Manual Hidraulica Maquinaria Pesada Caterpillar Finning
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2003
HIDRAULICA
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INTRODUCCION A LA HIDRAULICA
Conceptos de Fsicas
Fuerza = Es la causa que produce un cambio de direccin velocidad
Presin = Es la fuerza ejercida en un rea determinada
Trabajo = Es la fuerza necesaria para desplazar un elemento en unadistancia determinada
Flujo = Es el movimiento del liquido
Caudal = Es volumen desplazado en una unidad de tiempo
Area = Es la superficie largo X ancho
Volumen = Una rea por una altura
El empleo de los mandos hidrulicos se generaliza sobre toda las ramasde la Industria, esta nos permite llevar energa por diferentes circuitos conla perdida mnima, en lugares remotos de difcil acceso
Una definicin de hidrulica es: EL USO DE LOS LIQUIDOS PARAREALIZAR UN TRABAJO En el caso de Caterpillar en los equipos de movimiento de tierra
FORMA BASICA DE UN SISTEMA HIDRAULICO
La figura muestra un esquema de un sistema hidrulico bsico
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Actuamos con una fuerza sobre l embolo de una bomba simple. La fuerzadividida por la superficie nos da la presin ( P= F/A)Cuando ms se empuje l embolo, es decir cuando mayor es la fuerza,mas crecer la presin, que acta sobre la superficie, y puede levantar lacarga ( F= P x A)
Si la carga pertenece constante, la presin no aumentara mas, la presinse acomoda siempre a la resistencia que se opone al flujoDel liquido.
La carga puede ser movida solo si se logra alcanzar la presin requerida.La velocidad con que se mueve la carga depende solo del caudal que sesuministra al cilindro. En la figura ello implica que cuando ms rpido esdesplazado l embolo hacia abajo mayor es el caudal mayor es el caudalque llega al cilindro mayor es la velocidadEn la practica, sin embargo este sistema tiene que ser completado
Con elementos adicionales. Es necesario introducir dispositivos queinfluyen por ejemplo en el sentido de desplazamiento del cilindro, lavelocidad y la presin que puede soportar el sistema.PRINCIPIOS DE LA ENERGIA HIDRAULICA
Para un estudio detallado sobre el movimiento de los fluidos a presin entubera, seria necesario un tratamiento detenido y profundo. El presentetrabajo tan solo pretende ayudar a comprender el funcionamiento de los
circuitos oleodinamicos limitndose a recordar algunos fundamentosMAGNITUDES FUNDAMANTALESDefiniciones y reducciones del sistema internacional de Unidades ISOUna masa (en sentido de cantidad de materia) de 1 Kg. produce en latierra una fuerza de 1 Kg.Segn la Ley de Newton:
F= M x aFuerza = Masa x Aceleracion
Kg. m/ S 2
Segn el sistema antiguo se utilizaba la aceleracion de gravedad como aaceleracion
F= m x g1kp = 1 Kg. x 9,81 m/s2 = 9,81 Kg. x m/ s2
segn el sistema SI, se expresa la fuerza en Newton (N)
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1N = 1Kg x 1m / s2 = 1 Kg. X m/ s2 entonces es: 1Kp = 9,81 N
HIDROESTATICA
PRESION HIDROESTATICA
Una columna de liquido ejerce, por su propio peso,Una presin sobre una superficie en que acta. La presin es funcin dela columna en funcin de la altura de la columna (h), de la densidad (&) yde la aceleracion de gravedad (g)Presin = h x & x g
Si se toman recipientes de formas distintas y llenados con el mismoliquido, la presin ser funcin solamente de la altura
P1 = P2 =P3, A1=A2 =A3 LA FUERZA RESULTANTE
F1= F2= F3PRESION POR FUERZAS EXTERNAS (LEY DE PASCAL)
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Acta una fuerza externa F sobre una superficie A, se produce en lliquido una presinLa presin es funcin de la magnitud de la fuerza perpendicular alasuperficie
P= F/ALA PRESION SE DISTRIBUYE UNIFORMEMENTE EN TODOS LOS
SENTIDOS ES IGUAL EN TODOS LADOS
Esto ocurre despreciando la presin del peso del liquido que debe seradicionado en funsion de la alturaEsta presin, en relacin a las presiones con que se trabajan en lahidrulica, se puede despreciar; por ejemplo:
10m de columna de agua =1 bar
TRANSMISION HIDRAULICA DE FUERZA
Dado que la presin se distribuye uniformemente en l liquido, la forma delrecipiente no tiene ninguna influencia.
