Tema 12.- Transmisiones hidrostáticas

T E M A 1 2 .- T R A N S M I S I O N E S H I D R O S T Á T I C A S
DEPÓSITOS
continuamente, sino que antes debe realizar una
decantación en el interior del tanque.
El proyecto de un sistema hidráulico tiene la
gran ventaja de poseer una gran flexibilidad en el
diseño del depósito, contenedor del fluido de
transmisión.
1
4
3
Prácticamente sin problemas de situación, el
depósito debe diseñarse de forma que cumpla las
siguientes funciones:
2
1.- Salida hacia la bomba.
2.- Filtro grosero de malla.
3.- Placa desviadora.
4.- Retorno.
Figura 1. Depósito de aceite con termómetro e indicador de
.
nivel
-
-
Servir de almacenamiento para el fluido
que va a circular por el sistema.
Dejar en su parte superior un espacio
libre suficiente para que el aire pueda
separarse del fluido.
Permitir que los contaminantes se
sedimenten.
Disipar el calor generado en el sistema.
Es deseable un depósito grande para facilitar el
enfriamiento y la separación de los contaminantes.
Como mínimo, el depósito debe contener todo el
fluido que requiere el sistema, manteniendo un nivel
lo suficientemente alto para que no se produzca un
efecto torbellino en la línea de aspiración de la
bomba. Si esto ocurriese, entraría aire en el
sistema que lo deterioraría rápidamente.
La dilatación del fluido debida al calor, las
variaciones de nivel debidas al funcionamiento del
sistema, la superficie interna del tanque expuesta a
la condensación del vapor de agua, y la cantidad de
calor generado en el sistema, son factores que hay
que tener en consideración. Como norma general se
acostumbra a emplear un depósito cuya capacidad
en litros sea por lo menos dos o tres veces la
capacidad de la bomba expresada en litros por
minuto.
En la mayoría de los depósitos se utiliza un
respiradero al que se le incorpora también un filtro
grosero, normalmente de malla metálica.
De esta forma, la placa desviadora:
-
Impide que se originen turbulencias.
Permite que las materias extrañas se
sedimenten en el fondo.
Ayuda a separar el aire del fluido.
Ayuda a disipar el calor a través de las
paredes del tanque.
La mayoría de las conexiones que van al
depósito deben terminar bajo el nivel de aceite.
Tanto las líneas de aspiración como las de
retorno deben estar más bajas que el nivel del
fluido.
Las conexiones situadas encima del nivel del
fluido deben estar bien cerradas para impedir que
entre aire en el sistema. Las conexiones situadas
bajo el nivel de fluido deben estar apretadas lo
suficiente para que no haya pérdidas de fluido.
La línea de retorno debe situarse de tal forma
que el caudal se dirija hacia las paredes del tanque
y se aleje de la línea de entrada de la bomba.
El orificio de llenado debe disponer de una malla
para eliminar los contaminantes al llenar el depósito
de fluido.
Con objeto de mantener la presión atmosférica
en el interior del depósito, este filtro o respiradero
debe tener el tamaño adecuado para el caudal
requerido por la bomba.
Así mismo, debe disponer de una placa
desviadora que se extienda a lo largo del centro del
tanque. Esta placa tiene generalmente 2/3 de la
altura del nivel del aceite y se usa para separar la
línea de entrada de la bomba de la línea de retorno,
de forma que el mismo fluido no puede recircular
Figura 2.- Orificio de llenado.
141
TUBERÍAS Y RACORES
1
2
3
Para conectar entre sí los distintos elementos
que integran una instalación hidráulica se usan dos
tipos de tubos esencialmente diferentes: Rígidos y
flexibles.
4
1.- Capa exterior de caucho.
2.- Capa de tejido metálico.
3.- Capa interior de caucho.
4.- Capa de tejido metálico.
5.- Capa interior de material
no sensible al fluido.
5
Figura 4. Tubería flexible.
Las tuberías rígidas son tubos de acero que
soportan altas presiones, los cuales son obtenidos
por estirado y recocidos sucesivos, lo cual les
confiere suficiente plasticidad para permitir su
deformación. También podría emplearse el cobre a
estos efectos, pero ejerce una acción catalítica
sobre el aceite que acelera el envejecimiento del
mismo
Los tubos normalmente empleados presentan
una superficie interior muy lisa y regular y un
diámetro exterior con tolerancias constructivas muy
reducidas, lo cual permite realizar las uniones entre
dos tramos consecutivos de tubo por medio de los
llamados racores sin soldadura.
Una de las grandes ventajas de las instalaciones
hidrostáticas es su facilidad de montaje, a la cual
contribuye notablemente la ausencia de uniones
soldadas. No obstante, todavía se recurre
frecuentemente a las uniones por medio de bridas
soldadas a las tuberías; este procedimiento, que en
otro tiempo era de un uso casi general, sigue
siendo indispensable cuando los pasos nominales
del aparellaje, y por tanto de las tuberías
correspondientes,
sobrepasan
determinados
valores.
Según la presión que tengan que aguantar, se
fabrican distintos tipos, siendo el número de mallas
el que determina su capacidad.
Para su unión con los demás órganos, las
tuberías flexibles permiten la colocación en sus
extremos de manguitos terminales roscados o a
presión.
Figura 5.- Manguito roscado de conexión a tubería flexible.
Para obtener uniones provisionales de fácil
maniobra, incluso en presencia de presión, existen
juntas rápidas especiales que permiten enlazar una
tubería flexible a un aparato o a otra tubería
sometidos a presión. Tanto la conexión como la
desconexión se efectúan con una simple acción
manual, sin mucho esfuerzo ni necesidad de
herramientas.
Las tuberías flexibles se usan para alimentar
aquellos órganos receptores que modifican su
posición respecto a los demás durante su
funcionamiento, o bien cuando el uso de tuberías
rígidas no resulta aconsejable por la presencia de
vibraciones debidas al funcionamiento.
Figura 6.- Conexión rápida.
Figura 3. Racor estándar.
Estas tuberías soportan valores elevados de
presión, pueden flexarse fácilmente, incluso por la
acción de pequeños esfuerzos y permiten las más
diversas conformaciones. Su estructura consiste en
una disposición alternada de capas de tejido de
goma y de mallas metálicas tal y como se presenta
en la figura siguiente.
