universidad simón bolívar coordinacion de ingenieria mecanica

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
COORDINACION DE INGENIERIA MECANICA
DISEÑO DE BANCO SIMULADOR DE CIRCUITOS
OLEOHIDRAULICOS PORTATIL
Por
Oswaldo Enrique Ochoa Amundaraín
Sartenejas, Septiembre 2008
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
COORDINACION DE INGENIERIA MECANICA
DISEÑO DE BANCO SIMULADOR DE CIRCUITOS
OLEOHIDRAULICOS PORTATIL
Trabajo de grado realizado en:
Universidad Simón Bolívar
AUTOR: Oswaldo Enrique Ochoa Amundaraín
Carnet Nº 01-34212
TUTOR ACADÉMICO: Prof. Joaquín Santos
TRABAJO DE GRADO DE INGENIERIA MECANICA
Presentado ante la ilustre Universidad Simon Bolívar
Como Requisito Parcial para Optar al Titulo de Ingeniero Mecánico
Sartenejas, Septiembre 2008
ii
iii
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE MECANICA
DISEÑO DE BANCO SIMULADOR DE CIRCUITOS OLEOHIDRAULICOS
PORTATIL
PROYECTO DE GRADO presentado por
Br. Oswaldo Enrique Ochoa Amundarain
REALIZADO CON LA ASESORIA DE
Prof. Joaquín Santos
RESUMEN
El presente trabajo consiste en el diseño de un banco simulador de circuitos oleohidráulicos
portátil para la universidad Simón Bolívar. El objetivo es crear un banco de circuitos
oleohidráulicos, donde se puedan montar las prácticas necesarias de laboratorio relacionadas con
este tema. El banco debe permitir la simulación de circuitos básicos de gran utilidad en procesos
industriales, de forma tal que estos puedan ser controlados para la producción de acciones,
procesos o trabajos útiles. El sistema de control de éstos permite la activación de forma manual o
por señales eléctricas (relés y PLC). El diseño del banco simulador de circuitos oleohidráulicos,
se dividió en: selección de los circuitos oleohidráulicos, diseño de las prácticas de laboratorio
para cada circuito, selección de los componentes hidráulicos, eléctricos y electrónicos, y la
propuesta de la estructura del banco. Las prácticas de laboratorio que se realizarán en los
circuitos hidráulicos seleccionados fueron simuladas en el software AutomationStudio, esto para
realizar el analises de dichas prácticas, así como para generar los esquemas de los circuitos. La
selección de los componentes hidráulicos se realizó por medio de catálogos industriales y los
planos que muestran los ensambles de dichos componentes fueron realizados con el software
Inventor. Además de los componentes básicos de la oleohidráulica se seleccionaron los
dispositivos de control. La forma de la estructura del banco también se realizo escogiendo las
piezas de catálogos, buscando que sea transportable, robusto y ergonómico. Los planos de la
estructura incluyen las medidas y la ubicación sugerida de los elementos hidráulicos en el banco
para realizar las prácticas de laboratorio
Palabras claves: Oleohidráulica, circuitos, diseño, control, procesos.
iv
AGRADECIMIENTOS
Primero quiero agradecer a Dios por haber creado este mundo de la manera en que es y
permitir que el hombre haga su vida en el.
A mis Padres, Milena y Osvaldo por apoyarme en todo momento, a mi hermano Luis por
ser un buen hermano, y a mi abuela Victoria. A la mayoría de mis tíos y mis tías, que se que en
ellos puedo contar en cualquier momento, buenos y malos. A mis primos y primas que son como
hermanos también. A mis amigos que me acompañaron durante estos años en la Universidad.
A mi tutor, Joaquín Santos y su paciencia para conmigo en este trabajo, y saber guiarme
muy bien en el desarrollo del mismo. A Felice Ferri por apoyarme y ayudarme también en este
trabajo.
Y bueno, gracias a todos los que aquí mencioné y muchas personas más.
v
DEDICATORIA
Al movimiento estudiantil de 2007, en especial a sus bases, que con su lucha logró que la
democracia venezolana no sufriera un mayor revés en el referéndum del 2 de diciembre del
mismo año. Fue una victoria sudada, ajustada y por los derrotados menos preciada, pero victoria
al fin y aunque todavía falte algo de tiempo para lograr tener un país con una verdadera
democracia, y mucho más tiempo para tener un país realmente prospero, para lo cual se necesita
más que un movimiento estudiantil, el esfuerzo que se hizo en el año 2007 merece un gran
reconocimiento.
vi
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE GENERAL
………………………………...……..……………….……...... vii
ÍNDICE DE FIGURAS ….……………………..…………………………..……........ xi
GLOSARIO DE TERMINOS ..………………………………………….………….... . xvii
INTRODUCCIÓN …………………………………………………….………..…....... 1
CAPÍTULO 1 Marco teórico .…………………...…………….……….…….....…….... 4
1.1
Introducción …………………………………………………………… ..……..... 4
1.2
Hidráulica…………………………………………………………………..…..... 4
1.3
Fluido..………………………………………………………………….……..…. 5
1.4
Viscosidad .……………………………………………………………...…….….. 5
1.5
Densidad..…………………………………………………………………….... .... 6
1.6
Principio de Pascal..………………………………………………………...…….. 7
1.7
Teorema de Bernoulli..……………………………………..………………….......7
1.8
Fluido de trabajo……………………...………………………………………….. 8
1.9
Presión.…………………………………….…………………………………....... 9
1.10 Caudal ...…………………………………………………………………….…..... 9
1.11 Potencia hidráulica ……….……………………………………………….…..... 10
1.12 Principio de palanca hidráulica...….………………………………………........... 11
1.13 Conservación de la energía......………………………………………………....... 12
1.14 Número de Reynolds...………………………………………………………........ 13
1.15 Régimen laminar y turbulento..………………………………………………...... 14
1.16 Caída de presión ..…………………………………………………………........... 15
1.17 Pérdidas de potencia transformadas en calor .………………………………........ 16
vii
1.18 Simbología …………………………………………………………………......... 17
1.19 Bombas hidráulicas de desplazamiento positivo…...…………………….....…........ 18
1.20 Válvulas...………………………………………………………....……..……....... 19
1.21 Válvula de control de presión……………………………………………..………. 20
1.22 Válvula de alivio …………………………………………………………..…….... 23
1.23 Válvula de contra-balance ………………………………………………..……….. 23
1.24 Válvula de secuencia ..…………………………………………………………. . 23
1.25 Válvula reductora de presión ...………………………………………………….. 25
1.26 Válvulas direccionales ...………………...……………………………………..... 25
1.27 Válvulas reguladoras de caudal
...……...………………………………………... 27
1.28 Válvulas antirretorno …...………………………………………………………... 29
1.29 Válvula desaceleradora …………………………………………………………... 30
1.30 Actuadores ....…………………………………………………………………….. 32
1.31 Actuadores lineales de doble efecto……………………………………………….. 32
1.32 Actuadores rotativos
.......………...…………………………………………….... 34
1.33 Válvulas de cartucho
...………………………………………………………….. 35
1.34 Funcionamiento de las válvulas de cartucho para insertar y para roscar…..………. 36
1.35 Válvulas reguladoras tipo cartucho……………………………………………….... 39
1.36 Válvulas de cartucho para roscar como controladores de presión…………………. 41
1.37 Distribuidor o manifold…………………………………………………………….. 42
1.38 Manómetros y caudalímetro
...…………………………………………..………. 42
1.39 Controlador lógico programable
...…………………………………….………... 42
1.40 Relé…………………………………………...…………………………..………... 44
1.41 Circuitos eléctricos de relés………………………...……………………..……….. 45
CAPÍTULO 2 Marco Metodológico ....……………………………………..………...... 46
2.1 Revisión de bibliografía .....………………………………………………………... 46
2.2 Selección de circuitos oleohidráulicos a simular .....……………………………… 47
viii
2.3
Diseño de prácticas........…………………………………………………………….... 47
2.4
Cálculos de los circuitos......………………………………………………………...... 48
2.5
Selección de los componentes mecánicos ....……………………………………....... 48
2.6
Selección de los componentes eléctricos de control........………………………….... 48
2.7
Realización de los planos de la estructura del banco.…………………………….....
