HIDRÁULICA Y NEUMÁTICA

COMPONENTES DE SISTEMASHIDRÁULICOS

DOCENTE: RODRIGO OLIVARES REYES

Introducción

La hidráulica estudia la transmisión de la energíaempujando un líquido. Es sólo un medio de transmisión,no una fuente de potencia que sería el accionador primario(motor eléctrico, motor de explosión, tracción animal, etc.).

La energía generada por esta fuente primaria se transmiteal fluido que la transporta hasta el punto requerido,volviendo a convertirla en energía mecánica por medio deun accionador.

Introducción

El elemento del circuito que absorbe la energía mecánica,de la fuente de potencia, y la transforma en hidráulica esla bomba del circuito.

Los accionadores que posteriormente transforman laenergía hidráulica en mecánica pueden ser motores ocilindros, según se desee obtener un movimiento rotativo olineal respectivamente, y entre los elementos de bombeo ylos accionadores se intercalarán los elementos deregulación y control necesarios para el correctofuncionamiento del sistema.

Introducción

En resumen:

Un motor proporciona una determinada energía mecánicaa una bomba, y ésta, según la energía que recibe,suministra una determinada energía hidráulica, la cual setransfiere bajo forma de caudal y presión mediante unfluido hidráulico, a un pistón donde se vuelve atransformar en la energía mecánica necesaria para realizarun trabajo.

Introducción

En la figura se representa esquemáticamente un sistema detransmisión de energía.

Componentes del Sistema

Los componentes de un sistema son todos aquelloselementos que incorpora el sistema para su correctofuncionamiento, mantenimiento y control, estos se puedenagrupar en cuatro grupos:

Bombas o elementos que transforman la energíamecánica en hidráulica.

Elementos de regulación y control, encargados deregular y controlar los parámetros del sistema (presión,caudal, temperatura, dirección, etc.).

Componentes del Sistema

Cuatro grupos:

Accionadores, que son los elementos que vuelven atransformar la energía hidráulica en mecánica.

Acondicionadores y accesorios, que son el resto deelementos que configuran el sistema (filtros,intercambiadores de calor, depósitos, acumuladores depresión, manómetros, etc.).

Componentes del Sistema

Componentes del Sistema

Diagrama de un sistemahidráulico bomba-motor simple

1. Depósito de aceite2. Bomba hidráulica3. Manómetro4. Motor hidráulico (capaz degirar en ambos sentidos)

De hecho todos los sistemashidráulicos pueden serreducidos a un sistema bomba-motor simple como el mostradoen el diagrama.

Componentes del Sistema

La bomba hidráulica (2) esimpulsada por un motoreléctrico ó un motor decombustión.

La bomba hidráulica (2)succiona el aceite desde eldepósito (1) y lo bombea através de las líneas de tubería ymangueras hacia el motorhidráulico (4).

El motor hidráulico, porejemplo acciona una correa.

Componentes del Sistema

Así, en el ejemplo anterior, la bomba convierte la energíamecánica en energía hidráulica (presión y caudal) y elmotor hidráulico convierte energía hidráulica en energíamecánica de nuevo.

El aceite fluye al depósito desde el lado de descarga delmotor hidráulico. La presión en la línea de retorno es casicero

Componentes del Sistema

La presión necesaria para mover el motor hidráulico sepuede leer en el manómetro (3) , y está determinada por laresistencia en el sistema.

La resistenciamás importante es la carga a ser movida porel motor hidráulico (4). Las líneas y mangueras influyentambién en el nivel de la presión.

La velocidad del motor hidráulico está determinada porsus dimensiones (desplazamiento) y por el caudal quellega a él desde la bomba.

Bombas: Características

Caudal de la Bomba:

En todas las bombas, el caudal de salida teórico es elproducto de la cilindrada o capacidad por ciclo,multiplicada por el número de ciclos o revoluciones porunidad de tiempo; así pues, el caudal de salida en estasbombas será función del número de revoluciones o ciclospor unidad de tiempo con que esté trabajando.

Caudal = Cilindrada x velocidad

Bombas: Características

Caudal de la Bomba:

El caudal así obtenido es el llamado caudal teórico, que essiempre superior al caudal real en función del rendimientovolumétrico de la bomba, es decir, de las fugas internas dela misma. El caudal real es el que suministra la bomba, y esigual al caudal teórico menos las fugas internas o elretroceso del fluido de la impulsión a las aspiración.