La utilización de racores de baja presión solo se
admite en las líneas de retorno, donde supone
cierta economía y no da lugar a problemas de
funcionamiento.
El racor sin soldadura ha resultado ser, con el
tiempo, el más económico, más funcional e incluso
más estético. En su versión más moderna está
constituido por tres elementos principales: Cuerpo,
tuerca de apriete y anillo. Para realizar la conexión
se afloja primero la tuerca y se introduce el tubo en
el racor hasta encontrar el tope labrado en el
cuerpo; luego se vuelve a apretar la tuerca, con lo
142
cual se provoca, a causa de la conicidad de la
superficie de la tuerca, del cuerpo y del anillo, una
deformación plástica de este último, y también,
aunque en menor grado del tubo. De este modo el
anillo queda radialmente ajustado sobre el tubo, a la
vez que uno de sus bordes llamado cortante,
penetra en las capas exteriores del tubo; para que
este sistema pueda actuar eficazmente es , pues,
preciso que el material del tubo no presente una
gran resistencia mecánica ni una dureza superficial
excesiva.
Para los distintos tipos de tuberías se establece
una presión de prueba, que es normalmente igual a
una vez y media la presión de servicio máxima
prevista. Se entiende, en cambio, por presión de
rotura , el valor de la presión que provoca la rotura
mecánica del tubo, la cual se produce normalmente
por escisión a lo largo de una generatriz.
Un parámetro fundamental de las tuberías es el
diámetro nominal, que está expresado por el
diámetro interior de las mismas y que ha sido
objeto de una normalización.
El orificio de admisión de la bomba es
generalmente mayor que el de salida debido a que
debe acomodar un tubo de diámetro mayor. Es una
buena práctica mantener este tamaño en toda la
longitud de la línea de admisión a la bomba y que
ésta sea lo más corta posible. Hay que evitar los
codos y reducir al mínimo el número de accesorios
en la línea de entrada, para evitar pérdidas de
carga.
Como generalmente existe un vacío a la entrada
de la bomba, las conexiones en la línea de entrada
deben de ser estancas, ya que de otra forma podría
entrar aire en el sistema.
Las pérdidas de carga en las tuberías de retorno
originan pérdidas de energía. Hay que utilizar
tuberías de tamaño adecuado para asegurar
pérdidas reducidas y hacer mínimos los accesorios
y los codos.
Las líneas de retorno deben terminar debajo del
nivel de aceite del depósito para impedir que halla
turbulencia y aireación.
Las mangueras sometidas a ataques externos
deben estar protegidas por dispositivos protectores.
CILINDROS
Los cilindros constan de un cuerpo tubular al
cual se hallan fijados dos cabezales. Por dentro del
cuerpo tubular se desliza el pistón, que se prolonga
mecánicamente por medio del vástago o caña. Al
menos uno de los cabezales, está taladrado para
permitir el paso del vástago. Por medio del pistón
se desarrolla fuerza de empuje y de tracción, debido
a la presión del líquido que actúa sobre una u otra
de sus caras. Tales caras tienen una superficie útil
que en general son distintas debido a la presencia
del vástago en una de ellas.
En el caso particular de cilindros de doble
vástago con vástagos de igual sección, resultan
también iguales las dos superficies útiles, y por
tanto las velocidades en ambos sentidos de
movimiento.
Las fugas de líquido entre pistón y la camisa del
cilindro y entre el cabezal del cilindro y vástago se
evitan por medio de juntas dinámicas, mientras que
las fugas entre cabezales y camisa del cilindro, así
como entre el pistón y su vástago, mediante juntas
estáticas.
Completan el cilindro los dispositivos de fijación
necesarios para conseguir su unión a la estructura
o a la máquina donde deben transmitirse los
esfuerzos.
Los cilindros se pueden clasificar en de simple
efecto, en los cuales el aceite a presión actúa
sobre una sola cámara del pistón y por tanto
únicamente puede provocar el movimiento del pistón
en un solo sentido, y es el propio peso del pistón, o
bien un resorte o un contrapeso el que les hace
retroceder, y en cilindros de doble efecto, llamados
así porque el aceite a presión puede entrar por una
u otra de ambas caras del pistón y provocar en
consecuencia su movimiento forzado en uno u otro
sentido.
Las mangueras flexibles deben de instalarse de
forma que no se tuerzan durante el funcionamiento
de la máquina, pues si esto no se evita, además de
grandes pérdidas de carga, se deterioran
rápidamente.
Deben evitarse en las mangueras bucles
demasiado largos, pues se puede producir fricción o
entrelazamiento con piezas móviles.
Figura 7.- Cilindro de doble efecto.
143
La figura siguiente muestra el principio de
funcionamiento de los cilindros de simple y de doble
efecto.
Las bombas hidrostáticas también llamadas
volumétricas, se caracterizan porque el líquido
adquiere la presión sin experimentar en el interior de
la bomba ningún aumento considerable de
velocidad, ya que únicamente es aspirado y
transportado. El caudal suministrado no depende
sensiblemente de la presión, lo que las hace muy
adecuadas para la transmisión de potencia.
1
En este tipo de bombas para calcular su caudal,
se utiliza su cilindrada o desplazamiento y su
régimen de giro.
2
BOMBAS
El desplazamiento o cilindrada es el volumen de
líquido transferido en una revolución y es igual al
volumen de una de las cámaras de bombeo
multiplicado por el número de cámaras que
transfieren liquido a la misma vez durante una
revolución de la bomba. La cilindrada se expresa en
centímetros cúbicos por revolución.
Las bombas son los elementos encargados de
transformar la energía mecánica en energía
hidráulica. Se fabrican en muchos tamaños y con
muchos sistemas diferentes de bombeo.
La mayoría de las bombas tienen cilindrada fija,
siendo en algunos modelos posible variar las
dimensiones de la cámara de bombeo por medio de
controles externos, variando así la cilindrada.
Las bombas se clasifican en dos categorías
básicas: hidrodinámicas e hidrostáticas.
En teoría el caudal que suministra una bomba
es igual la producto de su desplazamiento por
régimen de giro, pero en realidad debido a la de
fugas internas, las cuales aumentan con la presión
y las fugas debidas al drenaje hacen que el caudal
real sea menor que el teórico. Esto se cuantifica
con el denominado rendimiento volumétrico.
1.- Cilindro de simple efecto.
2.- Cilindro de doble efecto.