2.8
Manual de prácticas………………………………………………………………...... 49
48
CAPÍTULO 3 Selección de circuitos……………………...………………………….......... 50
3.1
Circuito Nº 1………………………………………………………………………..... 51
3.2
Circuito Nº 2………………………………………………………………………..... 53
3.3
Circuito Nº 3…………………………………………………………………………. 55
3.4
Circuito Nº 4………………………………………………………………………..... 57
3.5
Circuito Nº 5………………………………………………………………………..... 59
3.6
Circuito Nº 6………………………………………………………………………..... 61
3.7
Circuito Nº 7…………………………………………………………………………. 65
3.8
Circuito Nº 8…………………………………………………………………………. 68
3.9
Circuito Nº 9…………………………………………………………………………. 69
3.10 Circuito Nº 10……………………………..…………………………………………. 71
CAPÍTULO 4 Planteamiento de las prácticas de control…….…....……………………….. 74
4.1
Circuito Nº 1.1……………………………………………………………………….. 78
4.2
Circuito Nº 2.1……………………………………………………………………….. 81
4.3
Circuito Nº 3.1……….……………………………………………………………..... 81
4.4
Circuito Nº 4.1……………………………………………………………………....... 93
4.5
Circuito Nº 5.1………………………………………………………………………... 96
4.6
Circuito Nº 6.1………………………………………………………………………... 98
4.7
Circuito Nº 7.1…………………………………………………………………….…. 99
4.8
Circuito Nº 8.1………..………………………………………………………….…. 105
4.9
Circuito Nº 9.1……..…………………………………………………………...…... 108
4.10 Circuito Nº 10.1……..…………………………………………………………......... 111
ix
CAPÍTULO 5 Cálculos de los circuitos……….………………………...……………..... 114
CAPÍTULO 6 Selección de los componentes hidráulicos…………...…………….…….. 120
6.1 Selección de la bomba……………………………………………………………….. 121
6.2 Selección de válvulas direccionales cuatro vías tres posiciones………………….......121
6.3 Selección de actuadores lineales y rotativos…………………………………….…… 122
6.4 Selección de válvulas direccionales dos vías dos posiciones………………………... 123
6.5 Selección de válvulas reguladoras de caudal……………………………………….... 123
6.6 Selección de válvulas de control de presión: válvula de contra-balance, válvula
reductora de presión y válvula de secuencia..……………………………...……....... 124
6.7 Selección de válvula de freno para motor hidráulico………………………………... 125
6.8 Selección de los conectores y adaptadores para los elementos del banco...………..... 125
6.9 Selección de los conectores rápidos (quick-coupling)……………………………….. 125
6.10 Selección de mangueras…………………………………………………………….. 125
6.11 Selección de instrumentos de medición para el banco……………………………... 125
CAPÍTULO 7 Selección de componentes de control…………………………………… 127
Selección de componentes de control..........................…………………………………... 128
CAPÍTULO 8 Planos del banco…………………………………………………………. 129
CAPÍTULO 9 Circuito oleohidráulico para el sistema de alimentación…...……………. 162
CAPÍTULO 10 Estimación de costos................................................................................ 167
CAPÍTULO 11 Conclusiones y recomendaciones…..…………………………………... 170
Bibliografía………………………………………………………………………………. 173
Anexos................................................................................................................................ 175
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.
Tubería con cambio de sección……………………………………...…………. 8
Figura 2.
Palanca hidráulica……………………………………………………………..... 11
Figura 3.
Relación de desplazamientos y conservación de la energía……………………. 13
Figura 4.
Régimen laminar………………………………………………………………... 14
Figura 5.
Régimen turbulento……………………………………………………………... 14
Figura 6.
Simbología ISO-CETOP………………………………………………………... 17
Figura 7.
Bomba de engranajes………………………………………………………….... 19
Figura 8.
Válvula de secuencia activada por piloto……………………………………..... 20
Figura 9.
Válvula de alivio activada de forma directa……………………………………. 21
Figura 10. Válvula compuesta activada directamente…………………………………........ 22
Figura 11. Válvula de contra-balance…………………………………………………......... 24
Figura 12. Válvula de secuencia…………………………………………………………..... 24
Figura 13. Válvula reductora de presión………………………………………………........ 25
Figura 14. Válvula direccional 4 vías 3 posiciones accionada por palanca……………….... 26
Figura 15. Válvula direccional 4 vías 3 posiciones accionada por solenoides…………....... 27
Figura 16. Válvula reguladora de caudal no compensada tipo aguja………………….......... 28
Figura 17. Válvula reguladora de caudal de presión compensada………………….……..... 29
Figura 18. Válvula antirretorno…………………………………………………………...... 30
Figura 19. Válvula desaceleradora………………………………………………………..... 31
Figura 20. Actuador lineal doble efecto…………………………………………………...... 33
Figura 21. Actuador rotativo……………………………………………………………....... 34
Figura 22. Construcción de válvula de cartucho para insertar……………………………... 37
xi
Figura 23. Relación de áreas de una válvula tipo cartucho………………………………. 38
Figura 24. Cavidades para válvula de cartucho para roscar……………………………… 39
Figura 25. Válvula de cartucho para roscar tipo aguja…………………………………... 40
Figura 26. Válvula reguladora de caudal compensada…………………………………... 40
Figura 27. Válvula reductora de presión y de secuencia tipo cartucho………………….. 41
Figura 28. Esquema de un controlador lógico programable……………………………... 43
Figura 29. Esquema de relé………………………………………………………………. 44
Figura 30. Esquema del circuito 1……………………………………………………...... 51
Figura 31. Esquema del circuito 2……………………………………………………...... 54
Figura 32. Esquema del circuito 3……………………………………………………....... 56
Figura 33. Esquema del circuito 4……………………………………………………….. 58
Figura 34. Esquema del circuito 5……………………………………………………....... 60
Figura 35. Esquema del circuito 6………………………………………………………... 62
Figura 36. Esquema del circuito 6.A……………………………………………………... 64
Figura 37. Esquema del circuito 6.B……………………………………………………... 65
Figura 38. Esquema del circuito 7………………………………………………………... 67
Figura 39. Esquema del circuito 8……………………………………………………….. 68
Figura 40. Esquema del circuito 9……………………………………………………….. 70
Figura 41. Esquema del circuito 10………………………………………………………. 72
Figura 42. Interruptores de las funciones de operación………………………………….. 76
Figura 43. Interruptores de las funciones de operación para circuitos rotativos…………. 77
Figura 44. Esquema del circuito 1.1…………………………………………………….... 78
Figura 45. Programa de PLC número uno……………………………………………….. 79
Figura 46. Circuito eléctrico de relé número uno……………………………………….. 80
Figura 47. Esquema del circuito 2.1…………………………………………………….... 82
Figura 48. Esquema del circuito 3.1…………………..………………………………….. 83
Figura 49. Programa de PLC número dos………………………………………………... 84
Figura 50. Circuito eléctrico de relé número dos………………………………………… 85
xii
Figura 51.
Esquema del circuito 3.2……………………………………………... ... 86
Figura 52.
Circuito eléctrico de relé número tres…………………………………... 88
Figura 53.
Programa de PLC número tres………………………………………….. 89
Figura 54.
Esquema del circuito 3.3………………………………………………... 90
Figura 55.
Programa de PLC número cuatro……………………………………….. 91
Figura 56.
Circuito eléctrico de relé número cuatro………………………………... 92
Figura 57.
Esquema del circuito 4.1…………………………………………............ 94
Figura 58.
Esquema del circuito 4.2……………………………………………….... 95
Figura 59.
Esquema del circuito 4.3……………………………………………….... 97
Figura 60.
Esquema del circuito 5.1……………………………………………….... 98
Figura 61.
Esquema del circuito 6.1……………………………………………….... 100
Figura 62.
Esquema del circuito 7.1……………………………………………….... 101
Figura 63.
Esquema del circuito 7.2……………………………………………........ 102
Figura 64.
Programa de PLC número cinco……………………………………….... 103
Figura 65.
Circuito eléctrico de relé número cinco………………………………..... 104
Figura 66.
Esquema del circuito 8.1……………………………………………….... 106
Figura 67.
Esquema del circuito 8.2……………………………………………….... 107
Figura 68.
Esquema del circuito 8.3………………………………………………... 109
Figura 69.
Esquema del circuito 9.1……………………………………………....... 110
Figura 70.
Circuito eléctrico de relé número seis………………………………....... 111
Figura 71.
Programa de PLC número seis…………………………………………...112
Figura 72.
Esquema del circuito 10.1……………………………………………….. 113
Figura 73.
Circuito oleohidráulico primario………………………………………... 163
Figura 74.
Opciones de control del circuito oleohidráulico primario.……………… 164
Figura 75.
Circuito oleohidráulico primario, segunda propuesta………………….... 165
Figura 76.
Circuito oleohidráulico primario, tercera propuesta.................................. 166
Figura 77-A Lista de precios de los componentes hidráulicos....................................... 168
Figura 77-B Lista de precios de los componentes hidráulicos....................................... 169
Figura 78.
