Texto Básico de Electroneumática y Oleohidráulica
Tomo 2
Ing. MSc. Pablo E Montalvo Jaramillo
ii
IInngg.. PPaabblloo EE MMoonnttaallvvoo JJaarraammiilllloo
iii
Índice.
Contenido
HHIIDDRRÁÁUULLIICCAA ....................................................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................. 3
Transformación de la energía en una instalación hidráulica. .......................................................................... 5
MASA, PRESIÓN, FUERZA ............................................................................................................... 5
PRESIÓN HIDROSTÁTICA ............................................................................................................... 7
PRESIÓN POR FUERZAS EXTERNAS ............................................................................................ 8
TRANSMISIÓN HIDRÁULICA DE FUERZAS ................................................................................ 9
PRINCIPIO DE LA TRASMISIÓN DE PRESIÓN ........................................................................ 11
HIDRODINÁMICA ........................................................................................................................... 12
Ecuaciones del flujo ..................................................................................................................................... 12
Ecuación de continuidad ............................................................................................................................. 13
Ecuación de la energía ................................................................................................................................. 13
PÉRDIDA DE ENERGÍA POR FRICCIÓN .................................................................................... 15
Tipos de flujo .............................................................................................................................................. 15
a) Flujo laminar ................................................................................................................................................. 15
b) Flujo turbulento ............................................................................................................................................ 16
SISTEMA HIDRÁULICO ................................................................................................................. 16
PLANO DE CONEXIONES DE UN CIRCUITO HIDRÁULICO .................................................. 19
iv
FLUIDOS HIDRÁULICOS ............................................................................................................... 21
Misión de un fluido en oleohidráulica .......................................................................................................... 21
Fluidos Empleados ....................................................................................................................................... 22
Generalidades ............................................................................................................................................. 24
Exigencias a los fluidos hidráulicos ............................................................................................................... 24
Resumen de fluidos hidráulicos de uso corriente .......................................................................................... 45
Ejemplo para la selección de componentes hidráulicos adecuados ................................................................. 46
Rango de temperatura del fluido hidráulico y rango de viscosidad de los componentes hidráulicos necesarios
........................................................................................................................................................................... 48
BOMBAS Y MOTORES HIDRÁULICOS ....................................................................................... 50
Hidrobombas ............................................................................................................................................... 50
Bomba de engranajes con dentado exterior ................................................................................................. 52
Bombas de paletas ...................................................................................................................................... 53
Bombas V4 .................................................................................................................................................. 56
Bombas de pistones radiales ........................................................................................................................ 58
Bomba helicoidal ......................................................................................................................................... 60
MOTORES HIDRÁULICOS ............................................................................................................. 61
Principios constructivos ................................................................................................................................ 61
Motores a engranajes .................................................................................................................................. 65
Motores LSHT (Motores hidráulicos de marcha lenta) .................................................................................. 66
Motores hidráulicos según el principio de engranajes planetarios con eje central ......................................... 66
Motores hidráulicos según el principio de engranajes planetarios con eje cardánico ..................................... 69
Principio de motores de pistones de carrera múltiple ...................................................................................... 70
Motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple .............................................................. 75
MÁQUINAS DE PISTONES AXIALES ........................................................................................... 84
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v
De eje inclinado .......................................................................................................................................... 84
Principio de eje inclinado .................................................................................................................................. 84
Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una unidad constante ........................................... 84
Descripción del funcionamiento ....................................................................................................................... 86
Fuerzas del grupo motor ................................................................................................................................... 89
Tipos constructivos ........................................................................................................................................... 92
Símbolos ............................................................................................................................................................ 94
Placa inclinada ............................................................................................................................................ 94
Principio de placa inclinada ............................................................................................................................... 96
Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una bomba variable .............................................. 97
Fuerzas del grupo motor ................................................................................................................................. 100
El grupo motor de placa inclinada .................................................................................................................. 101
Tipo constructivos ........................................................................................................................................... 102
Símbolos .......................................................................................................................................................... 103
Motores y bombas constantes en construcción de eje inclinado ................................................................ 104
Motor constante ............................................................................................................................................. 104
Bomba constante ............................................................................................................................................ 105
Bomba constante para camiones .................................................................................................................... 105
El motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto y cerrado ..................................... 106
CILINDROS ...................................................................................................................................... 107
Cilindros hidráulicos (motores lineales) ..................................................................................................... 107
Funciones y clases ........................................................................................................................................... 107
Cilindro de acción simple ........................................................................................................................... 107
Embolo buzo o sumergido .............................................................................................................................. 108
Cilindro con resorte de retorno ...................................................................................................................... 108
Cilindro de acción doble .................................................................................................................................. 108
Cilindro con barra simple ................................................................................................................................ 108
Cilindro con barra pasante .............................................................................................................................. 109
Otros tipos de cilindros ................................................................................................................................... 116
VÁLVULAS DE CAUDAL .............................................................................................................. 119
Válvulas estranguladoras de caudal ........................................................................................................... 119
vi
Válvulas estranguladoras de caudal fijo (bidireccional) .................................................................................. 119
Válvulas estranguladoras de caudal variable (bidireccionales) ....................................................................... 120
Símbolo ............................................................................................................................................................ 121
Válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional) ........................................................................ 121
Válvulas reguladoras de caudal .................................................................................................................. 124
Regulación del caudal en función de la variación de presión .......................................................................... 124
VÁLVULAS DE PRESIÓN ............................................................................................................. 127
Definición y clases ..................................................................................................................................... 127
Válvulas reductoras de presión .................................................................................................................. 127
Válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías .............................................................................. 128
Válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías ........................................................................... 129
Válvulas limitadoras de presión ................................................................................................................. 131
Válvula limitadora de presión (mando directo)............................................................................................... 131
Válvula limitadora de presión (mando indirecto) ........................................................................................... 134
Válvulas de secuencia ...................................................................................................................................... 137
VÁLVULAS DE RETENCIÓN .......................................................................................................................... 142
VÁLVULAS DE RETENCIÓN ANTIRRETORNO SIMPLE ....................................................................................... 142
Antíretorno con apertura hidráulica ............................................................................................................... 143
Doble antíretorno con apertura hidráulica ..................................................................................................... 147
Válvula de prellenado ...................................................................................................................................... 149
VÁLVULAS DIRECCIONALES .................................................................................................... 152
Válvulas direccionales de asiento ............................................................................................................... 153
Válvulas direccionales de corredera ........................................................................................................... 157
Válvulas direccionales de corredera con mando directo ................................................................................ 162
Válvulas direccionales de corredera ‐ Datos Técnicos .................................................................................... 168
Válvula direccional de corredera mando indirecto (piloteadas) ..................................................................... 169
Válvulas direccionales de corredera ‐ Datos Técnicos .................................................................................... 178
ACUMULADORES ......................................................................................................................... 179
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vii
Datos técnicos para la selección de los distintos tipos acumuladores hidráulicos. ........................................ 181
Diversos tipos de acumuladores hidráulicos ................................................................................................... 181
CIRCUITOS TIPO ......................................................................................................................... 183
ESQUEMA 1.‐ MANDO DE UN CILINDRO .................................................................................................... 183
ESQUEMA 2.‐ MANDO DE UN CILINDRO CON PUESTA EN DESCARGA DE LA BOMBA A TRAVÉS DEL CENTRO
DEL DISTRIBUIDOR .................................................................................................................................... 184
ESQUEMA 3.‐ MANDO DE UN CILINDRO CON INVERSIÓN MECÁNICA ACCIONADO POR EL MISMO CILINDRO
................................................................................................................................................................. 185
ESQUEMA 4.‐ PUESTA A DESCARGA DE UNA BOMBA CONTROLANDO LINEA DE "VENTING" DE LA VÁLVULA
LIMITADORA DE PRESIÓN .......................................................................................................................... 186
ESQUEMA 5.‐ SELECCIÓN DE LA UTILIZACIÓN DISTINTOS VALORES DE PRESIÓN EN LA UTILIZACIÓN .......... 187
ESQUEMA 6.‐ CIRCUITO CON DOS BOMBAS Y SELECCIÓN MANUAL ........................................................... 189
ESQUEMA 7.‐ CIRCUITO CON DOS BOMBAS CON SELECCIÓN AUTOMÁTICA ............................................... 190
ESQUEMA 8.‐ CIRCUITO REGENERADO ...................................................................................................... 191
ESQUEMA 9.‐ CIRCUITO REGENERADO / CIRCUITO NORMAL CON CAMBIO DE MANDO ............................. 192
ESQUEMA 10.‐ CIRCUITO REGENERADO/NORMAL CON CAMBIO AUTOMÁTICO ......................................... 193
ESQUEMA 11.‐ ACUMULADOR CON PUESTA EN DESCARGA DE LA BOMBA POR MEDIO DEL PRESOSTATO .. 194
ESQUEMA 12.‐ ACUMULADOR CON PUESTA EN DESCARGA Y CARGA AUTOMÁTICA .................................. 195
ESQUEMA 13.‐ CONTROL DE CAUDAL A LA ENTRADA EN LA UTILIZACIÓN .................................................. 196
ESQUEMA 14.‐ CONTROL DE CAUDAL A LA SALIDA EN LA UTILIZACIÓN ..................................................... 197
ESQUEMA 15.‐ CONTROL DE CAUDAL POR SUBSTRACCIÓN (O DERIVACIÓN) .............................................. 198
ESQUEMA 16.‐ CONTROL DE CAUDAL A LA SALIDA DE LA BOMBA CON PRESIÓN DE ESTA IGUAL A LA
REQUERIDA EN LA UTILIZACIÓN ................................................................................................................ 199
ESQUEMA 17.‐ CONTROL DE CAUDAL EN ENTRADA CON CONTRAPRESIÓN EN SALIDA .......................... 200
ESQUEMA 18.‐ CONTROL DE UNIDAD CON AVANCE RÁPIDO, LENTO DE TRABAJO, Y RETROCESO ............... 201
viii
ESQUEMA 19.‐ CONTROL DE UNIDAD CON AVANCE RÁPIDO EN CIRCUITO REGENERADO, LENTO DE TRABAJO
EN CIRCUITO NORMAL ............................................................................................................................... 202
ESQUEMA 20.‐ FUNCIONAMIENTO DE DOS CILINDROS EN SECUENCIA........................................................ 203
ESQUEMA 21.‐ REDUCCIÓN DE PRESIÓN EN UNA RAMA DEL CIRCUITO....................................................... 204
ESQUEMA 22.‐ DESCENSO CONTROLADO DE UNA CARGA VARIABLE (CON PRESIÓN MÍNIMA SOBRE LA
BOMBA) .................................................................................................................................................... 205
ESQUEMA 23.‐ CARGA CONSTANTE INDEPENDIENTEMENTE SI EL PISTÓN SALE .......................................... 206
ESQUEMA 24.‐ CIRCUITO CERRADO ............................................................................................................ 208
ESQUEMA 25.‐ CONEXIÓN EN PARALELO .................................................................................................... 209
ESQUEMA 26.‐ CONEXIÓN EN SERIE ........................................................................................................... 210
ESQUEMA 27A.‐ FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS .............................................................. 211
ESQUEMA 27B.‐ FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS............................................................... 212
ESQUEMA 27C‐ FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS ................................................................ 213
ESQUEMA 28.‐ CIRCUITO DE SEGURIDAD PARA BLOQUEO ACUMULADOR .................................................. 214
ESQUEMA 29.‐ CIRCUITO DE FRENADO ...................................................................................................... 215
ESQUEMA 30.‐ CIRCUITO DE DESCOMPRESIÓN .......................................................................................... 217
ESQUEMA N° 31.‐ MULTIPLICADORES DISCONTINUOS 0 DE ÚNICA CARRERA .............................................. 220
ESQUEMA Nº 32.‐ MULTIPLICADOR CONTINUO ALTERNATIVO ................................................................... 222
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Índice de Figuras
Figura 2 Tipos de presión ........................................................................................................... 7
Figura 3 Presión hidrostática ...................................................................................................... 8
Figura 4 Principio de Pascal ....................................................................................................... 8
Figura 5 Trasmisión hidráulica ................................................................................................... 9
Figura 6 Trasmisión de presión ................................................................................................ 11
Figura 7 Tubo Venturi .............................................................................................................. 12
Figura 8 Variación de la presión en función de la velocidad ................................................... 14
Figura 9 Perdidas de presión por rozamiento ........................................................................... 15
Figura 10 Flujo laminar ............................................................................................................ 16
Figura 11 Flujo turbulento ........................................................................................................ 16
Figura 12 Sistema hidráulico .................................................................................................... 16
Figura 13 Esquema de funcionamiento de un sistema hidráulico ............................................ 19
Figura 14 Plano de conexiones de un sistema hidráulico ......................................................... 20
Figura 15 Índice de viscosidad ................................................................................................. 27
Figura 16 Tensión de vapor ...................................................................................................... 28
Figura 17 Viscosímetro de Engler ............................................................................................ 30
Figura 18 Curvas viscosidad-temperatura de los aceites de la empresa Nacional Calvo Sotelo
y de la compañía Española de petróleos ................................................................................... 35
Figura 19 Diagrama viscosidad-temperatura .......................................................................... 36
Figura 20 Aceites, temperatura y viscosidad ............................................................................ 47
x
Figura 21 Bomba de engranajes dentado exterior .................................................................... 52
Figura 22 Símbolo de una bomba hidráulica ........................................................................... 53
Figura 23 Bomba de paletas ..................................................................................................... 54
Figura 24 Bomba V4 ................................................................................................................ 57
Figura 25 Símbolo bomba V4 .................................................................................................. 57
Figura 26 Bomba de pistones radiales ..................................................................................... 59
Figura 27 Bomba de tornillo helicoidal ................................................................................... 60
Figura 28 Motor de engranajes ................................................................................................ 62
Figura 29 Motor de rueda planetaria ........................................................................................ 62
Figura 30 Motor de paletas ...................................................................................................... 62
Figura 31 Motor de pistones .................................................................................................... 62
Figura 32 Motor de pistones radiales ....................................................................................... 63
Figura 33 Motor de pistones axiales con eje inclinado ............................................................ 63
Figura 34 Motor de pistones axiales con placa inclinada ........................................................ 63
Figura 35 Motor de pistones axiales de carrera múltiple con eje fijo ...................................... 64
Figura 36 Motor de pistones axiales de carrera múltiple con carcasa fija ............................... 64
Figura 37 Motores a engranajes ............................................................................................... 65
Figura 38 Esquema motor a engranajes ................................................................................... 66
Figura 39 Motores LSHT ......................................................................................................... 67
Figura 40 Esquema de Motores LSHT .................................................................................... 67
Figura 41 Placa de mando con sus ranuras .............................................................................. 68
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Figura 42 Motores LSHT ......................................................................................................... 68
Figura 43 motor de engranajes planetarios con dos extremos de eje, tipo MZD ..................... 69
Figura 44 Motor hidráulico según el principio de engranajes planetarios con eje cardánico .. 70
Figura 45 Motor de pistones de carrera múltiple ...................................................................... 71
Figura 46 Apoyo del pistón a través de una bola sobre la curva de carrera. ............................. 71
Figura 47 Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con carcasa
rotatoria ..................................................................................................................................... 72
Figura 48 Motor insertable sin carcasa ..................................................................................... 73
Figura 49 Motor de pistones axiales con carcasa rotatoria ....................................................... 73
Figura 50 Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con eje rotatorio .. 74
Figura 51 Esquema de un motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con
eje rotatorio ............................................................................................................................... 74
Figura 52 Motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple ....................... 75
Figura 53 Esquema de motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple ... 75
Figura 54 Pistones radiales ....................................................................................................... 76
Figura 55 Motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones ......... 77
Figura 56 Esquema de un motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los
pistones ..................................................................................................................................... 78
Figura 57 Esquema de un motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los
pistones sobre anillos ................................................................................................................ 79
Figura 58 Esquema de un motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los
pistones sobre superficies esféricas .......................................................................................... 80
Figura 59 Motor de pistones radiales con cilindrada variable .................................................. 81
xii
Figura 60 Esquema de un motor de pistones radiales con cilindrada variable ........................ 81
Figura 61 Esquema de funcionamiento de un motor de pistones radiales con cilindrada
variable ..................................................................................................................................... 82
Figura 62 Captador de carrera ................................................................................................... 83
Figura 63 Máquina de pistones axiales .................................................................................... 84
Figura 64 Diagrama de una máquin de pistones axiales .......................................................... 84
Figura 65 Funcionamiento de una máquinas de pistones axiales ............................................ 85
Figura 66 Descripción del funcionamiento de una máquina de pistones axiales ..................... 86
Figura 67 Descomposición de fuerzas en la brida motriz de la bomba de pistones axiales .... 89
Figura 68 Descomposición de fuerzas en la brida motriz ........................................................ 90
Figura 69 Descomposición de fuerzas en la placa de mando con su superficie esférica ......... 90
Figura 70 Mecanismo motor de pistones cónicos de eje inclinado en tecnología de 40o con
ángulo fijo de basculamiento. .................................................................................................. 91
Figura 71 Unidad constante tipo A2F ...................................................................................... 93
Figura 72 Unidad variable A7VO ............................................................................................ 93
Figura 73 Motor de pistones axiales de placa inclinada .......................................................... 94
Figura 74 Principio de funcionamiento de la placa inclinada .................................................. 95
Figura 75 Principio de placa inclinada ..................................................................................... 96
Figura 76 Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una bomba variable ....... 97
Figura 77 Fuerzas del grupo motor ........................................................................................ 100
Figura 78 Descomposición de fuerzas del grupo motor ........................................................ 101
Figura 79 Representación en forma simplificada de las fuerzas en la placa inclinada .......... 101
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Figura 80 Descomposición de las fuerzas del pistón .............................................................. 101
Figura 81 Bomba variable tipo A4VG para circuito cerrado ................................................. 102
Figura 82 Bomba variable tipo A10VO circuito abierto ........................................................ 103
Figura 83 Motor constante de eje inclinado ........................................................................... 104
Figura 84 Bomba constante de eje inclinado .......................................................................... 105
Figura 85 Símbolos de una bomba hidráulica ........................................................................ 105
Figura 86 El motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto y cerrado
................................................................................................................................................ 106
Figura 87 Símbolo de un motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto
y cerrado ................................................................................................................................. 107
Figura 88 Cilindro de simple efecto de buzo o sumergido ..................................................... 108
Figura 89 Cilindro se simple efecto con resorte de retorno .................................................... 108
Figura 90 Cilindro de doble efecto ......................................................................................... 109
Figura 91 Cilindro con barra pasante o doble vástago ........................................................... 109
Figura 92 Cilindros de doble efecto construidos con tirantes ................................................ 111
Figura 93 Partes de un cilindro de doble efecto ..................................................................... 111
Figura 94 Construcción de cilindros de doble efecto con extremos roscados ........................ 113
Figura 95 Partes de un cilindro de doble efecto con extremos o culatas roscadas ................. 113
Figura 96 Amortiguación regulable en el pie de cilindro ....................................................... 115
Figura 97 Símbolo de un cilindro de doble efecto con amortiguación regulable ................... 116
Figura 98 Cilindro tándem ...................................................................................................... 116
Figura 99 Cilindro telescópico ............................................................................................... 117
xiv
Figura 100 Cilindro telescópico de doble efecto ................................................................... 118
Figura 101 Válvulas de caudal ............................................................................................... 119
Figura 102 Válvulas estranguladoras de caudal variable (bidireccionales) ........................... 121
Figura 103 Símbolo de una válvula estranguladora de caudal variable (bidireccional) ........ 121
Figura 104 Válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional) ............................ 122
Figura 105 Válvula estranguladora de caudal variable (unidireccional) tipo brida ............... 122
Figura 106 Esquema de válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional) ......... 123
Figura 107 Símbolo de una válvula estranguladora de caudal variable (unidireccional) ...... 124
Figura 108 Regulación del caudal en función de la variación de presión .............................. 125
Figura 109 Principio de la válvula reguladora de flujo de 2 vías con compensador de presión
preconectado .......................................................................................................................... 126
Figura 110 Símbolo de la válvula reguladora de flujo de 2 vías con compensador de presión
preconectado .......................................................................................................................... 126
Figura 111 Esquema de una válvula reductora de presión ..................................................... 127
Figura 112 Válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías ...................................... 128
Figura 113 Esquema de una válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías ........... 129
Figura 114 Símbolos de una válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías ........... 129
Figura 115 Válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías ................................... 130
Figura 116 Símbolo de la válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías ............ 131
Figura 117 Válvula limitadora de presión demando directo .................................................. 131
Figura 118 Principio de funcionamiento de la válvula limitadora de presión demando directo
................................................................................................................................................ 132
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Figura 119 Esquema de la válvula limitadora de presión demando directo ........................... 133
Figura 120 Símbolo de la válvula limitadora de presión demando directo ............................ 134
Figura 121 Válvula limitadora de presión de mando indirecto .............................................. 134
Figura 122 Esquema de la válvula limitadora de presión de mando indirecto ....................... 135
Figura 123 Principio de funcionamiento de una válvula limitadora de presión ..................... 136
Figura 124 Símbolo de una válvula limitadora de presión ..................................................... 136
Figura 125 Válvula de secuencia ............................................................................................ 137
Figura 126 Las válvulas de secuencia de mando directo ........................................................ 138
Figura 127 Símbolo de la válvula de secuencia de mando directo ......................................... 138
Figura 128 Válvula de secuencia precomandadas ................................................................. 139
Figura 129 válvula de circulación .......................................................................................... 140
Figura 130 Válvula de secuencia precomandada; alimentación interna de aceite piloto,
descarga interna de aceite piloto ............................................................................................. 140
Figura 131 Válvula de secuencia precomandada; alimentación externa de aceite piloto,
descarga interna de aceite piloto ............................................................................................. 141
Figura 132 Válvula de secuencia precomandada; alimentación interna de aceite, descarga
externa de aceite piloto ........................................................................................................... 141
Figura 133 Válvula de secuencia precomandada; alimentación externa de aceite piloto,
descarga externa de aceite piloto ............................................................................................ 141
Figura 134 Válvula de retención ............................................................................................ 142
Figura 135 Esquema de la válvula de retención o antíretorno ............................................... 142
Figura 136 Válvula con obturador de bola ............................................................................. 143
Figura 137 Símbolo de la válvula de retención o antiretorno ................................................. 143
xvi
Figura 138 Antíretorno con apertura hidráulica ..................................................................... 143
Figura 139 Antíretorno sin conexión para fugas .................................................................... 144
Figura 140 Válvula antíretorno piloteada .............................................................................. 144
Figura 141 Símbolo de la válvula antíretorno piloteada ........................................................ 145
Figura 142 Esquema de aplicación de la válvula antíretorno piloteada ................................. 145
Figura 143 Válvula antíretorno con conexión para fugas ...................................................... 146
Figura 144 Símbolo de la válvula antíretorno piloteada con conexión para fugas ................ 146
Figura 145 Esquema de aplicación de la válvula antíretorno piloteada con conexión para fugas
................................................................................................................................................ 147
Figura 146 Doble antíretorno con apertura hidráulica ........................................................... 147
Figura 147 Símbolos de una válvula de doble antíretorno con apertura hidráulica ............... 148
Figura 148 Esquema de aplicación de una válvula de doble antíretorno con apertura hidráulica
................................................................................................................................................ 148
Figura 149 Válvula de prellenado .......................................................................................... 149
Figura 150 Esquema de una válvula de prellenado ................................................................ 150
Figura 151 Esquema de aplicación de una válvula de prellenado ......................................... 151
Figura 152 Símbolo de una válvula direccional 2/2 normalmente abierta ............................ 152
Figura 153 Símbolo de una válvula 4/3 con centro en H ....................................................... 153
Figura 154 Válvula direccional de asiento ............................................................................. 154
Figura 155 Símbolo de una válvula direccional 3/2 de asiento NA ....................................... 154
Figura 156 Válvula direccional 3/2 de asiento NC ................................................................ 155
Figura 157 Símbolo de una válvula direccional 3/2 de asiento NC ....................................... 155
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Figura 158 Esquema de una placa Plus .................................................................................. 156
Figura 159Esquema de placa Plus accionada ......................................................................... 157
Figura 160 Válvulas direccionales de corredera..................................................................... 157
Figura 161 Esquema de una válvula direccional de corredera ............................................... 158
Figura 162 Símbolos de válvulas direccionales ..................................................................... 159
Figura 163 Superposición positiva de la corredera ................................................................ 160
Figura 164 Superposición negativa de la corredera ................................................................ 161
Figura 165 Superposición nula de la corredera ...................................................................... 161
Figura 166 Símbolos de válvulas direccionales con varias posiciones intermedias............... 162
Figura 167 Mando mecánico de una válvula direccional ....................................................... 163
Figura 168 Símbolos de diferentes mandos para válvulas direccionales ............................... 163
Figura 169 Corte que muestra una válvula de dos posiciones ............................................ 164
Figura 170 Solenoide de corriente continúa ........................................................................... 165
Figura 171 Solenoide de corriente alterna .............................................................................. 165
Figura 172 Comparación de electroimán de corriente alterna y de corriente continúa .......... 166
Figura 173 Función de los resortes en las electroválvulas de electroimán húmedo ............... 166
Figura 174 Válvula de cinco vías o cámaras .......................................................................... 167
Figura 175 Válvula pilotada compuesta de la válvula principal 1 y de la válvula piloto 2 ... 170
Figura 176 Esquema de válvula piloto ................................................................................... 172
Figura 177 Mando electrohidráulico centraje por presión ...................................................... 173
Figura 178 Esquema de un mando electrohidráulico centraje por presión............................. 174
xviii
Figura 179 Esquema de la posición central de la válvula piloto ............................................ 174
Figura 180 Alimentación interna y externa del fluido piloto ................................................. 176
Figura 181 Válvula de presión previa .................................................................................... 178
Figura 182 Diferentes tipos y tamaños de acumuladores ...................................................... 179
Figura 183 Constitución interna de un acumulador ............................................................... 180
Figura 184 Fases de llenado de un acumulador ..................................................................... 182
Figura 185 Mando de un cilindro ........................................................................................... 183
Figura 186 Mando de un cilindro con puesta en descarga de la bomba a través del centro del
distribuidor ............................................................................................................................. 184
Figura 187 Mando de un cilindro con inversión mecánica accionado por el mismo cilindro
................................................................................................................................................ 185
Figura 188 Puesta a descarga de una bomba controlando linea de "venting" de la válvula
limitadora de presión .............................................................................................................. 186
Figura 189 Selección de la utilización distintos valores de presión en la utilización ........... 187
Figura 190 Circuito con dos bombas y selección manual ..................................................... 189
Figura 191 Circuito con dos bombas con selección automática ............................................ 190
Figura 192 Circuito regenerado ............................................................................................. 191
Figura 193 Circuito regenerado / circuito normal con cambio de mando ............................. 192
Figura 194 Circuito regenerado/normal con cambio automático ........................................... 193
Figura 195 Acumulador con puesta en descarga de la bomba por medio del presostato ...... 194
Figura 196 Acumulador con puesta en descarga y carga automática .................................... 195
Figura 197 Control de caudal a la entrada en la utilización ................................................... 196
IInngg.. PPaabblloo EE MMoonnttaallvvoo JJaarraammiilllloo
xix
Figura 198 Control de caudal a la salida en la utilización ..................................................... 197
Figura 199 Control de caudal por substracción (o derivación) ............................................. 198
Figura 200 Control de caudal a la salida de la bomba con presión de esta igual a la requerida
en la utilización ....................................................................................................................... 199
Figura 201 Control de caudal en entrada con contrapresión en salida ................................ 200
Figura 202 Control de unidad con avance rápido, lento de trabajo, y retroceso .................... 201
Figura 203 Control de unidad con avance rápido en circuito regenerado, lento de trabajo en
circuito normal ........................................................................................................................ 202
Figura 204 Funcionamiento de dos cilindros en secuencia .................................................... 203
Figura 205 Reducción de presión en una rama del circuito ................................................... 204
Figura 206 Descenso controlado de una carga variable (con presión mínima sobre la bomba)
................................................................................................................................................ 205
Figura 207 Carga constante independientemente si el pistón sale ......................................... 206
Figura 208 Circuito cerrado .................................................................................................... 208
Figura 209 Conexión en paralelo............................................................................................ 209
Figura 210 Conexión en serie ................................................................................................. 210
Figura 211 Funcionamiento simultaneo de cilindros ............................................................. 211
Figura 212 Funcionamiento simultaneo de cilindros ............................................................. 212
Figura 213 Funcionamiento simultaneo de cilindros ............................................................. 213
Figura 214 Circuito de seguridad para bloqueo acumulador .................................................. 214
Figura 215 Circuito de frenado ............................................................................................... 215
Figura 216 Circuito de descompresión ................................................................................... 217
xx
Figura 217 Multiplicadores discontinuos o de única carrera ................................................. 220
Figura 218 Multiplicador continuo alternativo ...................................................................... 222
IInngg.. PPaabblloo EE MMoonnttaallvvoo JJaarraammiilllloo
xxi
Índice de Tablas
Tabla 1 Campos de aplicación de accionamientos hidráulicos y fluidos adecuados para cada
caso ........................................................................................................................................... 23
Tabla 2 Correspondencias aproximada, entre expresiones de una misma viscosidad.............. 32
Tabla 3 Fluidos hidráulicos ...................................................................................................... 34
Tabla 4 Fluidos hidráulicos de uso corriente ............................................................................ 45
Tabla 5 Fluidos hidráulicos y su clase de riesgo para el agua (WGK) ..................................... 46
Tabla 6 Datos técnicos de las válvulas direccionales de corredera ........................................ 168
Tabla 7 Datos técnicos de las válvulas direccionales de corredera ........................................ 178
Tabla 8 Datos técnicos para la selección de acumuladores .................................................... 181
1
HHiiddrrááuulliiccaa
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
2
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
3
Introducción
Antes de ocuparnos detalladamente de la Hidráulica, vamos a definir qué se entiende bajo tal
denominación.