Figura 8. Cilindros de simple y doble efecto.
• Las bombas hidrodinámicas se caracterizan
porque el líquido, que es tomado de un depósito, es
puesto primero en movimiento dentro de la bomba,
a una velocidad considerable, experimentando luego
una disminución de velocidad que permite adquirir
presión, venciendo así las resistencias.
Una de las características mas importantes en
este tipo de bombas, es la dependencia funcional
entre el volumen suministrado y la presión. Dentro
de este tipo las bombas centrífugas son las más
conocidas.
En las bombas centrífugas, el fluido entra por el
centro del cuerpo y es expulsado hacia el exterior
por medio de un rotor que gira rápidamente. No
existe ninguna separación entre los orificios de
entrada y salida del liquido. La presión alcanzada
depende de la velocidad y del tamaño del rotor.
2
3
El rendimiento volumétrico se expresa como el
cociente entre el caudal real de la bomba y el
caudal teórico.
Rendimiento volumétrico =
Según sus características constructivas las
bombas hidrostáticas se clasifican en:
• Bombas de engranajes:
difundidas y se caracterizan por:
-
1
-
4
1
5
1.- Salida.
2.- Eje.
3.- Entrada.
4.- Rodete.
5.- Dispersor.
Caudal real
Caudal teórico
-
son
las
más
Solidez.
Adaptación a grandes variaciones de
viscosidad del aceite.
Facilidad de montaje en cualquier
posición
Amplitud del campo de velocidades de
régimen admisibles.
Facilidad de aspiración.
Disponibilidad de una amplia gama de
caudales en el mercado.
Economía.
Figura 9. Bombas hidrodinámicas.
144
Los elementos básicos son dos engranajes
alojados en una carcasa provista de las necesarias
acometidas de aspiración e impulsión.
Debido a esto, se recurre a la utilización de
cojinetes de agujas, que son capaces de soportar
estos esfuerzos con una duración satisfactoria.
4
3
1.- Entrada por vacío.
2.- Arrastre del aceite.
3.- Engranaje.
4.- Salida de aceite a presión.
2
• Bomba de lóbulos también llamada de tipo
gerotor o de engranajes externos consta de un rotor
interno, el cual es girado externamente, arrastrando
con ello al rotor externo. Las cámaras de bombeo
se forman entre los lóbulos del rotor.
1
4
3
5
1
2
1.- Orificio de entrada.
2.- Orificio de salida.
3.- Rotor interno.
4.- Cuerpo.
5.- Rotor externo.
Figura 10. Bomba de engranajes.
Figura 12. Bomba de lóbulos.
Una bomba de engranajes suministra un caudal
transportando fluido a presión entre los dos
engranajes antes mencionados, que están
perfectamente acoplados. Uno de los engranajes es
accionado por el eje de la bomba y hace girar al
otro. Las cámaras de bombeo (de entrada y de
salida), formadas entre los dientes de los
engranajes, están cerradas por el cuerpo de la
bomba y por las placas laterales, llamadas
frecuentemente placas de presión o de desgaste.
• Bomba de paletas, cuyo principio de
funcionamiento está ilustrado en la figura siguiente.
Están constituidas por un cuerpo o carcasa, dentro
de la cual gira un rotor, en cuya periferia se hayan
dispuestos una serie de elementos móviles,
llamados paletas, que delimitan otras tantas
cámaras comprendidas entre ellas y el centro del
rotor. Gracias a la forma periférica interior de la
carcasa que sirve de guía a las paletas, a medida
que va aumentando el espacio comprendido entre el
rotor y el anillo se crea un vacío parcial en la
entrada de la bomba, con lo que el aceite entra en
este espacio y queda encerrado en las cámaras de
bombeo para ser impulsado hacia la salida cuando
este espacio disminuye. El desplazamiento de la
bomba depende de la anchura del anillo y del rotor,
así como de la separación entre los mismos.
Los engranajes giran en sentidos opuestos,
creando un vacío parcial en la cámara de entrada de
la bomba. El fluido se introduce entonces en el
espacio vacío y es transportado, por la parte
exterior de los engranajes, a la cámara de salida.
Cuando los dientes vuelven a entrar en contacto los
unos con los otros, el fluido es impulsado hacia
fuera.
5
4
La distribución de la presión en una bomba de
engranajes puede verse en la figura siguiente:
Desde el valor máximo existente en la cámara de
impulsión, la presión va decreciendo hacia la
cámara de aspiración. La alta presión existente a la
salida de la bomba supone una carga no equilibrada
sobre los engranajes y los cojinetes que los
soportan.
3
4
2
1.- Cámara de aspiración.
2.- Distribución de la presión.
3.- Presión de impulsión.
4.- Cámara de impulsión.
1
Figura 11. Distribución de la presión
en una bomba de engranajes externos.
3
2
1
6
8
7
1.- Entrada.
2.- Eje.
3.- Cámaras de bombeo.
4.- Rotor.
5.- Superficie del anillo.
6.- Salida.
7.- Paletas.
8.- Cuerpo.
Figura 13. Funcionamiento de una bomba de paletas.
• Bombas de pistones funcionan según el
principio de que un pistón, moviéndose
alternativamente dentro de un orificio, aspira fluido al
retraerse y lo expulsa en su carrera hacia adelante.
Los diseños básicos son en línea, radial y axial.
Los diseños radial y axial se pueden encontrar en el
mercado con desplazamiento fijo o variable.
145
Las bombas de pistones en línea funcionan
gracias a que un motor hace girar un cigüeñal, y
este giro, gracias a la unión constituida por unas
bielas, se transforma en un movimiento oscilante de
los pistones, que se desplazan en el interior de
unas cámaras o cilindros, consiguiéndose así el
efecto de bombeo.
3
4
2
1
5
6
1.- Entrada deaceite.
2.- Salida de aceite.
3.- Ranura en placa de distribución.
4.- Pistón.
5.- Eje de accionamiento.
6.- Placa de presión.
7.- Orificio de entrada de en los.
cilindros.
7
La aspiración e impulsión del fluido se realizan,
respectivamente, por un conducto de aspiración y
otro de impulsión unidos a la cámara y cerrados por
unas válvulas que reciben el nombre del conducto
sobre el que actúan.