Lista de precios de los componentes estructurales.....................................169
Figura A.1 Hoja de selección de bomba y motor hidráulico........................................176
Figura A.2a Hoja de selección de válvula direccional manual...................................... 177
xiii
Figura A.2b Dimensiones de válvulas direccional manual.................................................. 178
Figura A.3a
Hoja de selección de válvulas direccionales eléctricas................................. 179
Figura A.3b
Hoja de selección de válvulas direccionales eléctricas................................. 180
Figura A.3c
Dimensiones de válvulas direccionales eléctricas......................................... 181
Figura A.4a
Hoja de selección de sub-bases para válvulas direccionales......................... 182
Figura A.4b
Dimensiones de la sub-base para válvulas direccionales.............................. 183
Figura A.5a
Dimensiones del cilindro............................................................................... 183
Figura A.5b
Dimensiones de la rosca del vástago del cilindro......................................... 184
Figura A.5c
Esquema del cilindro..................................................................................... 184
Figura A.5d
Esquema de la rosca del vástago.................................................................. . 184
Figura A.5e
Hoja de selección del cilindro........................................................................ 185
Figura A.6
Hoja de selección de válvulas direccional eléctricas 2 vías, 2 posiciones..... 186
Figura A.7
Hoja de selección de sub-base para válvulas de cartucho.............................. 187
Figura A.8a
Hoja de selección de válvula accionada por leva........................................... 188
Figura A.8b
Dimensiones de la válvula accionada por leva.............................................. 189
Figura A.9a
Hoja de selección de válvula reguladora de caudal........................................ 190
Figura A.9b
Dimensiones de válvula reguladora de caudal............................................... 191
Figura A.10a Hoja de selección de válvula reguladora de caudal presión compensada..... 192
Figura A.10b Dimensiones de válvula reguladora de caudal con presión compensada..... .. 193
Figura A.11
Hoja de selección de la válvula reguladora de caudal tipo cartucho............. 194
Figura A.12
Hoja de selección de la válvula reguladora de caudal tipo cartucho con
presión compensada....................................................................................... 195
Figura A.13a Hoja de selección de válvula reductora de presión........................................ 196
Figura A.13b Dimensiones de válvula reductora de presión................................................ 197
Figura A.14a Hoja de selección de válvula de contra balance............................................. 198
Figura A.14b Dimensiones de válvula de contra balance.................................................... 199
Figura A.15a Hoja de selección de válvula de secuencia.................................................... 200
Figura A.15b Dimensiones de válvula de secuencia........................................................... 201
xiv
Figura A.16a Hoja de selección de sub-base para válvulas de control de presión tipo
corredera......................................................................................................... 202
Figura A.16b Dimensiones de sub-base para válvulas de control de presión...................... 203
Figura A.17
Hoja de selección de válvula reductora de presión tipo cartucho................. 204
Figura A.18
Hoja de selección de válvula de secuencia tipo cartucho............................... 205
Figura A.19
Hoja de selección de válvula de contra balance tipo cartucho...................... 206
Figura A.20
Hoja de selección de válvula de freno tipo cartucho..................................... 207
Figura A.21
Selección de adaptador macho-hembra (SAE-NPTF).................................... 208
Figura A.22
Adaptador macho-macho (NPTF).................................................................. 209
Figura A.23
Codo acoplador macho-macho (SAE-NPTF)............................................... 209
Figura A.24
Adaptador macho-hembra (SAE).................................................................. 210
Figura A.25
Adaptador macho-hembra (NPTF)................................................................. 210
Figura A.26
Acoplador rápido............................................................................................ 211
Figura A.27
Base del acoplador rápido...............................................................................211
xv
INDICE DE TABLAS
Tabla 1
Precio del banco con válvulas de cartucho ............................................................... 168
Tabla 2
Precio del banco con válvulas tipo correderas ........................................................... 168
Tabla 3
Precio de la estructura del banco ..............................................................................168
Tabla 4
Lista de precios de los componentes hidráulicos ...................................................... 169
Tabla 5
Lista de precios de los conectores hidráulicos ........................................................... 169
Tabla 6
Lista de precios de los componentes estructurales ................................................... 169
xvi
GLOSARIO DE TÉRMINOS
Área anular: Área con forma de anillo. Se refiere, frecuentemente al área efectiva en el lado del
vástago de un cilindro, es decir: el área del pistón menos el área de la sección resta del vástago.
Cámara: Compartimiento dentro de una unidad hidráulica.
Carga: Energía referida a la unidad de peso.
Carrera: Longitud de trabajo de un cilindro.
Circuito: Trayectoria completa de un sistema, incluyendo el dispositivo generador de caudal.
Contrapresión: Generalmente se refiere a la presión que existe en la línea de retorno a tanque.
Control: Dispositivo utilizado para regular el funcionamiento de una unidad.
Control manual: Control accionado por el operador con independencia del medio de
accionamiento
Control mecánico: Cualquier control accionado por engranajes, tornillos, levas y otros
elementos mecánicos.
Control eléctrico: Cualquier control accionado por medio de señales eléctricas.
Corredera: Término aplicado a las piezas móviles con forma cilíndrica, que se mueva dentro de
un elemento para dirigir el caudal.
Descarga: Dirigir el caudal de una bomba, por lo general directamente al depósito para impedir
que la presión quede aplica al sistema.
Drenaje: Pasaje en un componente hidráulico o procedente de éste que hace volver
independientemente el caudal de fugas al deposito.
xvii
Estrangulamiento: Restricción cuya longitud es pequeña, comparada a su sección transversal.
Permite el paso de un caudal restringido. Puede controlar el caudal o crear una pérdida de presión
determinada.
Hidráulica: Ciencia que trata de las presiones y caudales de los líquidos.
Hidrodinámica: Ciencia que trata de los líquidos en movimiento y particularmente de su energía
cinética.
Hidrostática: Ciencia que trata de la energía de los líquidos en reposo.
Línea: Tubo, tubería o manguera flexible que actúa como conductor de fluido hidráulico.
Niples: Término del idioma inglés que designa los tubos conectores y adaptadores.
Obturador: Elemento de ciertas válvulas que impide el paso de caudal cuando queda ajustado.
Placa base o sub-base: Montura auxiliar para un componente hidráulico que suministra un
medio de conectar las tuberías al componente.
Presión de abertura: Presión a la que una válvula, accionada por presión, permite el paso del
fluido.
Presión piloto: Presión auxiliar utilizada para accionar o controlar para accionar o controlar los
componentes hidráulicos.
Rosca NPTF: Rosca cónica americana.
Rosca SAE: Rosca paralela americana.
Secuencia: Orden de una serie de operaciones o movimientos.
Ventear o venting: Poner a descargar un caudal de una bomba a través de su válvula de
seguridad a presión reducida.
xviii
INTRODUCCIÓN
La Universidad Simón Bolívar tiene entre sus características académicas afianzar los
conocimientos dictados en las asignaturas que en ella se cursan con actividades prácticas en los
laboratorios, esto permite a los estudiantes entender y constatar de manera experimental los
conceptos teóricos. Materias como transferencia de calor, vibraciones, mecánica de máquinas,
ciencia de los materiales, conversión I, II III y IV, automatización neumática, mecánica de
fluidos (por nombrar algunas) cuentan con prácticas de laboratorios donde se pueden llevar a
cabo experiencias que permiten constatar los vínculos entre la teoría y la práctica, familiarizando
al estudiante con el mundo real de las maquinas.
En la actualidad la Universidad Simón Bolívar no cuenta con el equipo necesario que
permita realizar las prácticas para las materias que contengan tópicos relacionados con la
oleohidráulica. Partiendo de esta situación se propone desarrollar y conceptualizar un equipo
oleohidráulico, con fines didácticos que permita complementar la formación del estudiante con
prácticas relacionadas con aplicaciones de oleohidráulica.
El equipo o “banco” que se desea debe permitir la realización de las prácticas de
laboratorio de circuitos oleohidráulicos propuestas en este trabajo. Se Presenta el diseño de un
banco simulador de circuitos oleohidráulicos, el cual será robusto, transportable y ergonómico. El
diseño del mismo se realizó partiendo de estudiar modelos existentes con las modificaciones
necesarias para que cumpla con las funciones de enseñanza específicas de la Universidad Simón
Bolívar.
El banco estará en la capacidad de recrear los principios fundamentales de la
oleohidráulica por medio de la construcción y simulación de circuitos de potencia
oleohidráulicos. El banco simulador tendrá dos enfoques principales en la formulación de lo
2
laboratorios que se harán en él. En primer lugar están las prácticas demostrativas de los
fundamentos básicos de la oleohidráulica, las cuales tendrán como objetivo facilitar a los
estudiantes el entendimiento de los conceptos teóricos dictados en clases. El segundo enfoque de
las prácticas permitirá la simulación de circuitos con características similares a las que se
encuentran en la industria de la oleohidráulica. Estas características principalmente estarán
enfocadas en los sistemas de control empleados para operar los circuitos oleohidráulicos, y
adicional a las características de los sistemas de control también el banco permitirá, observar
algunos tipos de fallas simuladas que se producen en la industria producto del mal uso en la
operación del circuito.
Para realizar el diseño del banco simulador de circuitos oleohidráulicos el presente trabajo
ha sido dividido en nueve capítulos, que a continuación se especificarán.
Primer capitulo: Marco teórico, en él se explican los conceptos que se manejaran durante
todo el desarrollo del banco simulador de circuitos oleohidráulicos. Estos conceptos incluyen,
fundamentos básicos de la oleohidráulica, descripción de los elementos utilizados para la
construcción de los circuitos oleohidráulicos, conceptos del área de control (PLC y relés).
Segundo capítulo: Marco metodológico, en éste se plantea el tipo de investigación que se
realizó. También se presenta la metodología utilizada para el desarrollo del diseño del banco
simulador.
Tercer capítulo: Selección de circuitos, este capitulo se plantean los circuitos
oleohidráulicos seleccionados para ser montados en el banco. Cada uno de ellos aplica un
principio oleohidráulico o la combinación de varios de ellos. Estos circuitos se emplean para
realizar las prácticas demostrativas de los principios oleohidráulicos.
