Sistemas hidráulicosGarcía Arévalo Jesús Orlando 1483341Hernández Aldape Alejandro 1452743Márquez Quintos Marco 1570181Martínez Berumen Paola 1570158

Introducción a los sistemas hidráulicos.

Debido a que son el medio más versátil para transmitir señales y potencia, los fluidos, ya sean líquidos o gases, tienen un amplio uso en la industria. Los líquidos y los gases se diferencian entre sí básicamente por su falta de compresibilidad relativa y por el hecho de que un líquido puede tener una superficie libre, en tanto que un gas se expande para llenar su recipiente.

El término neumática describe los sistemas de fluidos que usan aire o gases e hidráulica describe los sistemas que usan aceite.

Diferencias entre ambos sistemas:1. El aire y los gases son comprimibles, en tanto que el aceite no lo es. 2. El aire carece de la propiedad lubricante y siempre contiene vapor de agua. El

aceite funciona como un fluido hidráulico al igual que como lubricante.3. La presión de operación normal de los sistemas neumáticos es mucho más baja

que la de los sistemas hidráulicos. 4. Las potencias de salida de los sistemas neumáticos son considerablemente

menores que las de los sistemas hidráulicos.

5. La precisión de los actuadores neumáticos es deficiente a bajas velocidades, en tanto que la precisión de los actuadores hidráulicos es satisfactoria en todas las velocidades.

6. En los sistemas neumáticos, se permite un cierto grado de escurrimiento externo, pero debe evitarse el escurrimiento interno debido a que la diferencia de presión efectiva es muy pequeña.

7. Los sistemas neumáticos no se requiere de tubos de recuperación cuando se usa aire, en tanto que siempre se necesitan en los sistemas hidráulicos.

8. La temperatura de operación normal de los sistemas neumáticos es de 5 a 60°C (41 a 140°F). Sin embargo, el sistema neumático opera en el rango de 0 a 200°C (32 a 392°F). Los sistemas neumáticos son insensibles a los cambios de temperatura, a diferencia de los sistemas hidráulicos, en los cuales la fricción de los fluidos provocada por la viscosidad depende en gran parte de la temperatura. La temperatura de operación normal de los sistemas hidráulicos es de 20 a 70°C (68 a 158°F).

9. Los sistemas neumáticos no corren el riesgo de incendiarse o explotar, al contrario de los sistemas hidráulicos.

Aplicaciones de los sistemas hidráulicos El uso de la circuitería hidráulica en las máquinas-herramienta, los sistemas de control de aeronaves y operaciones similares se ha extendido debido a factores tales como su positividad, precisión, flexibilidad, una alta razón de peso-potencia, sus rápidos arranque, paro y reversa, que realiza con suavidad y precisión, así como la simplicidad de sus operaciones.

La presión de operación en los sistemas hidráulicos está en algún punto entre 145 y 5000 lbr/plg* (entre 1 y 35 MPa). En algunas aplicaciones especiales, la presión de operación puede subir hasta 10,000 lb/plg* (70 MPa). Es común una combinación de sistemas electrónicos e hidráulicos debido a que así se combinan las ventajas del control electrónico y la potencia hidráulica.

Ventajas1. El fluido hidráulico funciona como lubricante, además de disipar el calor

generado en el sistema hacia un intercambiador de calor conveniente. 2. Los actuadores hidráulicos de un tamaño comparativamente pequeño

pueden desarrollar fuerzas o pares grandes. 3. Los actuadores hidráulicos tienen una velocidad de respuesta más alta para

arranques, paros e inversiones de velocidad rápidos.

4. Los actuadores hidráulicos operan sin daño bajo condiciones continuas, intermitentes, invertidas y de pérdida de velocidad.

5. La disponibilidad de actuadores lineales y rotacionales aporta flexibilidad al diseño.

6. Debido a los bajos escurrimientos en los actuadores hidráulicos, la disminución de la velocidad cuando se aplica una carga es pequeña.

Desventajas1. No es tan sencillo contar con la potencia hidráulica como con la potencia

eléctrica. 2. El costo de un sistema hidráulico puede ser mas alto que el de un sistema

eléctrico comparable que realice una función similar. 3. Existen riesgos de incendio y explosión, a menos que se usen fluidos

resistentes al fuego. 4. Debido a que es difícil mantener un sistema hidráulico libre de

escurrimientos, el sistema tiende a ser complicado.

5. El aceite contaminado puede provocar fallas en el funcionamiento adecuado de un sistema hidráulico.

6. Como resultado de las características no lineales y otras condiciones complejas implícitas, el diseño de los sistemas hidráulicos complejos es muy complicado.

7. Por lo general, los circuitos hidráulicos tienen características deficientes de amortiguamiento. Si un circuito hidráulico no se diseña en forma adecuada, pueden ocurrir o desaparecer fenómenos inestables, dependiendo de las condiciones de operación.

ConsideracionesDado que la viscosidad del fluido hidráulico afecta de manera significativa los efectos del amortiguamiento y la fricción de los circuitos hidráulicos, deben realizarse pruebas de estabilidad a la temperatura de operación más alta posible. Observe que casi todos los sistemas hidráulicos son no lineales. Sin embargo, en ocasiones es posible linealizar los sistemas no lineales con el propósito de reducir su complejidad y permitir soluciones suficientemente precisas para gran parte de los propósitos.

Controladores hidráulicos integralesUn servomotor hidráulico es, en esencia, un amplificador y actuador de la potencia hidráulica, controlado por una válvula piloto.

En el análisis presente, suponemos que el fluido hidráulico es incompresible y que la fuerza de inercia del pistón de potencia y de la carga es insignificante en comparación con la fuerza hidráulica del pistón de potencia. También suponemos que la válvula piloto no tiene traslape y que la velocidad del flujo del aceite es proporcional al desplazamiento dela válvula piloto. La operación de este servomotor hidráulico es la siguiente. Si la entrada x mueve la válvula piloto a la derecha, se descubre el puerto II y, por tanto, se introduce aceite a alta presión en el lado derecho del pistón de potencia. Dado que el puerto 1 está conectado al puerto de drenaje, el aceite del lado izquierdo del pistón de potencia regresa al drenaje. El aceite que fluye hacia el cilindro de potencia está a alta presión; el aceite que fuera del cilindro de potencia hacia el drenaje está a baja presión. La diferencia resultante en la presión de ambos lados del pistón de potencia provocará que se mueva a la izquierda. Observe que el flujo de aceite q(kg/seg) por dt(seg) es igual al desplazamiento del pistón de potencia dy(m) por el área del pistón A(m2) por la densidad del aceite p(kg/ms).

Controladores hidráulicos proporcionales

Este servomotor se modifica en un controlador proporcional mediante un enlace de realimentación. El lado izquierdo de la válvula piloto está unido al lado izquierdo del pistón de potencia mediante un enlace ABC. En este caso, el controlador opera del modo siguiente. Si la entrada e mueve la válvula piloto a la derecha, se descubrirá el puerto II y el aceite a alta presión fluirá a través del puerto II hacia el lado derecho del pistón de potencia e impulsará éste a la izquierda. El pistón de potencia, al moverse a la izquierda, arrastrará con él el enlace de realimentación ABC, con lo cual moverá la válvula piloto a la izquierda.

Ejemplo: AmortiguadorEl amortiguador funciona como un elemento de diferenciación. Suponga que introducimos un desplazamiento escalón a la posición del pistón x. En este caso, el desplazamiento y iguala momentáneamente a x. Sin embargo, debido a la fuerza del resorte, el aceite fluirá a través de la resistencia R y el cilindro regresará a la posición.