Si bien la bomba de pistones en línea es la más
simple teóricamente, desde el punto de vista
constructivo resulta más bien voluminosa y presenta
además ciertas limitaciones de velocidad de
régimen, debidas a las masas de inercia de los
pistones, bielas y cigüeñal.
En las bombas de pistones radiales, el bloque
de cilindros gira sobre un pivote estacionario dentro
de un anillo circular o rotor. A medida que el bloque
va girando, la fuerza centrifuga, la presión o alguna
forma de acción mecánica, obliga a los pistones a
seguir la superficie interna del anillo, que es
excéntrico con relación al bloque de cilindros. Al
tiempo
que
los
pistones
se
desplazan
alternativamente en sus cilindros, los orificios
localizados en el anillo de distribución les permiten
aspirar fluido cuando se mueven hacia fuera y
descargarlo cuando se mueven hacia dentro.
El desplazamiento de la bomba viene
determinado por el tamaño y número de los
pistones y, naturalmente, por la longitud de su
carrera. Existen modelos en los que el
desplazamiento puede variar moviendo el anillo
circular para aumentar o disminuir la carrera de los
pistones.
Figura 14. Funcionamiento de la bomba.
Las bombas de placa inclinada con bloque de
cilindros rotativo y horizontal es el tipo más sencillo
dentro de este grupo de bombas.
El eje de accionamiento hace girar al barrilete,
conteniendo los pistones, que están ajustados en
sus alojamientos y conectados mediante patines y
un anillo inclinado, de forma que los patines están
apoyados sobre una placa circular inclinada.
A medida que el barrilete gira, los patines siguen
la inclinación de la placa, haciendo que los pistones
tengan un movimiento alternativo. Los orificios, en la
placa de distribución, están dispuestos de tal forma
que los pistones pasan por la entrada cuando
empiezan a salir de sus alojamientos y por la salida
cuando se les obliga a entrar.
En estas bombas el desplazamiento viene
también determinada por el número y tamaño de los
pistones así como por la longitud de su carrera, la
cual depende del ángulo de la placa circular
inclinada.
En los modelos de desplazamiento variable la
placa circular está instalada en un bloque o soporte
móvil. Moviendo este bloque, el ángulo de la placa
circular varía para aumentar o disminuir la carrera
de los pistones. El bloque puede posicionarse
manualmente con un servocontrol, con un
compensador hidráulico o por otros varios medios.
En las bombas de pistones axiales el bombeo
se produce como consecuencia del movimiento
oscilante de un cierto número de pistones
dispuestos simétrica y paralelamente al eje
principal del bloque de cilindros.
Aparte de esta disposición común a todas las
bombas de pistones axiales, existen tres
soluciones constructivas principales:
1
2
3
1.- Caudal máximo.
2.- Caudal medio.
3.- Caudal nulo.
Figura 15. Variación del desplazamiento de la bomba.
- Bombas de placa inclinada con bloque de
cilindros (barrilete) rotativo y horizontal.
- Bombas de pistones en línea con placa
oscilante y bloque de cilindros fijo y horizontal.
- Bombas de placa vertical con bloque de
cilindros rotativo y horizontal.
Las bombas de pistones en línea con placa
oscilante y bloque de cilindros fijo y horizontal
tienen el bloque de cilindros estacionario y la placa
inclinada es accionada por el eje. Cuando la placa
gira oscila empujando los pistones apoyados por
muelles, obligándoles a efectuar un movimiento
alternativo.
146
MOTORES.
Se requieren válvulas antirretorno, como en una
bomba alternativa.
Las bombas de placa vertical con bloque de
cilindros rotativo e inclinado tienen el bloque de
cilindros que gira con el eje de accionamiento pero
formando un ángulo con él. Los vástagos de los
pistones están fijados a la brida del eje mediante
juntas esféricas, y se van desplazando hacia dentro
y hacia fuera de sus alojamientos a medida que
varía la distancia entre la brida del eje y el bloque
de cilindros.
6
Los motores hidráulicos son los elementos
encargados de transformar la energía hidráulica en
energía mecánica.
Los motores tienen una construcción muy
parecida a la de las bombas, pero en vez de
impulsar el fluido como hace una bomba, son
impulsados por éste y desarrollan un par y un
movimiento de rotación.
Los dos orificios del motor, pueden ser de
entrada o de salida del fluido por lo que se dice que
son reversibles.
5
4
3
La mayoría de los motores hidráulicos llevan una
salida al tanque correspondiente a su drenaje.
Las características que mejor definen un motor
hidráulico son:
1.- Entrada.
2.- Salida.
3.- Barrilete.
4.- Pistón.
5.- Vástago.
6.- Unión universal.
2
-
1
Cilindrada.
Par.
Presión máxima que soporta.
La cilindrada o desplazamiento de un motor
hidráulico es la cantidad de fluido que requiere3 para
dar una revolución. Se expresa en cm por
revolución.
El concepto de par de un motor expresa su
capacidad de trabajo.
.
Figura 16. Bomba de caudal variable
Una unión universal une el bloque de cilindros al
eje de accionamiento para mantener el alineamiento
y para asegurar que las unidades giran
simultáneamente. Esta unión no transmite fuerza
excepto para acelerar o decelerar el bloque de
cilindros y para vencer la resistencia del bloque, que
gira dentro de la carcasa llena de aceite.
La cilindrada de estas bombas varía con el
ángulo de inclinación, siendo el ángulo máximo de
30º y el mínimo de 0º.
Los modelos de desplazamiento constante
están disponibles, generalmente, con ángulos de
23o a 30o. En los modelos de caudal variable se
utiliza un bloque con un sistema de control externo
para hacer variar el ángulo. Con algunos controles,
el bloque puede moverse, pasando el centro al lado
opuesto, con lo que se consigue invertir la dirección
del caudal de la bomba.
La presión necesaria para el funcionamiento de
un motor hidráulico depende de su par y de su
cilindrada. Un motor con gran desplazamiento
desarrollará un par determinado con menos presión
que un motor con un desplazamiento mas pequeño.
Los motores hidráulicos se pueden clasifican en
tres grupos:
• Motores de engranajes, los cuales desarrollan
su trabajo gracias a la presión aplicada sobre la
superficie de los dientes de los engranajes. Los dos
engranajes están acoplados y giran conjuntamente,
estando solamente uno de ellos acoplado al eje de
accionamiento. El sentido de rotación del motor
puede invertirse cambiando la dirección del caudal.
