceado que se muestra en la Fig. 6-12, la presin que se crea en el orificio de entrada o en el de salida del aceite, se dirige a dos cmaras interconectadas dentro del motor, que se encuentran separadas 180. Las cargas laterales se generarn una opuesta a la otra por lo que se anulan entre si. En la figura 6-13 es muestra configuracin en el diseo cuadrado de un motor de paletas reversible. Ntese que el rotor gira dentro del anillo de la leva y entre el cuerpo y la placa de presin. Los balancines pivotados que van fijados al rotor, obligan a que las paletas se desplacen hacia fuera, en contra al anillo elptico. Durante la operacin, la presin que existe debajo de las paletas, hace que stas se mantengan en contacto con el anillo. LAS VLVULAS DE VAIVN EN LA PLACA DE PRESIN

La placa de presin (Fig. 6-14) tiene la misin de mantener a la unidad rotatoria fuertemente sellada mientras exista presin en su superficie externa. Dos vlvulas de vaivn que existen en la placa de presin interconectan los pasajes adecuados a fin de mantener esta presin sin importar cul sea el orificio que est presurizado. La rotacin del motor se invierte cambiando la direccin del flujo que entra y sale de los orificios.

Una modificacin especial de este motor (Fig. 6-15) permite la operacin

en cualquiera de las dos direcciones, sin necesidad de balancines ni vlvulas de vaivn. Se dirige aceite a presin, tomando de una fuente externa, a la placa de presin y a la parte inferior de las paletas a fin de mantenerlas contra el anillo.

Fig. 6-13. Construcciones del Motor de Paleta de Diseo Cuadrado

Fig. 6-14. El Plato de Presin Sella el Cartucho.

Fig. 6-15. Las Modificaciones S2 Eliminan las Vlvulas Reversibles y los

Balancines. Estos motores son de desplazamiento fijo. Sin embargo, se puede

cambiar el desplazamiento de una unidad determinada mediante la instalacin de un anillo con mayor o menor carrera (Fig. 6-16).

Fig. 6-16. La Carrera del Anillo Determina el Desplazamiento dentro de

un Tamao Especifico de paquete.

Fig. 6-17. Construccin de un Motor de Paleta Uni-Direccional. Otra modificacin de este motor es un diseo unidireccional o no

reversible (Fig. 6-17). Una vlvula check que se encuentra en su orificio de entrada, proporciona la presin necesaria para mantener extendidas a las paletas. As pues, este diseo no requiere de balancines, ni vlvulas de vaivn,

ni de una fuente de presin externa. Entre sus aplicaciones podemos mencionar el accionamiento de un ventilador u otro dispositivo similar de deba girar en una sola direccin. MOTORES DE PALETAS DE ALTA EFICIENCIA

El motor de paletas de alta eficiencia (Fig. 6-18) es un diseo ms resistente del motor de paletas balanceado. Desarrolla su torsin en la misma forma que el motor Cuadrado pero aparecen en su construccin ciertos cambios importantes.

Fig. 6-18. Funcionamiento de un Motor de Paleta de Alta Eficiencia.

En este diseo las paletas se mantienen afuera y en contra del anillo

mediante resortes espirales. Todo el conjunto formado por el anillo, rotor, paletas, y placas laterales se pueden extraer y reemplazar en forma de unidad. (Fig. 6-19). De echo, se cuenta con cartuchos que han sido previamente montados y probados, para realizar substituciones en el campo.

Fig. 6-19. Construccin de un Motor de Paleta de Alta Eficiencia. Estos motores son tambin reversibles, al invertir el flujo que va y viene

de los orificios. Ambas placas laterales funcionan alternativamente como placas de presin (Fig. 6-20), segn la direccin del flujo.

Fig. 6-20. Los Platos de Ambos Lados son Platos de Presin en el Diseo

de Alta Eficiencia.

Fig. 6-21. Motor de Paleta de Alto Torque.

Fig. 6-22. Funcin del Motor de Pistones en Lnea.

EL MOTOR MHT DE ALTA TORSIN.

Otro de los diseos de motores de paletas balanceadas es el de la serie MHT de alta torsin y baja velocidad (Fig. 6-21). Se puede obtener en diversos

tamaos y uno de ellos, que opera desde 5 hasta 150 rpm., cuenta con una capacidad de torsin actual de 4500 libras pies. La versin doble del mismo, produce 9000 libras pies. Este es adaptable a tornillos impulsores, impulsos mixtos, bandas transportadoras y placa rotaria pesada, unidades de volteo, malacate y otras aplicaciones en las que se puede obtener provecho de su enorme capacidad de torsin.