La palabra "Hidráulica" procede del vocablo griego "hydor" que en castellano significa
"agua", trataba todas las leyes en relación con el medio agua.
Hoy, al término "Hidráulica", se le atribuye el significado de transmisión y control de fuerzas
y movimientos por medio de líquidos.
Es decir, se utilizan los líquidos para la transmisión de energía. En la mayoría de los casos se
trata de aceite mineral pero también pueden ser líquidos sintéticos, agua o una emulsión
aceite-agua.
El campo de la Hidromecánica (Mecánica de los fluidos), se divide en:
• Hidrostática: Mecánica de los fluidos en reposo (estudio de los estados de equilibrio
en los fluidos).
• Hidrodinámica: Mecánica de los fluidos en movimiento (Dinámica de los fluidos).
• Hidrostática pura es, por ejemplo, la trasmisión de fuerzas en la Hidráulica.
• Hidrodinámica pura es, por ejemplo, la transformación de la energía de movimiento
(cinética) en las turbinas de las usinas eléctricas.
Además de la Hidráulica existen naturalmente otras posibilidades de transmisión de energía,
por ejemplo:
• Mecánica (engranajes, ejes, biela manivela, etc.) Eléctrica (motor de campo
giratorio, motor lineal, etc.)
• Electrónica (amplificador, elementos electrónicos de transformación)
• Neumática (similar a la Hidráulica; el medio de transmisión es aire)
Cada uno de estos elementos tiene su campo de acción definido. Pero en algunos casos se
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
4
puede elegir entre las distintas posibilidades.
Muchas razones hacen que la elección recaiga en un control y propulsión hidráulicos.
Características especiales que destacan a la Hidráulica:
• grandes fuerzas o momentos de giro, producidos en reducidos espacios de montaje.
• las fuerzas se gradúan automáticamente a las necesidades.
• el movimiento puede realizarse con carga máxima desde el arranque.
• graduación continua simple (ya sea control o regulación) de la velocidad, momento o
fuerza.
• protección simple contra sobrecarga.
• útil para movimientos rápidos controlados, así como para movimientos de precisión
extremadamente lentos.
• acumulación relativamente sencilla de energía por medio de gases.
• posibilidad de sistema de propulsión central con transformación en energía mecánica
descentralizada,
(gran economía).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
5
Transformación de la energía en una instalación hidráulica.
Masa, presión, fuerza
Definiciones y reducciones de Sistema Internacional de Unidades SI.
Una masa en el sentido de cantidad de materia de 1 Kg produce en la tierra una fuerza de 1
Kp.
Según la ley básica de Newton
.
Fuerza = masa . aceleración. [kg . m/s2]
Según el sistema antiguo se utilizaba la aceleración de la tierra "g" para la aceleración "a".
.
1 Kp = 1Kg . 9,81 m/s2 = 9,81 N
l Kp 10 N
La presión, una de las dimensiones más importantes de la Hidráulica, se define como fuerza
por superficie:
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
6
P = presión
F = fuerza
A = área o superficie
Kp. Antes la presión venía dada en:
1 1 1
Dado que hoy la fuerza se expresa en Newton (N), resulta:
1 10 1
1 1.02
1 0.98
Si, según el SI, se utiliza para la fuerza el Newton y para la superficie el m, se obtiene para la
presión la unidad Pascal (Pa).
1 1
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
7
Dado que en la práctica el Pa resulta en cifras muy grandes, se utiliza un múltiplo, la unidad
Bar (bar).
1 100000
Otra unidad para la presión es el "psi" (pound-force por square inch)
1 14.5
Acotación: esta unidad no está integrada el sistema SI.
Cuando se indica la presión en el sistema SI se trata de presión absoluta (bar).
Figura 1 Tipos de presión
Sin embargo, cuando en la Hidráulica se habla de presión de servicio, se trata de la presión
relativa.
Hidrostática (Mecánica de los fluidos en reposo)
Presión hidrostática
Una columna de líquido ejerce, por su propio peso, una presión sobre la superficie en que
actúa. La presión es función de la altura de la columna (h), de la densidad (ρ) y de la
aceleración de la gravedad (g).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
8
ó . .
Figura 2 Presión hidrostática
Si se toman recipientes de formas distintas, llenos con el mismo liquido, la presión será
función solamente de la altura de la columna. (Figura 1).
2 3
La presión hidrostática ejerce una fuerza sobre el fondo del recipiente. Si la presión, en
recipientes desiguales, actúa sobre superficies iguales (A1 = A2 = A3) las fuerzas resultantes
serán iguales (F1 = F2 = F3).
Presión por fuerzas externas
(Ley de Pascal)
Figura 3 Principio de Pascal
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
9
Actúa una fuerza externa F sobre una superficie A, se produce en el líquido una presión.
La presión es función de la magnitud de la fuerza perpendicular a la superficie:
La presión se distribuye uniformemente en todos los sentidos y es igual en todos los lados.
Esto ocurre despreciando la presión del peso del líquido que debe ser adicionada en función
de la altura.
Esta presión, en relación a las presiones con que se trabaja en la Hidráulica, se puede
despreciar; por ejemplo:
10 m de columna de agua = 1 bar
Transmisión hidráulica de fuerzas
Figura 4 Trasmisión hidráulica
Dado que la presión se distribuye uniformemente en el líquido, la forma del recipiente no
tiene ninguna influencia. Para poder analizar la presión resultante por la acción de una fuerza
externa tomamos, como ejemplo, el sistema mostrado en la figura 3.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
10
Si actuamos con la fuerza F1 sobre la superficie A1 producimos la presión
La presión P actúa uniformemente en todo el líquido, es decir, también sobre la superficie A2.
La fuerza que se puede obtener (comparable con una carga a levantar) es:
.
Entonces:
ó
Las fuerzas son directamente proporcionales a las superficies.
En estos sistemas la presión está siempre en relación con la carga actuante y la superficie
solicitada. Esto, equivale a decir que la presión aumenta hasta vencer a la carga que se opone.
La carga puede ser levantada sólo si la presión producida por la fuerza F1 y la superficie A1 es
lo suficientemente alta (los rozamientos no se tienen en cuenta).
Los espacios S1 y S2 recorridos por los émbolos están en relación inversa a sus superficies:
El trabajo del émbolo 1 es igual al trabajo del émbolo 2:
.
.
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11
Principio de la trasmisión de presión
Figura 5 Trasmisión de presión
Dos émbolos de distintos tamaños están unidos por una barra Si sobre la superficie A1 actúa la
presión P1, se obtiene en el émbolo grande la fuerza F1. Esta fuerza es transmitida por la barra
al émbolo pequeño y actúa sobre la superficie A2 produciendo la presión P2 (Fig.4).
Sin tener en cuenta los rozamientos:
. .
Entonces:
.
.
ó
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
12
En los transmisores de presión las presiones son inversamente proporcionales a las
superficies.
Hidrodinámica
(Mecánica de los fluidos en movimiento)
Ecuaciones del flujo
Figura 6 Tubo Venturi
Si un líquido fluye por un tubo de sección variable, el volumen que pasa en una unidad de
tiempo es el mismo, independiente de la sección.
La velocidad del flujo varía.
Q = caudal en litros/segundo
V = volumen en litros
t = tiempo en segundos
A = superficie de la sección
s = espacio
.
Remplazando
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
13
.
El espacio s en el tiempo es:
y obtenemos:
.
Ecuación de continuidad
. .
Ecuación de la energía
(Ecuación de Bernoulli)
La ecuación de la energía nos dice que en un flujo la energía permanece constante, siempre
que no haya intercambio con el exterior.
La energía total está compuesta por:
• energía potencial: energía de posición en función de la altura de la columna de fluido
o energía de presión (presión estática)
• energía cinética: energía del movimiento en función de la velocidad del flujo presión
dinámica.
. 2
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
14
En relación a la energía de presión es:
. . 2 .
Pt = presión total
Pst = presión estática
ρ.g.h = presión de la columna de fluido
. = presión dinámica
Observando las ecuaciones de continuidad y de energía podemos deducir:
Cuando se disminuye la sección de pasaje, aumenta la velocidad y por lo tanto la energía
cinética también aumenta. Dado que la energía total permanece constante es necesario que se
reduzcan la energía de posición o la energía de presión, o ambas.
La energía de posición varía en forma despreciable en estos casos.
Por lo tanto, tiene que variar la presión estática; varía en función de la presión dinámica y ésta
es a la vez función de la velocidad (Figura 8).
Figura 7 Variación de la presión en función de la velocidad
En una instalación hidráulica es importante la energía de presión (presión estática). La energía
de posición y la energía cinética son muy pequeñas y se las considera despreciables.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
15
Pérdida de energía por fricción
Estando el líquido en reposo, las presiones son iguales antes, durante y después de una
estrangulación; son iguales a lo largo de toda la tubería.
Si un líquido fluye en un sistema se produce calor por la fracción y se pierde energía en forma
de energía térmica, significando ello pérdida de presión (figura 7)
Figura 8 Perdidas de presión por rozamiento
La energía hidráulica no se puede transmitir sin Las pérdidas por fricción dependen de:
• Longitud de la tubería
• Rugosidad de la tubería
• Cantidad de codos y curvas
• Sección de la tubería
• Velocidad del flujo
Tipos de flujo
Los dos últimos ítems, sección de la tubería y velocidad del flujo determinan el tipo de flujo y
las pérdidas por rozamiento.
a) Flujo laminar
En el flujo laminar las partículas del líquido se mueven formando capas que se deslizan
ordenadamente hasta una cierta velocidad. No hay interferencia entre las partículas ni
tampoco se influyen en su movimiento. (Figura 10)
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
16
Figura 9 Flujo laminar
b) Flujo turbulento
Si aumenta la velocidad y la sección de pasaje no varía, cambia la forma del flujo. Se hace
turbulento y arremolinado y las partículas no se deslizan más ordenadamente en un sentido
sino que se interfieren e influyen en su movimiento. La velocidad a la que el flujo se
desordena se llama "velocidad crítica".
Las resistencias de flujo aumentan y las pérdidas hidráulicas crecen .Este tipo de flujo no es
deseado en las instalaciones hidráulicas (Figura 11).
Figura 10 Flujo turbulento
Sistema hidráulico
Figura 11 Sistema hidráulico
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
17
La figura 12 muestra esquemáticamente un sistema hidráulico básico.
Actuamos con una fuerza sobre el émbolo de una bomba a émbolo simple. La fuerza dividida
por la superficie nos da la presión:
Cuanto más empujamos al émbolo, es decir, cuanto mayor es la fuerza, más crecerá la
presión. Pero esto ocurrirá hasta que la presión, que actúa sobre la superficie, pueda levantar
la carga ( . )
Si la carga permanece constante, la presión no aumentará más. La presión se acomoda
siempre a la resistencia que se opone al flujo del líquido.
La carga puede ser movido sólo si se logra alcanzar le presión requerida.
La velocidad con que se mueve la carga depende sólo del caudal que se suministra al cilindro.
En la figura ello implica que cuanto más rápido es desplazado el émbolo hacia abajo mayor es
el caudal que llega al cilindro y mayor la velocidad de la carga.
En la práctica, sin embargo, este sistema tiene que ser completado con elementos adicionales.
Es necesario introducir dispositivos que influyan, por ejemplo, en el sentido de
desplazamiento del cilindro, la velocidad y la presión que puede soportar el sistema.
Además reemplazamos la bomba manual por una de accionamiento continuo.
Para una mejor comprensión, hemos esquematizado un circuito hidráulico simple.
La bomba 1 es impulsada por un motor (eléctrico o a explosión) (Figura 13)
Absorbe líquido de un recipiente 2 y lo desplaza a través del sistema de tuberías y dispositivos
hacia el cilindro 5 (también en motor hidráulico).
Mientras no se opone ninguna resistencia al flujo, al líquido es simplemente desplazado.
En este caso el cilindro 5 representa una resistencia y la presión aumenta hasta vencerla, es
decir hasta que el cilindro se mueve.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
18
Para que el sistema esté protegido de una carga demasiado elevada (presión muy alta) debe
limitarse la presión máxima. Esto se consigue con la válvula limitadora de presión 4.
Un resorte (fuerza mecánica) aprieta una bola contra un asiento.
La presión en las tuberías actúa también sobre la superficie expuesta de la bola. La bola
abrirá cuando la fuerza (F = P. A) (presión por superficie) sea mayor que la fuerza que ejerce
el resorte. La presión no aumentará más.
La totalidad del caudal suministrado por la bomba fluirá por la válvula 4 al recipiente.
El sentido del movimiento del émbolo 5.1 con la barra 5.2 es controlado con la válvula
direccional 6.
Si ahora, además del sentido y la fuerza, se quiere influir sobre la velocidad de la carga, es
necesario controlar el flujo de entrada o salida del cilindro. Esto se logra con una válvula
estranguladora 7 (Figura 13)
Reduciendo la sección de pasaje del fluido en la tubería, se logra reducir el volumen por
unidad de tiempo (caudal) que llega al cilindro. La velocidad de la carga se reduce.
El líquido sobrante que suministra la bomba escapa por la válvula de presión.
Respecto a las presiones en el sistema podemos analizar entre la bomba y la válvula
estranguladora reina la presión máxima graduada en la válvula de presión; entre la válvula
estranguladora y el cilindro reina la presión que corresponde a la carga.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
19
Figura 12 Esquema de funcionamiento de un sistema hidráulico
Plano de conexiones de un circuito hidráulico
En la práctica no se representan los circuitos hidráulicos de la manera en que se hizo en la
figura anterior.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
20
En lugar de las secciones simplificadas se utilizan símbolos esquemáticos.
Figura 13 Plano de conexiones de un sistema hidráulico
1. Bomba
2. Aceite
3. Válvula antíretorno
4. Válvula reguladora de presión
5. Pistón de doble efecto
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
21
6. Válvula distribuidora
7. Válvula reguladora de caudal
La representación gráfica de un circuito hidráulico con símbolos esquemáticos se llama plano
de conexiones o plano de distribución.
La representación y significado de los símbolos de dispositivos y funciones están
normalizados. Norma DIN 24.300.
En relación a los distintos dispositivos hemos incluidos la simbología esquemática
correspondiente.
Fluidos hidráulicos
La función principal del fluido hidráulico en una instalación hidráulica es la transmisión de
fuerzas y movimientos.
Debido a las múltiples posibilidades de aplicación y de empleo de los accionamientos
hidráulicos, se le exigen a los fluidos hidráulicos diversas funciones y características.
Dado que no existe un fluido hidráulico igualmente adecuado para todos los sectores de
aplicación, al elegir el mismo deberán considerarse las características específicas de cada caso
de aplicación. Sólo de ese modo resulta posible un servicio libre de inconvenientes y económico.
Misión de un fluido en oleohidráulica
Transmitir potencia
Lubrificar
Minimizar fugas
Minimizar pérdidas de carga
22
Fluidos Empleados
Fluidos Empleados
Aceites minerales procedentes de la destilación del
petroleo
Fluidos ininflamables
Agua ‐ Glicol Fluidos Sintéticos
Esterfosfatos Hidrocarburos clorados Estere orgánicos
Emulciones agua‐aceite
Emulsiones inversas
23
Tabla 1 Campos de aplicación de accionamientos hidráulicos y fluidos adecuados para cada caso
Campo de empleo Fluidos
hidráulicos empleables *)
Presión máx. de servicio
Temperatura ambiente
Lugar de empleo
Construcción de vehículos 1 »2»3 250 bar -40 hasta + 60 °C interior y exterior
Máquinas móviles de trabajo 1 «2 * 3 315 bar -40 hasta. + 60 °C interior y exterior
Vehículos especiales 1 • 2 * 3 - 4 250 bar -40 hasta + 60 °C interior y exterior
Máquinas agrícolas y forestales 1 - 2 - 3 250 bar -40 hasta + 50 °C interior y
exterior
Construcción naval 1 - 2 * 3 315 bar -60 hasta + 60 °C interior y exterior
Construcción de aviones 1 - 2 * 5 210 (280) bar -65 hasta +60 °C interior y exterior
Técnica de elevación y transporte 1 - 2 - 3 - 4 315 bar >-40 hasta + 60 °C interior y
exterior
Máquinas herramienta 1 -2 200 bar 18 hasta 40 °C interior
Prensas 1 - 2 - 3 630 bar 18 hasta 40 °C preferible interior
Siderurgia y laminación, fundiciones 1 « 2 - 4 315 bar 10 hasta 150 °C interior
Construcciones metálicas e hidroeléctricas 1 «2«3 220 bar -40 hasta + 60 °C interior y
exterior
Construcción de centrales eléctricas 1 - 2 - 3 - 4 250 bar -10 hasta +60 °C preferible
interior
Construcción de teatros 1 - 2 - 3 - 4 160 bar 18 hasta 30 °C preferible interior
Técnica de pruebas y simulación 1 - 2 - 3 - 4 1000 bar 18 hasta 150 °C preferible
interior
Minería 1 - 2 - 3 - 4 1000 bar hasta 60 °C exterior y bajo tierra
Técnicas especiales 2 - 3 - 4 - 5 250 (630) bar -65 hasta 150 °C interior y exterior
*) 1= aceites minerales; 2= fluidos hidráulicos sintéticos; 3= fluidos hidráulicos no contaminantes; 4= agua, HFA, HFB; 5= fluidos especiales
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
24
Generalidades
El aceite en el sistema hidráulico desempeña la doble función de lubricación y transmisión de
potencia.
Constituye un factor vital en un sistema hidráulico, y, por lo tanto, debe hacerse una selección
cuidadosa del aceite, con la asistencia de un proveedor de prestigio. Una selección adecuada
del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los componentes del sistema,
principalmente de las bombas y motores hidráulicos.
Algunos de los factores especialmente importantes en la selección del aceite para el uso en un
sistema hidráulico industrial, son los siguientes:
1. El aceite debe contener los necesarios aditivos para aseguras unas buenas
características anti-desgaste.
2. El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las convenientes
características de lubricación y limitación de fugas a la temperatura esperada de tra-
bajo del sistema hidráulico.
3. El aceite debe ser inhibidor de corrosión y oxidación.
Exigencias a los fluidos hidráulicos
Características de lubrificación y protección contra desgaste
El fluido hidráulico debe poder cubrir todas las piezas en movimiento con una película
continua. Como consecuencia de altas presiones, alimentación insuficiente de aceite, baja
viscosidad y movimientos de deslizamiento lento o demasiado rápido la película puede
romperse. La consecuencia es un agarrotamiento por desgaste (tolerancia estándar, p.ej. en
válvulas direccionales 8 a 10|xm)
Además del agarrotamiento por desgaste se diferencia entre desgaste por abrasión, fatiga y
corrosión.
El desgaste por abrasión se produce en caso de fluidos hidráulicos sucios, no o
insuficientemente filtrados, por ensuciamiento con partículas de sólidos (p.ej. abrasiones de
metales, escoria, arena, etc.) entre piezas que se deslizan entre sí. Las partículas extrañas
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
25
conducidas en el fluido a altas velocidades pueden producir abrasión en los equipos.
La cavitación puede provocar un cambio en la estructura de los equipos y conducir a un
desgaste por fatiga. También se puede producir un mayor desgaste en caso de ensuciamiento de
los fluidos con agua en los cojinetes de las bombas.
Como consecuencia de tiempos de parada prolongados de la instalación hidráulica y el empleo
de fluidos hidráulicos inadecuados puede producirse desgaste por corrosión. Se forma óxido
por efecto de la humedad en las superficies de deslizamiento, lo que conduce a un mayor
desgaste de los equipos.
Viscosidad
La viscosidad es la medida de la resistencia al movimiento del fluido, la selección de la gama
de viscosidades de un aceite hidráulico debe basarse en las necesidades del sistema, y,
eventualmente, en las limitaciones de algún elemento crítico, o en las condiciones de
funcionamiento óptimo de algún otro elemento.
Podemos decir también que bajo viscosidad se entiende la característica de un fluido hidráulico
de ofrecer una resistencia al desplazamiento laminar recíproco de dos capas vecinas de fluido
hidráulico (véase también DIN 51 550).
La magnitud característica más importante al seleccionar un fluido hidráulico es la viscosidad.
No caracteriza la calidad de un fluido, sino que indica la conducta del fluido hidráulico a una
determinada temperatura de referencia. Para la selección de componentes hidráulicos es muy im-
portante considerar los valores mínimos y máximos de viscosidad indicados en la
documentación del fabricante de componentes hidráulicos.
Las casas fabricantes recomiendan que la viscosidad se mantenga dentro de determinados
límites, distintos en el arranque y durante el funcionamiento. Una viscosidad demasiado alta a
la temperatura del arranque puede causar daños por cavitación en las bombas, un
funcionamiento continuo con viscosidades moderadamente altas tenderá a mantener aire en
suspensión en el aceite mientras éste pasa por el depósito, lo cual puede causar averías
prematuras en las bombas y motores, y erosión en las válvulas. Una viscosidad baja tiene por
resultado una disminución del rendimiento del sistema y de las cualidades de lubricación
dinámica.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
26
Conviene elegir la apropiada viscosidad de aceite en cada caso particular, de modo que,
dentro de toda la gama de temperaturas que deba presentarse, la viscosidad de arranque y la
viscosidad de funcionamiento entren dentro de los límites indicados en la tabla. Esto es
importante: conviene obtener del proveedor de aceites la seguridad de que la viscosidad del
aceite empleado no será menor que la mínima recomendada a la máxima temperatura del
aceite.
Temperatura
Para obtener una óptima vida de funcionamiento, tanto del aceite como del sistema hidráulico,
se recomienda normalmente una temperatura máxima del aceite de 65oC.
Índice de viscosidad
El índice de viscosidad de un fluido caracteriza el efecto de las variaciones de temperatura
sobre el cambio de su viscosidad.
En el caso de fluctuaciones de temperatura el fluido hidráulico - también en un amplio rango - no
deberá volverse ni "muy espeso ni muy fluido", dado que en tal caso los caudales variarían en los
puntos de estrangulamiento (variación de velocidad del consumidor). El cálculo del índice de
viscosidad se realiza según DIN ISO 2909. En el diagrama viscosidad-temperatura se reconoce
el índice conveniente de viscosidad del fluido hidráulico por su curva característica plana.
Los fluidos hidráulicos con un elevado índice de viscosidad se requieren especialmente en
aquéllas aplicaciones en que estarán sujetos a elevadas fluctuaciones de temperatura, como
máquinas de trabajo móviles, aviones y vehículos.
Diremos que un fluido tiene un alto índice de viscosidad si ésta varía poco con la temperatura.
En cuanto a los aceites minerales empleados los circuitos hidráulicos, su índice de viscosidad
debe ser igual o superior a 75.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
27
Figura 14 Índice de viscosidad
Tensión de vapor
La tensión de vapor t de un líquido, es la tendencia de éste a evaporarse.
La tensión de vapor aumenta al aumentar la temperatura Vgr, en el caso del agua, se evapora a
la temperatura ambiente y a la presión atmosférica. A 100 oC, su tensión de vapor es de 1,033
Kp/cm2 = 760 mm. Hg y pasa tumultuosamente a estado de vapor (ebullición).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
28
Figura 15 Tensión de vapor
La evaporación del líquido, aumenta también al disminuir la presión exterior a que está
sometido. Por ejemplo, en la cumbre de un monte de 4800 m. y p = 417 mm. Hg el agua
hierve a 84 oC.
Cuando la presión absoluta del aceite en un punto determinado de un circuito oleohidráulico,
es inferior a la tensión de vapor del líquido, se desprenden del aceite burbujas de vapor.
Las dos condiciones que favorecen la evaporación de un líquido, aumento de temperatura y
disminución de presión exterior, se dan en el tubo de aspiración de una bomba cuando ésta se
monta sobre un depósito a una altura superior al nivel del aceite dentro del mismo.
Las burbujas de vapor interrumpen la continuidad de la corriente líquida y, por lo tanto, las
paredes de las tuberías, de las bombas, de las válvulas, etc, están sometidas a una serie
continua de choques originados por esta discontinuidad. Si nos fijamos en un filete líquido
determinado, primero habrá líquido, después una burbuja de vapor y así sucesivamente.
Este fenómeno, llamado cavitación (formación de cavidades en el seno de un fluido), es
perjudicial para todos los elementos del circuito y particularmente para la bomba. La
cavitación produce erosión en las partes metálicas debido a infinitos pequeños choques de las
burbujas de vapor contra el metal, y en el caso particular de bombas de paletas, rompe la
película líquida que evita el contacto metal-metal entre la punta de las paletas y el anillo.
El caudal de aceite en la tubería de aspiración puede ser insuficiente para llenar
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
29
completamente los cilindros de una bomba de pistones, o las cámaras entre paleta y paleta, en
una bomba de paletas. La presión absoluta a que está sometido el líquido puede descender a
un valor igual a la tensión de vapor, lo que supone una evaporación del aceite y la formación
de burbujas de vapor.