Bombas: Características

Rendimiento de la Bomba:

Se define el rendimiento volumétrico como la relaciónentre el caudal real y el teórico:

Este rendimiento volumétrico oscila entre el 0,80 y el 0,99según el tipo de bomba, su construcción y sus toleranciasinternas, y según las condiciones específicas de trabajo,velocidad, presión, viscosidad del fluido, temperatura, etc.

Bombas: Características

Rendimiento de la Bomba:

Cuando dicho rendimiento sea inferior al facilitado por elfabricante de la bomba, ésta deberá repararse osubstituirse, ya que el consumo de energía necesario paramantener sus condiciones de trabajo se incrementará, loque implicará un incremento en el costo de la energía.

Además del rendimiento volumétrico, se debe considerar elrendimiento mecánico de las bombas, ya que parte de lapotencia con que se alimenta se desperdicia para podervencer los rozamientos internos.

Bombas: Características

Rendimiento de la Bomba:

El rendimiento total de una bomba es el producto de susrendimientos volumétrico y mecánico:

El rendimiento total de una bomba nueva puede oscilarentre el 0,80 y el 0,90, valores que disminuirán con el uso yel desgaste de los elementos de estanqueidad interna de lapropia bomba.

Bombas: Características

Presión de trabajo en la bomba:

Todos los fabricantes otorgan a sus bombas un valordenominado de presión máxima de trabajo, inclusoalgunos incluyen las presiones de rotura o la presiónmáxima intermitente, y otros adjuntan la gráficapresión/vida de sus bombas.

Estos valores los determina el fabricante en función de unaduración razonable de la bomba trabajando en condicionesdeterminadas, aunque no existe un factor de seguridadnormalizado

Bombas: Características

¿Cómo se crea la presión en el sistema?

La presión se origina siempre que se produce unaresistencia a la circulación de un liquido, o una fuerzaque trata de impulsar el liquido. La tendencia asuministrar caudal (o empuje) puede originarse medianteuna bomba mecánica o simplemente por el peso del fluido

Es un hecho bien conocido que en una columna de agua lapresión aumenta con la profundidad y esa presión prodríahacer desplazar un fluido

Bombas: Características

¿Cómo se crea la presión en el sistema?

En muchos ocasiones se utiliza el término "carga" paradescribir la presión, sin tener en cuenta cómo ha sidocreada.

Por ejemplo, se dice que una caldera crea una carga devapor, cuando la presión se origina vaporizando agua enun recipiente cerrado . Los términos presión y carga seutilizan, a veces, indistintamente.

Bombas: Características

Presión en la entrada de la Bomba

Normalmente la entrada de una bomba está cargada conaceite, debido a la diferencia de presiones entre el depósitoy la entrada de la bomba.

Generalmente la presión en el depósito es la presiónatmosférica. Es, pues necesario tener un vacío parcial ouna presión reducida a la entrada de la bomba, para queésta pueda aspirar aceite.

Bombas: Características

Vida de la bomba:

La vida de una bomba viene determinada por el tiempo detrabajo desde el momento en que se instala hasta elmomento en que su rendimiento volumétrico hayadisminuido hasta un valor inaceptable, sin embargo estepunto varía mucho en función de la aplicación. Así porejemplo hay instalaciones donde el rendimiento no puedeser inferior al 90%, mientras que en otras se aprovecha labomba incluso cuando su rendimiento es inferior al 50%.

Bombas: Características

Vida de la bomba:

La vida de una bomba (y del resto de los componentes deun sistema oleohidráulico) varía considerablemente enfunción del nivel de contaminación del fluido con el queestá trabajando.

Clasificación de Bombas

1) Bombas de desplazamiento no positivo o Hidrodinámicas

Estas bombas, generalmente empleadas para movimientode fluidos, la energía cedida al fluido es cinética, y funcionageneralmente mediante fuerza centrífuga, por la cual elfluido entra en la bomba por el eje de la misma y esexpulsado hacia el exterior por medio de un elemento(paletas, lóbulos, turbina) que gira a gran velocidad.