Para poder analizar la presin resultante por la accin de una fuerzaexterna tomamos como ejemplo el sistema mostrado en la figura
Si actuamos con la fuerza F1 sobre la superficie A1 producimos la presin:
P= F1/A1
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F1= F2 = F
P1 x A1 = P2 x A2
Entonces P1 x A1 = F1 P2 x A2 = F2
P1 / P2 = A2 / A1
En conclusin la presin es inversamente proporcional a la superficie
HIDRODINAMICA
Ecuacin del flujo
Si un liquido fluye por un tubo de seccin variable, el volumen que pasapor unidad de tiempo es el mismo, independiente de la seccin
La velocidad del flujo varia
Caudal Q = V/ t
Q = caudalV = volumen
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T = tiempoA = superficieS = espacio
V = A x S
Reemplazando Q = A x S / tEl espacio S en el tiempo es = velocidad v = S/t
Obtenemos Q = A x v
Ecuacin de continuidad
A1 x v1 A2 x v2 Q1 = Q2
Ecuacin de la energa de Bernoulli
Esta ecuacin nos dice que en un flujo la energa permanece constantesiempre que no haya intercambio con el exterior
La energa total esta compuesta por:
Energa potencial = energa de posicin en funcin de la altura de lacolumna del fluido. Energa de presin ( presin esttica) al energa Cinemtica =energa del movimiento en funcin de la velocidad
del flujo Presin dinmicaEcuacin de Bernoulli
g x h + P/ & + v2 / 2 = cte.
la relacin a la energa de presin es:
Pt = Pst + & + g x h + &/ 2 x v2
Pt = presin totalPst = presin esttica& x g x h = presin de la columna del fluido&/2 x v2 = presin dinmica
Observando la ecuacin de continuidad y energa podemos deducir:
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Cuando disminuye la seccin del pasaje aumenta la velocidad y por lotanto le energa cintica tambin aumenta
Dado que la energa total permanece constante es necesario que reduzcanla energa de posicin energa de presin o ambas
La energa de posicin varia en forma despreciable en estos casos.
Por lo tanto, tiene que variar la presin esttica; varia en funcin de lapresin dinmica y esta es a la vez funcin de la velocidad
En una instalacin hidrulica es importante la energa de presin ( presinesttica). la energa de posicin y la energa cintica son muy pequeas y
se desprecian
Perdida de energa por friccinEstando l liquido en reposo, las presiones son iguales antes, durante ydespus de una estrangulacin; son iguales a lo largo de toda la tuberaSi un liquido fluye en un sistema en un sistema se produce calor por lafriccin y se pierde energa en forma de energa trmica; significando elloperdida de presin (figura anterior)La energa hidrulica no se puede trasmitir sin perdidas. Las perdidas por
friccin dependen deLongitud de la tuberaRugosidad de la tuberaCantidad de codos y curvasSeccin de la tuberaVelocidad del flujo
Tipos de flujos
Los flujos laminaresEn el flujo laminar las partculas del liquido de mueven formando capasque se deslizan ordenadamente hasta una cierta velocidad No hayinterferencia entre las partculas ni tampoco se influyen en el movimiento
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momentneamente antes que la vlvula de alivio comience a liberar la altapresinComo resultado es un aumento exagerado de la presin en el sistema estosuperior a la presin de ajuste de la vlvula de alivioEsta s La Presin de Oleaje
Esta presin de oleaje produce generacin de cavitacin y aumento detemperatura
CausasEl paro abrupto de la vlvula de controlMovimientos bruscos de las vlvulas de control
Componentes de los circuitos Hidrulicos
Estanque = Almacena l liquida, disipa calor pueden ser Abiertos, o presurizados
Conductos = Lneas que transportan l liquido pueden serflexibles o rgidas
Bomba = Permite colocar en movimiento l liquido transforman laenerga mecnica en energa hidrulicapueden ser, paleta, pistones, engranaje, centrifugas
Vlvulas = Controlan la direccin del flujo, la presin y caudales
Accionadores = Permiten realizar el trabajo transforman la energahidrulica
en energa mecnica, motores, cilindros
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Estanque
Partes principales de un estanque
1. - Rejilla de llenado, 2. - Filtro de Retorno 3. - Mirilla, 4. - Salida Bomba 5. - TapnMagntico 6. - Retormo 7. - Deflector 8. - Vlvula de Alivio 9. - Respiradero1. - Rejilla de Llenado =---------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------
2. - Filtro de retorno =---------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------
3. - Mirilla = --------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------
4. - Salida a la Bomba =---------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------