Cuarto capítulo: En este capítulo se diseñaron las prácticas de control eléctrico que se
aplicarán a los circuitos oleohidráulicos seleccionados en el capítulo tres con el fin de realizar la
automatización de estos.
3
Quinto capítulo: Cálculos de los circuitos oleohidráulicos. En esta parte del trabajo se
realizará los cálculos de diseño para los circuitos oleohidráulicos
Sexto capitulo: Selección de elementos oleohidráulicos para el montaje de los circuitos.
En este capitulo se procederá a la selección de los dispositivos mecánicos que el banco debe de
tener para que se puedan construir todos los circuitos oleohidráulicos. Estos componentes son,
válvulas, mangueras, conectores, actuadores, bomba, instrumentos de medición etc.
Séptimo capítulo: Selección de componentes de control. Este capítulo se selecciona los
instrumentos necesarios para la automatización de todos los circuitos oleohidráulicos que se
construyan en el banco.
Octavo capítulo: Planos del banco. En este capítulo se presentan los planos de la
estructura del banco propuesta. Los planos de los componentes hidráulicos seleccionados para el
banco los cuales muestran principalmente el ensamble (válvula, sub-base, acoples, etc.) que cada
uno de los componentes hidráulicos necesita para ser compatibles entre si, y permitir la
construcción de los circuitos oleohidráulicos seleccionados. También se muestra los planos que
indican las posiciones sugeridas a ocupar por los componentes hidráulicos en la estructura del
banco.
Noveno capítulo: En este capítulo se muestra el circuito oleohidráulico y el circuito
eléctrico propuesto para el sistema de generación potencia hidráulica del banco. Aquí se señalan
las distintas operaciones de funcionamiento que dicho circuito debe tener para que cumpla con
los requerimientos del banco.
Décimo capítulo: conclusión y recomendaciones. Este es el capitulo final, donde se
plantearan las conclusiones del trabajo así como recomendaciones para mejorar el banco
propuesto.
CAPÍTULO I
MARCO TEÓRICO
1.1 Introducción
En este capítulo se exponen los conceptos teóricos que soportan el desarrollo del diseño
del banco simulador de circuitos oleohidráulicos. Estos han sido clasificados en tres grupos
principales.
En el primer grupo están los conceptos hidráulicos necesarios para entender los principios
básicos de los circuitos planteados en las prácticas de laboratorios que se realizarán en el banco
simulador de circuitos oleohidráulicos
En el segundo grupo se encuentran la definición, y análisis del funcionamiento de los
elementos mecánicos utilizados en la construcción de los circuitos oleohidráulicos.
Por último se tienen los conceptos de relacionados con los sistemas de control eléctrico
que se aplican a los circuitos oleohidráulicos de los circuitos.
1.2 Hidráulica
La hidráulica es la tecnología que se encarga de la transmisión de energía mediante el uso
de fluidos. Este término proviene del griego, hydra que significa fluido y aula que significa:
contenido en un recipiente cerrado. De la unión de ambos términos surgió el concepto de
hidráulica, que es un fluido contenido en un recipiente. (Vickers, 1981 p. 13)
Hay que hacer una distinción entre los sistemas que trasmiten energía utilizando el
impacto de un fluido contra una superficie (molinos, rueda hidráulica etc.) y los que transmiten la
energía a través de presión sobre un fluido contenido en un recipiente.
5
Un sistema hidráulico que utiliza el impacto o energía cinética del líquido para transmitir
energía se denomina sistema hidrodinámico. Los sistemas accionados por una fuerza aplicada a
un líquido contenido en un recipiente cerrado se denominan sistemas hidrostáticos. Los sistemas
hidrostáticos funcionan transmitiendo la energía en forma de presión. (Vickers, 1981 p. 33)
1.3 Fluido
Existen tres estados aceptados como básicos de la materia, estos son: solidó, líquido y
gaseoso. De estos estados existen dos que comparten una serie de características y propiedades,
estos son los gases y los líquidos los cuales tienen la propiedad de fluir. Ella es la que permite a
las sustancias adquirir la forma de los recipientes que las contengan, deslizarse entre superficies,
derramarse y todo esto de forma continúa.
La definición más precisa de fluido es: toda sustancia que se deforma continuamente
cuando se somete a un esfuerzo cortante, variando su deformación según la intensidad del
esfuerzo y las propiedades del fluido. (Potter, 1997 pp. 7-9)
1.4 Viscosidad
Es la propiedad del fluido mediante la cual él ofrece resistencia a los esfuerzos cortantes.
Mientras mayor sea la viscosidad será más difícil para el fluido desplazarse a altas velocidades,
mientras que cuando la viscosidad es menor sucede lo contrario. La ecuación que determina la
viscosidad viene dada por:
µ=
τ
du
(1)
dy
Donde µ es la viscosidad absoluta o viscosidad dinámica, τ representan los esfuerzos
cortantes y el término du
dy
es la tasa de deformación angular del fluido. La ecuación (1)
muestra la tasa de deformación angular del fluido, cuando un esfuerzo cortante es aplicado bre
él. Se observa que a mayor deformación angular para un τ específico se tendrá un fluido poco
viscoso, y viceversa. (Streeter et al, 2001 p. 8)
6
Existe otro tipo de viscosidad que es la cinemática indicada por la letra ν. La viscosidad
cinemática está relacionada con la viscosidad absoluta por la siguiente ecuación.
ν=
µ
ρ
(2)
Donde µ es la viscosidad absoluta y ρ es la densidad del fluido.
La viscosidad de un fluido juega un papel muy importante en la conservación de energía
de un circuito de potencia hidráulico. En un principio se pudiera pensar que es más útil usar un
fluido de baja viscosidad, ya que éste tendría una menor resistencia al movimiento, lo cual
ahorraría energía. Esto sería correcto si las piezas de los equipos no necesitaran de lubricación
para moverse, y es aquí donde el fluido de un sistema toma su segundo rol, ser lubricante. Si el
fluido empleado no tuviese la propiedad de lubricar, las fuerzas de roces producidas en las piezas
en contacto serian tan altas, que ocasionarían un mayor gasto de energía para moverlas, sin
mencionar que la vida útil de los equipos se vería disminuida drásticamente por efectos del
desgaste. Es por esta razón que los fluidos empleados para los circuitos de potencia hidráulica
tienen que tener una viscosidad que permita realizar la lubricación de los componentes pero a la
vez no debe ser tal que dificulte el movimiento del fluido. (Vickers, 1981 p. 49)
1.5 Densidad
La densidad es la cantidad de masa que contiene cualquier sustancia o elemento en
determinado volumen. Esta puede ser variable (fluidos gaseosos) o constante (fluidos líquidos).
La densidad del fluido puede variar dependiendo de la presión a la cual es sometido, o por
cambios de temperatura en éste. La ecuación que define esta propiedad es.
D=
Donde V es el volumen y m es la masa del fluido.
m
V
(3)
7
Se observa analizando la ecuación (3) que los materiales que contienen mucha masa en
poco volumen tienen una densidad alta, mientas que aquellos que tienen poca masa en un gran
volumen tienen una densidad baja.
1.6 Principio de Pascal
Todos los fluidos cumplen con el principio de Pascal, él cual establece que: la presión
aplicada a un fluido confinado se transmite íntegramente en todas direcciones y ejerce fuerzas
iguales sobre áreas iguales, actuando estas fuerzas en dirección perpendicular a las superficies de
contactos del fluido. La expresión que describe el principio de pascal es. (Parker, 1995 p. 12)
P=
F
A
(4)
Donde F es la fuerza que ejerce el fluido contra las áreas del recipiente que lo contiene y
A es el área dicho recipiente.
1.7 Teorema de Bernoulli
Para el modelo de Bernoulli los fluidos en movimiento presentan tres formas de energía, siendo
la suma de todas ellas la energía total de la que disponen. La primera es la cinética, la cual se
expresa en forma de velocidad del fluido, y depende de la densidad del fluido y del caudal de
éste. La segunda es la presión, que depende de que tanta fuerza actué sobre él. Por último esta la
energía potencial, siendo este termino dependiente de las variaciones de altura.
La energía total de un fluido es la suma de los tres términos antes mencionados y son los
que conforma la ecuación del teorema de Bernoulli.
z1 +
V12 p1
V2 p
+
= z2 + 2 + 2
2g ρ
2g ρ
(5)
8
Esta ecuación relaciona la distribución de energía entre el punto 1 y el punto 2. Donde z1
es el nivel de altura del punto 1, z 2 es el nivel de altura del punto 2, los cuales son despreciados
en la oleohidráulica debido a la baja densidad del aceite, siendo solo considerados cuando las
diferencias de alturas entre z1 y z 2 superan los 100 metros de diferencia, o se está trabajando en
el lado de succión de la bomba . V1 es la velocidad del fluido en el punto 1, V2 es la velocidad del
fluido en el punto 2, g es la aceleración de la gravedad, p1 la presión del fluido en el punto 1, p 2
la presión del fluido en el punto 2, y ρ la densidad del fluido que se considera constante.