MOTORES DE PISTONES EN LNEA Los motores de pistones generan una torsin a travs de la presin que acta sobre los extremos de pistones de vaivn que operan dentro de una seccin cilndrica. En el diseo en lnea (Fig. 6-22) el motor del eje impulsor y la seccin del cilindro se encuentra alineados sobre el mismo eje. La presin que existe en los extremos de los pistones origina una reaccin sobre una placa oscilante e impulsa la seccin del cilindro y el eje del motor en rotacin. La torsin es proporcional al rea de los pistones y es una funcin del ngulo en el cual est colocada la placa oscilante. Estos motores se construyen tanto en modelos de desplazamiento variable (Fig. 6-23) como de desplazamiento variable (Fig. 6-24). El desplazamiento queda determinado por el ngulo de la placa oscilante. En el modelo variable, la placa oscilante va montada en una hornilla pivoteada y el ngulo se puede cambiar por diversos medios, desde una simple palanca o volante manual, hasta complejos mecanismos de servocontrol. Al aumentar la inclinacin de la placa oscilante se aumenta la capacidad de torsin, pero se reduce la velocidad del eje impulsor. Por el contrario, al reducirse al ngulo se disminuye la capacidad de torsin pero aumenta la velocidad del eje impulsor. Normalmente se colocan topes para el ngulo mnimo, a manera de que la torsin y la velocidad permanezcan dentro de los lmites de operacin. CONTROL COMPENSADOR. El control compensador (Fig. 6-25) se utiliza para variar el desplazamiento del motor en respuesta a los cambios que surjan en la carga de trabajo. Para ello, un pistn sujeto a la tensin de un resorte, va conectado mecnicamente a la hornilla y la mueve respondiendo a las variaciones de la presin de operacin. Cualquier aumento en la carga va acompaado de un correspondiente aumento en la presin, originado por la torsin adicional que se requiere. El control automticamente ajusta a la hornilla en tal forma que aumenta la torsin bajo una carga fuerte, y se disminuye cuando la carga es poca. En forma ideal, el compensador regula el desplazamiento a manera de que ste proporcione el rendimiento mximo bajo todas las condiciones de carga, hasta donde lo permite el ajuste de la vlvula de alivio.

Fig. 6-23. Dos Ilustraciones de los Motores de Pistn en Lnea.

Fig. 6-24. El desplazamiento del Motor vara con el ngulo de la Placa

Oscilante. MOTORES DE PISTN DE EJE INCLINADO. Los motores de pistn de eje inclinado. (Fig. 6-26) desarrollan una torsin tambin por medio de la reaccin de la presin al actuar sta en pistones de vaivn. En este diseo, sin embargo, la seccin del cilindro y el eje impulsor va montados formando un ngulo entre s y la reaccin va dirigida a la brida del eje impulsor. La velocidad y la torsin cambian al variar el ngulo; desde un mnimo predeterminado de rpm., con desplazamiento y torsin mximo a un ngulo de aproximadamente 30, hasta las mximas rpm. con desplazamiento y torsin mnimos a alrededor de 7 . Se pueden obtener tanto el modelo de desplazamiento fijo (Fig. 6-27) como el variable (Fig. 6-28). La unidad de desplazamiento variable puede ir equipada con un gran nmero de controles, incluso un compensador de presin. La rotacin de salida se invierte generalmente cambiando el flujo de aceite al motor. No cambiando la hornilla balanceante hacia el centro ya que entonces la torsin se hara nula y la velocidad infinitamente alta (si es que no se ahogaba antes de llegar al centro). CARACTERSTICAS DE OPERACIN DEL MOTOR DE PISTONES Los motores de pistones son probablemente los ms eficientes de los tres tipos que hemos expuesto y por lo general, son lo que tienen mayor capacidad en cuanto a velocidades y presiones altas. En particular, en aplicaciones aereospaciales, se utilizan debido a la alta relacin que existe entre su potencia y su peso. Los motores en lnea, debido a lo sencillo de su construccin y por ende, de su costo ms abajo, encuentran cada da mayor nmero de aplicaciones en mquinas herramientas y equipo mvil.

Fig. 6-25. El Control Compensador ajusta la Velocidad con Relacin a la

Carga.

Fig. 6-26. Operacin del Motor de Pistn de Eje Inclinado.

GENERADORES DE TORSIN Los generadores de torsin o actuadores de torsin son dispositivos que proporcionan una rotacin parcial, ya que no puede girar continuamente en una sola direccin. Generalmente tienen su carrera limitada a poco menos de una revolucin completa. Los generadores de torsin tpicos, son de paletas dobles y sencillas, as como uno del tipo de cremallera con capacidad para una torsin muy alta y rotacin de ms de 360.

Fig. 6-27. Motor Tpico de Eje Inclinado de Desplazamiento Fijo.

Fig. 6-28. Motor Tpico de Pistn de Eje Inclinado con Desplazamiento

Variable.

PREGUNTAS

1.- Describa las caractersticas de operacin del cilindro de simple y de doble accin.

2.- Con un abastecimiento actual de 3 GPM en el extremo de la cabeza

de un cilindro de dos pulgadas de dimetro, Cul es la velocidad de desplazamiento del vstago?

3.- Un mbolo de tres pulgadas de dimetro puede operar hasta 2000

psi. Cul es la mxima fuerza de salida? 4.- Qu presin se requiere para ejercer una fuerza de salida de 14,000

libras si el rea efectiva del pistn del cilindro es de 7 pulgadas cuadradas?

5.- Defina Qu son los porcentajes de torsin y de desplazamiento en

un motor hidrulico? 6.- Un malacate requiere de una torsin mxima de 50 libras pies para

su operacin Qu tamao de motor hidrulico se requiere, si la presin mxima se debe limitar a 1500 psi?

7.- Un motor de 20 libras pulgadas opera con una carga de torsin de

500 libras pulgadas cul es la presin de operacin? 8.- Explique el uso de vlvulas de vaivn en los platos de presin de los

motores de paletas cuadrados. 9.- Explique como se mantienen las paletas en contacto con el anillo en

los motores de paletas cuadrados en motores de paletas de alta eficiencia.

10.- Cmo se desarrolla la torsin en el motor de pistones en lnea? 11.- Si un motor hidrulico est compensado en cuanto a presin Cul

es el efecto de un aumento en la carga de trabajo? 12.- Qu tipo de motor hidrulico es, en general, el ms eficiente?