Puede haber cavitación cuando el diámetro de la tubería de aspiración es demasiado estrecho,
cuando se produce una pérdida de carga excesiva en la misma por haber demasiados codos, o
por ser la tubería demasiado larga (cavitación por mal diseño).
También puede producirse cavitación por estar parcialmente obturado el filtro de aspiración,
por estar el aceite demasiado frió, lo que supone demasiada pérdida de carga, o por velocidad
excesiva de giro del motor que acciona la bomba (cavitación por mal mantenimiento).
VISCOSIDAD CONVENCIONAL
La viscosidad convencional se mide con la ayuda viscosímetros, por la salida del líquido a
través de un de pequeño orificio calibrado.
La viscosidad se mide: en Europa, en grados ENGLER; en Inglaterra, en segundo de
REDWOOD, y, en los EE.UU., en segundos SAYBOLT.
Los grados ENGLER representan el cociente del tiempo de paso de 200 cm3 del líquido
considerado a través de un pequeño tubo calibrado de 2,8 mm de diámetro interior, por el
tiempo de paso de 200 cm3 de agua a 20 oC, a través del mismo tubo.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
30
Figura 16 Viscosímetro de Engler
Como la viscosidad de los aceites varía con la temperatura se efectúan generalmente las
medidas a 20 oC, 50 oC y 100 oC, designado las viscosidades así obtenidas en grados
ENGLER por E°20, Eo50 ó Eo
100.
La figura 17 representa esquemáticamente el viscosímetro de ENGLER. El recipiente en latón
(A) contiene 200 cm3 del líquido cuya viscosidad se va a medir.
El recipiente (B) contiene el agua. Calentando o enfriando la misma, llevamos el líquido
contenido en el recipiente (A) a la temperatura en la cual vamos a determinar su viscosidad.
Antes de echar el líquido en el recipiente (A), tapamos con la varilla de madera (D) el orificio
del tubo de platino (C).
Cuando el termómetro (E) indica que se ha llegado a la temperatura deseada, levantamos la
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
31
varilla (D) poniendo simultáneamente en marcha en cronómetro, que detendremos en el
preciso instante en que todo el líquido ha pasado del recipiente (A) al vaso (F).
Teniendo así el tiempo de paso (T) de 200 cm3 de líquido a la temperatura t oC, dividiremos
este tiempo dado por la ficha del viscosímetro, y que generalmente es muy próximo a 51,6
segundos.
Por tanto:
en la que:
Eot Viscosidad del líquido a la temperatura de t oC, en grados ENGLER.
T Tiempo de paso en segundos de 200 cm de líquido a la temperatura de t oC.
Te Tiempo de paso en segundos a 200 cm3 de agua destilada a + 20 °C
La relación entre grados Engler y segundos Universales Laybolt viene dada por la siguiente
relación:
34.61
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
32
Tabla 2 Correspondencias aproximada, entre expresiones de una misma viscosidad
Tabla de correspondencias aproximada, entre expresiones de una misma viscosidad en Centistokes, Grados Engler, Segundos
Saybolt y Segundos Redwood.
Centistokes Grados
Engler
Segundos
Saybolt
universales
Segundos
Redwood
comerciales
Centistokes Grados
Engler
Segundos
Saybolt
universales
Segundos
Redwood
comerciales
1500,00 53,96 1863,64 6072,87 410,00 53,96 1864,00 1660,00
1450,00 190,82 6590,91 5870,45 400,00 52,64 1819,00 1620,00
1400,00 184,24 6363,64 5668,02 390,00 51,32 1773,00 1579,00
1350,00 177,66 6136,36 5465,59 380,00 50,01 1728,00 1539,00
1300,00 171,08 5909,09 5263,16 370,00 48,69 1682,00 1498,00
1250,00 164,50 5681,82 5060,73 360,00 47,38 1636,36 1458,00
1200,00 157,92 5454,55 4858,30 350,00 46,06 1590,91 1417,00
1150,00 151,34 5227,27 4655,87 340,00 44,74 1545,45 1377,00
1100,00 144,76 5000,00 4453,44 330,00 43,43 1500,00 1336,00
1050,00 138,18 4772,73 4251,01 320,00 42,11 1454,55 1296,00
1000,00 131,60 4545,45 4048,58 310,00 40,80 1409,09 1255,00
950,00 125,02 4318,18 3846,15 300,00 39,48 1363,64 1215,00
900,00 118,44 4090,91 3643,72 290,00 38,16 1318,18 1174,00
850,00 111,86 3863,64 3441,30 280,00 36,85 1272,73 1134,00
800,00 105,28 3636,36 3238,87 270,00 35,53 1227,27 1093,00
790,00 103,96 3590,91 3198,38 260,00 34,22 1181,82 1053,00
780,00 102,65 3545,45 3157,89 250,00 32,90 1136,36 1012,00
770,00 101,33 3500,00 3117,41 240,00 31,58 1090,91 972,00
760,00 100,02 3454,55 3076,92 230,00 30,27 1045,45 931,00
750,00 98,70 3409,09 3036,44 220,00 28,95 1001,00 891,00
740,00 97,38 3363,64 2995,95 210,00 27,64 954,55 850,00
730,00 96,07 3318,18 2955,47 200,00 26,32 910,00 810,00
720,00 94,75 3272,73 2914,98 190,00 25,00 863,64 769,00
710,00 93,44 3227,27 2874,49 180,00 23,69 819,00 729,00
700,00 92,12 3181,82 2834,01 170,00 22,37 774,00 689,00
690,00 90,80 3136,36 2793,52 160,00 21,06 728,00 648,00
680,00 89,49 3090,91 2753,04 150,00 19,74 683,00 608,00
670,00 88,17 3045,45 2712,55 140,00 18,42 637,00 567,00
660,00 86,86 3000,00 2672,06 130,00 17,11 592,00 527,00
650,00 85,54 2954,55 2631,58 120,00 15,79 547,00 486,00
640,00 84,22 2909,09 2591,09 110,00 14,48 501,00 446,00
630,00 82,91 2863,64 2550,61 100,00 13,16 456,00 405,00
620,00 81,59 2818,18 2510,12 95,00 12,50 433,00 385,00
610,00 80,28 2772,73 2469,64 90,00 11,84 411,00 365,00
600,00 78,96 2727,27 2429,15 85,00 11,20 388,00 345,00
590,00 77,64 2681,82 2388,66 80,00 10,53 365,00 325,00
580,00 76,33 2636,36 2348,18 75,00 9,89 343,00 304,00
570,00 75,01 2590,91 2307,69 70,00 9,23 320,00 284,00
560,00 73,70 2545,45 2267,21 65,00 8,58 298,00 264,00
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
33
550,00 72,38 2500,00 2226,72 60,00 7,93 275,00 244,00
540,00 71,06 2454,55 2186,23 55,00 7,28 252,00 224,00
530,00 69,75 2409,09 2145,75 50,00 6,62 230,00 203,00
520,00 68,43 2363,64 2105,26 45,00 5,98 207,00 183,00
510,00 67,12 2318,18 2064,78 40,00 5,33 185,00 163,00
500,00 65,80 2272,73 2024,29 35,00 4,70 163,00 143,00
490,00 64,48 2227,27 1983,81 30,00 4,07 141,00 123,00
480,00 63,17 2181,82 1943,32 25,00 3,46 118,00 103,00
470,00 61,85 2136,36 1902,83 20,00 2,87 97,00 85,00
460,00 60,54 2090,91 1862,35 15,00 2,32 77,00 67,00
450,00 59,22 2045,45 1821,86 10,00 1,83 58,00 51,00
440,00 57,90 2000,00 1781,38 5,00 1,39 42,00 37,00
430,00 56,59 1954,55 1740,89 1,00 1,00
420,00 55,27 1909,09 1700,40
34
Tabla 3 Fluidos hidráulicos
DATOS GENERALES SOBRE FLUIDOS HIDRÁULICOS
ACEITE MINERAL AGUA GLICOL EMULSIÓN AGUA-ACEITE ESTER-FOSFATOS ESTERES
ORGÁNICOS HIDROCARBUROS
CLORADOS
JUNTAS SATISFACTORIAS
VI TON NITRILO POLISULFIDO NEOPRENO BUNA N
BUNA S y N NITRILO NEOPRENO BUTILO-VITON GOMA NATURAL
BUNA S y N NITRILO NEOPRENO POLISULFIDO VI TON
VITCN BUTJLO SILICONA P.T.F.E. NYLON
NEOPRENO BUNA N VI TON SILICONA
VI TON SILICONA TEFLON
JUNTAS NO SATISFACTORIAS
GOMA NATURAL BUTILO BUNA S POLISULFIDO GOMA NATURAL
BUTILO
NEOPRENO NITRILO BUNA N y S POLISULFIDO
BUTILO NITRILO-BUNAS NEOPRENO-BUNA N BUTILO POLISULFIDO
EFECTOS CORROSIVOS SOBRE EL METAL
NINGUNO CINC CADMIO MAGNESIO NINGUNO NINGUNO NINGUNO COBRE Y
ALEACIONES
LUBRIFICACIÓN EXCELENTE ACEPTABLE ACEPTABLE BUENA EXCELENTE BUENA
TOXICIDAD NO ES TOXICO NO ES TOXICA NO ES TOXICA ÚNICAMENTE LOS VAPORES
NO SON TÓXICOS
PUEDEN SER TÓXICOS
ININFLAMABILIDAD POBRE BUENA BUENA EXCELENTE EXCELENTE EXCELENTE
TEMPERATURA MÁXIMA DE UTILIZACIÓN EN ºC
90 50 50 90-140 65-260
COSTE COMPARATIVO 1 2 a 4 1,5 a 2 4 a 12 4 a 12
DENSIDAD RELATIVA 1 1,25 1,2 1,3 1,06 1,65
35
Figura 17 Curvas viscosidad-temperatura de los aceites de la empresa Nacional Calvo Sotelo y de la compañía Española de
petróleos
36
Figura 18 Diagrama viscosidad-temperatura
Conducta viscosidadpresión
La viscosidad de los fluidos hidráulicos aumenta con el incremento de la presión. En
presiones superiores a 200 bar deberá considerarse esta característica al proyectar
instalaciones hidráulicas. Con aprox. 400 bar ya se alcanza una duplicación de la viscosidad.
Compatibilidad con materiales
El fluido hidráulico debe presentar una elevada compatibilidad con otros materiales
empleados en la instalación hidráulica, como aquéllos utilizados para rodamientos, juntas,
pintura, etc. Ello también vale para el caso en que se fugue fluido hidráulico de la instalación y
tome contacto con otras piezas, como conductos eléctricos, piezas constructivas mecánicas,
etc.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
37
Estabilidad de cizallamiento
En los cantos de mando y en los asientos de las válvulas, al abrir y cerrar, el fluido hidráulico es
solicitado mecánicamente; el caudal de fluido hidráulico se “cizalla”. Este proceso influye
sobre la vida útil del fluido hidráulico.
Si los fluidos hidráulicos contienen mejoradores del índice de viscosidad, la sensibilidad al
cizallamiento aumenta. En caso de solicitación normal de cizallamiento por válvulas y bombas
temporariamente se produce una reducción de la viscosidad, la cual luego vuelve a
normalizarse. Sin embargo, si la solicitación de cizallamiento es superior a la resistencia al
cizallamiento de los mejorado-res del índice de viscosidad, entonces éstos en parte se destruyen
y ya no se vuelve a alcanzar el valor original de viscosidad. Se produce una reducción constante
de viscosidad.
Resistente a cargas térmicas
Durante el funcionamiento de la instalación el fluido hidráulico se puede calentar (en lo
posible, a no más de 80°C). Durante el tiempo de parada el fluido vuelve a enfriarse. Estos
procesos, que se repiten, influyen sobre la vida útil del fluido hidráulico. Por esta razón en
muchas instalaciones se emplean intercambiadores de calor (calefacción y refrigeración) para
mantener constante la temperatura de servicio del fluido hidráulico.
La ventaja es una curva característica estable de viscosidad y una mayor vida útil del fluido
hidráulico. Las desventajas son mayores costos de adquisición y de servicio (corriente para
calefacción y refrigeración agua/aire).
Resistente a solicitación oxidativa
Oxígeno, calor, luz y catálisis influyen sobre el proceso de envejecimiento de aceites
minerales. Un aceite mineral muy resistente al envejecimiento posee inhibidores de oxidación,
que evitan una rápida absorción de oxígeno. Una elevada absorción de oxígeno también
favorecería la corrosión de piezas constructivas.
Cobre, plomo, bronce, latón y acero poseen un efecto catalítico especialmente elevado e influyen
sobre la vida útil de los fluidos hidráulicos.
Estos materiales o pares de materiales pueden encontrarse en elementos constructivos
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
38
hidráulicos.
Baja compresibilidad
El aire disuelto conducido dentro del fluido hidráulico condiciona la compresión de la columna
de fluido hidráulico. Esta característica influye sobre la exactitud de los accionamientos
hidráulicos. En procesos de mando y de regulación la compresibilidad influye sobre los
tiempos de respuesta. Si se abren rápidamente grandes cámaras que se encuentran bajo presión,
se producen en el equipo golpes por descarga. La compresibilidad del fluido hidráulico se define
por un factor que depende del fluido hidráulico y que aumenta a mayor temperatura y disminuye
con el aumento de presión.
Como valor normativo para aceite mineral para cálculos teóricos se puede utilizar un factor de
compresibilidad de 0,7 a 0,8 % cada 100 bar. Para el medio "agua" se puede utilizar un factor de
0,45 % por cada 100 bar.
La compresibilidad aumenta notablemente cuando se transporta aire no disuelto (burbujas de
aire). Como consecuencia de un tamaño de tanque o construcción del mismo equivocados y
entubado incorrecto, el aire no disuelto ya no se puede separar del fluido hidráulico, em-
peorando notablemente el factor de compresibilidad. Otras consecuencias son ruidos,
movimientos bruscos y calentamiento en la instalación hidráulica (véase también efecto
Diesel).
Bajo efecto Diesel se entiende la autoinflamación de una mezcla aire-gas. El aceite mineral
contiene muchas burbujas pequeñas de aire. Si el aceite mineral se coloca rápidamente bajo
presión elevada, las burbujas de aire se calientan tanto que pueden autoinflamarse. La conse-
cuencia es un elevado aumento local de presión y de temperatura, que puede deteriorar las juntas
de los componentes hidráulicos. La vida útil del fluido hidráulico también se ve afectada.
Baja dilatación por temperatura
Si el fluido hidráulico se calienta a presión atmosférica, el volumen aumenta. En instalaciones
con gran volumen de llenado deberá ser considerada la futura temperatura de servicio de la
instalación.
Ejemplo:
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
39
El volumen de aceite mineral aumenta un 0.7 % cada 10ºC de aumento de temperatura.
Reducida formación de espuma
Las burbujas de aire que ascienden pueden producir espuma superficial en el tanque. Mediante
la correcta disposición de tuberías de retorno hacia el tanque y por medio de una correcta
construcción del mismo, p.ej. chapas estabilizadoras, se puede reducir a un mínimo la forma-
ción de espuma. Los aceites minerales contienen aditivos químicos que reducen la formación
de espuma. La tendencia del fluido a formar espuma aumenta con el envejecimiento, el
ensuciamiento y el agua condensada.
Si la bomba entrega aceite espumoso pueden producirse importantes fallos en el sistema,
conduciendo rápidamente a una avería de la bomba.
Poca absorción de aire y buena liberación del mismo
En lo posible, el fluido hidráulico debe absorber y transportar poco aire; el aire que
eventualmente haya arrastrado debe ser liberado rápidamente. Los aditivos químicos influyen
positivamente sobre estas exigencias.
La liberación de aire o la capacidad de separación de aire (LAV) se determina según DIN 51 381.
Se mide en minutos el tiempo necesario para liberar burbujas de aire contenidas en el aceite
mineral hasta 0,2 vol %. La capacidad de liberación de aire empeora a medida que aumenta la
temperatura del fluido hidráulico.
Elevado punto de ebullición y baja presión de vapor
Cuanto más alto el punto de ebullición del fluido hidráulico empleado tanto más alta podrá ser
la temperatura de servicio máxima de la instalación.
Elevada densidad
Bajo densidad de un fluido hidráulico se entiende la relación de su masa con el volumen. En
lo posible, debe ser elevada con el fin de poder transmitir una mayor potencia con igual volumen
de fluido hidráulico. En los accionamientos hidrostáticos esta consideración reviste menor
importancia que en el caso de accionamientos hidrodinámicos. La densidad de aceites minerales
oscila entre 0,86 g/cm3 y 0,9 g/cm3.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
40
La densidad se utiliza para convertir la relación viscosidad-densidad (viscosidad cinemática)
en viscosidad (viscosidad dinámica) o viceversa.
En la práctica, para la densidad la temperatura de referencia es 15ºC.
Buena conducción de calor
El calor que se produce en bombas, válvulas, motores, cilindros y tubos debe ser transportado
por el fluido hidráulico hacia el tanque. En parte, el tanque entrega el calor hacia afuera a
través de sus paredes. Si las superficies de radiación no fueran suficientes, deberán proyectarse
intercambiadores suplementarios de calor (refrigeradores) para evitar un sobrecalentamiento de
la instalación y del fluido hidráulico.
Buenas características dieléctricas (no conductivas)
En lo posible, el fluido hidráulico no debe poder transmitir energía eléctrica (p.ej. en caso de
cortocircuito, rotura de cable, etc.; los solenoides suelen estar sumergidos en el fluido
hidráulico con el fin de conducir el calor que se produce y lograr una descarga amortiguada de
su inducido).
No higroscópicos (para evitar la entrada de agua al sistema)
En instalaciones operadas con aceites minerales debe tenerse en cuenta que el aceite mineral
permanezca libre de agua, dado que, de lo contrario, se pueden producir fallos y disfunciones
en la instalación. El agua puede entrar a través de juntas de cilindros y ejes, a través de refrigera-
dores de agua no estancos y humedad que se condensa en las paredes del tanque. También al
llenar el tanque, en el nuevo fluido hidráulico puede haber agua (agua de condensación). Si el
contenido de agua es superior a 0,2 % del volumen total, el fluido hidráulico deberá cambiarse.
Con la instalación en funcionamiento (especialmente cuando se trata de grandes instalaciones)
se puede realizar una separación de agua y fluido hidráulico mediante separadores o
centrífugas.
En instalaciones que se encuentran a la intemperie (mayor humedad relativa ambiente y lluvia),
al filtro de aire se le posconecta un secador de aire, el cual seca el aire que se necesita
(condicionado por el volumen cambiante).
Dado que el agua posee el mayor peso específico, durante los tiempos de parada el agua que se
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
41
encuentra en el fluido hidráulico desciende al fondo del tanque (aceite mineral y agua no forman
uniones químicas), y por lo tanto pueden volver a separarse.
Si en el tanque existe un indicador continuo de nivel de aceite, el agua podrá reconocerse
claramente. Si se abre cuidadosamente el grifo de drenaje, primero sale el agua. En las grandes
instalaciones frecuentemente se montan avisadores de agua en el punto inferior del tanque, los
cuales a un determinado nivel ajustable de agua, provoca una señal de alarma. No se ha podido
imponer en la práctica una estipulación sobre la capacidad de separación de agua en un tiempo
determinado.
Poco inflamables no combustibles
Las instalaciones hidráulicas también se emplean en sitios de producción que trabajan con
fuego abierto y temperaturas muy elevadas. Con el fin de poder calcular e riesgo de tuberías
y/o mangueras que revientan, en dichos casos de aplicación se emplean fluidos hidráulicos
con elevado punto de inflamación, poco inflamables o no inflamables.
No tóxico como fluido, como gas y después de una descomposición
Con el fin de evitar riesgos para la salud y el medio ambiente, al emplear fluidos hidráulicos
deberán tenerse en cuenta las indicaciones correspondientes del fabricante del fluido
hidráulico.
Buena protección anticorrosiva
Los fabricantes de bombas, válvulas, motores y cilindros prueban estos con aceites minerales
que protegen contra corrosión. La capacidad de protección anticorrosiva de los aceites
minerales se logra mediante aditivos químicos que forman una película hidrófuga sobre las super-
ficies metálicas y neutralizan los productos corrosivos de la descomposición en caso de
envejecimiento del aceite mineral.
Una vez que los componentes hidráulicos hayan sido ensayados, el aceite mineral que quedaba
en los componentes, es conducido nuevamente hacia el tanque. La película de aceite mineral
en los componentes protege a los mismos contra corrosión hasta su puesta en marcha. En caso de
almacenaje prolongado de los componentes deberán tomarse medidas anticorrosivas
especiales (p.ej. con aceite conservante).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
42
No se forman substancias pegajosas
Durante tiempos de parada prolongados de la instalación, durante el servicio, al calentarse y
enfriarse y como consecuencia del envejecimiento, el fluido hidráulico no deberá formar
substancias que puedan ocasionar un "pegado" de las piezas móviles de los componentes hi-
dráulicos.
Buena filtrabilidad
El fluido hidráulico de una instalación hidráulica se filtra permanentemente durante el servicio
al avanzar o al retornar, o en ambas direcciones, para filtrar las abrasiones del mismo. El fluido
hidráulico y la viscosidad de éste influyen sobre el tamaño del filtro y el material del tejido
filtrante a emplear.
A mayor viscosidad mayor presión dinámica (Ap). Por lo tanto deberá proyectarse un filtro
más grande. En el caso de fluidos hidráulicos agresivos se requieren materiales especiales para
el tejido del filtro.
Las substancias activas contenidas en los fluidos hidráulicos no deben depositarse en los filtros.
Si en las instalaciones se emplean filtros muy finos de anchura de malla de 5 mm y menor, el
fluido hidráulico deberá ser analizado en cuanto a su aptitud para esas condiciones de empleo.
Compatibilidad e intercambiabilidad con otros fluidos hidráulicos (cambio de
fluido hidráulico)
Por cambios en las líneas de producción, distintas condiciones del medio ambiente o por la
introducción de nuevas leyes puede hacerse imprescindible un cambio de fluido hidráulico.
En dichos casos deberá consultarse con los fabricantes del fluido hidráulico y de los compo-
nentes si el fluido hidráulico y los componentes utilizados son adecuados para las nuevas
condiciones de empleo.
Dado el caso, todos los equipos hidráulicos, juntas y mangueras deberán ser extraídos y
limpiados para eliminar el antiguo fluido hidráulico. Si en esos casos no se actúa correctamente
se puede producir una avería total de la instalación hidráulica.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
43
No formar lodo
El fluido hidráulico y los aditivos del mismo durante todo el tiempo de empleo no deberán
descomponerse y conducir a la formación de lodo (efectos de pegado).
Fácil mantenimiento
Aquéllos fluidos hidráulicos que por ejemplo después de largos períodos de parada deben
volver a removerse y mezclarse requieren mucho despliegue de mantenimiento. Aquéllos
fluidos hidráulicos cuyos aditivos pierden rápidamente sus características o se evaporan,
deberán controlarse con mayor frecuencia en cuanto a su química y a las características físicas.
Los controles del fluido hidráulico deben poder realizarse con métodos sencillos. En
situaciones límites los fabricantes de fluidos hidráulicos y de filtros podrán analizar muestras
y decidir sobre el recambio o la continuación del empleo.
No contaminante
La mejor manera de proteger el medio ambiente al emplear instalaciones hidráulicas se
alcanza planificando, construyendo, utilizando y manteniendo correctamente las instalaciones.
El empleo de fluidos no contaminantes no es un sustituto para ello.
Los fluidos no contaminantes deben cumplir con las siguientes exigencias:
• buena biodegradación,
• fácil depolución,
• no tóxicos para los peces,
• no tóxicos para bacterias,
• no peligrosos para las aguas,
• no peligrosos para los alimentos,
• no peligrosos para forrajes,
• no irritar piel y mucosas en sus tres estados (sólido, líquido y gaseoso) y
• ser inodoros o, por lo menos, de olor agradable.
Hasta el momento no existen disposiciones legales o normas que definan la "compatibilidad
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
44
con el medio ambiente" ("menor contaminación") de los fluidos hidráulicos.
Costos y disponibilidad
Básicamente, deberían utilizarse fluidos hidráulicos económicos y que han alcanzado amplia
difusión. Ello resulta de especial importancia para aplicaciones en zonas aún no
industrializadas.
El catálogo para una evaluación sólo pudo realizarse en forma inicial. La selección de un
fluido hidráulico según puntos de vista económicos sólo se puede llevar a cabo calculando
aproximativamente los costos de servicio y los costos derivados del mismo. Por lo tanto,
resulta de suma importancia contar con información sobre propiedades físicas y químicas del
fluido hidráulico para que en el caso de nuevas construcciones, recambios o reparaciones se
puedan evitar errores.
Limpieza
Deben tomarse precauciones para filtrar el aceite en todo el sistema hidráulico antes de su uso
inicial, para eliminar restos de pintura, partículas metálicas, escoria de soldadura, hilas, etc...
que hayan podido depositarse durante la instalación del conjunto. Si no se hace esto, se puede
causar desperfectos al sistema hidráulico. Además, se recomienda un filtrado continuo para
eliminar los productos de contaminación que puedan aparecer durante la vida del sistema. El
grado de filtración recomendado está indicado en las hojas de instalación de cada elemento
Fluidos ininflamables
Los sistemas hidráulicos que usan fluidos ininflamables requieren consideraciones especiales
de diseño.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
45
Resumen de fluidos hidráulicos de uso corriente
Tabla 4 Fluidos hidráulicos de uso corriente
Aceite hidráulico a base de aceite mineral
WGK Fluidos hidráulicos poco Inflamables
WGK Fluidos hidráulicos no contaminantes
WGK Fluidos hidráulicos especiales
WGK
DIN 51524, parte 1
aceite hidráulico HL
Fluido hidráulico a base de aceite mineral con sustancias activas para aumentar la protección anticorrosiva y la resistencia al envejecimiento.
2 Agua pura
Tipos HFA (95/5)
0 Líquidos básicos Aceites sintéticos
(por ejemplo poli-α definas
y glicoles)
Aceites vegetales (HTG)
0-1
HFA-E (Emulsión) 3 (Triglicéridos) Fluidos hidráulicos
para aeronáutica
HFA-M (Microemulsión) 3 Poliglicoles (HPG) 0 - 1
DIN 51524, parte 2 aceite hidráulico HLP
Como aceites
hidráulicos. HL, pero
sustancias adicionales
para reducir el desgaste
por agarrotamiento
en el sector de fricción
mixta.
2 HFA-S (Solución) 0-1 Esteres sintéticos (HE) 0-1 Fluidos hidráulicos compatibles con aceites para laminadores. HFA-V (espesado)
80% H2O +
20% concentrado
~1
Etc.
HFB (Emulsión agua
en aceite)
40% H90 +
60% aceite mineral
3
DIN 51524, parte 2
aceite hidráulicos HLP-D
Como aceites hidráulicos
HLP, pero sustancias
adicionales de dispersión
y detergentes.
A diferencia de los
aceites HLP no existen
exigencias en cuanto a
capacidad de separación
de aire y agua.
3
HFC (glicol acuoso)
40% H20 + 60% glicol
0-1
HFD-R
(éster fosfórico)
1-(2)
HFD-U (otra
composición)
(por lo general, Poliéster)
~1
DIN 51524, parte 1 aceite hidráulico HLP
Como aceites HLP, pero
con aditivos para mejorar
la conducta viscosidad -
temperatura.