En la Figura uno se muestra como varía la distribución de la energía en un fluido que
atraviesa una tubería con cambio de sección. Al aplicar de la ecuación de bernoulli entre el punto
uno y dos se obtiene la forma en que el fluido varía la distribución de su energía, entre ambos
puntos. Se observa como la presión del fluido disminuye como consecuencia del aumento de
velocidad del fluido entre los puntos uno y dos. (Vickers, 1981 p. 38)
Figura 1. Tubería con cambio de sección
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica
1.8 Fluido de trabajo
Un fluido en un sistema puede tener dos funciones esenciales. Ser el elemento que se
utiliza en la elaboración de un producto o ser el elemento que transporta la potencia para realizar
un trabajo. El primer caso es cuando el líquido se necesita para un proceso y por ello es
necesario bombearlo desde un reservorio hasta otro punto en el sistema En el segundo caso el
9
fluido es el que hace posible que un trabajo o proceso se lleve a cabo. En ambos casos el fluido
utilizado recibe el nombre de fluido de trabajo.
El fluido de trabajo utilizado mayoritariamente en la oleohidráulica es el aceite. Esto es
debido a que el aceite cumple con varias de las premisas necesarias como fluido de trabajo en las
máquinas oleohidráulica. (Vickers, 1981 p. 13)
1.9 Presión
Se establece presión como la relación que existe entre la magnitud de una fuerza y el área
donde esta actúa. Solo la componente normal a la superficie produce la presión, en consecuencia
la presión siempre es perpendicular a la superficie. Ésta se puede expresar con respecto a
cualquier nivel de referencia arbitrario. Los niveles de referencia más usuales son el cero absoluto
y la presión atmosférica a la altura de mar, 101KPa. La presión se puede medir en varias
unidades, siendo las más usadas el Bar [daN/cm2], el Pascal, [N/m2] y milímetros de mercurio
[mmMg.] para el sistema métrico y Psi [lbf/in2] para las unidades inglesas. Su expresión más
común en hidráulica la da la ecuación (2). (Vickers, 1981 p. 13)
1.10 Caudal
Es la cantidad de volumen de fluido que pasa por un área transversal al movimiento de
éste, en un tiempo determinado. El caudal se puede medir comúnmente en m3/s, gal/min o L/min.
Q =V ⋅ A
(6)
Donde V es la velocidad del fluido, y A es el área transversal por donde circula el fluido.
La ecuación (6) permite hallar la variación de velocidad de un fluido confinado en una
tubería cuando ésta tiene un cambio de sección transversal. Considerando Q constante y
conociendo el cambio de área A. (Vickers, 1981 p. 37)
10
1.11 Potencia hidráulica
Es el valor que representa la energía que transporta el fluido por unidad de tiempo. Este
número expresa la posible cantidad de trabajo que se puede extraer del fluido. La potencia
hidráulica depende principalmente de tres términos, dos de ellos no son características propias del
fluido, sino propiedades que éste adquiere tras haber interactuado físicamente con otros
elementos. Estos son la presión y el caudal a la cual el fluido se desplaza. El tercer término
involucrado en el cálculo de potencia hidráulica es una característica propia del fluido y es su
densidad. La ecuación que define la potencia hidráulica es:
Phidraulica = γ ⋅ Q ⋅ H
(7)
Donde g es la densidad del fluido, Q es el caudal del fluido y H la altura a la cual esta
siendo bombeado el fluido.
La ecuación (7) es usada en los sistemas que funcionan con bombas centrifugas. La
ecuación de potencia hidráulica empleada para los sistemas que funcionan con bombas de
desplazamiento positivo es la siguiente.
Phidraulica = P ⋅ Q
(8)
Donde Q es el caudal del fluido bombeado y P es la presión a la cual se encuentra el
fluido. Para agilizar los cálculos y poder usar las unidades estándar en las que se miden el caudal,
presión y potencia, es necesario modificar la ecuación añadiendo un factor numérico.
Phidraulica =
Q⋅P
1714
(9)
Donde Q es el caudal de fluido que entrega la bomba es introducido en la ecuación en
galones por minutos (gpm) y P es la presión a la cual se encuentra el fluido se introduce en la
ecuación en unidades de Psi (Lbf/in2). La potencia hidráulica es obtenida en caballos de fuerza
11
(Hp). La ecuación que permite obtener el valor de la potencia hidráulica en watts introduciendo
los términos Q en galones por minutos y P en Psi es la siguiente.
Phidraulica = 2,3 ⋅ Q ⋅ P
(10)
1.12 Principio de palanca hidráulica
La palanca hidráulica (Fig.2) percibe el mismo objetivo que la palanca mecánica, producir
una fuerza mayor a la disponible para realizar un trabajo. Para producir la ganancia de fuerza la
palanca hidráulica utiliza un arreglo de pistones, con un fluido a presión. Este mecanismo se
apoya en el principio de Pascal y es el concepto fundamental de la prensa hidráulica.
Figura 2. Palanca hidráulica
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica.
En un lado de la línea se ejerce la fuerza disponible F1, que se divide entre el área del
pistón A1 y se obtiene la presión P a la cual estará toda la línea del fluido. Esta misma presión P
actúa en el área del segundo pistón A2 donde se tiene la carga F2 a vencer. Como el objetivo del
sistema es producir una fuerza mayor a la disponible, se utiliza un área A2 mayor que A1, con
12
esto la presión de la línea al ser multiplicada el área A2 producirá una fuerza F2 mayor que F1.
Las ecuaciones que describen la palanca hidráulica son. (Vickers, 1981 pp. 9-11)
F1 = A1 ⋅ P
(14)
F2 = A2 ⋅ P
(15)
De la igualdad de las dos ecuaciones de presión se obtiene la relación directa.
F2 = F1 ⋅
A2
A1
(16)
1.13 Conservación de la energía
El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye;
sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece
constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.
Como todas las maquinas, los sistemas de potencia hidráulicos no pueden crear ni destruir
energía. Así que la ganancia de fuerza que dan éstos se produce a costa de la pérdida de
desplazamiento (Fig.3). La energía mecánica de entrada es la misma que la energía mecánica de
salida (despreciando las perdidas por la fricción), solo que se han redistribuido los valores que la
conforman (fuerza/desplazamiento o torque/rotación angular) para obtener más provecho de la
cantidad de energía que se dispone.
E mecanica = F ⋅ D
(17)
Donde F es la fuerza y D es el desplazamiento.
En el caso de la palanca hidráulica la energía mecánica que es suministrada en el pistón
con área A1, es la misma que se obtiene en el pistón con área A2. Puesto que las fuerzas no son
iguales, siendo F2 mayor que F1, el término desplazamiento se ve forzado a disminuir para
mantener el mismo valor de potencia de la entrada en la salida produciendo así una disminución
del desplazamiento de salida. (Vickers, 1981 p. 11)
13
Figura 3. Relación de desplazamientos y conservación de la energía
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica.
1.14 Número de Reynolds
El número de Reynolds es la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas de
un fluido y es un termino adimensional. Este término surge para simplificar el cálculo de las
pérdidas de presión y es el parámetro que indica en que condiciones o régimen, está moviéndose
el fluido. El régimen puede ser laminar, turbulento o transitorio. El valor que adquiere el número
de Reynolds en un determinado sistema depende de varios elementos, tales como el diámetro de
la tubería, la velocidad a la que se desplaza el fluido y la viscosidad de éste. Mientras mayor sean
los dos primeros términos más errático será el perfil de desplazamiento del fluido. Mientras que a
mayor viscosidad se tiende a hacer que el fluido sea menos errático en su desplazamiento. La
ecuación usada para el cálculo del número de Reynolds es la siguiente.
Re =
D ⋅V
ν
(18)
Donde D es el diámetro de la tubería, V la velocidad del fluido y ν la viscosidad
cinemática.
14
En el diseño de los circuitos oleohidráulicos existe un criterio para el número de Reynolds
que puede ser, 2000 o 2300. El primero se usa en los circuitos diseñados siguiendo el criterio
estado unidense. El segundo se usa en los circuitos diseñados siguiendo el criterio europeo.
(Joaquín santos, 2007)
1.15 Régimen laminar y turbulento
En régimen laminar (Fig.4) el movimiento de fluidos esta relacionado con números de
Reynolds bajos, que implica que las fuerzas viscosas vencen a las fuerzas inerciales. Se
caracterizan por presentar un movimiento en capas o laminas que se deslizan suavemente una
sobre la otra. Cualquier tendencia a la inestabilidad y turbulencia son atenuados por las fuerzas
cortantes viscosas. En régimen turbulento (Fig.5) el flujo presenta un movimiento errático,
observándose un fuerte intercambio de momentum transversal. En el régimen turbulento el
número de Reynolds es alto, lo que implica que las fuerzas cinemáticas dominan a las fuerzas
viscosas.
Figura 4. Régimen laminar
Fuente: Propia
Figura 5. Régimen turbulento.