Clasificación de Bombas

Bombas de desplazamiento no positivo o Hidrodinámicas

Una bomba hidrodinámica no dispone de sistemas deestanqueidad entre los orificios de entrada y salida; porello produce un caudal que variará en función de lacontrapresión que encuentre el fluido a su salida. Si sebloquea totalmente el orificio de salida de una bomba dedesplazamiento no positivo aumentará la presión ydisminuirá el caudal hasta a cero, a pesar de que elelemento impulsor siga moviéndose.

Clasificación de Bombas

Bombas de desplazamiento no positivo o Hidrodinámicas

Clasificación de Bombas

En este tipo de bombas lapresión máxima alcanzablevariará en función de lavelocidad de rotación delelemento impulsor; a pesarde ello se pueden conseguirpresiones medias conbombas múltiples o deetapas.

Clasificación de Bombas

2) Bombas de desplazamiento positivo

Las bombas hidrostáticas o de desplazamiento positivoson los elementos destinados a transformar la energíamecánica en hidráulica. Cuando una bomba hidráulicatrabaja realiza dos funciones:1.- La acción mecánica crea un vacío en la línea deaspiración, la presión atmosférica fuerza al líquido hacia elinterior de la bomba.2.-La acción mecánica hace que este líquido vaya hacia elorificio de salida, forzándolo a introducirse en el sistemaoleohidráulico.

Clasificación de Bombas

Una bomba de desplazamiento positivo es aquella que:

“Suministra la misma cantidad de líquido en cadaciclo o revolución del elemento de bombeo,independientemente de la presión que encuentre ellíquido a su salida”

Clasificación de Bombas

La homogeneidad de caudal en cada ciclo se consiguegracias a unas tolerancias muy ajustadas entre el elementode bombeo y la carcasa de la bomba. Así, la cantidad delíquido que fuga interiormente es mínima, y despreciablecomparada con el máximo caudal de la misma.

Cuando estas bombas presenten fugas internasconsiderables deben ser reparadas o substituidas ya que notrabajan correctamente, el rendimiento volumétrico de lasbombas de desplazamiento positivo, aunque varía de untipo a otro, no debe ser inferior al 85%

Clasificación de Bombas

El volumen desplazado por ciclo o revolución permanececasi constante a pesar de las variaciones de presión contralas que trabaja la bomba.

Clasificación de Bombas

Existen tres razones fundamentales para el uso de bombasde desplazamiento positivo respecto a las otras.

a) En la bomba de desplazamiento no positivo, cuando elesfuerzo a vencer por el sistema alcance un valordeterminado (aproximado de entre 5 y 20 kg/cm2 , según eltipo de bomba), la bomba dejará de dar caudal, y el equipose parará.

Clasificación de Bombas

b) En el caso anterior, y aún antes de alcanzar este valorconcreto de presión, el caudal va disminuyendonotablemente, por lo que no se dispone de un controlpreciso de la velocidad de movimiento del sistema.

c) Las fugas internas en este tipo de bombas implican unelevado consumo de energía mecánica que se desaprovechaal no convertirse en energía hidráulica. Por esto las bombasde desplazamiento no positivo se utilizan, casi exclusi-vamente, para el traslado de agua u otros líquidos, pero nopara aplicaciones oleohidráulicas.

Clasificación de Bombas

Cuando en una bomba de desplazamiento positivo sebloquea el orificio de salida, la presión aumentainstantáneamente hasta un valor en que consigadesbloquear el orificio, se averíe el elemento de bombeo, serompa el eje de la bomba o el motor, o se averíe el motor deaccionamiento. Para evitar estos problemas, en todos lossistemas hidráulicos se coloca una válvula de seguridad lomás cercana posible a la bomba.

Clasificación de Bombas

Las bombas hidrostáticas o de desplazamiento positivo seagrupan según el tipo de elemento de bombeo (paletas,engranajes, pistones, etc.) y se dividen en dos gruposprincipales: bombas de caudal fijo y bombas de caudalvariable.

Las bombas hidrostáticas se clasifican, además de por suconstrucción o funcionamiento, en función de sucilindrada o del caudal suministrado a una determinadavelocidad de giro y de la presión máxima de trabajorecomendada por el fabricante.