Al no estar los engranajes equilibrados, debido a
la alta presión a la entrada y la baja presión a la
salida, aparecen elevadas cargas laterales sobre el
eje y los engranajes, así como sobre los cojinetes
que los soportan, es por lo que mediante orificios y
pasajes internos es conveniente distribuir las
presiones.
Los motores de engranajes trabajan con
presiones máximas de hasta 150 kg/cm2 y
147
velocidades de rotación máximas próximas a 2500
r.p.m.
Sus principales ventajas son su sencillez y una
tolerancia bastante elevada a la suciedad, en
cambio su rendimiento es bajo.
Entre estos motores existen modelos de
desplazamiento variable, para lo que la placa
inclinada está montada sobre un bloque oscilante, y
el ángulo puede modificarse mediante sistemas que
van desde una simple palanca o volante hasta
sofisticados servocontroles. Al aumentar el ángulo
de la placa inclinada se aumenta el par del motor
pero se reduce la velocidad de rotación de su eje.
En los motores de pistones axiales en ángulo el
bloque de cilindros y el eje de accionamiento están
montados formando un ángulo entre si y la reacción
se ejerce contra la brida de accionamiento.
6
5
Figura 17.- Motor de engranajes.
4
3
• Motores de paletas, en los cuales la presión
actúa sobre las superficies de unas paletas que
entran y salen de las ranuras practicadas en un
rotor, acoplado al eje de accionamiento,
describiendo la superficie de una cámara
denominada estátor.
7
1.- Entrada de aceite.
2.- Salida de aceite.
3.- Barrilete.
4.- Pistón.
5.- Vástago.
6.- Junta cardan.
7.- Eje de accionamiento.
2
1
Figura 20. Funcionamiento del motor de pistones en ángulo.
También en este caso existen modelos de
desplazamiento fijo y variable.
Entre los motores de pistones radiales son de
más alto par y más baja velocidad. El diseño puede
verse en la figura siguiente.
Figura 18.- Motor hidráulico de alto par y baja velocidad.
• Motores de pistones, los cuales generan un
par, mediante la presión que se ejerce sobre los
extremos de los pistones.
En los motores de pistones axiales horizontales,
el eje de accionamiento del motor y el bloque de
cilindros o barrilete tienen el mismo eje de rotación.
La presión en los extremos de los pistones,
actuando contra una placa inclinada, origina una
rotación del barrilete y del eje. El par es
proporcional al área de los pistones y depende del
ángulo de inclinación de la placa.
3
Figura 21.- Sección axial de un motor de pistones radiales.
DISTRIBUIDORES O VÁLVULAS
DIRECCIONALES
4
2
1
5
6
1.- Entrada deaceite.
2.- Salida de aceite.
3.- Ranura en placa de distribución.
4.- Pistón.
5.- Eje de accionamiento.
6.- Placa de presión.
7.- Orificio de entrada de en los.
cilindros.
7
Figura 19. Funcionamiento del motor de
pistones axiales horizontales.
También conocidas como válvulas direccionales
son esenciales para la creación de circuitos
hidrostático capaces de efectuar las funciones mas
elementales. Su misión consiste en el desvío o en
la confluencia del caudal de aceite según las
exigencias de funcionamiento.
148
Las características de un distribuidor quedan
definidas por:
- El número de vías de conexión que
posee (nº de entradas y salidas de
fluido).
- El número de posiciones que permite.
En el accionamiento mecánico se sustituye la
palanca por otro dispositivo cualquiera, accionado
por la propia máquina.
Si consideramos una válvula de esfera, bajo el
punto de vista hidrostático, como posee una entrada
y una salida, es decir dos acometidas, se dice que
es un distribuidor de dos vías. En lo que respecta a
las posiciones puede estar abierta o cerrada. Por lo
tanto, se trata de un distribuidor de dos vías y dos
posiciones, es del tipo 2/2.
Figura 23.- Distribuidor de accionamiento mecánico.
Los distribuidores hidrostáticos son a menudo
de tres posiciones, gracias a ello es posible detener
por ejemplo un pistón en cualquier punto de su
carrera lo que con sólo dos posiciones no es
posible, necesitando para ello la existencia de otra
posición capaz de aislar los dos conductos de
alimentación del cilindro y de poner al mismo
tiempo la bomba en comunicación con el depósito.
Se trata en estos casos de un distribuidor del tipo
6/3.
Los distribuidores constan de un cuerpo fijo
dotado de un número adecuado de acometidas de
unión y de cavidades interiores, dentro del cual se
desplazan elementos móviles capaces de abrir
determinados pasos y de cerrar otros. El sistema
más difundido es el que adopta como elemento
móvil una corredera cilíndrica provista de ranuras y
orificios apropiados, que se desliza linealmente
dentro del hueco del cuerpo fijo, en el cual se han
practicado a su vez las ranuras y los pasos
convenientes. Estos distribuidores reciben el
nombre de distribuidores de corredera.
La estanquidad entre las zonas del distribuidor
que deben quedar separadas se consigue gracias a
la precisión del juego entre la corredera y su
asiento.
En
el accionamiento neumático o el
oleodinámico es la presión de un fluido la encargada
de desplazar la corredera.
1
2
1.- Arandelas centrales.
2.- Muelle.
3.- Pistón.
3
Figura 24.- Distribuidor de accionamiento neumático.
En el accionamiento electromagnético, su
principio de funcionamiento consiste en la atracción
provocada sobre un núcleo metálico cuando
eléctricamente se excita una bobina.
4
3
2
1
1.- Correera.
2.- Varilla empujadora.
3.- Bobina.
4.- Núcleo.
El sistema de desplazamiento de las partes
móviles puede ser manual, mecánico, neumático,
oleodinámico y electromagnético.
El accionamiento manual se obtiene por medio
de una palanca convenientemente unida al equipo
móvil, sobre la cual se aplica la fuerza necesaria
para el deslizamiento de la corredera.
Figura 25.- Funcionamiento de un distribuidor de mando
electromagnético.
Figura 22.- Distribuidor de accionamiento manual.
149
VÁLVULAS.
Las válvulas tienen la misión de regular la
presión y el caudal.
Las válvulas pueden clasificarse en tres grandes
grupos:
-
A
B
A.- Cerrada.
B.- Abierta.
Figura 28.- Funcionamiento de una
válvula sin retorno en ángulo recto.