2
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
46
Tabla 5 Fluidos hidráulicos y su clase de riesgo para el agua (WGK)
WGZ - Valores de riesgo para el agua
0 hasta 1,9 2 hasta 3,9 4 hasta 5,9 >6
WGK - Clases de riesgo para el agua
0 1 2 3
Comentario Por lo general., no reviste riesgo para el agua
Poco riesgoso para el agua
Riesgoso para el agua Muy riesgoso para el agua
Ejemplo para la selección de componentes hidráulicos adecuados
La grúa de una nave industrial deberá ser equipada con un accionamiento hidrostático de
traslación y con un cabrestante hidráulico. La grúa debe trasladarse en la nave y en el exterior
para cargar camiones. Como temperatura ambiente se debe elegir siempre un valor extremo para
el invierno (-10°C) y para el verano (+40°C).
De entre los fluidos hidráulicos disponibles en depósito se empleará un fluido hidráulico ISO
VG 32. Se han calculado aprox. 110 L/min de caudal de la bomba a 1450 rnin"1; la presión
de trabajo supuesta asciende a 150 bar.
Del diagrama viscosidad-temperatura se debe extraer el valor mínimo y máximo de viscosidad
del fluido hidráulico.
Una vez determinados dichos valores, en base a los datos técnicos, se podrá elegir la bomba
adecuada, las válvulas adecuadas y los consumidores (motores hidráulicos y cilindros
hidráulicos).
47
Figura 19 Aceites, temperatura y viscosidad
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
48
Rango de temperatura del fluido hidráulico y rango de viscosidad de los
componentes hidráulicos necesarios
Los valores característicos han sido extraídos del catálogo de componentes "RS 00 101" de Mannesmann Rexroth.
Bomba de engranajes G4 (bomba constante)
Rango de temperatura del fluido hidráulico -15 hasta 80°C
Rango de viscosidad 10 hasta 300 mm2/s
Bomba de paletas V2 (bomba constante)
Rango de temperatura del fluido hidráulico -10 hasta 70°C
Rango de viscosidad 16 hasta 160 mm2/s
Bomba de paletas V4 (bomba variable)
Rango de temperatura del fluido hidráulico -10 hasta 70°C
Rango de viscosidad 16 hasta 160 mm2/s
(a temperatura de servicio y presión a posición cero < 63 bar)
Rango de viscosidad 25 hasta 160 mm2/s
(a temperatura de servicio y presión a posición cero > 63 bar)
Válvula antiretomo S
Rango de temperatura del fluido hidráulico -30 hasta 80°C
Rango de viscosidad 2,8 hasta 380 mm2/s
Válvula direccional WE
Rango de temperatura del fluido hidráulico -30 hasta 80°C
Rango de viscosidad 2,8 hasta 500 mm2/s
Válvula direccional WEH
Rango de temperatura del fluido hidráulico -30 hasta 80°C
Rango de viscosidad 2,8 hasta 500 mm2/s
Válvula limitadora de presión DBD
Rango de temperatura del fluido hidráulico -30 hasta 80°C
Rango de viscosidad 10 hasta 800 mm2/s
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
49
Ejercicio
En base a los valores característicos de las bombas hidráulicas se puede reconocer que resulta
posible emplear una bomba de engranajes o una bomba de pistones axiales. La bomba de paletas
para este caso específico no resulta adecuada, dado que el valor para el rango de viscosidad de 16
hasta 160 mm2/s resulta insuficiente. La bomba de paletas sólo podría ser utilizada con un fluido
hidráulico con una curva de densidad muy plana, p.ej. fluido hidráulico para aviones.
En el diagrama de caudal de la válvula direccional pre-comandada TN 10 (véase
documentación del fabricante) se puede reconocer que el caudal puede circular a través de la
válvula sin grandes pérdidas. En el caso de una válvula direccional de mando directo TN 10 el
límite para el caudal se encuentra en máx. 120 L/min con 41 mm2/s y 50°C. Por lo tanto,
ésta válvula no debe ser empleada.
Todos los componentes hidráulicos a utilizar deberán ser analizados en cuanto a su
empleabilidad durante la fase de proyecto o en caso de un cambio de equipos.
Para un correcto funcionamiento de la instalación hidráulica resulta de suma importancia el
dimensiona-miento suficiente del filtro de presión y del filtro de retorno. En el caso de la
temperatura mínima de servicio de -10°C supuesta - a dicha temperatura el fluido hidráulico se
vuelve espeso - filtros con dimensionamiento demasiado reducido provocarían graves
problemas.
Si se montara la bomba de paletas mencionada en el ejemplo, en verano sería posible el
servicio de la instalación. Al comienzo del invierno la bomba de paletas, en el caso de los
valores mencionados, seguramente dejaría de funcionar. Si se emplean bombas variables las
condiciones de empleo en cuanto a dependencia viscosidad-temperatura varían notablemente.
50
Bombas y motores hidráulicos
Las bombas y motores hidráulicos son máquinas hidrostáticas.
La transformación de momento mecánico en presión y caudal o viceversa es en todas las
máquinas hidrostáticas igual. La igualdad del momento (sin rendimiento) es la siguiente:
.2
Bomba M = Momento entregado
Motor M = Momento obtenido (ambos sin rendimiento)
P = Diferencia de presiones: salida y entrada de la bomba entrada y salida del motor
Vh = Cilindrada geométrica
Para lograr esta transformación existen varias posibilidades constructivas.
Hidrobombas
Las bombas, en la Hidráulica, son las máquinas que producen el flujo y que le imprimen al
fluido la energía necesaria. La bomba aspira el fluido (casi siempre de un recipiente) y lo
expulsa por la conexión de salida hacia el sistema.
Por intermedio de los dispositivos de control y regulación, llega el fluido al consumidor, que
es un elemento que ofrece resistencia, por ejemplo un cilindro solicitado con una carga. La
presión en el fluido está en relación con la resistencia ofrecida por el consumidor y aumenta
hasta vencerla.
Se puede imaginar que la columna de flujo es una barra de empuje y que la bomba le imprime
la energía necesaria.
Ing. P
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Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
52
Bomba de engranajes con dentado exterior
Figura 20 Bomba de engranajes dentado exterior
Aquí giran 2 engranajes con dentado exterior. El engranaje 2 es movido en el sentido de la
flecha y arrastra al engranaje 3, en sentido opuesto.
El flujo es transportado por las cámaras 4 y en la zona de presión es expulsado por los dientes
que engranan.
En el corte se observa que los dientes cierran las cámaras antes de que éstas estén vacías.
El fluido remanente estaría solicitado a altas presiones que ocasionarían un funcionamiento
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
53
irregular.
Para evitar este defecto se practicaron muescas en los costados que permiten la descarga hacia
la zona de presión.
Otro punto a considerar es el juego entre engranajes 5 y cojinetes 6.
Mucho juego: reducido rozamiento
Gran fuga
Poco juego: gran rozamiento
Reducida fuga
Si se construye con juego fijo, la fuga aumenta con el desgaste.
También crecen las pérdidas volumétricas con el aumento de presión.
En estas bombas hemos construido un compensador hidrostático: Por intermedio de disco 7,
accionados por la presión del sistema, se empujan los cojinetes 6 sobre los engranajes. El
juego depende así de la presión del sistema y se logra un buen rendimiento, independiente del
número de revoluciones y de la presión.
Datos técnicos
Cilindrada: 3.5 – 100 cm3/r
Presión de servicio: hasta 250 bar
Figura 21 Símbolo de una bomba hidráulica
Las bombas de engranajes son bombas constantes.
Bombas de paletas
Bombas de paletas de cilindrada constante.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
54
El corte esquemático, muestra el principio de construcción de esta bomba (Figura18)
Figura 22 Bomba de paletas
La bomba de paletas se compone principalmente de: carcasa, estator 1 y rotor 2 con las
paletas 3.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
55
El estator 1 tiene una pista interna con doble excentricidad.
El elemento impulsado es el rotor 2, que sobre su periferia tiene ranuras en las cuales se
alojan paletas dobles que se pueden desplazar entre sí.
Al girar el rotor, las paletas son expulsadas radialmente hacia el exterior debido a la fuerza
centrífuga y a la presión del sistema que actúa en la parte posterior de las paletas.
Las paletas se apoyan así sobre el estator.
Las cámaras que transportan el fluido están formadas por el estator, el rotor, dos pares de
paletas y los discos laterales. La entrada y salida del fluido se produce por ranuras en los
discos laterales (no se muestran en la figura).
Para un mejor entendimiento se representó entrada y salida radialmente.
Para la puesta en marcha se impulsa el rotor en sentido de la flecha, en las proximidades del
canal de aspiración, arriba y abajo, las cámaras todavía son pequeñas. Al continuar el giro las
cámaras crecen hasta alcanzar su máximo tamaño en el punto en que la distancia del centro
del rotor a la pista interior es máxima. En este punto se separa la cámara de la zona de
aspiración por intermedio de las ranuras en los discos laterales.
Al continuar el giro, las cámaras se ponen en contacto con la zona de presión.
Por la forma de la pista, las paletas son obligadas a introducirse en las ranuras y las cámaras
disminuyen su volumen, obligando al fluido a desplazarse hacia la zona de presión.
Debido a que la excentricidad de la pista es doble, cada cámara desplaza fluido dos veces por
revolución.
El rotor está radialmente descargado por acción hidráulica debido a que las dos cámaras de
presión están enfrentadas, así como las dos cámaras de aspiración.
Datos técnicos
Bombas simples
Cilindrada: 10 – 100 cm3/r
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
56
Presión de servicio: hasta 175 bar.
Bombas V4
Las bombas de Tipo V4 son bombas de paletas dobles y de cilindrada variable.
Están compuestas fundamentalmente de una carcasa, un rotor con paletas dobles, un estator,
un regulador de presión, un variador de caudal a elección, y una válvula de purgado
automática.
Su función es producir un flujo e imprimirle la energía necesaria.
Proceso de aspiración y de expulsión.
Las cámaras necesarias para el transporte del fluido, están formadas por dos pares de paletas,
el rotor, el estator y las placas laterales.
Debido al giro del rotor, las cámaras, que pasan frente al canal de aspiración, aumentan su
volumen y se llenan de fluido. Una vez que las cámaras han alcanzado el volumen máximo, se
separan del canal de aspiración. Con la continuación del giro se conectan con el canal de
expulsión y reducen su volumen, obligando al fluido a desplazarse a través del canal P hacia
el sistema.
Para limitar el caudal máximo se previó un variador de caudal, a elección.
Regulación de la presión
El anillo estator está sujetado por dos pistones, sobre los cuales actúa la presión del sistema.
El resorte solo debe asegurar la función en el arranque; empuja al anillo estator a su posición
de excentricidad cuando la bomba está en reposo.
La presión de servicio máxima deseada en el sistema es graduada en el resorte del regulador
de presión, que sostiene al émbolo de regulación en su posición extrema.
Cuando alcanza la presión graduada, el émbolo es desplazado y se establece la conexión entre
la cámara posterior del pistón y el tanque es a través de un conducto. El pistón empuja ahora
al estator, hasta que el caudal disminuye casi a cero. La presión de servicio es mantenida y las
fugas son respuestas.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
57
De esta manera se reducen las pérdidas de energía y el calentamiento del fluido.
Dado que el estator es desplazado hidráulicamente, la curva Q-p es vertical y se mueve
paralelamente cuando se gradúan diferentes presiones.
Figura 23 Bomba V4
Figura 24 Símbolo bomba V4
58
Bombas de pistones radiales
Bombas de pistones radiales Tipo R2 con 3, 5 y 7 elementos de bombeo
En estas bombas los pistones están ubicados según la disposición estrella, radialmente al eje
motor. El movimiento de los pistones es perpendicular al eje.
El flujo en las bombas de pistones radiales es comandado por válvulas o por lumbreras y
puede ser variable o constante.
Además se pueden distinguir por la forma en que se produce la carrera de los pistones: por
pista externa (los pistones están hacia adentro) o por pista interna (los pistones están hacia
afuera)
En la Figura 21 se muestra las, con pista interna, constante.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
59
Figura 25 Bomba de pistones radiales
El caudal está dado por la cantidad y el diámetro de los pistones. La potencia depende de la
presión y del caudal y por ello, dado un diámetro de pistón queda fijada la presión máxima a
que trabajar la bomba.
El número impar de pistones ha sido elegido para reducir irregularidades en el caudal.
Interior cilindro
Cilindrada en
cm3/r
8 mm 10 mm 12 mm 14 mm
para un
elemento:
0,4 0.63 0.91 1.23
presión en bar
hasta:
630 500 350 250
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
60
EL pistón hueco 6 con la válvula de aspiración 4, es guiado por el buje 7 y apretado contra la
excéntrica 2 por el resorte 8. La forma de la superficie de contacto del pistón corresponde al
radio de la excéntrica.
El buje se apoya contra el vástago 9, fijo a la carcasa 1, mediante una superficie esférica.
En el vástago está alojada la válvula de presión 5. El elemento de bombeo (buje, pistón,
válvula de presión) es sujetado entre el vástago y la excéntrica por medio del resorte 8.
Bomba helicoidal
Figura 26 Bomba de tornillo helicoidal
En una carcasa están alojados dos o más tornillos sin fin (en la figura 26 son tres).
El tornillo central, con rosca derecha, es el eje motor; arrastra a los otros dos que son con
rosca izquierda. De esta manera se forman cámaras cerradas entre los filetes de los tornillos
externos, el filete del tornillo central o motor y la carcasa.
Con el giro de los tornillos, las cámaras se desplazan, sin variar su volumen de la conexión de
aspiración a la de presión. Así se obtiene un flujo constante, continuo y uniforme.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
61
Motores hidráulicos
Principios constructivos
Los motores hidráulicos convierten energía hidráulica en energía mecánica.
Al igual que en el caso de las bombas hidráulicas, existe entre los motores hidráulicos una
variedad de principios constructivos y tipos de construcción. Dado que ningún tipo de
construcción puede cumplir óptimamente con todas las exigencias, para cada caso de
aplicación deberá elegirse el motor más adecuado.
Velocidad de rotación
Sólo pocos motores pueden ser utilizados con velocidades de rotación muy bajas y también a
velocidades de rotación superiores a 1000 min-1.
Por lo tanto, los motores hidráulicos se pueden dividir en motores de marcha rápida (n = 500
hasta 10000 min-1) y motores de marcha lenta (n = 0,5 hasta 1000 min-1).
Par de giro
El par de giro que puede ser entregado por el motor hidráulico depende de la cilindrada y de la
diferencia de presión sobre el motor hidráulico. Los motores hidráulicos de marcha lenta
normalmente han sido concebidos de modo tal que a reducidas velocidades ya entregan
momentos elevados. Estos motores LSHT (Low speed -High torque) se tratarán en un párrafo a
parte.
Potencia de accionamiento
La potencia entregada por un motor hidráulico depende del caudal y de la diferencia de presión
en el motor hidráulico. Dado que la potencia resulta directamente proporcional a la velocidad
de rotación, los motores de marcha rápida son adecuados para aplicaciones con gran exigencia
de potencia.
Motora engranajes
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
62
Figura 27 Motor de engranajes
Motor de rueda planetaria
Figura 28 Motor de rueda planetaria
Motor de paletas
Figura 29 Motor de paletas
Motor de pistones radiales con apoyo interno de los pistones
Figura 30 Motor de pistones
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
63
Motor de pistones radiales de carrera múltiple con apoyo externo de los pistones
Figura 31 Motor de pistones radiales
Motor de pistones axiales en construcción de eje inclinado
Figura 32 Motor de pistones axiales con eje inclinado
Motor de pistones axiales en construcción de placa inclinada
Figura 33 Motor de pistones axiales con placa inclinada
Motor de pistones axiales de carrera múltiple con eje fijo (no gira)
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
64
Figura 34 Motor de pistones axiales de carrera múltiple con eje fijo
Motor de pistones axiales de carrera múltiple con carcasa fija (no gira)
Figura 35 Motor de pistones axiales de carrera múltiple con carcasa fija
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
65
Motores a engranajes
Figura 36 Motores a engranajes
De acuerdo con su construcción, los motores a engranajes son muy similares a las bombas a
engranajes. Las diferencias están en el campo de presión axial y en el hecho de que los motores a
engranajes, concebidos para distintos sentidos de rotación, disponen de una conexión de fugas.
El fluido hidráulico que llega al motor hidráulico actúa sobre los engranajes. Se produce un par de
giro que es entregado sobre el eje del motor.
Los motores a engranajes se aplican frecuentemente en la hidráulica de móviles y en la técnica
agraria para accionar cintas transportadoras, separadores, ventiladores, transportadores sin fin
o sopladores.
Magnitudes características importantes
Cilindrada aprox. 1 hasta 200 cm3
Presión de servicio máx. hasta 300 bar
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
66
Rango de rotaciones 500 hasta 10000 min-1
Figura 37 Esquema motor a engranajes
Los motores a engranajes y los motores de pistones axiales pertenecen a los de marcha rápida. Los
motores hidráulicos de marcha rápida se emplean en el rango de rotaciones superiores a 500
min-1. Para aplicaciones con velocidades de rotación inferiores se emplean motores de marcha
rápida con reductor o motores de marcha lenta. Los motores de marcha lenta o LSHT (Low
speed-high torque) presentan sus mejores características y rendimiento a velocidades de
rotación inferiores a 500 min-1.
Motores LSHT (Motores hidráulicos de marcha lenta)
Motores hidráulicos según el principio de engranajes planetarios con eje central
Los motores hidráulicos del tipo MZ pertenecen a los motores de engranajes planetarios. Se
caracterizan por su gran cilindrada y sus pequeñas dimensiones.
Ello se alcanza porque por vuelta del eje de accionamiento se produce un gran número de
procesos de desplazamiento.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
67
Figura 38 Motores LSHT
Figura 39 Esquema de Motores LSHT
El motor hidráulico recibe o entrega el fluido hidráulico a través de conexiones de tuberías.
En el conmutador (2), que está prensado en la carcasa (1) se conduce el fluido a través de 2
canales anulares (13) y 16 ranuras longitudinales de la placa de mando (10). La placa de
mando está unida a través de un dentado con el eje (4). Por lo tanto, el rotor (6) y la placa de mando
(10) giran a la misma velocidad.
Ranuras de mando ubicadas radialmente (11) en la placa de mando crean una unión entre el
conmutador (2) y las cámaras de desplazamiento. Estas se forman con la superficie interna de
la rueda dentada interior (7), la superficie exterior del rotor (6) y los rodillos internos (8).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
68
En el conmutador la mitad de las 16 ranuras longitudinales está unida al lado de alta presión y la
otra mitad, al lado de baja presión.
Todas las cámaras de desplazamiento que momentáneamente aumentan su volumen, están
unidas a través de la placa de mando con el lado de alta presión. Todas las cámaras con
disminución momentánea del volumen se encuentran unidas con el lado de baja presión.
La presión en estas cámaras provoca una fuerza que actúa sobre el rotor y que produce el par de
giro. Aquí la rueda dentada interior (7) se apoya sobre los rodillos exteriores (9).
Figura 40 Placa de mando con sus ranuras
Cada vez que se alcanza el volumen mayor o menor de la cámara se conmuta. Por vuelta de eje
se producen 8 variaciones de volumen por cámara. Por lo tanto, se producen 7 x 8 = 56
procesos de desplazamiento. Ello explica la cilindrada relativamente alta por vuelta.
Figura 41 Motores LSHT
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
69
El eje saliente central permite instalar frenos de retención o utilizar dos extremos de eje, p.ej.
como accionamiento para transductor de rotaciones (véase la figura 42 perteneciente a un
motor de engranajes planetarios con dos extremos de eje, tipo MZD).
Figura 42 motor de engranajes planetarios con dos extremos de eje, tipo MZD
Válvulas antiretomo internas conducen el aceite de fugas interno hacia el lado de baja presión
correspondiente. Si la presión en este sector supera un valor determinado resulta necesario unir la
conexión de fugas con el tanque.
Motores hidráulicos según el principio de engranajes planetarios con eje
cardánico
En este principio constructivo el par de giro no se conduce a través de la rueda dentada interior
sino a través de un eje cardánico interno (1) desde el rotor (2) hacia el eje saliente (3).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
70
Figura 43 Motor hidráulico según el principio de engranajes planetarios con eje cardánico
El fluido hidráulico conducido hacia el motor hidráulico se reparte a través de ranuras (4) en el
eje saliente y se conduce a través de taladros en la carcasa hacia las cámaras de desplazamiento.
Del mismo modo también se descarga el fluido.
Se encuentra disponible una amplia gama de motores hidráulicos según el principio de
engranajes planetarios.
Magnitudes características importantes
Cilindrada: aprox. 10 hasta 1000 cm3
Presión de servicio máx.: hasta 250 bar
Rango de rotaciones: aprox. 5 hasta 1000 min"1
Principio de motores de pistones de carrera múltiple
En este principio constructivo por vuelta de eje cada pistón realiza varias carreras de trabajo.
Por ello estos motores tienen grandes cilindradas y, por ende, elevados momentos salientes de
giro.
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71
Figura 44 Motor de pistones de carrera múltiple
A través de conexiones de tuberías (1) y del mando (2) se unen ventanas de mando (3) con el lado
de alimentación y de descarga del motor. Según la posición momentánea, las cámaras del
cilindro se llenan o se vacían.
El pistón apoya a través de una bola o de un rodillo (7) sobre la curva de carrera (8).
La fuerza (FT) que es convertida en par de giro depende de la fuerza FA (superficie del pistón x
presión de servicio) y del ángulo de la curva de carrera (a).
De acuerdo con el tipo constructivo en estos motores el arrastre se realiza a través de una carcasa
rotatoria; el eje con el mando integrado y las conexiones de conductos está fijamente unido a
la máquina o los cilindros y pistones están unidos con el eje saliente rotatorio.
Figura 45 Apoyo del pistón a través de una bola sobre la curva de carrera.
El mando y la curva de carrera están entonces en la carcasa fija del motor.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
72
Los motores según el principio de carrera múltiple poseen muy buenas propiedades de marcha
lenta y se emplean para múltiples aplicaciones.
Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con carcasa
rotatoria
Este tipo constructivo requiere un espacio de montaje relativamente pequeño.
El mando y las conexiones de las tuberías están integrados en el eje del motor.
Dos curvas de carrera (4) están fijamente unidas al eje (1). Los grupos rotor/pistón se apoyan
axialmente en las curvas de carrera y transmiten el par de giro a la carcasa rotatoria.
Los resortes (3) se encargan de que los pistones en cualquier situación de servicio apoyen sobre
la curva de carrera. Si se retiran los resortes y actúa poca presión en la cámara de la carcasa, en
estos motores es posible una marcha libre.
Este tipo de motores, gracias al mínimo espacio de montaje requerido, es conveniente para
accionar ruedas o cabrestantes.
Figura 46 Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con carcasa rotatoria
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
73
Motor insertable sin carcasa
Figura 47 Motor insertable sin carcasa
Motor de pistones axiales con carcasa rotatoria
Figura 48 Motor de pistones axiales con carcasa rotatoria
Magnitudes características importantes
Cilindrada: aprox. 200 hasta 1000 cm3
Presión de servicio máx.: hasta 250 bar
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
74
Rango de rotaciones: 5 hasta 300 min'1
Par de giro máx.: hasta 3 800 Nm
Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con eje rotatorio
Magnitudes características importantes
Figura 49 Motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con eje rotatorio
Cilindrada: 200 hasta 1500 cm3
Presión máx.: hasta 250 bar
Rango de rotaciones: 5 hasta 500 min"1
Par de giro máx.: hasta 5000 Nm
Figura 50 Esquema de un motor de pistones axiales según el principio de carrera múltiple con eje rotatorio
En estos motores el mando y las conexiones de tuberías (6) se encuentran en la carcasa (5).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
75
Además, la curva de carrera (4) está fijamente unida con la carcasa (2) mientras que el grupo
rotor/pistón (3) está acoplado a través de un dentado (7) con el eje de accionamiento (1).
Cada pistón realiza varias carreras por vuelta del eje.
En este tipo constructivo se puede realizar un segundo extremo de eje o montar frenos"
Motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple
Figura 51 Motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple
Figura 52 Esquema de motores de pistones radiales según el principio de carrera múltiple
En este tipo constructivo los pistones (3) dispuestos radialmente se apoyan a través de rodillos
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
76
(8) sobre la curva de carrera (4). El fluido hidráulico llega a la cámara del cilindro a través de
taladros axiales en el mando (5). Cada pistón es cargado o descargado con fluido hidráulico por
vuelta del eje tantas veces como la cantidad de levas existente en la curva de carrera. El par de
giro que se produce como consecuencia de la forma curva del estator es transmitido a través de
un dentado (6) desde el grupo rotor/pistón (3) al eje saliente (7).
En la carcasa (1) se ha integrado un rodamiento de rodillos cónicos que puede absorber
elevadas fuerzas axiales y radiales. En la carcasa de mando (2), a través de un arrastre, se puede
montar un freno de discos (9).
Si en la cámara anular (10) el valor de la presión de aflojamiento de los frenos resulta inferior a
un valor determinado, el resorte de disco (11) comprime el paquete de discos (12). El freno ha
sido accionado.
Si la presión de aflojamiento supera el valor necesario, entonces el pistón de frenado (13) es
desplazado contra el resorte de disco. El paquete de láminas queda descargado y el freno
aflojado.
Figura 53 Pistones radiales
En la figura 53 a la izquierda se encuentra un motor no conmutado con 100% velocidad de
rotación, 100% par de giro, a la derecha se encuentra un conmutado 200% de velocidad de
rotación, 50% par de giro.
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77
Marcha libre
Si ambas conexiones A y B se unen sin presión y simultánea-mente a través de conexión "L" se
carga la carcasa con una presión de 2 bar, los pistones son empujados dentro del grupo
rotor/pistones. Los rodillos ya no apoyan sobre la curva de carrera y el extremo de eje se
puede girar libremente.
Conmutación a media cilindrada
En algunas versiones de los motores de pistones radiales se puede reducir la cilindrada a la
mitad. Para ello, a través de una válvula en el mando, en la carrera de trabajo sólo se alimenta
la mitad de los pistones con fluido hidráulico. Los pistones restantes están unidos a la parte de
descarga del motor. El motor marcha con doble velocidad de rotación pero con medio par de
giro.
Magnitudes características importantes
Cilindrada: 200 hasta 8000 cm3
Presión de servicio máx.: hasta 450 bar
Rango de rotaciones: 1 hasta 300 min-1
Par de giro máx.: hasta 45000 Nm
Motores de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones
Figura 54 Motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones
Los cilindros y pistones están dispuestos en forma estrellada alrededor del eje excéntrico
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
78
central.
Figura 55 Esquema de un motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones
De acuerdo con la posición del eje excéntrico de los 5 (ó 10) pistones 2 ó 3 (6) están unidos
con la alimentación (lado de presión) y los pistones restantes con la descarga (lado del tanque).
A través del mando (1) se alimentan las cámaras de los cilindros con fluido hidráulico.
El mando se compone de placa de mando (2) y válvula distribuidora (3).
Mientras que la placa de mando está firmemente unida con la carcasa mediante pasadores, la
válvula distribuidora gira con igual velocidad de rotación que el eje excéntrico.
Los taladros en la válvula distribuidora crean una unión con la placa de mando y con las cámaras
de los pistones.