Fuente: Propia
15
1.16 Caída de presión
El movimiento de un fluido a través de una tubería ocasiona que éste sufra perdidas de
potencia. Las perdidas de potencia se dan por perdidas de caudal o de presión. Las perdidas de
caudal mientras no excedan de cierto porcentaje del caudal de operación están asociadas a fugas
inherentes a la operación del circuito, y no se consideran para las pedidas de potencia del mismo.
En cambio las pérdidas de presión producto de la fricción entre la tubería y el fluido, si se
consideran para las perdidas de potencia del circuito.
Las perdidas de potencia hidráulica representan la cantidad de presión que el fluido pierde
desde que sale de un punto “A” hasta un punto “B”, éstas depende de la velocidad con la que
viaje el fluido, la viscosidad, rugosidad y diámetro de la tubería. La formula que se utiliza para
calcular las perdidas de presión es la ecuación de Darcy-Weisbach.
Hf = λ ⋅
L V2
⋅
D 2g
(19)
Donde λ es el factor de presión de Darcy, L la longitud de la tubería, D el diámetro de la
tubería, V la velocidad del fluido y g la gravedad.
La ecuación 19 es modificada, por razones de simplificación de cálculos, obteniéndose así
la ecuaciones 20. Esta nueva ecuación permite introducir los valores de cada elemento en sus
unidades de uso común.
∆P = f ⋅
L
⋅ Q 2 ⋅ 0,0123
d5
f =
X
Re
(20)
(21)
Donde ∆p (Psi) representan las perdidas de presión, L (pies) es la longitud de la tubería, d
(pulgadas) el diámetro de la tubería, Q (gpm) el caudal del fluido y f es el factor de fricción del
número de Reynolds que es calculado con la ecuación 21.
16
En la ecuación 21 el termino X puede tomar tres valores distintos: 64 para el caso de tubo
rígido y temperatura constante, 75 para el caso donde solo se cumpla una condición y 90 para
tubería flexible y temperatura variable.
La ecuación que permite obtener el valor de perdida de presión en Pascales utilizando los
las unidades de medición común para los elementos de la ecuación es.
∆P = f ⋅
L
⋅ Q 2 ⋅ 84,8
d5
(22)
Donde ∆p (Psi) representan las perdidas de presión, L (pies) es la longitud de la tubería, d
(pulgadas) el diámetro de la tubería, Q (gpm) el caudal del fluido. (Joaquín Santos 2007)
1.17 Pérdidas de potencia transformadas en calor
El calentamiento de los circuitos oleohidráulicos es un efecto no deseado que se da
principalmente por dos factores. El primero de estos es el calentamiento que se transmite al fluido
de trabajo por el funcionamiento de elementos que se calienten, tales como las bombas, los
cilindros y motores hidráulicos. La segunda fuente de calentamiento de un circuito viene dada por
las perdidas de potencia que se dan en los ductos producto de la fricción entre el fluido y la
tubería o las válvulas. La ecuación que permite calcular la cantidad de energía que se transforma
en calor en un circuito oleohidráulico es. (Joaquín Santos 2007)
Pot calor =
∆P ⋅ Q
1714
(23)
Donde Pot calor es el calor producido, ∆p es la perdida de presión y Q es el caudal del
fluido. La ecuación 23 está planteada de modo que los valores de ∆p y Q sean introducidos en
las unidades de medición comúnmente usadas. ∆p en Psi y Q en galones por minuto, obteniendo
la Pot calor en caballos de fuerza (Hp).
17
La ecuación que permite usar los valores de ∆p en Psi y Q en galones por minuto, que
arroja Pot calor en watts es.
Pot calor = 2,3 ⋅ ∆P ⋅ Q
(24)
Donde Pot calor es el calor producido, ∆p es la perdida de presión y Q es el caudal.
1.18 Simbología
Para representar los esquemas de los circuitos oleohidráulicas se emplea los símbolos que
cumplen con la norma ISO-CETOP. En la Figura seis, se especifica la simbología para los
dispositivos hidráulicos del banco.
Figura 6. Simbología ISO-CETOP
Fuente: Propia
18
1.19 Bombas hidráulicas de desplazamiento positivo
Estos componentes de los circuitos y sistemas hidrodinámicos transforma la potencia
mecánica que suministra la fuente primaria de energía, que puede ser un motor eléctrico, o de
combustión interna, en potencia hidráulica. Las bombas de desplazamiento positivo funcionan
con cámaras, que son llenadas por el fluido de trabajo. Dichas cámaras son barridas en cada
revolución haciendo que el fluido salga expulsado por el puerto de salida con dirección hacia el
circuito. Las revoluciones a las que normalmente trabajan son de; 1200rpm, 1800rpm y 3600rpm,
cuando éstas son activadas por un motor eléctrico sincrónico. Es importante señalar que las
bombas de desplazamiento positivo no son las que determinan la presión a la que el fluido se
encuentra. La presión es producida por las restricciones que el fluido se consigue a lo largo de las
tuberías en el circuito y por el trabajo que el fluido debe realizar. Estos dos factores son los que
definen la presión a la cual el fluido va a estar en el circuito.
Estas bombas pueden ser de caudal fijo, o caudal variable. Las primeras son bombas que
entregaran aproximadamente un caudal constante sin importar la presión a la que el fluido se
encuentre. Las bombas de caudal variable están diseñadas para que la cantidad de caudal que
entreguen varíe de acuerdo a un mecanismo de regulación generalmente relacionado con la
presión final de trabajo.
Existen varios tipos de bombas de desplazamiento positivo, las de pistón, engranajes y
paletas. Estas bombas si bien funcionan con el mismo principio, cada una posee características
únicas que son las que determinan en que clase de trabajos se puede utilizar un modelo u otro. La
diferencia fundamental de éstas se encuentra asociada con el mecanismo interno que impulsa el
fluido desde la bomba hacia el circuito.
Para el desarrollo de este trabajo, la bomba de engranajes externos se ajusta a los
requerimientos de economía, durabilidad y flexibilidad, necesarias para una aplicación como la
propuesta.
La bomba de engranajes externos (Fig.7) está formada por una carcasa o cuerpo, que tiene
dos puertos, uno de entrada y otro de salida, en los engranajes de dientes externos, uno de ellos es
19
el conductor (el que recibe la potencia) y el otro es el engranaje guiado. La bomba suministra el
caudal, transportando el fluido entre los dientes de los engranajes. Uno de los engranajes es
accionado por el eje de la bomba y hace girar al otro en dirección opuesta, creando un vacío
parcial en la cámara de entrada de la bomba. El fluido se introduce 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. (Vickers,
1981 p. 16)
Figura 7. Bomba de engranajes
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
1.20 Válvulas
Estos dispositivos mecánicos están formados por una pieza interna móvil y una exterior
que es la cubierta que contiene a la primera, que recibe el nombre de cuerpo de válvula. La pieza
móvil o conmutador, es la encargada de conectar o desconectar los puertos de la válvulas, según
se le indique por medio de un conjunto de accionamientos. Una válvula tiene tres funciones
dependiendo de su tipo, éstas pueden ser; controlar la presión, controlar la dirección del fluido y
regular el caudal. (Parker, 1995 pp. 33-34)
20
1.21 Válvula de control de presión
Es la válvula encargada de controlar el nivel de la presión del fluido dentro del sistema o
en una parte de él. La conforma la cubierta y un conmutador que opera mediante la aplicación de
una presión. Cuando la presión del sistema alcanza cierto valor el conmutador conecta o
desconecta los conductos dentro del cuerpo de la válvula y modifica la trayectoria del fluido ya
sea impidiendo que el flujo pase a través de ella o por el contrario, permitiendo que pase.
Este tipo de válvula puede ser activada de dos maneras, de forma remota (Fig.8) o de
forma directa (Fig.9). La primera es mediante una tubería piloto que esta conectada a una tubería
que no pasa a través de los puertos principales de la válvula. Este piloto cambia la posición del
conmutador de la válvula mediante una presión que proviene de otra parte del circuito y que no es
la presión que esta pasando por los puertos principales de ella.
Figura 8. Válvula de secuencia activa por piloto remoto
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial
21
Figura 9. Válvula de alivio activada de forma directa
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial
La otra opción es la activación directa y funciona de manera similar, solo que ahora la
presión que se necesita para activar el conmutador de la válvula proviene directamente de la línea
de fluido que atraviesa los puertos principales de la válvula.
Las válvula de control de presión pueden tener dreno externo o dreno interno. El primero
se usa en aquellas válvulas donde su puerto secundario esta conectado con un actuador o a una
línea de presión alta. El dreno interno es usado en aquellas válvulas que su puerto secundario esta
conectado directo a tanque.
Otra variación que presenta este tipo de válvulas es su configuración, ya que puede ser
simple (Fig.8 y 9) o compuesta (Fig.10) o Las válvulas compuestas tienen dos conmutadores.
Uno de ellos es el encargado de bloquear el puerto principal, mientras que el segundo es el
22
encargado de bloquear la señal piloto. El conmutador que recibe la señal piloto presenta mayor
resistencia que el conmutador que bloquea el puerto principal.
Esta configuración permite que la válvula mejore su precisión a la hora de ser activada.