Válvulas antirretorno o de retención.
Válvulas reguladoras de caudal.
Válvulas reguladoras de presión.
Las válvulas antirretorno o de retención tienen la
misión de permitir la circulación en un sentido e
impedirla en el sentido contrario, evitando así que el
aceite pueda recorrer en ambos sentidos en las
tuberías.
• Válvula con retorno controlado: se trata de una
modificación de una válvula antirretorno en la que el
tapón se ha perforado para permitir la circulación de
un cierto caudal en la posición cerrada.
Gracias a este sistema se consigue un paso
libre de fluido en un sentido y un caudal controlado
en el sentido contrario.
En su forma más simple, una válvula sin retorno
se representa con un esquema como el que sigue.
3
Constructivamente son como se presenta en el
siguiente esquema:
2
3
1.- Entrada.
2.- Salida.
3.- Estrangulamiento.
1
1
2
4
A.- Hay circulación de aceite.
1.- Entrada.
2.- Salida.
3.- Asiento.
4.- Bola o cono.
B.- Sin circulación de aceite.
A
B
Figura 26.- Funcionamiento básico de una válvula sin retorno.
Dentro de este tipo de válvulas se pueden
encontrar:
• Válvulas antirretorno en línea en las cuales el
aceite fluye a través de ellas en línea recta.
Figura 29.- Funcionamiento de una válvula con retorno
controlado.
• Válvulas antirretorno pilotadas: Son elementos
diseñados para permitir el paso libre del fluido en
una dirección y para bloquear el caudal de retorno
en la dirección opuesta, hasta que la válvula se abra
debido a la acción de un pilotaje exterior.
Las válvulas reguladoras de caudal se utilizan
para controlar la cantidad de aceite que se le envía
por unidad de tiempo a un determinado receptor.
Existen dos tipos
reguladoras de caudal:
-
básicos
de
válvulas
Compensados.
No compensados.
A
A.- Abierta.
B.- Cerrada.
Los reguladores de caudal no compensados
limitan mecánicamente un orificio de paso del
aceite.
B
Figura 27.- Funcionamiento de una válvula antirretorno "en
línea".
• Válvula antirretorno de ángulo recto formadas
por un pistón de acero y un asiento endurecido
incrustado en un cuerpo de fundición.
Figura 30.- Regulador de caudal no compensado.
150
Los reguladores de caudal compensados por
presión utilizan un compensador o hidrostato para
mantener una caída de presión constante a través
de una restricción regulable.
El tipo más utilizado es el denominado de
compensación por derivación de caudal el cual lleva
incorporado un hidrostato, normalmente cerrado,
que se abre para desviar al tanque el caudal que
excede del taraje de la válvula reguladora de caudal.
Debido al estrangulamiento, la presión en la cámara
inferior del hidrostato aumenta y hace que éste
desvíe al tanque el exceso de caudal, cuando la
diferencia de presiones es suficiente para vencer el
muelle. Debe observarse que el hidrostato está
equilibrado hidráulicamente debido a que el área
sometida a la acción de la presión, a la salida de la
bomba, iguala al área en la parte superior del
hidrostato.
fijado, con lo que evitan las roturas que podría
ocasionar en el circuito un aumento incontrolado de
presión.
Según su forma de actuación pueden ser de
acción directa o gobernadas.
Las primeras, muy elementales en su
concepción, usan un resorte helicoidal, el cual
actúa contra un elemento móvil de cierre que
orificio.
Cuando la presión es suficiente para vencer la
fuerza del muelle, el tapón es desplazado de su
asiento permitiendo salir el líquido que es dirigido
hasta el depósito.
La fuerza del muelle suele ajustarse mediante un
tornillo de ajuste o un dispositivo similar dispuesto a
tal efecto.
La diferencia entre ambas presiones se
mantiene
a
través
del
estrangulamiento,
suministrando
un
caudal
constante
con
independencia de las fluctuaciones de la carga.
3
5
4
La protección contra las sobrecargas se obtiene
por medio de un obturador actuado por muelle
regulable, que limita la presión máxima en la
cámara superior del hidrostato y que actúa como
una válvula de seguridad pilotada.
2
1
3
4
5
1.- Entrada.
2.- Pistón.
3.- Estrangulador regulable.
4.- Salida a receptor.
5.- Salida a depósito.
6.- Obturador de la válvula de
seguridad
6
Figura 31.- Regulador de compensación por derivación de
caudal.
Las válvulas de control de presión limitan la
presión máxima de un circuito, así como realizan
otra serie de actividades que implican cambios en la
presión de trabajo.
Dentro de este tipo de válvulas se encuentran:
-
Válvulas limitadoras de presión.
Válvulas reductoras de presión.
Válvulas de secuencia.
Las válvulas limitadoras de presión son
esenciales para la seguridad de cualquier
instalación. Tienen la función de establecer
comunicación entre la línea de presión y el
depósito, cuando la presión alcanza un valor límite
2
1.- Entrada.
2.- Salida a depósito.
3.- Tornillo de ajuste.
4.- Tapón.
5.- Resorte.
1
Figura 32.- Válvula de máxima de acción directa.
Cuando el caudal a descargar y la presión
máxima a establecer son elevados, la válvula de
acción directa no resulta adecuada, ya que su
funcionamiento exigiría el uso de un resorte de
grandes dimensiones, con los consiguientes
inconvenientes de su excesivo volumen y dificultad
de calibrado. En estos casos se utilizan las
válvulas de máxima gobernada por presión
hidráulica.
Su principio de funcionamiento y construcción
son los siguientes: La válvula está constituida por
dos partes: El cuerpo, en el que se halla alojado un
pistón mantenido contra su asiento por un resorte, y
el cabezal que controla hidráulicamente los
movimientos del referido pistón. El valor de la
presión de control puede variarse dentro de los
límites que permite la válvula, mediante el ajuste de
un tornillo.