La transmisión de fuerzas del pistón al eje excéntrico puede realizarse de varias maneras:
En la versión según figura 56 los pistones se conducen en la carcasa y apoyan sobre anillos
especialmente formados sobre el eje excéntrico.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
79
Figura 56 Esquema de un motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones sobre anillos
Durante el movimiento rotatorio del eje se produce un movimiento relativo entre pistón y
anillo. Para reducir la fricción la superficie de apoyo del émbolo en el anillo está descargada
hidrostáticamente.
En otra versión la presión de servicio actúa sobre el eje excéntrico. Los pistones y cilindros
apoyan sobre superficies esféricas y siguen, libres de fuerzas transversales, al eje excéntrico.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
80
Figura 57 Esquema de un motor de pistones radiales (carrera única) con apoyo interno de los pistones sobre superficies
esféricas
Las superficies de contacto en la excéntrica y en la carcasa están prácticamente descargadas
hidrostáticamente, de modo que la fricción resulta mínima. Esta construcción permite un
elevado rendimiento y una buena conducta de marcha lenta.
Magnitudes características importantes
Cilindrada: 10 hasta 8500 cm3
Presión máx.: hasta 300 bar
Rango de rotaciones: 0.5 hasta 2000 min-1
Par de giro máx.: hasta 32000 Nm
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
81
Motores de pistones radiales con cilindrada variable
Figura 58 Motor de pistones radiales con cilindrada variable
La construcción básica de estos motores hidráulicos es igual a la descripta en el tema anterior.
La diferencia con respecto a los motores hidráulicos con cilindrada constante es el eje
excéntrico.
Se compone de dos ejes (1 y 2) y de la excéntrica móvil (3).
Figura 59 Esquema de un motor de pistones radiales con cilindrada variable
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
82
A través de las conexiones de mando (4) se cargan de presión las cámaras del pistón en la
excéntrica (5 y 6). Si en las cámaras del pistón (6) actúa la presión superior, la excéntrica se
desplaza hacia el sentido de menor excentricidad. Si en la cámara (5) actúa una presión mayor
que en la cámara (6), entonces la excéntrica se desplazará en sentido de mayor excentricidad.
Figura 60 Esquema de funcionamiento de un motor de pistones radiales con cilindrada variable
De este modo se puede conmutar la cilindrada del motor hidráulico entre un valor mínimo y un
valor máximo, fijado mediante topes mecánicos.
Para el ajuste continuo de la cilindrada resulta necesario regular la posición de la excéntrica.
Como valor comparativo para la excentricidad se toma la magnitud del movimiento pendular del
pistón.
El captador de carrera (3) suministra una señal (valor real), la cual es comparada con el valor
nominal.
Si los valores real y nominal no coinciden, a través de una válvula reguladora y de las conexiones
(4) - según si la desviación es positiva o negativa - se carga de presión la cámara del pistón (5) o
(6), vanándose con ello la excentricidad en el sentido deseado.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
83
Figura 61 Captador de carrera
Junto con captadores de velocidad de rotación se pueden emplear motores de pistones radiales
con cilindrada variable para accionamientos en circuitos de regulación de lazo cerrado.
Magnitudes características importantes
Cilindrada: 200 hasta 5500 cm3
Presión máx.: hasta 300 bar
Rango de rotaciones: 1 hasta 1000 min-1
Par de giro máx.: hasta 22000 Nm
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84
Máquinas de pistones axiales
De eje inclinado
Principio de eje inclinado
Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una unidad constante
Figura 62 Máquina de pistones axiales
Figura 63 Diagrama de una máquin de pistones axiales
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
85
1 Eje motor • h= Carrera del embolo
2 Posición 0 . . A= Superficie del émbolo
3 Placa de mando para
α= variable
. . . DT= Diámetro de la
circunferencia de giro de los
pist. sobre el eje motor
4 Ríñones de mando α= ángulo de basculan.(p.ej.
25°)
5 Placa de mando para a=
constante
Vg= Cilindrada geométrica en
cm3
6 Cilindro X= Cantidad de pistones (p.ej. 7)
7 Pistón cónico
Figura 64 Funcionamiento de una máquinas de pistones axiales
El mecanismo propulsor de eje inclinado es una máquina de desplazamiento, cuyos pistones
de desplazamiento están dispuestos en forma inclinada respecto del eje motor.
Función como bomba
Girando el eje motor, el cilindro es arrastrado sin cardán a través de pistones articulados y
comienza a rotar. En los agujeros del cilindro los pistones recorren una carrera, cuya magnitud
depende del ángulo de inclinación del eje inclinado. El fluido es conducido hacia la bomba del
lado de baja presión (entrada) y transportado por los pistones del lado de alta presión (salida)
hacia el sistema.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
86
Función como motor
A diferencia de la función de bomba, aquí se conduce aceite de presión a través de la entrada.
Los pistones realizan una carrera, que es transformada en un movimiento de rotación por la
articulación del pistón en la brida motriz. El cilindro es arrastrado por los pistones y en el eje
motor se produce un par de giro saliente. El fluido que sale fluye nuevamente hacia el sistema.
Ángulo de basculamiento
El ángulo de inclinación/basculamiento de la unidad constante es definido por la carcasa y,
por ende, es fijo. En una unidad variable este ángulo se puede ajustar en forma continua
dentro de ciertos límites. Mediante variación del ángulo de basculamiento se producen carreras
distintas del émbolo y, por lo tanto, una cilindrada variable.
Descripción del funcionamiento
Figura 65 Descripción del funcionamiento de una máquina de pistones axiales
1. Eje motor 8. Punto muerto superior OT
2. Pistón 9. Punto muerto inferior
3. Superficie pistón 10. Ranura de mando lado presión con sentido de giro indicado
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
87
4. Cilindro 11. Ranura de mando lado aspiración con sentido de giro indicado
5. Carrera de presión
6. Carrera de aspiración
7. Placa de mando
Descripción
Las unidades de pistones axiales según el principio de eje inclinado con cilindrada constante o
variable pueden trabajar como bombas hidráulicas o como motores hidráulicos.
Como bomba, el caudal es proporcional a la velocidad de rotación de accionamiento y al ángulo
de basculamiento. Como motor, la velocidad de rotación de accionamiento es proporcional al
caudal que entra. El par de giro absorbido (bomba) o entregado (motor) aumenta con la dife-
rencia de presión entre los lados de alta y de baja presión. En servicio como bomba se convierte
energía mecánica en energía hidrostática. Variando el ángulo de basculamiento, las bombas y
los motores variables pueden variar su cilindrada, es decir, el caudal de la bomba o el caudal
absorbido por el motor.
Funcionamiento como bomba en circuito abierto
Al rotar el eje motor, a través de siete pistones articulados dispuestos circularmente en la brida
motriz, el cilindro comienza a rotar. El cilindro se desliza sobre la placa esférica de mando, en
la cual hay dos ranuras en forma de riñón. Al rotar, cada uno de los siete pistones se mueve en
los agujeros del cilindro desde el punto muerto superior OT hacia el punto muerto inferior UT
y viceversa, realizando una carrera en función del ángulo de basculamiento. El movimiento
del pistón desde el punto muerto inferior hasta el punto muerto superior en el agujero del cilin-
dro da la carrera de aspiración. A través de la ranura de mando del lado de aspiración entra el
volumen de fluido al agujero del cilindro, el cual corresponde a la superficie del pistón y a su
carrera.
Si continúa la rotación del eje motor, en la carrera del pistón desde el punto muerto superior
hasta el punto muerto inferior, el fluido es empujado hacia la otra ranura de mando (lado de
presión). Los pistones, cargados por la presión hidráulica, se apoyan contra el eje motor.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
88
Funcionamiento como motor
El funcionamiento como motor es la inversión del funcionamiento como bomba. Aquí el
fluido hidráulico es conducido hacia los agujeros del cilindro por la placa de conexión y a través
de una ranura de mando. Sobre la ranura de mando del lado de presión hay tres o cuatro aguje-
ros del cilindro, cuatro o tres del lado de retorno, pudiendo encontrarse un agujero cerrado sobre
el punto muerto a través de la placa de mando. El par de giro saliente se produce como
consecuencia de la fuerza que actúa sobre el eje motor, producto de la presión y la superficie
del pistón.
Variador (en unidades variables)
La variación del ángulo de basculamiento del eje inclinado se produce p.ej. mecánicamente
por medio de un husillo de posicionamiento o hidráulicamente por medio de un pistón de
posicionamiento. Aquí la parte hidráulica del cilindro del grupo rotor se bascula con la placa de
mando y, según el tipo de circuito y la función, se mantiene mecánica o hidráulicamente en
posición cero o posición inicial. Cuando el ángulo aumenta, aumenta la cilindrada y el par de
giro; en caso de reducción los valores se reducen correspondientemente. Si no hubiera un
ángulo de inclinación, la cilindrada sería igual a cero. Comúnmente se emplean variadores
mecánicos o hidráulicos, que a su vez se comandan o regulan mecánica, hidráulica o eléctrica-
mente. Algunos ejemplos conocidos son: variador por volante manual, mando electro-
proporcional, regulación de presión, regulación de potencia.
Generalidades
En ambos casos, en servicio como bomba o como motor, como consecuencia de la
construcción de ejes inclinados el par de giro se produce directamente en el eje motor. Los
pistones cargan al cilindro con fuerzas transversales muy reducidas, lo que influye
positivamente sobre la conducta de desgaste, el rendimiento y el momento de arranque.
Gracias a la placa de mando esférica está dado un apoyo del cilindro libre de pares, ya que todas
las fuerzas actuantes sobre el cilindro pasan a través de un punto. Desviaciones laterales como
consecuencia de deformaciones elásticas no conducen a mayores pérdidas por fugas entre
cilindro y placa de mando. En marcha en vacío y durante el arranque el cilindro es oprimido contra
la placa de mando mediante los resortes de disco montados. En caso de aumento de presión el
cilindro está balanceado mediante fuerzas hidráulicas de modo tal que también, en caso de
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
89
elevadas cargas en la superficie de mando, entre cilindro y placa de mando permanentemente
existe una película de fluido, manteniéndose las fugas dentro de un margen reducido. Sobre el
eje motor se encuentra el juego de cojinetes, que absorbe las fuerzas axiales y radiales que se
producen. Para estancamiento del grupo motor hacia afuera se emplea un retén radial y juntas
tóricas. Gracias a la arandela de seguridad se mantiene todo el grupo motor dentro de la
carcasa.
Fuerzas del grupo motor
Representadas en el paralelogramo de fuerzas de una unidad constante
La descomposición de fuerzas se produce en la brida motriz. Esta conversión de par de giro en
fuerza de pistón en la bomba y viceversa en el motor garantiza rendimientos óptimos. Una simple
descomposición de fuerzas significa también sólo una vez una pérdida de rendimiento.
Descomposición de fuerzas en la brida motriz de la bomba
Figura 66 Descomposición de fuerzas en la brida motriz de la bomba de pistones axiales
1. Alta presión 4. Fuerza de cojinetes (fuerza de apoyo)
2. Baja presión (presión de aspiración) 5. Fuerza de pistón (fuerza de alta
presión)
3. Par de giro ( fuerza de
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
90
accionamiento)
Descomposición de fuerzas en la brida motriz
Figura 67 Descomposición de fuerzas en la brida motriz
1. Alta presión 4. Fuerza de cojinetes (fuerza de apoyo)
2. Baja presión ( presión de retorno) 5. Fuerza de pistón (fuerza de alta
presión)
3. Par de giro (fuerza de accionamiento
Descomposición de fuerzas en la placa de mando con su superficie esférica
Figura 68 Descomposición de fuerzas en la placa de mando con su superficie esférica
M = centro de una esfera supuesta FK = suma de fuerzas 3 ó 4 pistones
r = radio de dicha esfera FZ = Fuerza de campo hidrostático de presión
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
91
del cilindro
HS = Centro de gravedad del campo
hidrostático de presión de cojín
FM = Fuerza resultante en la espiga central
En la observación de los pares de giro se ha recortado un segmento del grupo motor hidráulico y
se ha representado simplificado en estado puramente estático con ángulo de basculamiento 0o.
En la práctica, con el grupo motor basculado, se producen procesos de carga dinámica, dado
que constantemente actúa alta presión sobre tres o cuatro superficies de pistones.
Mecanismo motor de pistones cónicos de eje inclinado en tecnología de 40o con ángulo fijo
de basculamiento.
Figura 69 Mecanismo motor de pistones cónicos de eje inclinado en tecnología de 40o con ángulo fijo de basculamiento.
1. Eje motor 7. Centro
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92
2. Cojinete de rodillos cónicos 8. Placa de conexión
3. Brida motriz 9. Anillos de pistón
4. Cilindro 10. Pistones cónicos
5. Placa de mando fijo 11. Carcasa
6. Superficie deslizante esférica con
campos hidrostáticos de presión
Características:
• Centrado del punto de basculamiento,
• arrastre del cilindro sin cardán,
• soporte del cilindro libre de pares,
• mecanismo motor auto entrante,
• placa de mando esférica,
• cojinete de rodillos cónicos,
• pistones cónicos de una sola pieza con 2 anillos de pistón,
• lubrificación automática de cojinetes y
• descomposición de fuerzas del pistón directamente en la brida motriz.
Tipos constructivos
Unidad constante tipo A2F (ángulo fijo de báscula-miento), como bomba o motor para
circuito abierto o cerrado
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
93
Figura 70 Unidad constante tipo A2F
Unidad variable A7VO (ángulo de basculamiento variable) como bomba en circuito abierto
Figura 71 Unidad variable A7VO
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
94
Símbolos
Placa inclinada
Bomba variable con variador electro-hidráulico, regulación en función de la velocidad de
rotación y bomba auxiliar montada
Figura 72 Motor de pistones axiales de placa inclinada
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
95
Principio de placa inclinada con ángulo de basculamiento constante o variable
Figura 73 Principio de funcionamiento de la placa inclinada
1. Eje motor .
h = carrera del pistón
2. Placa inclinada . . A = superficie del pistón
3. Cilindro . . . DT = Diámetro de la
circunferencia parcial para α =
0º
4. Arrastre = Ángulo de basculamiento
(por ej. 15º)
5. Riñones de mando Vg = Cilindrada geométrica en
cm3
6. Placa de mando x = Número de pistones (por ej.
9)
7. Pistón
8. Patín
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
96
9. Posición 0
Principio de placa inclinada
Figura 74 Principio de placa inclinada
El grupo rotativo de placa inclinada es una máquina de desplazamiento, cuyos pistones de
desplazamiento se encuentran dispuestos axialmente al eje motor. Se apoyan sobre una placa
inclinada.
Funcionamiento como bomba
Cuando el eje motor gira, el cilindro es arrastrado por el dentado. Los pistones realizan una
carrera, fijada por la placa de desplazamiento (placa inclinada). El fluido llega a la bomba por
el lado de baja presión (entrada) y es transportado por los pistones hacia el sistema del lado de
alta presión (salida).
Funcionamiento como motor
En contraposición al funcionamiento como bomba, el fluido hidráulico aquí se alimenta a
presión por la entrada. Los pistones realizan una carrera rotatoria y arrastran al cilindro, el cual
a su vez, a través del dentado, hace girar al eje motor. El fluido sale por el lado de baja presión
(salida), siendo conducido nuevamente al sistema.
Ángulo de basculamiento
En la unidad constante la inclinación de la placa de deslizamiento está fijamente maquinada en
la carcasa. En la unidad variable el ángulo de inclinación de la placa inclinada se puede variar
en forma continua dentro de ciertos límites. Variando el ángulo de inclinación de la placa inclinada
se produce una carrera de émbolo distinta y, con ello, una cilindrada variable.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
97
Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una bomba variable
Figura 75 Descripción del funcionamiento tomando como ejemplo una bomba variable
1. Eje motor 8. Arrastre
2. Pistón 9. Placa de mando
3. Superficie del pistón 10. Punto muerto superior OT
4. Carrera del pistón 11. Punto muerto inferior UT
5. Placa deslizante placa
inclinada
12. Ranura de mando lado presión (con sentido de
giro indicado)
6. Ángulo de variación 13. Ranura de mando lado aspiración (con sentido
de giro indicado) 7. Cilindro
Las unidades de pistones axiales según el principio de placa inclinada con cilindrada constante
o variable pueden trabajar como bombas hidráulicas o como motores hidráulicos.
Al utilizarlas como bomba, el caudal es proporcional a la velocidad de rotación de
accionamiento y al ángulo de basculamiento. Al utilizarlas como motor, la velocidad de
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
98
rotación saliente es proporcional al caudal que le llega.
El par de giro absorbido (bomba) o entregado (motor) aumenta con la diferencia de presión entre
el lado de alta y el de baja presión.
Al funcionar como bomba, la energía mecánica se convierte en energía hidrostática. Al
funcionar como motor, se convierte energía hidrostática en energía mecánica.
Variando el ángulo de basculamiento, en las bombas y los motores variables, se puede cambiar
la cilindrada, es decir, variar el caudal de la bomba o las rotaciones del motor.
Funcionamiento como bomba
Accionado por el motor de accionamiento (p.ej. Diesel o motor eléctrico), el eje motor gira y
arrastra con el dentado al cilindro. El cilindro gira con el eje motor arrastrando los 9 pistones.
Los pistones se apoyan mediante patines sobre la superficie de deslizamiento de la placa
inclinada, recorriendo una carrera. Los patines son mantenidos y conducidos forzosamente
sobre la superficie de deslizamiento mediante un dispositivo recuperador.
En el transcurso de una vuelta cada pistón se desplaza a través del punto muerto inferior o
superior a su posición inicial. Entre punto muerto (aquí el pistón invierte su sentido de
movimiento) y punto muerto siempre recorre una carrera completa. A través de las dos
ranuras de mando en la placa de mando ingresa o se transporta el volumen de fluido
correspondiente a la superficie del pistón por su carrera.
En la carrera de aspiración el fluido es aspirado o, mejor dicho, empujado - en circuito abierto
por la presión atmosférica y en circuito cerrado por la presión de alimentación - dentro de la
cámara del pistón que se agranda. Mientras que en la carrera de presión el fluido es despla-
zado desde los agujeros del pistón hacia el sistema hidráulico.
Funcionamiento como motor
El funcionamiento como motor es la inversión del funcionamiento como bomba. En este caso
el fluido hidráulico es conducido del hidrosistema al motor hidráulico. Por la placa de
conexión el fluido llega a través de las ranuras de mando a los agujeros del cilindro. Opuestos a
la ranura de mando en forma de riñón del lado de presión se encuentran cuatro o cinco agujeros
del cilindro. En la otra ranura de mando son entonces los restantes agujeros del cilindro los que
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
99
están unidos con el lado de retorno o también se encuentran parcialmente cerrados por la brida de
unión entre las nervuras de mando. Por carga sobre el pistón éste se desliza por la placa
inclinada hacia abajo, arrastrando consigo el cilindro por el cual es guiado. El cilindro con los
nueve pistones gira con el eje motor y los pistones recorren una carrera. La presión hidráulica
produce el par de giro en el cilindro y, con ello, la rotación del eje motor. El caudal que llega
determina la velocidad de rotación saliente.
Variador (en unidades variables)
La variación del ángulo de inclinación de la placa inclinada se realiza p.ej. mecánicamente a
través de un pivote o hidráulicamente mediante un pistón de posicionamiento. La placa inclinada
se mueve con facilidad, está apoyada sobre cojinetes de deslizamiento y la posición cero está
centrada por resorte. Al aumentar el ángulo de báscula-miento también aumenta la cilindrada y
el par de giro; en caso de reducción, estos valores se reducen correspondientemente. Si no hay
ángulo de inclinación la cilindrada es igual a cero. Normalmente se emplean variadores de efecto
mecánico o hidráulico, los cuales, a su vez, se comandan o regulan mecánica, hidráulica o
eléctricamente. Variadores muy utilizados son, por ejemplo: mando electro-proporcional,
regulación de presión (regulación de carrera nula), regulación de potencia.
Generalidades
Las bombas y los motores de placa inclinada resultan adecuados para empleo en circuito
abierto y cerrado. Dada su construcción, son empleados mayormente como bomba en circuito
cerrado. Allí la ventaja se encuentra en la posibilidad de montar en su arrastre bombas
auxiliares o accesorias y de aprovechar el tipo compacto de construcción del variador y de las
válvulas. Este tipo de construcción compacta, que ahorra espacio y peso, además garantiza una
elevada vida útil, ya que los patines están apoyados hidrostáticamente (cojinetes de
deslizamiento).La descomposición de fuerzas (fuerzas de pistones/par de giro) se realiza a
través del patín en la placa inclinada. La parte hidráulica del grupo motor, es decir, el cilindro
con pistones y placa de mando, se encuentra en equilibrio de fuerzas. El apoyo del eje motor
permite la absorción de fuerzas externas. El principio de la superficie de mando esférica, cuya
lubrificación, pretensión del cilindro mediante resortes de disco, etc. es comparable con la
función del grupo motor con sistema a eje inclinado.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
100
Fuerzas del grupo motor
Representación en el paralelogramo de fuerzas de una unidad variable
Figura 76 Fuerzas del grupo motor
1. Alta presión 4. Par de giro (fuerza de accionamiento)
2. Baja presión (presión de aspiración) 5. Fuerza del pistón (fuerza de alta
presión)
3. Fuerza de soporte (fuerza de apoyo)
La descomposición de las fuerzas se produce en la placa inclinada en los patines y en el cilindro.
Los patines del pistón están apoyados hidrostáticamente, garantizando una elevada vida útil de
los grupos motores.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
101
Figura 77 Descomposición de fuerzas del grupo motor
1. Alta presión 4. Par de giro (fuerza de alta presión)
2. Baja presión (presión de retorno) 5. Fuerza del pistón (fuerza de
accionamiento)
3. Fuerza de soporte (fuerza de apoyo)
El grupo motor de placa inclinada
Representación en forma simplificada
Figura 78 Representación en forma simplificada de las fuerzas en la placa inclinada
Descomposición de las fuerzas del pistón
Figura 79 Descomposición de las fuerzas del pistón
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102
Grupo motor de placa inclinada como motor
Como se ha explicado en la descripción del funcionamiento, aquí el pistón es cargado por el
fluido hidráulico proveniente de la bomba y apretado contra el plano inclinado.
La descomposición de fuerzas en el punto de apoyo (cojinetes de deslizamiento) con el plano
inclinado produce una componente de fuerza de soporte y otra de fuerza de par de giro (FN resp.
Fj). El pistón se desliza hacia abajo a lo largo del plano inclinado, realiza una carrera y arrastra
consigo el cilindro junto con el eje motor. Sin embargo, dado que el pistón dentro de su juego de
ajuste en el agujero del cilindro puede bascular, en el momento de desprenderse (al arrancar)
actúa una mayor resistencia a la fricción (rozamiento de adherencia) que durante la carrera
misma (rozamiento de deslizamiento). Esta doble descomposición de fuerzas es la causa para el
rendimiento de arranque algo menor de la placa inclinada con respecto a la simple
descomposición de fuerzas en caso de eje inclinado. En la práctica este rendimiento de arranque
en servicio como motor puede resultar importante, careciendo de importancia en el servicio
como bomba.
Tipo constructivos
Bomba variable tipo A4VG para circuito cerrado
Figura 80 Bomba variable tipo A4VG para circuito cerrado
Bomba variable tipo A10VO circuito abierto
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
103
Figura 81 Bomba variable tipo A10VO circuito abierto
Símbolos
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104
Motores y bombas constantes en construcción de eje inclinado
Características:
• Arrastre sin cardán del cilindro a través de pistones cónicos,
• pistones cónicos con anillos de pistón para estanqueizar
• soporte robusto de rodamientos de rodillos cónicos con elevada vida útil,
• brida y extremo de eje en ISO ó SAE estándar, de serie, con dos conexiones de fuga,
• es posible el montaje directo de una válvula de frenado,
• versiones para casos especiales de aplicación, presión nominal hasta 400 bar y presión
máxima hasta 450 bar.
Motor constante
Trabaja como motor tanto en circuito abierto como cerrado. Aplicación en el sector industrial
móvil y estacionario, donde se requiera una cilindrada constante para la transmisión
hidrostática de potencia.
Figura 82 Motor constante de eje inclinado
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105
Bomba constante
Mediante una placa de conexión correspondiente el A2FM se convierte en bomba A2FO.
Esta resulta adecuada para circuito abierto y se caracteriza por ser robusta, confiable, de larga
vida útil y de bajo nivel sonoro (sin dibujo).
Bomba constante para camiones
Es la bomba con las características especiales y las medidas de conexión para ser utilizada en
camiones. Fue construida para un rango de presiones de 250/350 bar. En caso de requerirse un
inversor del sentido de giro (por ej. en caso de cambio de reductor), girando simplemente la
placa de conexión, la bomba para circuito abierto tendrá otro sentido de giro de accionamiento.
Figura 83 Bomba constante de eje inclinado
Símbolos
Izquierda. motor-bomba constante para dos sentidos de caudal, derecha bomba constante
para un sentido de caudal
Figura 84 Símbolos de una bomba hidráulica
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106
El motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto y
cerrado
Características:
• Gracias al motor variable se dispone de un mayor rango de regulaciones en
reductores hidrostáticos,
• cumple con las exigencias de elevada velocidad de rotación y elevado par de giro,
• reducción de costos por ahorro de reductores o por la posibilidad de emplear bombas
más pequeñas,
• reducido peso por unidad de potencia,
• buena conducta de arranque,
• diversos dispositivos de regulación y de variación,
• basculamiento unilateral,
• presión nominal 400 bar y
• presión máxima 450 bar.
Figura 85 El motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto y cerrado
Símbolos
Izquierdo motor variable para dos sentidos de caudal; derecha motor variable para un sentido de caudal
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
107
Figura 86 Símbolo de un motor variable en construcción de eje inclinado para circuito abierto y cerrado
Cilindros
Cilindros hidráulicos (motores lineales)
Funciones y clases
La función de los cilindros hidráulicos es realizar movimientos rectilíneos de translación y
trasmitir fuerzas.
La fuerza máxima es función de la superficie activa del émbolo y de la presión máxima
admisible:
.
Esta fuerza es constante desde el inicio hasta la finalización de la carrera. La velocidad
depende del caudal de fluido y de la superficie del émbolo. Según la versión, el cilindro puede
realizar fuerzas de tracción y/o de compresión
Resumen de los cilindros hidráulicos más comunes:
Cilindro de acción simple
Estos cilindros pueden transmitir fuerzas en un solo sentido.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
108
Embolo buzo o sumergido
Esquema
Figura 87 Cilindro de simple efecto de buzo o sumergido
Al actuar la presión sobre la superficie del émbolo por la conexión A, el émbolo sale .
Para retornar a la posición inicial es necesaria una fuerza externa .
Cilindro con resorte de retorno
Esquema
Figura 88 Cilindro se simple efecto con resorte de retorno
También este cilindro es accionado hidráulicamente El retorno del émbolo se realiza con el
resorte.
Cilindro de acción doble
El cilindro de acción doble puede transmitir fuerzas en ambos sentidos de movimiento.
Cilindro con barra simple
(Cilindro diferencial)
Esquema
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
109
Figura 89 Cilindro de doble efecto
Al ser alimentado por la conexión A, el émbolo se desplaza hacia afuera. Por B retorna.
Las fuerzas máximas dependen de las superficies actuantes:
Salida superficie total del émbolo
Entrada superficie anular del émbolo
Y de la presión máxima admisible. En este caso las fuerzas en la salida son mayores que en la
entrada del émbolo. Las cámaras a ser llenadas son iguales en la longitud pero se diferencian
por la sección. Por esto las velocidades son inversas a las secciones (superficies).