Esto debido a que el conmutador que maneja el caudal principal solo se abre cuando la presión
deseada de apertura ha sido alcanza por la señal piloto y ésta última ha vencido la resistencia del
conmutador piloto.
Figura 10. Válvula compuesta activada directamente
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial
En las válvulas de configuración simple, el mismo conmutador que bloquea los puertos
principales es el que recibe la señal piloto. En este caso, si se produce una pérdida de precisión
en el funcionamiento de la válvula puesto que el conmutador que bloquea los puertos principales
empieza a desplazarse antes de llegar a la presión exacta de abertura plena.
La ventaja que ofrece las válvulas compuestas sobre las simples, es que las primeras son
más precisas a la hora de activarse y manejan mayores rangos de caudal.
23
Entre la familia de las válvulas de control de presión destacan las siguientes: válvula de
seguridad, de alivio, válvula de contra balance, válvula de secuencia y válvula reductora de
presión. Todas estas pueden ser compuestas o simples y ser activadas de forma directa o remota.
(Parker, 1995 pp. 33-34)
1.22 Válvula de alivio
Esta válvula (Fig.9) es conectada según su instalación en el circuito con el puerto de
entrada conectado a la línea de presión del sistema y el puerto de salida a una línea que va a
tanque. El objetivo de la válvula es fijar el punto máximo de presión que el circuito por razones
de seguridad tiene permitido alcanzar. La presión de plena abertura de la válvula debe ser fijada
en un valor que no sea superior a lo que pueda resistir cualquier otro componente del circuito. La
válvula opera normalmente en condición cerrada. (Vickers, 1981 p. 165)
1.23 Válvula de contra-balance
La válvula de contra-balance (Fig.11) es usada cuando se tiene que soportar alguna carga
en condición estática y contrarrestar el peso de la carga. La válvula de contra-balance es muy
similar a la de alivio, en su construcción. Es normalmente cerrada y solo permite el flujo a través
de ella una vez que se haya alcanzado una presión determinada. Para esta válvula la presión
mínima de regulación debe ser aquella que multiplicada por el área del cilindro permita equilibrar
el peso de la carga. La instalación de ella se realiza después del actuador y antes de la válvula
direccional. Estas válvulas pueden ser operadas por piloto remoto o directo, y poseen dreno
interno. (Vickers, 1981 p. 171)
1.24 Válvula de secuencia
La válvula de secuencia (Fig.12) tiene como función controlar en forma hidráulica el
orden de secuencia en que un circuito activa sus actuadores. Ello permite que el actuador que
requiere menos presión para operar sea activado primero que el actuador que requiere más
presión para funcionar. La válvula también es similar a la válvula de alivio, ya que es
normalmente cerrada y cambia a abierta cuando el nivel de presión alcanza el valor para el cual
esta configurada su punto de regulación. Esta válvula puede ser operada por piloto remoto o
directo y posee un dreno externo. (Vickers, 1981 p. 171)
24
Figura 11. Válvula de contra-balance
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial
Figura 12. Válvula de secuencia
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
25
1.25 Válvula reductora de presión
La válvula reductora de presión (Fig.13) se usa cuando no se desea que la presión en una
parte de la línea alcance niveles innecesarios para el trabajo que esta realizando. Ésta permite que
un actuador mantenga solo la cantidad de presión que necesita, mientras el resto de la del sistema
mantiene una presión superior. Esta válvula puede ser operada por piloto externo o por piloto
directo. El dreno de esta válvula es externo y es normalmente abierta. (Parker, 1995 p. 207)
1.26 Válvulas direccionales
Estas válvulas consisten de un cuerpo con una serie de conductos internos y
un
conmutador que conecta las entradas y las salidas de la válvula. El conmutador tiene una forma
que asemeja a un grupo de varios émbolos que crean los pasos por donde el fluido se conecta
entre los puertos de la válvula. La función de la válvula es controlar la dirección del fluido en el
circuito oleohidráulico. Ello se logra cambiando la posición del conmutador dentro de la válvula
lo cual hace que la configuración de puertos conectados cambie.
Figura 13. Válvula reductora de presión
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial
La forma en que se activa el conmutador para que cambien de posición puede ser por,
manual por palanca (Fig.14), solenoides (Fig.15) o vía piloto de presión (hidráulico o neumático).
26
Entre otras características de estas válvulas es la forma en que el conmutador regresa a su
posición central o inicial, esta acción se conoce como reposicionamiento.
Figura 14. Válvula direccional cuatro vías tres posiciones
accionada por palanca
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
La manera en que se clasifican y nombran las válvulas direccionalas depende de su tipo de
accionamiento, reposicionamiento, del número de posiciones que puede ocupar el conmutador
dentro de ellas y del número de puertos que contengan
Una posición importante del conmutador es la que ocupa cuando la válvula no ha sido
activada, ya que determina las conexiones de los puertos que realiza la válvula cuando esta no
ha recibido una señal de accionamiento o el circuito se encuentra desenergizado. (Parker, 1995
pp. 39-60)
27
Figura 15. Válvula direccional cuatro vías tres posiciones
accionada por solenoides
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
1.27 Válvulas reguladoras de caudal
Es una válvula que funciona como una restricción a la libre circulación del flujo en la
tubería. La restricción a la circulación tiene como objetivo reducir el caudal de éste por la línea
donde la válvula se encuentra instalada.
La reducción del caudal se produce debido al aumento de la resistencia a vencer por la
bomba en la línea de presión, haciendo que parte del fluido sea forzado a buscar trayectorias
alternas que ofrezca menor resistencia. Normalmente esta trayectoria alterna se produce por
medio de la apertura de la válvula de alivio, produciendo así un desvío del caudal por ésta.
Hay diferentes modelos de válvulas reguladoras de caudal, existen las tipo orificio, de
compuertas, tipo globo y obturador con punta de aguja. En la oleohidráulica el modelo más
utilizado es la válvula tipo aguja, que permite una mayor presión en el control de caudal.
28
Las válvulas reguladoras de caudal son capaces de proporcionar distintos niveles de
restricción, haciendo que sea posible tener una reducción de caudal acorde con los requerimientos
puntuales del equipo. El término auto-compensadas se refiere a las válvulas que puede mantener
una regulación de caudal fija sin importar que cambien la presión de trabajo, presión de
funcionamiento o cambios de temperatura. Si por el contrario la válvula reguladora de caudal no
es de presión compensada, ella no será capaz de mantener una regulación de caudal si cambian
los factores ya mencionados.
La válvula tipo aguja (Fig.16) es de gran aplicación en oleohidráulica. Es un dispositivo
que tiene un orificio por donde circula el fluido y un obturador con punta de aguja que obstruye
el área de flujo.
Figura 16. Válvula reguladora de caudal no compensada tipo aguja.
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
La válvula reguladora de caudal de presión compensada (Fig.17) utiliza el mismo
principio que la válvula de aguja no compensada para producir la regulación de caudal. Para
lograr que ésta tenga la característica de presión compensada se le añada un dispositivo, el cual
hace que la diferencia de presión entre el puerto de salida y el puerto de entrada de la válvula se
29
mantenga constante sin importar el valor de la carga o presión que se este produciendo en ese
momento. (Parker, 1995 pp. 77-90)
Figura 17. Válvula reguladora de caudal de presión compensada
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
1.28 Válvulas antirretorno
Esta válvula tiene entre su característica la capacidad de funcionar como, válvula
reguladora de presión, caudal y de dirección del fluido. Normalmente se utilizan cuando se desea
que el fluido no pase por un elemento en una dirección mientras que en la otra dirección sí. Esta
función se ve normalmente en válvulas secuenciales, contra-balance, reductoras de presión,
reguladoras de caudal etc. En ellas es necesario que tengan una válvula antirretorno para permitir
el paso libre del fluido en una dirección mientras que en la otra garantiza que el fluido pase por la
válvula.
30
La válvula antirretorno (Fig.18) esta hecha de un cuerpo con un puerto de entrada y uno
de salida. Un tapón móvil que se desliza dentro del cuerpo con dos posiciones principales. Una
posición que le permite bloquear la entrada del fluido, y la otra posición en la que permite el paso
de éste. La parte móvil puede ser un disco, émbolo o un balín (tapón). Comúnmente este tipo de
válvulas tienen un resorte que presiona la parte móvil contra el puerto de entrada.
Cuando el fluido viene en la dirección de paso, él tiene que vencer la resistencia que
puede producir el tapón. En sentido contrario la misma presión del fluido presionaría el tapón
contra las paredes del cuerpo de la válvula, evitando así que el fluido pase por ella. (Vickers,
1981 p. 125)
Figura 18. Válvula antirretorno
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
1.29 Válvulas desaceleradoras
Estas válvulas (Fig.19) son utilizadas cuando es necesario desacelerar un cilindro en
cualquier punto de su carrera. La mayoría de estas válvulas son accionadas por leva y se usan
para disminuir gradualmente el caudal que va o viene de un actuador para modificar su velocidad.