El funcionamiento es el siguiente: A través del
pequeño canal axial labrado en el pistón 3, la
presión de aceite que actúa en la acometida de
entrada P se transmite también al cono 14 del
obturador o elemento piloto. Cuando la presión que
actúa en la acometida de entrada sobrepasa el valor
correspondiente al tarado del muelle piloto, el cono
obturador se levanta y deja escapar parte del líquido
hacia la descarga; como el aceite debe circular a
través del canal axial de pequeño calibre del pistón,
151
la descarga genera entre las caras inferior y
superior de éste (hasta ahora en equilibrio estático)
una diferencia de presión, que termina por vencer la
fuerza antagonista de los resortes 4 y 5; entonces
el pistón se levanta de su asiento 2 y permite la
consiguiente descarga del flujo de aceite de P hacia
T, que continuará mientras subsista el desequilibrio
de presiones que ha determinado el levantamiento
inicial del cono.
4
1.- Entrada.
2.- Salida.
3.- Drenaje.
4.- Muelle.
3
2
1
Figura 34.- Funcionamiento de la válvula reductora de acción
directa.
En lo que respecta a la válvula reductora
pilotada, su funcionamiento, similar al de una válvula
de máxima pilotada, y su esquema es el que se
presenta en la siguiente figura:
4
2
3
5
1
6
1.- Entrada.
2.- Regulador.
3.- Drenaje.
4.- Tornillo de ajuste.
5.- Muelle.
6.- Salida a presión
reducida.
Figura 35.- Funcionamiento de la válvula reductora pilotada.
Figura 33.- Constitución de la válvula.
A veces en los circuitos es preciso controlar la
presión en ciertos ramales. Las válvulas reductoras
sirven para crear una disminución de presión entre
la entrada y la salida que permita mantener
constante el valor de la presión en el circuito,
independientemente de la presión antes de ella.
También en este caso existen los tipos de
acción directa y de acción gobernada.
Las válvulas reductoras de acción directa
utilizan una corredera accionada por un muelle que
controla la presión de salida.
Si la presión a la entrada es inferior al ajuste del
muelle, el líquido fluye libremente desde la entrada
hasta la salida. Un pasaje interno, unido a la salida
de la válvula, transmite la presión de salida al
extremo de la corredera, que no lleva muelle.
Cuando la presión de salida llega al valor tarado
en la válvula, la corredera se mueve, bloqueando
parcialmente el orificio de salida. Únicamente
alcanza la salida el caudal suficiente para mantener
el ajuste prefijado. Si la válvula se cerrase por
completo, las fugas, a través de la corredera,
podrían originar un aumento de presión en el
circuito derivado, lo cual puede evitarse haciendo
que un drenaje continuo mantenga la válvula
ligeramente abierta, impidiendo que haya una
presión superior al taraje de la misma a su salida.
La válvula dispone de otro pasaje para drenar estas
fugas al tanque.
También la válvula de estrangulación puede
considerarse, según determinados aspectos, como
una válvula reductora de presión, ya que determina
una caída de presión entre la entrada y la salida.
Pero así como la válvula de reducción produce una
disminución de presión independiente de la
magnitud del caudal y manteniendo constante la
presión después de la salida, la válvula de
estrangulación determina una caída de presión que,
además de depender del caudal, no mantiene
necesariamente constante la presión del aceite
después de la salida. Además, es indispensable
que exista un paso de liquido, puesto que en
condiciones estáticas la válvula de estrangulación
no tiene ninguna influencia sobre la presión, que
permanece igual antes y después de la válvula,
mientras que la válvula de reducción mantiene
ambas presiones diferentes, incluso sin circulación
de caudal.
Desde el punto de vista constructivo, una válvula
de estrangulación es sumamente simple, puesto
que la constituye un mero estrechamiento de la
sección de paso, fija o variable según los tipos.
A veces es precisa la apertura o el cierre de un
paso cuando la presión de servicio alcanza un
determinado valor. Esta función es realizada por la
válvula de secuencia.
Una válvula de secuencia es similar por su
construcción a un distribuidor de dos vías y dos
posiciones, sobre cuyo pistón actúa, por un lado, la
fuerza de un resorte de pequeña constante elástica
y por el otro, directamente o a través de un
152
pistoncillo de sección reducida, la presión del
circuito. En condiciones de reposo el resorte
mantiene el pistón en posición de cierre, e impide
todo paso de líquido entre las dos acometidas
principales. Cuando se alcanza una presión
suficiente para vencer la acción del resorte, el
pistoncillo empuja al pistón principal, que al
levantarse permite el consiguiente paso de aceite
entre ambas acometidas. La comunicación subsiste
mientras se mantengan las condiciones que la han
establecido, pero tan pronto la presión de mando
disminuye, la válvula vuelve a cerrarse.
• Acumuladores neumáticos, en los que la
presión se obtiene gracias a la compresión de un
gas. El gas más utilizado es el nitrógeno seco, ya
que otros como el oxígeno, pueden explotar al
comprimirlos.
Se fabrican de tres tipos: acumulador de
superficie libre en los que no hay separación alguna
entre el aceite y el gas.
3
4
1.- Entrada de línea de presión.
2.- Corredera.
3.- Tronillo de ajuste.
4.- Salida a depósito.
5.- Salida de línea de presión.
6.- Pistón.
2
5
6
Figura 38.- Acumulador sin separación entre gas y líquido.
• Acumuladores de membrana en los que una
membrana separa el gas del fluido hidráulico.
1
Figura. 12.36.- Válvula de secuencia.
8.- ACUMULADORES HIDRÁULICOS.
Un acumulador hidráulico no es más que un
depósito capaz de almacenar energía que sirve
para:
Las funciones que desempeña en un circuito
hidráulico son:
-
Suministrar fluido a presión cuando no
hay en la bomba.
Absorber los golpes de ariete del
sistema.
Figura 39.- Acumulador de membrana.
• Acumuladores de pistón en los que un pistón
separa el gas del líquido.
Según su forma de construcción se distinguen:
• Acumuladores de muelle, en los que la presión
es aplicada al fluido mediante la compresión de un
muelle espiral colocado detrás de un pistón
colocado en el interior del acumulador.
3
2
Figura 40.- Acumulador de pistón.
4
1.- Entrada.
2.- Cilindro.
3.- Muelle.
4.- Pistón.
1
Figura 37.- Acumulador de muelles.
SIMBOLOGÍA.
Para representar cualquier circuito hidráulico se
utiliza siempre una simbología normalizada gracias
a la cual su compresión es fácil y rápida.
153
ELEMENTO
SÍMBOLO
ELEMENTO
Bomba de cilindrada constante y
con un solo sentido de
circulación de aceite.
Motor de cilindrada variable
con dos sentidos de
circulación de aceite
Bomba de cilindrada constante y
con dos sentidos de circulación
de aceite.