Ello significa: salida lenta
entrada rápida
Cilindro con barra pasante
Esquema
Figura 90 Cilindro con barra pasante o doble vástago
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
110
Debido a que la barra es pasante, las superficies actuantes en ambos sentidos son iguales.
Esto ocasiona que tanto las fuerzas como las velocidades sean iguales en los dos sentidos.
El cilindro más utilizado es el de acción doble con una sola barra: el cilindro diferencial.
Lo analizaremos más detenidamente en su versión de serie Se puede distinguir dos modelos:
Construcción con tirantes
Construcción roscada en ambos extremos o construcción soldada en el pie y construcción
roscada en la cabeza.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
111
Construcción con tirantes
Figura 91 Cilindros de doble efecto construidos con tirantes
El cilindro está compuesto esencialmente por las partes descritas en la figura.
Figura 92 Partes de un cilindro de doble efecto
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
112
El pie de cilindro, la camisa y la cabeza, están empotrados entre si y son sujetados por cuatro
tirantes. La estanqueidad entre las cámaras es garantizada por la junta 14.1 o 14.2 según el
modelo.
Un movimiento suave, sin saltos (stick-slip), aún a velocidades mínimas y a baja presión, se
logra mediante la selección de juntas apropiadas y una adecuada terminación superficial de la
camisa, de la barra y de la banda guía 13.
Estos detalles se tuvieron en cuenta considerando el campo de acción de los cilindros, por
ejemplo, máquinas herramientas.
Una dimensión importante en los cilindros diferenciales, es la relación de superficies:
ó
é é
Las fuerzas en la salida y entrada del émbolo están en la misma relación. Las velocidades son
inversamente proporcionales a la relación de superficies.
Datos técnicos
Presión de servicio: hasta 105 bar (en función del Ө de émbolo)
de émbolo: 32 hasta 200 mm
de barra: 18 hasta 140 mm
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
113
Construcción roscada en ambos extremos
Figura 93 Construcción de cilindros de doble efecto con extremos roscados
El cilindro está compuesto fundamentalmente las partes indicadas en la siguiente figura.
Figura 94 Partes de un cilindro de doble efecto con extremos o culatas roscadas
La sujeción del pie y de la cabeza de cilindro a la camisa, se realiza con bridas.
Para evitar pasaje de aceite entre ambos lados del cilindro, se instalan los retenes (16). La sa-
lida de aceite al exterior en el vástago se evita con el retén (14).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
114
Estos cilindros fueron construidos para presiones de servicio hasta 250 bar (serie CD 250) y
350 bar (serie CD 350).
Datos técnicos
CD 250 CD 350
Presión de servicio: hasta 250 bar hasta 350 bar
de émbolo: 40 hasta 320 63 hasta 320
de barra: 20 hasta 220 45 hasta 220
Importante para todos los cilindros son, independientes de la versión de construcción, los
dispositivos de montaje y sujeción. Influyen en la carrera y están en relación con los de barra
y la solicitación. Los cilindros están diseñados para soportar esfuerzos de tracción y
compresión y se debe evitar cualquier carga lateral que pueda producir un bloqueo.
Amortiguación en los extremos de la carrera
A partir de una cierta velocidad es necesaria una amortiguación.
Es decir, una desaceleración de la velocidad hasta la detención.
La energía cinética resultante del movimiento:
.2
m = masa móvil
v = velocidad de la masa
debe ser absorbida por el tope, ya sea la cabeza o el pie de cilindro.
La absorción de energía del tope depende de la capacidad de deformación dentro del campo
elástico, por lo tanto, se deduce que con velocidades del émbolo 0,1 / es necesaria
una amortiguación.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
115
En la sección se muestra una amortiguación regulable en el pie de cilindro.
Figura 95 Amortiguación regulable en el pie de cilindro
Sobre el émbolo 1está montado el casquillo cónico de amortiguación 2.
Cuando el casquillo cónico de amortiguación entra en la perforación del pie 3, se reduce la
sección de evacuación del fluido de la cámara 4 hasta que finalmente se cierra. Ahora el
fluido tiene que salir por la perforación 5 y por la válvula reguladora 6 calibrada por el es-
trangulador 7.
La amortiguación es regulable por la válvula reguladora 6 a menor sección de pasaje en el
estrangulador 7, mayor será la amortiguación.
El arranque del émbolo en el otro sentido es auxiliado por el antíretorno 9, evadiendo de esta
manera al estrangulador.
Cilindro con amortiguación regulable en el pie.
Esquema
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
116
Figura 96 Símbolo de un cilindro de doble efecto con amortiguación regulable
Otros tipos de cilindros
Cilindro Tándem
Figura 97 Cilindro tándem
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
117
Cilindro telescópico de simple efecto
Figura 98 Cilindro telescópico
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
118
Cilindro telescópico de doble efecto
Figura 99 Cilindro telescópico de doble efecto
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
119
Válvulas de caudal
Las válvulas del caudal o de estrangulación, son elementos de gobierno hidráulico que se
utilizan para modificar, de una forma sencilla, la velocidad de los elementos de trabajo.
Esta modificación de la velocidad, se consigue a costa de variar el caudal del fluido. Para ello
se estrangula el orificio de paso en razón directa a la velocidad deseada.
Estas válvulas se pueden dividir en dos categorías: 1.- Válvulas estranguladoras de caudal 2.-
Válvulas reguladoras de caudal
Válvulas estranguladoras de caudal
Válvulas estranguladoras de caudal fijo (bidireccional)
Las válvulas reguladoras de caudal fijo ofrecen una resistencia constante al paso del fluido.
Son constructivamente bastante sencilla (Figura 96)
Figura 100 Válvulas de caudal
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
120
La resistencia hidráulica que origina un orificio estrecho de sección constante (3), permite un
aumento de presión. Esto origina que una parte de caudal se derive a través de otro circuito
(válvula limitadora de presión). En consecuencia, el volumen de fluido se reduce en esta
parte de la tubería, ya que la reducción de sección origina una resistencia. Debido a la
resistencia de oposición, se origina una pérdida de energía, expresada como caída de presión
(P). Así pues se tiene que:
En resumen, se puede decir que el caudal que pasa por un válvula reguladora, depende de la
sección de estrechamiento, de la diferencia de presión p y de la viscosidad del líquido a
presión.
Esta válvula se emplea para modificar de forma sencilla la velocidad de los órganos de trabajo
cuando las condiciones de presión son bastante constantes.
Válvulas estranguladoras de caudal variable (bidireccionales)
Las válvulas de caudal variable producen una resistencia hidráulica ajustable. Su
funcionamiento (Figura 40) es como sigue. El aceite a presión pasa a través de un orificio de
estrangulación cuya sección es variable por medio del tornillo de regulación. Por
consiguiente, al variar la sección, varia también el caudal circulante y, como se sabe, la
velocidad del fluido.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
121
Figura 101 Válvulas estranguladoras de caudal variable (bidireccionales)
Estas válvulas se emplean para ajustar el caudal sin escalonamientos, lo que significa que se
puede modificar con sencillez la velocidad de los órganos de trabajo por ejemplo, la
velocidad de avance de un dispositivo de fijación- sin efectuar cambios en el circuito.
Símbolo
Figura 102 Símbolo de una válvula estranguladora de caudal variable (bidireccional)
Válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional)
Este tipo de válvulas regulan el paso del fluido en un sentido y dejan que éste circule
libremente en sentido contrario.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
122
Válvula estranguladora unidireccional para montaje directo en tubería
Figura 103 Válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional)
Válvula estranguladora unidireccional para conexión tipo brida
Figura 104 Válvula estranguladora de caudal variable (unidireccional) tipo brida
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
123
Figura 105 Esquema de válvulas estranguladoras de caudal variable (unidireccional)
Cuando el aceite circula de A hacia B (Figura 105), la válvula antíretorno impide el paso libre
hacia la salida y obliga al fluido a desviarse hacia la estrangulación a, regulada por el tornillo
(1).
Si la corriente de aceite se dirige de B hacia A, la presión existente vence la acción del muelle
del antíretorno y el fluido escapa por las aberturas de la válvula en lugar de dirigirse hacia la
estrangulación, cuya sección es, evidentemente, mucho menor.
Estas válvulas se emplean para regular la velocidad de desplazamiento de un órgano de
trabajo en un sentido; en sentido contrario no existe regulación.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
124
Símbolos
Figura 106 Símbolo de una válvula estranguladora de caudal variable (unidireccional)
Válvulas reguladoras de caudal
Regulación del caudal en función de la variación de presión
En la entrada o en la salida de las válvulas reguladoras del caudal, pueden producirse
variaciones en la presión. Estas variaciones se producen por la conexión y desconexión de
elementos hidráulicos con diversas cargas de trabajo.
Según Figura 107, el orificio de entrada P1, a través del tornillo de estrangulación 1, regula el
caudal. La salida del flujo se realiza por P3. Al variar por cualquier circunstancia la presión, el
émbolo de regulación y el muelle de compresión 3 (balanza de presión) mantienen el caudal.
En la Figura 103 se puede observar cómo actúan las fuerzas existentes sobre el émbolo de
regulación de la válvula; en efecto, se puede afirmar que:
.
Como debe existir equilibrio, resulta:
. .
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
125
Figura 107 Regulación del caudal en función de la variación de presión
Al ser constantes Fm y A1 (también debe serlo Po1 – Po2; luego:
Si P permanece constante, con independencia de la presión de entrada, también permanece
constante el caudal que pasa por el punto de estrangulación, que es precisamente lo que se
pretendía.
Principio de la válvula reguladora de flujo de 2 vías con compensador de presión
preconectado
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
126
Figura 108 Principio de la válvula reguladora de flujo de 2 vías con compensador de presión preconectado
Símbolo
Figura 109 Símbolo de la válvula reguladora de flujo de 2 vías con compensador de presión preconectado
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
127
Válvulas de presión
Definición y clases
Hay dos clases de válvulas de presión:
• Válvulas reductoras de presión
• Válvulas limitadoras de presión
Válvulas reductoras de presión
Las válvulas reguladoras de presión tienen por objeto reducir una presión de salida ajustable
con respecto a una presión superior de entrada.
La presión de salida PA deberá ser constante, aun cuando haya variaciones en la presión de
entrada (Figura 110).
Figura 110 Esquema de una válvula reductora de presión
El muelle empuja el émbolo, según la posición inicial. El fluido pasa hasta la salida con la
presión correspondiente PE. También PE entra por el conducto a la otra parte del émbolo
(color amarillo), estableciéndose un equilibrio. Como no actúan otras fuerzas sobre el émbolo,
el caudal de líquido en el orificio anular se ajusta de tal forma que la fuerza del muelle se
iguala a la fuerza de la presión del líquido.
Las fuerzas que actúan sobre el émbolo son FF y F2, cuyo valor es AK. PA.. Para que haya
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
128
equilibrio FF debe ser igual; luego:
.
Es decir, PA depende exclusivamente de la fuerza del muelle regulable. Estas válvulas se
utilizan en todos los circuitos hidráulicos en los que interese una presión de salida
rigurosamente constante.
Válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías
Figura 111 Válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías
El elemento de mando es una corredera 4 que está alojada en la carcasa y es empujada a su
posición inicial por los resortes 3. En contraposición a las válvulas limitadoras y a las de
conexión de presión, las válvulas reductoras están abiertas en su posición inicial (Figura
108).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
129
Figura 112 Esquema de una válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías
Símbolo
Figura 113 Símbolos de una válvula reductora de presión, mando directo, de 3 vías
El sentido del flujo es de P hacia A. La presión secundaria (A) actúa por la perforación 2
sobre la cara derecha de la corredera. Si la presión en A alcanza al valor graduado en el
resorte, la corredera se desplaza hacia la izquierda y disminuye el flujo de P hacia A. Sólo
pasa el caudal que necesita el consumidor más fluido, la válvula cierra.
Si se trata de una válvula de tres vías, como la mostrada en la figura, se tiene un control
adicional de la presión secundaria, de manera que cuando ésta aumenta por la acción de una
fuerza externa, la corredera es empujada más hacia la izquierda; se establece la conexión entre
A y T y se evacúa el fluido necesario para mantener a la presión en su valor graduado. Para el
retorno libre del fluido del consumidor se instaló en paralelo un antíretorno 7.
Válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías
Para reducir la presión de caudales grandes es necesario utilizar válvulas pilotadas.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
130
La válvula de pilotaje 1 es una válvula limitadora de presión con mando directo. La válvula
principal tiene un émbolo 2, que en su posición inicial permite flujo libre de B hacia A
Figura 114 Válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías
La presión secundaria (A) deseada, se gradúa en el resorte 1 de la válvula de pilotaje. La
presión en A actúa sobre la cara anterior del émbolo principal y a través de las toberas 8 y 11
y el canal 9, sobre la esfera 6 y la parte posterior del émbolo. Mientras la presión de entrada es
menor que la graduada de salida, el resorte 12 mantiene al émbolo en posición "abierta".
Alcanzada la presión secundaria graduada se levanta la esfera 6 de su asiento y permite que
escape fluido. Se produce así una caída de presión que provoca que el émbolo se corra hacia
arriba reduciendo la sección de pasaje. El fluido que pasa es el necesario para que se
mantenga la presión. Si el consumidor no necesita fluido la válvula cierra totalmente.
Durante la regulación fluye continuamente líquido a través de la válvula piloto hacia el
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
131
tanque. El flujo de A hacia B es libre a través del antíretorno.
Símbolo
Figura 115 Símbolo de la válvula reductora de presión, mando indirecto, de 2 vías
Válvulas limitadoras de presión
Válvula limitadora de presión (mando directo)
Figura 116 Válvula limitadora de presión demando directo
La utilización de estas válvulas tiene por objeto limitar la presión de trabajo a un valor
máximo admisible. Se trata pues de un dispositivo de protección de los circuitos hidráulico
contra sobrecargas.
Véase el esquema de la válvula de la figura 113. El muelle regulable comprime el obturador
contra su asiento y cierra con ello el paso al fluido. Si la presión de éste aumenta hasta un
valor tal. que supera la reacción del muelle, se abre el paso de entrada y el fluido se dirige al
escape PA que descarga al depósito o tanque. La fuerza antagonista o de apertura debe ser:
. .
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
132
Figura 117 Principio de funcionamiento de la válvula limitadora de presión demando directo
PE = Presión de entrada
PA = Presión de salida (en caso descarga)
A = Superficie del asiento o lado frontal de la corredera de mando
Esta es una válvula muy utilizada para limitar o asegurar una presión máxima de trabajo. De
colocarse inmediatamente detrás de la bomba, con el objeto de evitar así accidentes por un
exceso de presión.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
133
Figura 118 Esquema de la válvula limitadora de presión demando directo
En una carcasa o bloque de mando 1 se atornilla la válvula compuesta de manguito 2, resorte
3, mecanismo variador 4, cono con pistón amortiguador 5 y asiento templado 6.
El resorte aprieta el cono sobre el asiento. La fuerza del resorte puede ajustarse en forma
continua con el mando giratorio. Con ello, también se ajusta la presión. La conexión de
presión P esta unida al sistema. La presión reinante en el sistema actúa sobre la superficie de
cono. Si la presión levanta el cono del asiento, se abre la unión hacia la conexión de retorno al
tanque T. la carrera del cono esta limitada por un reborde en el taladro amortiguador 7.
Dado que, a medida que aumenta la carrera también aumenta la fuerza del resorte de acuerdo
con la constante del resorte, el plato del resorte del lado inferior tiene una forma especial. Las
fuerzas de impulso del caudal del fluido se aprovechan de modo tal de compensar
prácticamente el incremento de la fuerza del resorte.
A fin de obtener un buen ajuste de presión en todo el rango de presión y una característica Δp
– Q plana (en lo posible, poco aumento de presión con caudal en aumento), el rango completo
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
134
de presión se subdivide en niveles de presión para una presión de servicio máxima ajustable
con el mismo.
Símbolo
Figura 119 Símbolo de la válvula limitadora de presión demando directo
Válvula limitadora de presión (mando indirecto)
Figura 120 Válvula limitadora de presión de mando indirecto
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
135
Figura 121 Esquema de la válvula limitadora de presión de mando indirecto
Esta válvula esta compuesta básicamente de una válvula principal 1 con pistón principal 3 y de
la válvula de premando 2 con elemento de ajuste de presión. La válvula de premando es una
válvula limitadora de presión de mando directo.
La presión actuante en canal A actúa sobre el pistón principal 3. Simultáneamente la presión
actúa a través de los conductos de mando 6 y 7 con sus toberas 4, 5 y 11 sobre el lado del pistón
principal 3 cargado por el resorte y sobre la esfera 8 en la válvula de premando 2. Si la presión en
canal A aumenta, alcanzando un valor superior al que ha sido ajustado en el resorte 9, la esfera 8
abre contra el resorte 9.
El caudal de mando sobre el lado del pistón principal 3 cargado por el resorte fluye ahora a
través del conducto de mando 7, del taladro de tobera 11 y de la esfera 8 hacia la cámara del
resorte 12. Desde aquí se conduce internamente a través del conducto de mando 13 o ex-
ternamente a través del conducto de mando 14 sin presión hacia el tanque. Condicionada por las
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
136
toberas 4 y 5 se produce una caída de presión en el pistón principal 3, por lo que se abre la unión
de canal A hacia canal B. Ahora fluye caudal de canal A hacia canal B, manteniendo la presión
de servicio ajustada.
A través de conexión "X" 1 se puede descargar la válvula limitadora de presión o conmutarla a
una presión inferior (segundo nivel de presión).
A través de conexión 14 - con el taladro bloqueado 16 -se puede conducir el aceite piloto por
separado (externamente) hacia el tanque. De este modo se evitan influencias de presión del
canal B sobre la presión ajustada.
Figura 122 Principio de funcionamiento de una válvula limitadora de presión
Símbolo
Figura 123 Símbolo de una válvula limitadora de presión
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
137
Válvulas de secuencia
Figura 124 Válvula de secuencia
La válvula de secuencia es una válvula que deja pasar el flujo de aceite del circuito llamado
primario (orificio P) hacia el circuito secundario (orificio S), una vez que el valor
predeterminado por su tarado.
Las válvulas de secuencia pueden ser: de mando directo, figura 125, o de mando indirecto o
preconectada, figura 127, estas pueden ser mandadas internamente o externamente.
En el caso de mando directo (válvula de la figura 125), la presión del circuito primario que
llega al orificio (P) actúa a través del conducto de mando 6 sobre la superficie 8 del pistón de
mando 2 y, con ello, contra la fuerza del resorte 3. Si la presión en el canal P supera un valor
ajustado en el resorte 3, el pistón de mando 2 es desplazado contra el resorte 3. Se abre la
unión del canal P hacia el canal A. el sistema posterior al canal A se conecta sin que en el
canal P caiga la presión.
La señal de mando proviene intermitentemente del canal P, a través del conducto de mando 6
y la tobera 7, o externamente a través de la conexión B (X).
Según el caso de empleo el aceite de fugas se descarga externamente a través de conexión T
(Y) o internamente a través de conexión A.
Para el libre flujo del canal A hacia P puede insertarse una válvula antíretorno. Para control de
la presión se ha previsto una conexión de manómetro 1.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
138
Figura 125 Las válvulas de secuencia de mando directo
Símbolo
Figura 126 Símbolo de la válvula de secuencia de mando directo
Las válvulas de secuencia precomandadas, Figura 127, básicamente se componen de válvula
principal 1 con pistón principal 2 y válvula de premando 3 con elemento de ajuste 11.
Para el libre retorno de flujo de canal A hacia canal B se puede montar una válvula antíretorno
4.
La alimentación y la descarga de aceite piloto se realiza en función del caso de empleo (válvula
de pretensión, válvula de secuencia o válvula de circulación).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
139
Figura 127 Válvula de secuencia precomandadas
En la válvula de secuencia aplicada como válvula de pretensión, Figura 127, la presión en
canal A actúa a través del conducto de mando 5 sobre el pistón de premando 6 en la válvula
de premando 3. Simultáneamente la presión actúa sobre el lado del pistón principal 2 cargado
por el resorte. Si la presión supera el valor tarado en el resorte 8, el pistón de premando 6 se
desplaza contra el resorte 8. La señal de mando proviene del canal A internamente a través del
conducto de mando 5. El fluido del lado del pistón principal 2 cargado por el resorte fluye a
través del conducto de mando 9 hacia canal B. Se produce una caída de presión en el pistón
principal 2. La unión entre canal A y canal B queda libre, manteniéndose la presión tarada en
el resorte 8. Las fugas en el pistón de premando 6 se conducen internamente hacia canal B.
A diferencia de la aplicación como válvula de pretensión en la aplicación como válvula de
secuencia el aceite de fugas que aparece en el pistón de premando se conduce externamente y
sin presión a través de conexión Y hacia el tanque.
La descarga de aceite piloto se realiza internamente través del conducto 9 hacia canal B.
En la aplicación como válvula de circulación, figura 128, la presión actuante en canal X actúa a
través del conducto de mando 5 sobre el pistón de premando 6 en la válvula de premando 3. Al
mismo tiempo la presión en canal A actúa a través de la tobera 7 sobre el lado del pistón principal
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
140
2 cargado por el resorte. Si en canal X la presión supera el valor ajustado en el resorte 8, el pistón
de premando 6 es desplazado contra el resorte 8. Ahora fluye fluido desde el lado del pistón
principal 2 cargado por el resorte - por el taladro en el pistón de premando - hacia la cámara del
resorte 10 de la válvula de premando. La presión del lado del pistón principal 2 cargado por el
resorte cae. El pistón principal 2 es levantado de su asiento y se crea la unión de canal A hacia canal
B. El fluido hidráulico fluye prácticamente sin presión de canal A hacia canal B.
En esta versión el aceite piloto se descarga sin presión desde la cámara del resorte 10 a través de
conexión Y.
Figura 128 válvula de circulación
Símbolos
Figura 129 Válvula de secuencia precomandada; alimentación interna de aceite piloto, descarga interna de aceite piloto
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
141
Figura 130 Válvula de secuencia precomandada; alimentación externa de aceite piloto, descarga interna de aceite piloto
Figura 131 Válvula de secuencia precomandada; alimentación interna de aceite, descarga externa de aceite piloto
Figura 132 Válvula de secuencia precomandada; alimentación externa de aceite piloto, descarga externa de aceite piloto
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
142
VÁLVULAS DE RETENCIÓN
VÁLVULAS DE RETENCIÓN ANTIRRETORNO SIMPLE
Figura 133 Válvula de retención
Las válvulas de retención deben evitar el retroceso del fluido dentro de un circuito. La propia
presión del fluido interviene en el cierre de la válvula. Actualmente se emplean válvulas con
obturadores de cierre dotadas de un pequeño muelle. Las firmas especializadas suministran
infinidad de modelos para los distintos tipos de tuberías. La figura 130 representa el corte de
una válvula de este tipo.
Figura 134 Esquema de la válvula de retención o antíretorno
Esta válvula está constituida por una carcasa 1 y de un pistón templado 2 que es empujado por
un resorte 3 contra el asiento.
Cuando el fluido recorre de izquierda a derecha se bloquea su pasa y en sentido contrario de
derecha a izquierda la presión del fluido vence la fuerza del resorte abriendo la válvula y
permitiendo el paso del fluido.
La válvula con obturador de bola, antes muy utilizada, se emplea actualmente sólo para
presiones muy pequeñas, por ejemplo, como válvula de aspiración sin muelle en los tubos de
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
143
aspiración de las bombas (Figura 135)
Figura 135 Válvula con obturador de bola
Símbolo
Figura 136 Símbolo de la válvula de retención o antiretorno
Antíretorno con apertura hidráulica
Figura 137 Antíretorno con apertura hidráulica
En contraposición con los antirretornos simples, en los antirretornos con apertura hidráulica,
puede ser levantada la interrupción.
Estas válvulas pueden ser utilizadas:
• para cerrar un circuito con presión.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
144
• como seguro contra caída de una carga por rotura de una tubería.
a) Construcción sin conexión para fugas
Figura 138 Antíretorno sin conexión para fugas
En el sentido de A hacia B el flujo es libre: de B hacia A, el cono principal 1 y el cono de
descompresión 2 son apretados por el resorte 3 y por la presión del sistema contra el asiento
(Figura 138).
Válvula antíretorno pilotada, sin conexión de fugas, con cono de descompresión.
Figura 139 Válvula antíretorno piloteada
Al actuar una presión piloto en la conexión X, el pistón de mando 4 se desliza hacia la
derecha y levanta, primero al cono de descompresión 2 y luego al cono principal 1, de sus
asientos.
Ahora el líquido puede fluir de B hacia A. Por el cono de descompresión se realiza
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
145
una descompresión del fluido amortiguada y libre de golpe. En Figura 139 se muestra una
aplicación de este tipo de válvulas.
Símbolo
Figura 140 Símbolo de la válvula antíretorno piloteada
Esquema hidráulico
Figura 141 Esquema de aplicación de la válvula antíretorno piloteada
Se observa que la conexión A debe estar descargada. Una presión en la conexión A, actuaria
sobre el pistón de mando en contra de la presión piloto.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
146
b) Construcción con conexión para fugas
Figura 142 Válvula antíretorno con conexión para fugas
La diferencia con la anterior válvulas reside en la conexión adicional para fugas Y. En este
caso, sobre la superficie anular del pistón de mando no actúa la presión de la conexión A. La
presión de la conexión A actúa solamente sobre la superficie A4 del pistón de mando (Figura
142).
Símbolo
Figura 143 Símbolo de la válvula antíretorno piloteada con conexión para fugas
Esquema hidráulico
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
147
Figura 144 Esquema de aplicación de la válvula antíretorno piloteada con conexión para fugas
El esquema muestra que en la válvula con apertura hidráulica la conexión A está cargada por
una válvula limitadora de flujo intercalada.
En este caso es necesaria una válvula antíretorno, con apertura hidráulica, con conexión
externa para el fluido de fugas.
Doble antíretorno con apertura hidráulica
Montando dos antirretornos 1 y 2, en una misma carcasa, se obtiene el doble antíretorno
Figura 145 Doble antíretorno con apertura hidráulica
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
148
Figura 146 Símbolos de una válvula de doble antíretorno con apertura hidráulica
En los sentidos A hacia A1 y B hacia B1, el flujo es libre: de A1 hacia A y B1 hacia B, el flujo
es interrumpido.
Si el flujo es de A hacia A1, el pistón de mando 3 es empujado hacia la derecha y levanta de
su asiento al cono del antíretorno 2. Ahora el flujo de B1 hacia B, también es libre.
De la misma manera funciona en sentido de B hacia B1.
El esquema siguiente muestra la función del doble antíretorno.
Figura 147 Esquema de aplicación de una válvula de doble antíretorno con apertura hidráulica
Las dos conexiones del cilindro están interrumpidas sin fugas. Cuando el cilindro está
detenido, en cualquier posición, no puede ser movido por fuerzas externas. Ello significa que
un cilindro cargado, independientemente del tiempo de detención, no se moverá, ni siquiera
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
149
lentamente.
Para garantizar un cierre seguro cesarlo descargar las conexiones corredera con el retorno.
Las válvulas doble antíretorno son montadas generalmente entre una placa base y una
válvula direccional.
Válvulas de tamaños nominales grandes están con conos descompresión.