5. - Tapn magntico =---------------------------------------------------------------------------------- -----------------------------------------------------------------------------------
6. - Retorno =--------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------
7. - Deflector =--------------------------------------------------------------------------------- -----------------------------------------------------------------------------------
8. - Vlvula de Alivio =---------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------
9. -Respiradero =--------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------
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CONDUCTOS
Los conductos son los encargados de trasnportar los lquidos de un lugar aotro, pueden ser rgidos como caeras y flexibles como las mangueras;estas ultimas tienen diferentes materiales dependiendo del tipo de liquido y
presiones que deben soportar Mangueras
Nomenclatura capa interior
Refuerzos capa amortiguadora Caera
Bombas
Existen diferentes tipos de bombas
Bomba de engranaje, Caractersticas Estas bombas son de bajo costo, aceptan impurezas son
desplazamiento fijo y positivo
CAERIAS
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ACUMULADORES
Existen tres tipos de acumuladores, cargado por resortes peso y gas
Resorte Gas Peso
Vlvulas
Las vlvulas se identifican en tres categoras, en reguladoras depresin, direcciones, y reguladoras de flujo
Vlvula de alivio principal Son vlvulas que limitan la presin mxima en un sistemaestas pueden ser piloteadas o no
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Vlvula de alivio de lneaSon semejantes a las vlvulas de alivio principal pero son
por lo general ajustadas aun valor mayor que la de alivio principalpermitiendo que se abran por golpes externos, cuando la vlvuladirecciones se mantiene cerradaEn ocasiones tambin las encontraremos ajustadas a menorpresin y se encuentran en determinados sistemas dondeprotegeremos los implemento
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Vlvulas de carreteLas vlvulas de carrete permiten direccional el caudal a distintos
circuitos, son cilindros de diferentes dimetros mecanizados enun eje,
estos pueden tener muescas longitudinales que le permiten tenerun mejor control sobre el implemento
Las ranuras de regulacin permiten el paso del flujo en formagradual y no en forma abrupta, sin impacto
Ranuras de regulacin
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Las ranuras en el manto del cilindro permiten mantener lalubricacin y centra los carretes
Vlvula unidireccional (check) Son vlvulas que permiten el flujo en un solo sentido
Ranuras en el manto del cilindro
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Vlvulas en paraleloEn este tipo de vlvulas se disponen en paralelo y todos loscarretes pueden operara independientemente a estaconfiguracin se llama en paralelo
Vlvulas en serie En este sistema los implementos no se podrn mover todos almismo tiempo uno tendr dominio sobre el otro
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Grfica de sistemas en serie y paralelo
SISTEMA ISO HIDRAULICO
La representacin ISO (Organizacin s Estndar Internacional)permite internacionalizar la representacin de vlvulas ycomponentes de sistema Ole- hidraulico, y de aire que son muy
semejantesLos smbolos grficas pueden ser usados Uso de un lenguaje comn Explicar el funcionamiento y operacin Localizacin de problemas y servicio
Los smbolos grficos no indican Posicin de actuador
Localizacin de las lumbreras Cambio de posicin de las vlvulas
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MOMENCLATURA DE LOS COLORES
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ConductosCaeras, tuberas y mangueras
Uniones y cruces de onductos
Smbolos Bsicos
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Smbolos auxiliaras
Smbolos de controles manuales
Controles hidrulicos
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Acondicionadores de fluido
Cilindros
Bombas
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Motores
Vlvulas
Vlvulas de alivio
Vlvula reductora
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Vlvula diferencial
Vlvula unidireccinal
La vlvula compensadora es igual a una unidireccional con ladiferencia que tiene un resorte de baja tensin (2 Psi aprox.)Y un rea expuesta en la parte de retorno, permite que el aceitede retorno suministre por una falta de aceite, ( efecto jeringa;nombre en ingles makeup)
Vlvula alivio de lneaLa vlvula de alivio de lnea es una combinacin entre unavlvula de alivio y una compensadora
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Vlvula lgica Cohete
Sistema de carga sentida y Presin compensada
Carga sentidaDefinicin (L.S.)