Cilindro de simple efecto
Bomba de cilindrada variable y
con un sentido de circulación de
aceite.
Cilindro de doble efecto
Motor de cilindrada constante y
con un solo sentido de
circulación de aceite.
Cilindro de doble efecto con
pistón provisto de vástago a
ambos lados
Motor de cilindrada constante y
con dos sentidos de circulación
de aceite
Cilindro telescópico
Árbol con un solo sentido de
rotación
Mando manual de pulsador
Árbol con ambos sentidos de
rotación
Mando manual de palanca
Mando por control eléctrico
M
SÍMBOLO
Mando manual de pedal
Conducto de alimentación y de
retorno
Mando mecánico de resorte
Conducto de gobierno
Mando mecánico de tambor
Mando electromagnético por
solenoide
Distribuidor de 2 posiciones y
2 vías con mando manual de
palanca y retorno por resorte
Distribuidor de 3 vías y 2
posiciones con mando hidráulico
o neumático
Distribuidor de 4 vías y 3
posiciones con mando
hidráulico
154
ELEMENTO
SÍMBOLO
Distribuidor de 2 posiciones y 3
vías con representación de la
conexión transitaria durante la
fase de paso
ELEMENTO
Válvula de máxima de mando
hidráulico
Válvula reductora de presión
(con conducto de descarga)
Válvula de retención
Válvula de retención calibrada
Válvula de secuencia (sin
conducto de descarga)
Válvula de retención pilotada
Válvula de estrangulación
variable
Válvula combinada de retención
y de estrangulamiento
Divisor de caudal
Válvula de cierre
Manómetro
Motor eléctrico
Motor térmico
SÍMBOLO
M
Termómetro
Medidor de caudal
Acumulador
Presostato
Filtro
Indicación general de
descarga al depósito y
depósito al aire libre
Refrigerador
Tabla 1.- Símbolos normalizados para los componentes hidrostáticos.
155
INICIACIÓN AL ESTUDIO DE CIRCUITOS
HIDROSTÁTICOS DE TRANSMISIÓN.
En todo circuito, pueden darse dos variantes:
-
Circuito abierto.
Circuito cerrado.
Un circuito abierto es aquel en el que el caudal
de descarga de la bomba, después de haber
atravesado los otros elementos hidráulicos, retorna
a tanque.
Un circuito cerrado es aquel en el que el caudal
de descarga de la bomba, después de haber
atravesado los otros elementos hidráulicos, retorna
directamente a la entrada de la bomba.
Los circuitos cerrados no tienen deficiencias de
aspiración, que representa una de las limitaciones
impuestas a la velocidad máxima de las bombas
hidrostáticas.
Las depresiones excesivas en los conductos de
aspiración llegan a provocar la llamada cavitación,
la cual se produce al interrumpirse bruscamente las
venas liquidas, dando lugar a vibraciones,
disminución de caudal y desperfectos mecánicos
en la bomba.
Las dos válvulas de máxima, la válvula de
descarga y el distribuidor de gobierno hidráulico
están integrados generalmente en un bloque único.
En el retorno es conveniente instalar un filtro
magnético y un sistema de refrigeración.
Se dice que varios receptores están conectados
en paralelo cuando todas sus acometidas de
entrada están unidas a una misma línea de
alimentación y todas sus acometidas de salida a
una misma línea de retorno. Por tanto se cumple
que la presión en todas las acometidas es la
misma.
Si la conexión es en serie la salida de un
receptor esta unida con la acometida siguiente. En
este caso, el valor de la presión a la salida de un
receptor es la misma que la presión a la entrada del
siguiente.
Para aclarar conceptos se hará referencia a las
figuras 25 y 26, que representan respectivamente la
conexión en paralelo y en serie de tres cilindros.
Figura 42.- Conexión en paralelo para la alimentación de
cilindros
Figura 41.- Circuito cerrado.
Un circuito cerrado como el representado en la
figura anterior tiene dos líneas de conexión que
alternativamente actúan como línea de presión en
las que es preciso disponer dos válvulas limitadoras
de presión.
Para compensar las perdidas de líquido que se
producen tanto en las bombas como en los motores
y para evitar el exceso de calentamiento del aceite
se usa una bomba auxiliar, que realiza las
indicadas funciones introduciendo continuamente
aceite fresco a baja presión. El caudal que envía la
referida bomba al conducto que alternativamente
actúa como línea de retorno en el circuito principal,
lo cual explica la doble conexión a través de dos
válvulas antirretorno entre la bomba auxiliar y los
conductos principales. La descarga continua del
aceite devuelto por el circuito se efectúa a través de
una válvula calibrada a baja presión.
Figura 43.- Conexión en serie para la alimentación de cilindros.
Cuando los cilindros están conectados en
paralelo, en el caso de tener igual diámetro, si
tuvieran que vencer resistencias diferentes, se
pondría primero en movimiento el pistón que tuviese
menor resistencia. Sólo cuando éste hubiese
recorrido toda su carrera se pondría en movimiento
el otro pistón.
Esto indica que en la conexión en paralelo, sin
órganos de control, no es posible asegurar la
sincronización de los receptores, lo que no ocurre si
la conexión es en serie.
Por esta razón la conexión en serie se utiliza
cuando se quieren movimientos sincronizados.
156
En las conexiones en serie el valor de la presión
a la entrada, sobre todo cuando el numero de
receptores conectados es elevado, al ser igual a la
suma de las presiones necesarias para su
funcionamiento puede resultar prohibitiva para la
instalación.
En el caso de motores están conectados en
paralelo, la totalidad de la presión está disponible
en cada motor, lo cual quiere decir que cada uno de
ellos puede ofrecer su máximo par. En este caso, el
caudal de la bomba esta distribuido entre los
motores individuales proporcionalmente a su
desplazamiento y a su carga.
Figura 44.- Conexión de motores en paralelo.
Cuando los motores están conectados en serie,
la totalidad del aceite fluye a través de cada motor,
mientras que la perdida de carga del sistema esta
distribuida entre los motores proporcionalmente a
su carga, con lo que se obtiene así la velocidad
máxima y menor par.
Figura 45.- Conexión de motores en serie.
Cuando en un mismo circuito se dan
simultáneamente conexiones en serie y en paralelo
se dice que el circuito es mixto.
157