Válvula de prellenado
Figura 148 Válvula de prellenado
Las válvulas de prellenado son válvulas antirretornos de grandes dimensiones. Se utilizan
preferentemente para prellenado de grandes cilindros y cierran cuando el circuito de trabajo es
sometido a presión, por ejemplo, en prensas.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
150
Figura 149 Esquema de una válvula de prellenado
El cono de descompresión 1 y el cono principal 2 son mantenidos sobre sus asientos por el
resorte 3. El resorte 4 empuja al pistón de mando 5 a su posición inicial.
La conexión A está conectada con un recipiente de fluido ubicado sobre el cilindro. Sobre los
conos 1 y 2 actúa la presión de la correspondiente columna de líquido.
Esquema hidráulico
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
151
Figura 150 Esquema de aplicación de una válvula de prellenado
Al moverse el pistón del cilindro hacia abajo, ya sea por el propio peso al ser descargada la
superficie AR o por tratarse de un cilindro de acción rápida, se crea una depresión en la
cámara que está sobre la superficie Ar. Esta depresión actúa sobre la conexión B de la válvula
de prellenado, en la parte posterior de los conos; estos se levantan de su asiento y el cilindro
aspira el fluido del recipiente.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
152
Válvulas direccionales
Con una válvula direccional se controla el arranque, la detención y la dirección del flujo de un
fluido y con ello la dirección del movimiento y las posiciones de detención de un consumidor
(cilindro o motor hidráulico).
La denominación de las válvulas direccionales se realiza en base al número de las conexiones
de trabajo y al número de las posiciones factibles (las conexiones de pilotaje y fuga no
intervienen).
Una válvula con dos conexiones y dos posiciones se denomina entonces "válvulas
direccionales 2/2
Símbolo
Figura 151 Símbolo de una válvula direccional 2/2 normalmente abierta
Una válvula con cuatro conexiones y tres posiciones se llama en consecuencia "válvula
direccional 4/3"
P = conexiones de presión (de la bomba)
T = tanque
A, B = conexiones al consumidor
Esquema
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
153
Figura 152 Símbolo de una válvula 4/3 con centro en H
La indicación de las conexiones se hace siempre en la posición en que la válvula no está
accionada.
Las válvulas direccionales se pueden, por su construcción, dividir en dos grupos:
• Válvula direccional de asiento
• Válvula direccional de corredera
Además pueden ser de mando directo o de mando indirecto o pilotado.
Que una válvula sea de mando directo o indirecto depende en primera instancia de las fuerzas
necesarias para su accionamiento y con ello del tamaño nominal.
Válvulas direccionales de asiento
Según la ordenación de los asientos se obtienen las siguientes posibilidades:
Sistema 1 bola (símbolo U)
Posición de reposo: P y A comunicados, T cerrado sin fugas Posición activa: P cerrado sin
fugas, A y T comunicados.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
154
Figura 153 Válvula direccional de asiento
Símbolo
Figura 154 Símbolo de una válvula direccional 3/2 de asiento NA
Sistema 2 bolas (símbolo C)
Posición reposo: P cerrado sin fugas, A y T comunicados Posición activa: P y A comunicados,
T cerrado sin fugas
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
155
Figura 155 Válvula direccional 3/2 de asiento NC
Símbolo
Figura 156 Símbolo de una válvula direccional 3/2 de asiento NC
Observación:
Válvulas de asiento 3/2 tienen solape negativo en el cambio. Es decir durante el cambio de
posición (desde iniciar la apertura de un asiento hasta el cierre del otro) los conductos P, A,
T están comunicados entre sí. Este proceso se realiza en tan reducido tiempo que en la mayo-
ría de los casos no afecta al circuito hidráulico.
Cambios de electroimanes sólo pueden realizarse si son de la misma clase de corriente y para
igual tamaño de válvula.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
156
Direccional de asiento 4/2
Utilizando la placa Plus-1 se comporta la función de las válvulas 3/2 como si fueran válvulas
de asiento 4/2.
Funcionamiento de la placa Plus-1
Este ejemplo nos muestra una válvula del sistema de 1 bola y la placa Plus-1
Posición reposo:
La válvula principal no está activada, el resorte mantiene la bola apretada contra el asiento
izquierdo. El conducto P está comunicado con el conducto A. Como la presión a través de A
está también actuando contra la superficie grande del pistón en Plus-1 entonces está éste
apretado contra el asiento derecho dejando la comunicación B - T abierta. La placa Plus-1
tiene solape positivo al cambio.
Figura 157 Esquema de una placa Plus
Durante el cambio de posiciones al accionar la válvula, la bola es apretada contra el resorte y
el asiento. El conducto P queda cerrado mientras que A, B y T están comunicados entre si. A
través del conducto A queda sin presión la sección grande de la corredera en la placa Plus-1.
Posición conectada:
La presión en el conducto P actúa contra la superficie pe quena de la corredera en la placa
Plus-1, desplazándola contra el asiento izquierdo y finalizando así el cambio de posiciones,
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
157
quedando las comunicaciones de A con T y P con B.
Figura 158Esquema de placa Plus accionada
Válvulas direccionales de corredera
Figura 159 Válvulas direccionales de corredera
Las válvulas direccionales de corredera pueden ser de corredera lineal (émbolo) y de
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
158
corredera giratoria.
Dadas las múltiples ventajas que ofrece el sistema de corredera lineal, es el más utilizado:
Ventajas:
Construcción relativamente sencilla
En comparación con la corredera giratoria, muy buen rendimiento
Buena compensación de presiones y con ello fuerzas reducidas de accionamiento (ver válvula
de asiento)
Reducidas pérdidas
Múltiples espectros de funciones
Figura 160 Esquema de una válvula direccional de corredera
Las válvulas direccionales están compuestas, fundamentalmente, por una carcasa (1), el
elemento de accionamiento (2), la corredera (3), así como uno o dos resortes de retorno (4).
La corredera es mantenida en la posición de reposo, sea esta extrema o central, por los
resortes (4).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
159
El accionamiento de la corredera (3) se realiza por medio de una palanca. Esta actúa, a través
de una rótula, sobre el vástago (5), el cual empuja a la corredera a la posición deseada. De esta
manera se logra la característica de flujo requerida.
Al retornar la palanca a la posición inicial, los resortes de retorno (4) empujan nuevamente a
la corredera (3) a su posición de reposo.
Posiciones de trabajo
Las distintas funciones de control del flujo son logradas con el empleo de las respectivas
correderas y pueden ser representadas esquemáticamente. Cada compartimiento representa
una posición de la corredera.
Como ejemplo mostramos los esquemas más comunes que han sido denominados con letras.
Las posiciones con las flechas paralelas y cruzadas son las llamadas "posiciones de trabajo".
Símbolos
Figura 161 Símbolos de válvulas direccionales
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
160
Las posiciones contrales en las válvulas con tres posiciones se llaman "posiciones iníciales".
Todas las conexiones, por ejemplo, pueden estar interrumpidas (E) o todas comunicadas (H);
muchas combinaciones de ambos casos son posibles.
Cual posición inicial se adopta depende de la instalación y del efecto deseado en los
consumidores.
Superposición, posiciones intermedias
Es importante conocer cuál es la función cuando la válvula está en una posición intermedia.
Esta función depende de la superposición.
Se distinguen tres tipos de superposición.
1) Superposición positiva
En la superposición positiva, al moverse la corredera hacia la derecha, se cierre la conexión
entre P y T antes de que se establezca la conexión entre P y A. Durante el cambio de posición
están cerradas transitoriamente todas las conexiones.
Figura 162 Superposición positiva de la corredera
Se produce una elevación de la presión, cuya magnitud depende del caudal y del tiempo
necesario para el cambio.
2) Superposición negativa
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
161
Figura 163 Superposición negativa de la corredera
Aquí la conexión entre A y P se establece antes de que quede interrumpida la conexión entre
P y T. Durante el cambio de posición las conexiones están comunicadas transitoriamente entre
sí.
El resultado es un cambio suave del flujo, pero pueden llegar a aparecer movimientos
indeseados en el consumidor.
3) Superposición nula
Figura 164 Superposición nula de la corredera
La superposición nula es el caso intermedio Los espacios son iguales (xi = X2). Ello significa
que en el mismo momento en que se interrumpe la conexión entre P y T, se establece entre P
y A.
Esta superposición se utiliza generalmente en servo-válvulas, en las cuales se desea que ya un
pequeño movimiento de la corredera influya en el flujo.
Representación de las posiciones intermedias
Dado que en la elección correcta de una válvula se debe tener en cuenta también las
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
162
posiciones intermedias, se integró a éstas representación.
Como no son posiciones estables sino de transición, la representación se hace con líneas finas
y de trazos.
Figura 165 Símbolos de válvulas direccionales con varias posiciones intermedias
Válvulas direccionales de corredera con mando directo
La corredera de estas válvulas es comandada directamente. El comando puede ser mecánico,
hidráulico, neumático o eléctrico. El dispositivo de mando está montado lateralmente a la
válvula.
Mandos mecánicos
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
163
Figura 166 Mando mecánico de una válvula direccional
En el corte de la figura 166 se muestra el mando por medio de una palanca.
La corredera está fija al dispositivo movimiento de éste.
Figura 167 Símbolos de diferentes mandos para válvulas direccionales
En este corte se muestra una válvula de dos posiciones
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
164
Figura 168 Corte que muestra una válvula de dos posiciones
Por medio de una presión sobre el émbolo de mando 2, se empuja la corredera 1 hacia la
posición derecha. Allí queda fijada con el mecanismo de anclaje 3.
Existen cuatro modelos básicos de electroimanes:
• Electroimán de corriente continua, funcionando en seco. También se los denomina
"electroimanes secos"
• Electroimán de corriente continua, funcionando en aceite. También se los denomina
"electroimanes húmedos". El núcleo está sumergido en aceite sumergido en aceite a
presión.
• Electroimán de corriente alterna, funcionando en seco
• Electroimán de corriente alterna, funcionando en aceite.
Solenoide de corriente continúa
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
165
Figura 169 Solenoide de corriente continúa
Solenoide de corriente alterna.
Figura 170 Solenoide de corriente alterna
El electroimán de corriente continua ofrece una alta seguridad en su función y es suave. No se
quema cuando se traba la corredera.
Es apto para una gran frecuencia de cambio de posiciones.
El electroimán de corriente alterna se caracteriza por la alta velocidad del núcleo. Si el núcleo
no llega hasta la posición final, se quema después de un cierto tiempo (1 a 1/2 horas)
El electroimán que funciona en aceite es apto para instalaciones en la intemperie y en clima
húmedo. El núcleo se mueve en aceite, lo que provoca un reducido desgaste, buena
evacuación del calor y un funcionamiento amortiguado.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
166
El electroimán funcionando en seco, es la construcción más simple.
Para una mejor comparación se comparan en la figura 171 un electroimán seco de corriente
alterna 1, a la izquierda, y un electroimán seco de corriente continua 2, a la derecha.
Figura 171 Comparación de electroimán de corriente alterna y de corriente continúa
En este ejemplo la válvula es de dos posiciones y sobre la corredera no actúan resortes de
retorno. Es una denominada "válvula de impulso".
Al excitar al electroimán 1, el núcleo se desliza y empuja a la corredera por medio del vástago
de control, hacia la derecha, que es la posición indicada en el corte.
El núcleo de los electroimanes secos, está aislado del aceite del canal T por las juntas en el
casquillo 3.
Aquí los resortes tienen la función de sujetar a los casquillos hacia fuera.
Figura 172 Función de los resortes en las electroválvulas de electroimán húmedo
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
167
En la figura 172 se muestra, a la izquierda, un electroimán húmedo de corriente continua 4 y,
a la derecha, un electroimán húmedo de corriente alterna 5. El núcleo está siempre
comunicado con el canal T y sumergido en aceite. Esta es una válvula de tres posiciones.
Los resortes 6 se apoyan contra las carcasas de los electroimanes y por medio de un casquillo
y una arandela, ubican a la corredera en su posición central.
La corredera es plana en sus extremos y a diferencia de las válvulas con electroimán seco, el
vástago de mando no está unido a la corredera, sino al núcleo.
En las figuras 171 y 172 se muestra también el accionamiento auxiliar manual 7 desde el
exterior se puede mover así la corredera. De esta manera es simple de controlar el funcio-
namiento de los electroimanes.
Las válvulas de corredera hasta ahora tratadas, son de tres cámaras. Los canales P, A y B
están aislados entre sí por los cantos en la carcasa. El canal T no está aislado, sino que tiene
comunicación al exterior y es aislado recién con el montaje del dispositivo de mando.
En las válvulas de cinco cámaras también el canal T está a lado en ambos extremos, así como
las cámaras P, A y B. (Figura 173)
Figura 173 Válvula de cinco vías o cámaras
Las dos cámaras extremas están comunicadas entre sí por un canal (azul).
Al moverse la corredera, el fluido es desplazado de una cámara hacia la otra y por medio de
una tobera 3 en el canal de comunicación se puede regular la velocidad del desplazamiento de
la corredera en función del Ө de abertura de la tobera.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
168
Válvulas direccionales de corredera Datos Técnicos
Tabla 6 Datos técnicos de las válvulas direccionales de corredera
Elemento de mando
Man
do d
irec
to
Man
do in
dire
cto
Tipo Qmáx.
(l/min)
Pmáx.
(bar)
TN
Rodillo X WMR 14 315 5
Rodillo X WMR 30 315 6
Rodillo X WMR 80 315 10
Palanca manual X WMM 30 315 6
Palanca manual X WMM 80 315 10
Palanca manual X H - WMM 180 350 16
Palanca manual X H - WMM 450 350 25
Palanca manual X H - WMM 1500 350 32
Botón giratorio X WMD 14 315 5
Botón giratorio X WMD 30 315 6
Botón giratorio X WMD 80 315 10
Neumático X WP 30 315 6
Neumático, pst " 4,5 hasta 12 bar X WP 80 315 10
Neumático, pst " 1,5 hasta 6 bar X WN 80 315 10
Hidráulico X WH 30 315 6
Hidráulico X WH 80 315 10
Hidráulico X H - WH 180 350 16
Hidráulico X H - WH 450 350 25
Hidráulico X H - WH 1500 350 32
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
169
Electroimanes de corriente alterna o continua húmedos X WE 14 250 5
Electroimanes de corriente alterna o continua húmedos X WE 60 315 6
Electroimanes de corriente continua, secos X WE 100 210 10
Electroimanes de corriente alterna, secos X WE 100 210 10
Electroimanes de corriente continua, húmedos X WE 100 315 10
Electroimanes de corriente alterna, húmedos X WE 100 315 10
Electroimanes de corriente continua, húmedos. protección
contra explosión
X WE 30 60 6
Electroimanes de corriente continua, húmedos, protección
contra explosión por baja tensión
X WEH 30 100 6
Electroimanes de corriente continua, húmedos, protección
contra explosión, contra explosión y ambiente salino, contra
explosión y a prueba de grisú
X WE 80 210 10
Electroimanes de corriente continua, secos con interruptor en
el fin de carrera
X WE 80 315 10
Válvula direccional de corredera mando indirecto (piloteadas)
Se utilizan para tamaños nominales grandes, es decir, con gran cantidad hidráulica ( )
La razón es la elevada fuerza que se necesita para mover la corredera y las consiguientes
dimensiones que tendrían los electroimanes. Es por ello que las válvulas de tamaño nominal
mayor que 10 son piloteadas. Una excepción son las válvulas con mando directo por palanca,
que llegan hasta TN 32, con las consiguientes dimensiones de la palanca.
Una válvula pilotada está compuesta de la válvula principal 1 y de la válvula piloto 2 (Figura
174).
La válvula piloto es comandada generalmente por un electroimán (mando eléctrico). La señal
eléctrica que actúa sobre la válvula piloto es amplificada hidráulicamente y mueve a la
corredera principal.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
170
En las válvulas de TN 102 (hasta 7000 litros /minuto) la válvula piloto es a su vez una válvula
piloteada.
En este caso la razón del doble pilotaje no son las fuerzas sino los caudales de mando
necesarios.
Válvula direccional con mando electrohidraúlico, centraje por resortes
Figura 174 Válvula pilotada compuesta de la válvula principal 1 y de la válvula piloto 2
La válvula piloto es una válvula direccional 4/3 con mando eléctrico (figura 176)
La corredera principal 3, en la versión de centraje por resortes, es mantenida en su posición
central por los resortes 4. En la posición inicial (central), ambas cámaras en donde están
alojados los resortes (amarillo), están descomprimidas hacia el tanque (azul) por la válvula
piloto.
La válvula de pilotaje es alimentada con fluido por el canal de pilotaje 5. La alimentación
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
171
puede ser externa o interna
Si, por ejemplo, excitamos al electroimán izquierdo, la corredera de la válvula piloto se
moverá hacia la derecha; sobre la cámara 7 actuará la presión piloto y la cámara 6 estará
conectada con el tanque (descomprimida).
La presión piloto actúa sobre la corredera y la empuja contra el resorte 4,1 hacia la izquierda
hasta la tapa. Así en la válvula principal se establece la conexión de P con A y de B con T.
Al desexcitar al electroimán, la corredera piloto se centrará y la cámara 7 es comunicada con
el tanque, descomprimiéndose. El resorte 4.1 empujará a la corredera principal hacia la
derecha hasta el platillo del resorte 4.2. La corredera estará centrada. El fluido de la cámara 7
es evacuado hacia el tanque a través de la válvula piloto por el canal Y, siendo la evacuación
entonces externa.
También puede ser interna.
El proceso para la otra posición es similar.
Para mover la corredera principal se necesita, según la función y la construcción, distintas
presiones piloto.
Esquema
X = externo; Y = externo (por ejemplo)
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
172
Figura 175 Esquema de válvula piloto
Válvula direccional, mando electrohidraúlico, centraje por presión
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
173
Figura 176 Mando electrohidráulico centraje por presión
Esquema
X = interno; Y = externo (por ejemplo)
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
174
Figura 177 Esquema de un mando electrohidráulico centraje por presión
En la versión con centraje por presión, en la posición central, ambas cámaras 6 y 7 están
solicitadas con presión.
La corredera principal es mantenida en su posición central por la acción simultánea de la
presión sobre la cara 3, el casquillo de centraje 8 y el vástago de centraje 9.
Posición central de la válvula piloto
Figura 178 Esquema de la posición central de la válvula piloto
Si se excita al electroimán derecho de la válvula piloto, la corredera piloto se moverá hacia la
izquierda. La cámara 6 queda comunicada con la presión descomprimida hacia el tanque. El
casquillo de centraje 8 está apoyado contra la carcasa y el vástago de centraje 9 empuja a la
corredera hacia la derecha hasta el tope.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
175
Los resortes en las cámaras 6 y 7 están previstos para mantener a la corredera en su posición
central cuando la válvula está montada verticalmente. Al desexcitar al electroimán, la
corredera piloto retorna a su posición central y la cámara 7 es comunicada nuevamente con la
presión.
La superficie 3 de la corredera es mayor que la del vástago de centraje 8. La corredera
principal se moverá hacia la izquierda hasta que el canto 10 se apoye sobre el casquillo de
centraje. La suma de las superficies de casquillo y vástago es mayor que la superficie de la
corredera, quedando ésta detenida en su posición central.
Si se excita al electroimán izquierdo, la corredera piloto se moverá hacia la derecha. La
cámara 7 queda comunicada con la presión y la 6 es descomprimida hacia el tanque. La
presión sobre la superficie 3 mueve a la corredera principal hacia la izquierda hasta que el
vástago de centraje 9 toque la tapa. El casquillo 8 también es desplazado. La posición deseada
en la válvula se ha logrado. Al desexcitar al electroimán, la corredera piloto vuelve a su
posición central y la cámara 6 es comunicada nuevamente con la presión.
La suma de las superficies de casquillo 8 y vástago 9, es mayor que la superficie 3 de la
corredera y ésta se mueve hacia la derecha hasta que el casquillo se apoya contra la carcasa.
Ahora la superficie 3 de la corredera es mayor que al del vástago 9 y la corredera queda
detenida en su posición central.
Para descomprimir la cámara entre corredera y casquillo está prevista la conexión necesaria L
(violeta).
Alimentación interna de fluido piloto
En este caso el fluido piloto se obtiene del canal P y por una conexión interna X (rojo) se
abastece a la válvula piloto.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
176
Figura 179 Alimentación interna y externa del fluido piloto
La conexión X debe estar interrumpida por el vástago 10 como muestra la figura 179.
Con el fluido piloto no se necesita un circuito de pilotaje adicional. Sin embargo, se debe
considerar algunos factores:
• Si la corredera principal tiene superposición negativa o si la posición central el fluido
circula (sin presión), no se obtiene la presión piloto necesaria para mover a la co-
rredera principal.
• Hay que instalar, por ejemplo, una pequeña válvula de presión en el canal P para
producir la presión previa requerida para el pilotaje. La conexión X está delante de la
válvula que abre recién cuando la presión piloto es lo suficientemente elevada. Esta
solución implica una pérdida permanente de presión (ver válvula de presión previa).
• Si al circuito está conectado, por ejemplo, un acumulador se puede producir, en algún
momento, un caudal tan grande que puede destruir a la válvula de presión previa. Hay
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
177
que instalar delante de la válvula, en el canal P, un estrangulador (tobera) para reducir
el caudal.
• Además se debe tener en cuenta que la presión máxima de servicio no sea mayor que
la presión máxima admisible de pilotaje.
• En caso contrario, hay que instalar una válvula reductora de presión. La reducción
requerida en estas válvulas es de 1:0,66.
Naturalmente se debe observar también que la presión reducida no sea menor que la presión
mínima de pilotaje necesaria.
Alimentación externa de fluido piloto
El fluido piloto se obtiene se un circuito separado cuyas características de presión y caudal se
acomodan mejor a los requerimientos que en el caso anterior.
En las válvulas mostradas, el cambio de "interno" a "externo" o viceversa, se logra fácilmente
cambiando de posición al vástago 10; sólo se necesita demostrar la tapa para poder realizar
esta operación.
La posición correcta del vástago 10 para fluido piloto externo se muestra en la figura 179. El
vástago interrumpe la conexión a P.
Además es posible instalar un control de final de carrera que posibilita conocer a posición de
a corredera en cualquier momento.
Válvula de presión previa
En las válvulas direccionales con circulación del fluido en la posición central y conexión
interna del fluido piloto, es necesaria la instalación de la válvula de presión previa en el canal
P para producir la presión de pilotaje.
Se trata de un antíretorno cuya apertura se produce a la presión piloto.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
178
Figura 180 Válvula de presión previa
1. Válvula de presión previa
2. Canal P en la carcasa
3. Canal X
4. Placa base
Válvulas direccionales de corredera Datos Técnicos
Tabla 7 Datos técnicos de las válvulas direccionales de corredera
Elemento de mando
Man
dodi
rect
o
Man
doin
dire
cto
Tipo Qmáx.
(l/min)
Pmáx.
(bar)
TN
Electro-hidráulico X WEH 300 350 16
ELectrohidráulico X WEH 650 350 25
Electrohidráulico X WEH 1200 350 32
Hidráulico, electro-hidráulico X X WH/WEH 2000 350 52
Hidráulico electro-hidráulico X X WH/WEH 3000 350 62
Hidráulico, electro-hidráulico X X WH/WEH 4500 350 82
Hidráulico, electro-hidráulico X X WH/WEH 7000 350 102
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
179
Acumuladores
Figura 181 Diferentes tipos y tamaños de acumuladores
La función de un acumulador hidráulico es absorber un cierto volumen de fluido a presión y
entregarlo cuando se lo necesita. Estando conectado a un sistema hidráulico se lo puede
utilizar para que cumpla con distinto cometidos.
• Como reserva de fluido a presión, cuando en el sistema se necesita, durante un corto
tiempo, un canal mayor.
De esta manera se puede instalar una bomba relativamente pequeña. El acumulador es llenado
cuando el consumo del sistema en el ciclo de trabajo es menor que el caudal que la bomba
suministra. Cuando el caudal a consumir es mayor que el que la bomba puede suministrar, la
diferencia es obtenida del acumulador.
Si no se instalara el acumulador, la bomba tendría que ser lo suficientemente grande para
suministrar el caudal máximo, que en realidad se utiliza sólo durante un corto tiempo. La
utilización del acumulador no sólo permite el empleo de una bomba pequeña, sino que
además el motor es más reducido; la potencia instalada es menor.
• Como equipo auxiliar, para terminar un ciclo de trabajo cuando se presentan averías,
ya sea en la bomba o en el motor.
• Como compensación de fugas, para mantener durante mayor tiempo una presión.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
180
• Como compensación de volumen, cuando existen diferencias de temperaturas en
circuitos cerrados.
• Para eliminar picos de presión que se presentan en los procesos de conmutación
• Para amortiguar pulsaciones, disminuir irregularidades de la presión de las bombas.
• Para aprovechar la energía de frenado.
Figura 182 Constitución interna de un acumulador
1. Recipiente del acumulador
2. Membrana contenedora de gas (generalmente nitrógeno)
3. Válvula de entrada de gas
4. Válvula de entrada y salida de aceite hidráulico a presión
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
181
Datos técnicos para la selección de los distintos tipos acumuladores hidráulicos.
Tabla 8 Datos técnicos para la selección de acumuladores
Diversos tipos de acumuladores hidráulicos
El tipo más sencillo de acumulador consiste en un depósito a presión lleno de gas que debido
a la absorción del gas por parte del aceite, su utilización práctica es imposible. Los
acumuladores habitualmente utilizados llevan una bola o un cilindro con una membrana
elástica o un globo elástico. En estos últimos el tubo guía del pistón está construido siguiendo
el principio de los depósitos dilatables, quedando libre en el interior del depósito al gas a
presión, por lo cual no sufre los esfuerzos propios de la presión de almacenamiento. Los
pistones deben construirse con el mínimo juego posible, de forma que el ajuste sea in-
dependiente de la presión del acumulador.
Llenado con gas de los acumuladores hidráulicos
El gas que llena los acumuladores hidráulicos (nitrógeno) se extrae de las botellas a presión
existentes en el comercio. Para garantizar la presión de llenado exacta deben utilizarse
apartados especiales, los cuales están dotados con una válvula fina para la apertura de la
válvula de llenado del acumulador. Las fases de llenado de un acumulador con membrana en
forma de globo se detallan en la figura 183.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
182
Fases de llenado de un acumulador hidráulico.
Figura 183 Fases de llenado de un acumulador
a. Acumulador sin aceite ni gas,
b. Membrana llena de nitrógeno,
c. Acumulador sometido a la presión del circuito hidráulico,
d. Suministro de aceite por el acumulador para ceder su energía (Bosch).
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
183
CIRCUITOS TIPO
ESQUEMA 1. MANDO DE UN CILINDRO
Figura 184 Mando de un cilindro
Con el distribuidor en posición 1 el pistón sale fuera mientras que con el distribuidor en
posición 2 el pistón entra.
184
ESQUEMA 2. MANDO DE UN CILINDRO CON PUESTA EN DESCARGA DE LA
BOMBA A TRAVÉS DEL CENTRO DEL DISTRIBUIDOR
Figura 185 Mando de un cilindro con puesta en descarga de la bomba a través del centro del distribuidor
Con el distribuidor en la posición 1 el pistón sale fuera. Con el distribuidor en la posición 2 el
pistón entra. Cuando el distribuidor se coloca en la posición 0 el pistón queda detenido en la
posición que ocupa y el caudal que envía la bomba pasa libremente al depósito.