ES UN SISTEMA DE CONTROL DONDE LA PRESIN A LASALIDA DE LA BOMBA SE MANTIENE SOBRE LA PRESINREQUERIDA Y DETERMINADA POR LA CARGA
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Sistema de presin compensadaDefinicin (P.C.)
ES UN SISTEMA DE CONTROL EN EL CUAL MANTIENE UNAVELOCIDAD DEL IMPLEMENTO EN UNA VELOCIDADCONSTANTE PARA UNA POSICIN DE LA PALANCA
Estos dos sistemas de control pueden ser aplicados en conjunto
como separados
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CARGA
SENTIDA/PRESION
COMPENS
ADA
HIDRAULICA
(LS/PC)
&
COMPENSAC
ION
HIDRAULICA
DEPR
IORIDAD
DE
PRESION
PROPO
RCIONAL(PPPC)
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ORIFICIO
VALVUL
A
REDUCTORA
PRES
ION
VAL
VULA
DE
CONTRO
LDEFLU
JO
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VALVUL
A
REDUCTORA
PRES
ION
VALV
ULA
CONTROL
P
RINCIPAL
DOBLE
CHECKVALV
ULA
PASAJE
SEAL
BOMBAS
ISTEM
A
DECONTRO
LDEFLUJOC
OMPENSADA
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MOTOR
BOMBA
DISPLAZAMIENTO
FIJO
CENTROC
ERRADO
VALVULA
DECONTROL
2700P
SI
RESORTE
DO
BLE
CHECKVALVULA
VALVULA
RED
UCTORA
DEPRESION
50PSI
RESORTE
CARGA
PRESIO
N
COMPENSA
DA
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R
ED
DESEAL
DELASRESO
LVER
SIGNAL
2700PSI
RESORTE
200PSI
RESORTE
A
B
CARGA
CARGA
MOTOR
VALVULA
CONTROL
FLUJO
RESOLVER
RESOLVER
RESOLVER
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BOOM
PRIMARIA
RESOLVER
SECUNDARIA
RESOLVER
A
LOSIMPLEMENTOS
VALVULASDECONTROL
RE
D
DESEALES
SWING
BUCKET
STICK
RIGHT
ST
ABILIZER
LEFT
STABILIZER
2700PSI
RESORTE
200PSI
RESOTE
MOTOR
VALVULA
CONTROL
FKUJO
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BOMB
A
DEDESPLAZAMIEN
TOV
ARIAB
LEA
SALIDA
DELA
BOMBA
ACTUADOR
ACTUADOR
P
LATO
EJE
COMPENSADOR
DEPRESION
(P
RESSURECUT-OFF)
COMPENSADOR
DEFLUJO
(MARGINAL)
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MOTOR
BOMBA
DESPLAZAMIENTO
FIJA
VALVULA
CENTROC
ERRADO
2700
PSI
RESO
RTE
DOBLE
CHECK
50PSI
RESORTE
200PSI
RESORTE
CARG
A
CA
RGA
SENTIDA/PRESION
COM
PESADA
VALVULA
CONTROL
FLUJO
VALVULA
REDUCTORA
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ENGINE
BOMBA
DISPLAZAMIENT
O
VARIABLE
CENTROCE
RRADO
DOBLE
CHECK
VAL
VULA
REDUCTOR
A
DEPRESION
50PSI
RESORTES
VALVULAS
CONTROL
LOAD
CAR
GA
SENTIDA
/PRESION
COMPENSADA
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MOTOR
2700PSI
RESORTE
200PSI
RESORTE
CARGA
SENT
IDA
OPERANDOD
OSVALVULA
A
B
C
ARGA
CARGA
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CA
RGA
SENTIDA
/PRESION
CO
MPENSADA
DOSVALVULA
OPERANDO
MOTOR
2700PSI
RESORTE
50PSI
RESORTE
200PSI
RESORTE
50PSI
R
ESORTE
CARGA
CARGO
A
B
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SISTEM
A
HIDRAULIC
OP
PPC
DOSVALVUL
A
OPERANDO/
FLUJON
ECESARIO
BOMBA
LIMITADORA
PRE
SION
2000
PSI
1000
PSI
50PSI
RESORTE
50PSI
RESORTE
VALVEA
VALVEB
400PSI
MARGEN
RESORTE
32
00PSI
RESORTE
VALVULA
COMPENSADA
PILOTO
PILOTO
SEAL
PASAJE
ALIMENTACION
DIRECCIONAL
30GPM
10GPM
FLUJO
REQUERIDO
10
GPM
F
LUJO
R
EQUERIDO
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