185
ESQUEMA 3. MANDO DE UN CILINDRO CON INVERSIÓN MECÁNICA
ACCIONADO POR EL MISMO CILINDRO
Figura 186 Mando de un cilindro con inversión mecánica accionado por el mismo cilindro
En este circuito se puede notar la presencia del distribuidor piloto indispensable para hacer
superar el punto muerto al distribuidor principal hidropilotado. En efecto (sin auxilio de
cinematismos mecánicos a saltos) no es posible el accionamiento mecánico directo de un
distribuidor único porque cuando el distribuidor está en el punto muerto central, el cilindro se
para y por lo tanto no manda nunca el propio distribuidor.
186
ESQUEMA 4. PUESTA A DESCARGA DE UNA BOMBA CONTROLANDO LINEA
DE "VENTING" DE LA VÁLVULA LIMITADORA DE PRESIÓN
Con la electroválvula en la posición 1 el aceite que envía la bomba se descarga a presión
reducida a través de la válvula limitadora de presión siendo necesario para ello vencer
únicamente la fuerza del muelle.
Figura 187 Puesta a descarga de una bomba controlando linea de "venting" de la válvula limitadora de presión
Con la electroválvula en la posición 2 el aceite ya no se descarga libre al depósito pues ahora
debe de vencer, a-parte del muelle, la presión que existe en la línea de "venting" que en este
caso está cerrada (no comunica con el depósito). La presión en la utilización es la del taraje de
la válvula.
Nota: En algunos casos la válvula antíretorno así como el estrangulador se pueden omitir.
187
ESQUEMA 5. SELECCIÓN DE LA UTILIZACIÓN DISTINTOS VALORES DE
PRESIÓN EN LA UTILIZACIÓN
Con la electroválvula en la posición 0 el aceite de la bomba se descarga a presión reducida (no
hay presión en la utilización).
Con la electroválvula en la posición 1 la presión en la línea de "venting" está controlada por la
válvula limitadora de presión de control remoto L. La presión en la utilización se puede
controlar mediante dicha válvula.
Figura 188 Selección de la utilización distintos valores de presión en la utilización
Con la electroválvula en la posición 2 a la línea de "venting" permanece cerrada. La presión
en la utilización se controla directamente con la válvula limitadora de presión.
Es evidente que este último valor de presión es superior o igual a las otras.
Si se quieren obtener otros valores de presión es suficiente conexionar el orificio de
utilización de la electroválvula que en este momento se encuentra cerrada con otros
distribuidores y otras válvulas limitadoras de control remoto.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
188
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
189
ESQUEMA 6. CIRCUITO CON DOS BOMBAS Y SELECCIÓN MANUAL
Cuando una utilización requiere dos condiciones distintas: Baja presión-alto caudal o Alta
presión-bajo caudal (ejemplo: prensas) se realiza mediante el empleo de dos bombas (una de
Baja presión alto caudal y la otra de Alta presión-bajo caudal.
Si se quiere conducir hacia la utilización el caudal integro de las dos bombas se pone la
electroválvula en posición 1, así se tiene la conexión de los dos pilotajes (líneas de "venting"
de las dos válvulas limitadoras de presión con el consiguiente valor de la presión controlado
por el tarado de la presión baja (B.P.).
Figura 189 Circuito con dos bombas y selección manual
Cuando se quiere alimentar la utilización con bajo caudal y alta presión se desplaza la
electroválvula a la posición 2, así se pone a descarga la bomba de baja presión-alto caudal a
través de la válvula limitadora B.P. La bomba de alta presión-bajo caudal no se puede
descargar a través de la misma válvula gracias al antíretorno y la presión máxima está
limitada por la válvula A.P.
Para poner a descarga las dos bombas basta poner la electroválvula en posición 0.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
190
ESQUEMA 7. CIRCUITO CON DOS BOMBAS CON SELECCIÓN AUTOMÁTICA
El circuito tiene la misma función que el esquema 6 con la diferencia de que en este caso la
bomba de baja presión-alto caudal se pone a descarga automáticamente cuando la presión en
la utilización alcanza cierto valor (precisamente el valor de taraje de la válvula de descarga) .
Figura 190 Circuito con dos bombas con selección automática
Para la puesta a descarga de las dos bombas es suficiente que la electroválvula se encuentre en
la posición 1. Lógicamente el caudal que debe de soportar la válvula limitadora de presión
debe ser por lo menos igual al caudal que suministran las dos bombas.
191
ESQUEMA 8. CIRCUITO REGENERADO
Este tipo de circuito también recibe el nombre de circuito diferencial.
Figura 191 Circuito regenerado
La cámara pequeña está siempre en conexión con la bomba. La cámara grande está
conexionada alternativamente con la bomba, por lo tanto el vástago sale fuera por la diferen-
cia de secciones (siendo las dos cámaras alimentadas con igual presión) o bien con la descarga
y entonces el vástago entra. En este caso la fuerza y la velocidad de salida del pistón
dependen sólo de la sección del vástago.
192
ESQUEMA 9. CIRCUITO REGENERADO / CIRCUITO NORMAL CON CAMBIO DE
MANDO
Con el distribuidor en posición 2 el pistón entra. Con el distribuidor en posición "0" el pistón
sale fuera con circuito regenerado. Con el distribuidor en posición 1 el pistón sale fuera con
circuito normal.
Figura 192 Circuito regenerado / circuito normal con cambio de mando
193
ESQUEMA 10. CIRCUITO REGENERADO/NORMAL CON CAMBIO
AUTOMÁTICO
Con el distribuidor en posición 1 el cilindro avanzará con circuito regenerado hasta que la
resistencia que encuentre no eleve la presión por encima del valor de tarado de la válvula de
descarga.
Figura 193 Circuito regenerado/normal con cambio automático
Efectivamente el aceite que sale de la bomba se envía a la cámara grande juntamente con el
aceite que sale de la cámara pequeña a través del antíretorno.
Cuando la presión en el cilindro abre la válvula de descarga, el antíretorno se cierra y la
cámara pequeña está en conexión libre con la descarga por medio de la conexión B-S.
194
ESQUEMA 11. ACUMULADOR CON PUESTA EN DESCARGA DE LA BOMBA
POR MEDIO DEL PRESOSTATO
Es un circuito como el esquema 4, la electroválvula se desexcita con el presostato de máx. y
se excita con el presostato de mínimo.
La válvula antíretorno impide el aceite acumulado descargarse a través de la válvula
limitadora.
Figura 194 Acumulador con puesta en descarga de la bomba por medio del presostato
El acumulador enviará el aceite hacia la utilización con cantidad controlada por regulador de
caudal unidireccional mientras la llave de paso sirve para descargar eventual-mente el
circuito.
195
ESQUEMA 12. ACUMULADOR CON PUESTA EN DESCARGA Y CARGA
AUTOMÁTICA
El principio de funcionamiento es igual al esquema 11 pero la puesta en descarga de la bomba
es automática cuando la presión del acumulador toma el valor de taraje de la válvula de
descarga.
Figura 195 Acumulador con puesta en descarga y carga automática
La carga es siempre automática y se obtiene cuando la presión del acumulador ha descendido
aproximadamente el 15% del valor máximo.
196
ESQUEMA 13. CONTROL DE CAUDAL A LA ENTRADA EN LA UTILIZACIÓN
Ventajas:
- No hay multiplicación de presión en los cilindros, ni presión en ambas caras en motores
hidráulicos.
Inconvenientes:
No impide un eventual embalamiento de la carga puesto que no hay ninguna retención a la
salida del actuador.
Figura 196 Control de caudal a la entrada en la utilización
- Lamina el aceite que sobra a la presión de taraje de la válvula limitadora. Más
calentamiento.
Aplicaciones típicas:
• Aplicaciones donde la carga se opone al movimiento: vgr. elevación de cargas
verticales.
• Avances de mesa en rectificadores.
• Máquinas de soldar.
197
ESQUEMA 14. CONTROL DE CAUDAL A LA SALIDA EN LA UTILIZACIÓN
Ventajas:
- Impide un eventual embalamiento de la carga puesto que hay retención a la salida del
actuador.
Inconvenientes:
Hay multiplicación de presiones en cilindros y presiones en ambas caras en motores
hidráulicos.
Figura 197 Control de caudal a la salida en la utilización
- Lamina el aceite que sobra a la presión de taraje de la válvula limitadora. Más
calentamiento.
Aplicaciones típicas:
Máquinas herramientas en las que el esfuerzo requerido sea discontinuo: ejemplo:
Taladradores, mandriladoras y roscadoras de interiores.
Descenso uniforme de cargas verticales.
198
ESQUEMA 15. CONTROL DE CAUDAL POR SUBSTRACCIÓN (O DERIVACIÓN)
Ventajas:
No hay multiplicación de presiones en cilindros ni presión en ambas caras en motores
hidráulicos.
Lamina el aceite que sobra a la presión de taraje. Menos calentamiento.
Permite regular con reguladores más pequeños. Importante si se trata de reguladores
compensados.
Figura 198 Control de caudal por substracción (o derivación)
Inconvenientes:
• No impide un eventual embalamiento de la carga puesto que no hay ninguna
retención a la salida del actuador.
• Menos precisión en la regulación si utilizamos reguladores no compensados.
Aplicaciones típicas:
• Circuitos de vaivén en brochadoras y lapidadoras.
• Circuitos con motores hidráulicos.
199
ESQUEMA 16. CONTROL DE CAUDAL A LA SALIDA DE LA BOMBA CON
PRESIÓN DE ESTA IGUAL A LA REQUERIDA EN LA UTILIZACIÓN
El circuito del esquema 15 tiene el defecto de que enviando al cilindro caudales pequeños se
siente en él la pulsación de la bomba, cosa que no ocurre en el presente esquema.
Figura 199 Control de caudal a la salida de la bomba con presión de esta igual a la requerida en la utilización
El pilotaje de la limitadora de presión colocada delante de la reguladora de caudal limitará la
presión de la bomba +5 Kp/cm2 respecto a la presión requerida en la utilización (dicha
diferencia de presión de 5 Kp/cm2 se puede variar a voluntad actuando sobre el muelle).
Se obtiene así un menor calentamiento y menos consumo de energía. El salto constante de
presión de 5 Kp/cm2 entre la entrada y la salida del estrangulador mantiene constante el
caudal controlado aún al variar la presión.
200
ESQUEMA 17. CONTROL DE CAUDAL EN ENTRADA CON CONTRAPRESIÓN
EN SALIDA
El circuito es igual al esquema 13 con la diferencia de la válvula de secuencia que permite
regular a voluntad la contrapresión en salida.
En el esquema empleado para unidades con fuertes y bruscas variaciones de carga (ejemplo
fresadoras).
Figura 200 Control de caudal en entrada con contrapresión en salida
201
ESQUEMA 18. CONTROL DE UNIDAD CON AVANCE RÁPIDO, LENTO DE
TRABAJO, Y RETROCESO
El circuito es idéntico al del esquema 14 con la adición de un distribuidor de 2 vías para el
cortocircuito de la válvula reguladora de caudal permitiendo un avance rápido del pistón.
Figura 201 Control de unidad con avance rápido, lento de trabajo, y retroceso
202
ESQUEMA 19. CONTROL DE UNIDAD CON AVANCE RÁPIDO EN CIRCUITO
REGENERADO, LENTO DE TRABAJO EN CIRCUITO NORMAL
El circuito tiene el mismo principio que el esquema 18 con la ventaja que en desplazamiento
rápido la electroválvula de dos posiciones pone en conexión la cámara pequeña del cilindro
con la presión obteniendo por lo tanto en esta fase un circuito regenerado (mayor velocidad de
aproximación a igualdad de caudal de bomba).
Figura 202 Control de unidad con avance rápido en circuito regenerado, lento de trabajo en circuito normal
203
ESQUEMA 20. FUNCIONAMIENTO DE DOS CILINDROS EN SECUENCIA
En este circuito el cilindro "B" funciona en sucesión al cilindro "A" por lo tanto sólo cuando
este último encuentra una resistencia superior al valor de tarado de S. Este circuito, que
asegura una presión (tarado válvula S) al cilindro "A" (amarre, bloqueo, etc.), se usa cuando
se quiere obtener un bloqueo seguro aún cuando otros cilindros se muevan sin resistencia.
Figura 203 Funcionamiento de dos cilindros en secuencia
204
ESQUEMA 21. REDUCCIÓN DE PRESIÓN EN UNA RAMA DEL CIRCUITO
Cuando en una parte de un circuito se quiere tener una presión reducida, se introduce en el
circuito que se desea una válvula reguladora de presión (también llamada reductor de
presión).
Figura 204 Reducción de presión en una rama del circuito
205
ESQUEMA 22. DESCENSO CONTROLADO DE UNA CARGA VARIABLE (CON
PRESIÓN MÍNIMA SOBRE LA BOMBA)
Figura 205 Descenso controlado de una carga variable (con presión mínima sobre la bomba)
Cuando se quiere mantener constante el descenso de una carga variable se emplea una válvula
de descarga sobre la cámara a controlar el cilindro y se une el pilotaje a la cámara que manda
el descenso. La presión de la bomba será igual al valor de tarado de la válvula de descarga
independiente de la carga y mantendrá abierta la válvula en un valor tal que mantenga
constante el descenso.
Un estrangulador sobre el pilotaje evitará fenómenos de inestabilidad.
206
ESQUEMA 23. CARGA CONSTANTE INDEPENDIENTEMENTE SI EL PISTÓN
SALE
Figura 206 Carga constante independientemente si el pistón sale
Apto para aplicaciones en que se requiere una fuerza casi constante (contrapesos-equilibrios-
levas, etc.).
Independientemente de la presión de la bomba la fuerza del cilindro está regulada por la
reguladora (reductora) de presión.
Durante la salida el aceite atraviesa el antíretorno mientras la limitadora de presión está
cerrada por estar hidráulicamente equilibrada.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
207
Si se manda la entrada del pistón el antíretorno se cierra y la limitadora de presión se abre
apenas la presión aumente respecto al tarado de la reguladora de presión del valor del muelle
del antíretorno (0,5 Kp/cm2) más el valor del muelle de la válvula limitadora (cerca de 0,5
Kp/cm2).
208
ESQUEMA 24. CIRCUITO CERRADO
La bomba P.V. según su regulación manda aceite en cantidad controlada a una o a la otra
cámara del motor hidráulico MI. El aceite de retorno es aspirado por la P.V.
Para recuperar las eventuales fugas de aceite del circuito se utiliza una bomba pequeña P.F.
que inyecta en la cámara de aspiración la cantidad que falte.
Figura 207 Circuito cerrado
209
ESQUEMA 25. CONEXIÓN EN PARALELO
Varias utilizaciones son alimentadas en paralelo por la misma bomba. En este caso el
funcionamiento puede obtenerse simultánea o independientemente.
Figura 208 Conexión en paralelo
210
ESQUEMA 26. CONEXIÓN EN SERIE
Varias utilizaciones son alimentadas por otros tantos distribuidores, unidos en serie uno tras
otro (la descarga del primero en la presión del segundo y así sucesivamente).
En este caso el funcionamiento de las utilizaciones es solamente independiente.
Figura 209 Conexión en serie
211
ESQUEMA 27A. FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS
Conexión en serie de cilindros simétricos cámara A con igual sección.
Figura 210 Funcionamiento simultaneo de cilindros
212
ESQUEMA 27B. FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS
Conexión en serie de cilindros diferenciales, pero con á-rea anular A del cilindro grande igual
al área A total del cilindro pequeño. En este caso hay que tener presente la presión que se
genera en la conexión entre los dos cilindros.
Figura 211 Funcionamiento simultaneo de cilindros
213
ESQUEMA 27C FUNCIONAMIENTO SIMULTANEO DE CILINDROS
Funcionamiento simultáneo de 2 cilindros asegurado por 2 motores hidráulicos idénticos
unidos mecánicamente entre ellos.
Figura 212 Funcionamiento simultaneo de cilindros
214
ESQUEMA 28. CIRCUITO DE SEGURIDAD PARA BLOQUEO ACUMULADOR
Figura 213 Circuito de seguridad para bloqueo acumulador
Cuando el motor eléctrico está parado, el acumulador es aislado automáticamente del sistema,
estableciéndose así una seguridad para los componentes hidráulicos. El circuito consta de una
válvula antíretorno pilotada (A), una válvula de seguridad (D), una válvula direccional (E) y
un a-cumulador (F). Un control eléctrico mantiene el solenoide (Ea) cuando el motor está
funcionando y desexcitado cuando el motor está parado.
Cuando el solenoide (Ea) está excitado, la presión del sistema actúa sobre la línea de pilotaje
de la válvula (A) manteniéndola abierta.
El acumulador (C) se carga o se descarga a través de las válvulas (A) y (B) según los
requerimientos del sistema.
La válvula (B) se utiliza para controlar el caudal del a-cumulador al sistema. El ajuste de la
válvula (D) debe ser ligeramente superior a la presión del sistema para protegerlo contra
presiones excesivas debidas a la expansión térmica.
Cuando el motor está parado, el solenoide (Ea) está desexcitado y la línea de pilotaje de la
válvula (A) está unida al tanque. La presión del acumulador actúa sobre la conexión (H) de la
válvula (A) manteniéndola cerrada e impidiendo que el caudal del acumulador se dirija al
sistema. La carga del acumulador (F) puede ser desviada al tanque a través de la válvula (C).
215
ESQUEMA 29. CIRCUITO DE FRENADO
Figura 214 Circuito de frenado
El circuito de frenado se utiliza para detener una carga con un mínimo de choque cuando cesa
la fuerza de accionamiento. Puede también utilizarse para mantener un control cuando la
fuerza impuesta por la carga actúa en la misma dirección que el giro del motor (carga
negativa).
La fuerza de frenado se ajusta mediante una válvula de equilibraje (D) tipo "P" pilotada
externa o internamente. El pilotaje externo principal proviene de la línea de entrada del motor
hidráulico y actúa sobre el área total de la corredera de la válvula. La presión de salida del
motor actúa sobre el pistón pequeño de (D) a través de un pasaje interno. La válvula (D),
normalmente cerrada, puede ser abierta por cualquiera de las dos presiones que actúan contra
una tensión de muelle ajustable. La carga se opone a la rotación del motor (E). La presión de
trabajo requerida para accionar la carga actúa sobre el área mayor de la corredera de (D) para
mantenerla abierta.
Carga negativa
En ciertas aplicaciones la carga puede actuar en la misma dirección de rotación del motor (E).
Esta carga "negativa" reduce la presión a la entrada del motor.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
216
Esta presión reducida a la entrada del motor actúa sobre la corredera de la válvula (D)
cerrándola, restringiendo así la descarga del motor (E).
El caudal restringido a través de (D) origina una contrapresión a la salida de (E) que actúa
sobre el pistón pequeño de (D).
La suma de las presiones que actúan sobre la corredera y sobre el pistón pequeño de (D) sitúa
esta corredera en una posición tal que origina una contrapresión que mantiene el control de la
carga en (E).
La magnitud de esta carga negativa determina el valor de la contrapresión en (E).
Frenado
La válvula (C) está en la posición central para permitir el frenado de la carga del motor (E).
La bomba (A) descarga a tanque a través de la válvula (C).
La inercia de la carga hace que el motor (E) continúe girando y actúe como una bomba,
siendo suministrado su caudal de entrada a través de (C).
Con la entrada de (E) comunicada a tanque, y la presión piloto que actúa sobre la corredera de
(D) es nula y ésta tiende a cerrarse, lo que restringe la descarga de (E), originándose una
contrapresión a la salida que actúa sobre el pistón pequeño de (D) contra su muelle. Estas dos
fuerzas opuestas hacen que la corredera de la válvula asuma una posición de equilibrio. El
ajuste de (D) determina la presión de frenado y el grado de desaceleración.
217
ESQUEMA 30. CIRCUITO DE DESCOMPRESIÓN
Un caso especial de realización de variación, o mejor de caída de presión en una parte del
circuito, es la descompresión de un volumen de aceite que se encuentra a presión elevada. La
descompresión progresiva es, en efecto, indispensable para evitar los golpes de ariete, tanto
más importantes cuanto mayores sean el volumen de aceite y la presión de trabajo.
Podemos indicar, de una forma aproximada, que descompresión es necesaria cuando el
diámetro del p sobrepasa 250 mm. y la presión de trabajo 90 Kg/cm2.
Figura 215 Circuito de descompresión
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
218
La figura 215 presenta, a título de ejemplo, uno de los medios posibles de descompresión de
un cilindro de prensa. El circuito está representado en posición de "Parada". Para obtener la
carrera de trabajo, el operador pone la válvula de mando manual (10) en la posición 2. El
pistón (5) desciende por gravedad. El descenso queda frenado por el estrangulador (4). El
"clapet11 pilotado de rellenado (6) se abre sin estar pilotado para llenar el cilindro (5). Al
final de la carrera de descenso, cuando la presión en el cilindro (5) sube, el "clapet" (6) se
cierra y la presión llega a su valor máximo "pi" determinado por el tarado de la válvula de
descarga (2).
Para obtener la carrera de retorno, y por tanto la subida del pistón (5), el operador pone la
válvula de mando manual (10) en posición 1. El aceite suministrado por la bomba (1) pasa a
través de los orificios (P) y (A) de la válvula (10) y fluye al depósito a través de la válvula de
"bypass" (7), que es accionada por la presión existente encima del pistón (5), y permanece
abierta el tiempo en que esta presión es superior a su presión de tarado "P2".
La descompresión del aceite situado encima del pistón (5) se efectúa a través del
estrangulador (9), de muy pequeña abertura, lo cual permite una descompresión progresiva. El
aceite que atraviesa el estrangulador penetra en el depósito a través de los orificios (B) y (R)
de la válvula (10) mantenida por el operador en su posición 1. La presión en el cilindro baja
progresivamente.
En cuanto la presión de encima del pistón (5) cae por debajo del valor "P2" de tarado de la
válvula de "bypass" (7), esta última se cierra y el aceite que viene de la bomba pasa a través
del "clapet" antíretorno (3) hacia el lado del vástago del pistón. La presión sube y acciona el
"clapet" del pilotado (6), que se abre para dejar pasar el aceite del lado opuesto al del vástago
del pistón hacia el depósito. El pistón (5) efectúa su carrera de ascenso.
Condiciones para descompresión
El criterio generalmente admitido para implantar un circuito de descompresión es el siguiente:
Si
.17500 160
Es aconsejable la descompresión.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
219
Donde:
P = presión en kg/cm2 en el cilindro
V = volumen en cm3 del aceite comprimido.
Multiplicación de presión
Cuando a lo largo del desarrollo de un ciclo de trabajo en una instalación hidráulica se
necesita en un momento dado un caudal relativamente pequeño con una presión relativamente
alta, se recurre a la multiplicación de presión. Con lo que evita el empleo de bombas y
válvulas de alta presión.
La multiplicación de presión se realiza con la ayuda de órganos hidromecánicos llamados
multiplicadores de presión.
De una forma general, los multiplicadores de presión pueden dividirse en dos grupos:
1.- Los multiplicadores discontinuos o de carrera única.
2.- Los multiplicadores continuos alternativos o rotativos.
220
ESQUEMA N° 31. MULTIPLICADORES DISCONTINUOS O DE ÚNICA CARRERA
El movimiento del pistón de la prensa - carrera rápida seguida de movimiento lento con
esfuerzo permite aprovecharlo para resolver el problema de las transformaciones de presión
de la siguiente manera:
Figura 216 Multiplicadores discontinuos o de única carrera
221
El caudal suministrado por la bomba pasa al cilindro mayor a través de la tubería 1 y a través
de la válvula de retención RV al cilindro pequeño. El pistón relativamente pequeño K1 de la
prensa se mueve rápidamente hacia arriba. Al crecer la resistencia en este pistón se mueve
también hacia arriba el pistón transformador de la presión K2. Con ello se establece una
transformación de presión de acuerdo con la relación de superficies de los pistones, siendo
pues la presión en el cilindro de la presa
.
Y la fuerza de la prensa Ke
4 . ..
Para asegurar un correcto escalonamiento de los movimientos de los pistones interesa que el
pistón K2 sea movido antes de iniciar su propio movimiento hidráulico, por ejemplo, mediante
la instalación de un muelle de pretensado. También puede preverse una pequeña presión en la
tubería 2 que permita efectuar el retroceso de ambos pistones. En este caso deberá utilizarse la
tubería 1 para el vaciado. Poco antes del fin de la carrera se abre la válvula de retención RV
mediante el punzón St, con lo cual puede vaciarse también el espacio situado bajo el pistón
K1, lo que permite descender. Mediante este sistema de transformación de presiones pueden
conseguirse con las presiones normales de trabajo importantes esfuerzos de prensado. Las
relaciones entre las presiones llegan a alcanzar sin dificultad 6:1 a 10:1.
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
222
ESQUEMA Nº 32. MULTIPLICADOR CONTINUO ALTERNATIVO
Figura 217 Multiplicador continuo alternativo
En la figura adjunta se presenta la estructura del órgano hidromecánico.
Esencialmente está formado por: el distribuidor 4/2 - SS, de mando mecánico, el
multiplicador propiamente dicho, los antirretornos tarados RV2 - RV3 - RV4 - RV5 y el
Ing. Pablo E Montalvo Jaramillo
223
antíretorno con mando externo RV1.
El funcionamiento es el siguiente:
En la posición del distribuidor representada en la figura, el aceite pasa a través de los
antirretornos y el pistón sale con velocidad. Cuando en el cilindro el aceite adquiere
determinada presión se cierran los antirretornos y entra en funciones el multiplicador por
medio del distribuidor SS. Inicia el multiplicador su movimiento hacia la derecha con lo que
provoca dos efectos. Por un lado manda fluido con presión ampliada a través del RV5 y por
otro aspira a través de RV2. En este momento están cerrados RV3 y RV4.
Cuando el pistón del multiplicador llega a su final de carrera, mecánicamente, invierte la
posición del distribuidor SS, con lo que se inicia el movimiento hacia la izquierda del pistón
del multiplicador con lo que: envía presión multiplicada por RV4 y aspira por RV3, RV5 y
RV2 cerrados. Hasta llegar a su final de carrera, momento en el cual invierte SS. Y así
continúa el proceso hasta finalizar la multiplicación.
Cuando se invierte el distribuidor principal para provocar el retroceso del pistón, el ramal B-B
adquiere presión con lo que abriendo la válvula RV1, permite el retorno del aceite de la línea
A-A al depósito. En esta posición no puede llegar aceite al distribuidor SS solidario del mul-
tiplicador.
224
Bibliografía
Appl – Feiler y otros, Tecnología de los Metales, Editorial Reverté, S.A. Barcelona, Edición
especial, 1984.
Festo, Catalogo productos Festo 2006, Festo Didactic & Co. KG, Alemania 2006.
Festo, FluidSIMp 3.6, Software didáctico Neumática.
Festo, FluidSIMh 3.6, Software didáctico Hidráulica.
H. Exner y otros, Manual Rexroth, Fundamentos y componentes de la oleohidráulica,
Editor Mannemann Rexroth GmbH Alemania, 2004.
Varios, Equipos Industriales, Guía práctica para reparación y mantenimiento, Tomo 1.
McGRAW-HILL, México, primera edición 1987.
Varios, Equipos Industriales, Guía práctica para reparación y mantenimiento, Tomo 2.
McGRAW-HILL, México, primera edición 1987.
Varios, Manual de Mecánica Industrial Neumática e Hidráulica, Editorial Cultural, S.A.
Madrid, 1999.
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