Esta válvula normalmente abierta, permite que el caudal de la bomba pase libremente hacia el
31
tanque, haciendo que el cilindro se mueva a una velocidad no regulada. Cuando la leva activa el
rodillo, éste conmuta la válvula desaceleradora a su posición cerrada, esta acción hace que el
caudal de la bomba pase por una válvula reguladora de caudal, de este modo el caudal que recibe
el cilindro es disminuido y su velocidad controlada. Estás válvulas pueden tener una válvula antiretorno incorporada para permitir la circulación del caudal libremente en sentido contrario.
(Vickers, 1981 pp. 148-149)
Figura 19. Válvula desaceleradora
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial
32
1.30 Actuadores
Son los componentes encargados de convertir la energía hidráulica del fluido en trabajo
mecánico. Estos se encuentran al final del circuito y pueden ser de dos tipos, lineal o rotativo.
1.31 Actuadores lineales (cilindros) de doble efecto.
El actuador lineal (Fig.20) consiste en un cuerpo cilíndrico cerrado en los extremos, un
pistón móvil y un vástago acoplado a éste. El cuerpo del cilindro es dividido en dos por el pistón,
el cual es capaz de deslizarse por todo el cuerpo del actuador.
En los cilindros de doble efecto es necesario que el cilindro tenga dos puertos, por uno el
fluido entra y el otro para que salga. Ambos puertos pueden funcionar como orificio de entrada o
salida del fluido, para permitir que el vástago pueda extraerse o retraerse. El puerto que esta del
lado del vástago recibe el nombre de “puerto cabeza” y el otro puerto recibe el nombre de “puerto
tapa”.
La fuerza con la que actúa el cilindro depende del área del pistón así como de la presión
de trabajo del circuito. Mientras que su velocidad es controlada por el caudal entregado por la
bomba. La ecuación usada para calcular la velocidad del cilindro en la carrera de extensión es:
VCE = Q B / AP
(25)
Donde VCE es la velocidad de extensión del cilindro, QB es el caudal entregado por la
bomba y AP es el área transversal del pistón. La ecuación usada para calcular la fuerza que puede
ejercer un cilindro en la carrera de extensión es:
FCE = AP ⋅ PB
(26)
Donde FCE es la fuerza que ejerce el cilindro en su carrera de extensión, AP es el área
transversal del pistón y PB es la presión de trabajo del circuito. Por razones geométricas un
cilindro no es capaz de proporcionar la misma fuerza, ni velocidad en su carrera de extensión
33
como en su carrera de retorno. Esto es debido a que mientras la cara del pistón dando hacia la
tapa del cilindro cuenta con toda el área circular para que la presión actué. En el lado de la cabeza
del pistón esta área circular es menor, ya que el vástago le resta superficie al área efectiva del
pistón. La ecuación usada para determinar la velocidad del cilindro en su carrera de retorno es:
VCR = QB /( A p − AV )
(27)
Donde VCR es la velocidad de retorno del cilindro, QB es el caudal entregado por la bomba,
AP es el área del pistón y AV es el área del vástago. La ecuación usada para calcular la fuerza que
puede ejercer un cilindro en la carrera de retorno es:
FCR = ( AP − AV ) ⋅ PB
(28)
Donde FCR es la fuerza que ejerce el cilindro en su carrera de retorno, AP es el área
transversal del pistón, AV es el área del vástago y PB es la presión de trabajo del circuito.
(Vickers, 1981 pp. 97-102)
Figura 20. Actuador lineal, doble efecto
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
34
1.32 Actuadores rotativos.
Son los elementos (Fig.21) encargados de convertir la potencia hidráulica en potencia
mecánica rotativa. Son utilizados para producir tareas donde se necesite de un torque para mover
una carga. Los actuadores rotativos cuentan con una geometría similar a las bombas, siendo su
diferencia principal que las bombas reciben potencia mecánica y la convierten en potencia
hidráulica y los motores reciben potencia hidráulica y la convierten en potencia mecánica.
Existen además detalles de construcción y robustez que los diferencia debido a que los motores
hidráulicos deben realizar tareas más arduas que las bombas.
Los motores hidráulicos son maquinas de desplazamiento positivo. Estos funcionan en
base a un desbalance de presión que produce la rotación del eje. El desbalance es producido por
la diferencia de presión que existe ente los puertos de entrada y salida.
Figura 21. Actuador rotativo
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
35
Como los cilindros los motores hidráulicos también pueden funcionar en ambas
direcciones, y estos últimos tienen la ventaja que funcionan con las mismas características en
ambos sentidos. La ecuación usada para calcular la velocidad de giro de un motor hidráulico es la
siguiente.
VGM =
QB
VMotor
(29)
Donde VGM es la velocidad de giro del motor, QB es el caudal entregado por la bomba y
VMotor es el volumen interno del motor hidráulico.
La ecuación usada para calcular el torque que produce el motor hidráulico es la siguiente:
TM = PB ⋅ Vmotor
(30)
Donde TM es el torque producido en el motor, PB es la presión de trabajo del circuito y
VMotor es el volumen interno del motor hidráulico. (Vickers, 1981 pp. 102-108)
1.33 Válvulas de cartucho.
El progreso en el desarrollo de los sistemas hidráulicos conduce a una mayor utilización
de los bloques modulares. Estos bloques reducen el número de uniones en las líneas de
interconexión entre los componentes del sistema lo que elimina muchos puntos potenciales de
fuga y reduce la perdida de fluido. Una válvula de cartucho se inserta dentro de una cavidad
normalizada en un bloque y se mantiene en su lugar con tornillos roscados o con una tapa
aseguradora con pernos para completar el diseño con válvulas de cartucho.
Existen dos tipos de válvulas de cartucho: válvula de cartucho para insertar y válvula de
cartucho para roscar. La mayoría de las primeras son elementos tipo obturador que son
controladas normalmente por una válvula piloto. Las válvulas tipo rosca pueden ser elementos
tipo obturador o corredera
36
Las válvulas de cartucho ofrecen un diseño alternativo más que una sustitución de las
válvulas convencionales de corredera deslizante. (Vickers, 1981 p. 328)
1.34 Funcionamiento de las válvulas de cartucho para insertar y para roscar.
Las válvulas de cartucho realizan las mismas funciones de las válvulas tipo corredera pero
utilizan el enfoque de las válvulas anti-retorno, las cuales pueden realizar funciones de control de
caudal, presión y dirección del fluido.
Las válvulas de cartucho para insertar y las válvulas de cartucho para roscar funcionan de
manera similar, utilizan una relación de áreas entre sus puertos junto a otros dispositivos para
realizar sus operaciones. La mayor diferencia entre éstas está en que las válvulas de cartucho para
insertar utilizan obturadores para conectar los puertos y las segundas utilizan una combinación
entre obturadores y correderas. La segunda diferencia está en que las válvulas de cartucho para
insertar, normalmente necesitan de una válvula piloto para realizar completamente las funciones
hidráulicas mientras que las válvulas de cartucho para roscar pueden realizar las funciones
hidráulicas sin la necesidad de una válvula piloto.
Las válvulas de cartucho son similares a las válvulas anti-retorno con obturador y están
conformadas por un conjunto deslizante que se inserta en una cavidad mecanizada dentro de un
bloque. Una placa de control atornillada sobre este bloque asegura el inserto dentro de la cavidad.
En la Figura 22, se muestran las partes principales de un inserto de válvula tipo cartucho formado
por; una camisa un obturador, un muelle y juntas.
El funcionamiento de las válvulas de cartucho se basa en una relación de tres áreas “AA”,
“AB” y “AAP”, que determinan la abertura o cierre de del obturador en la camisa. “AA” es el área
efectiva del obturador expuesta al puerto “A”. “AB”, la expuesta al puerto “B”, y “AAP” la
expuesta a la cámara del resorte, que siempre es igual a la suma de las áreas “AA” y “AB”.
37
Figura 22. Construcción de válvula de cartucho para insertar.
Fuente: Vickers
La relación de áreas (Fig. 23) de un inserto se determina por la razón entre “AA” y “AAP”.
Hay disponibles tres relaciones [1]
•
1:1, cuando “AAP” = “AA”
•
1:1.1 cuando “AAP” = 1.1“AA”
•
1:2 cuando “AAP” = 2“AA”
La apertura o cierre de una válvula de cartucho está determinado por su relación de áreas,
las presiones que incidan sobre éstas a través de los puertos “A” y “B”, de la resistencia del
resorte (muelle) y de la configuración de los puertos pilotos que ésta use.
38
Figura 23. Relación de áreas de una válvula tipo cartucho
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
Una característica importante de las válvulas de cartucho para roscar es la configuración
de vías o puertos que puede tener. La configuración de los puertos de estas válvulas esta
determinada por otra pieza llamada cavidades. Esta pieza es la que forma los puertos de entrada,
salida, y pilotaje de las válvulas de cartucho para roscar. La Figura 24 muestra los modelos de
cuatro cavidades para válvulas de cartucho tipo rosca, con las siguientes configuraciones de
puertos: 2 vías. 3 vías, 4 vías y 3 vías en “corto”. El término “corto” se utiliza en esta
nomenclatura para referirse a que una de las vías es usada como puerto para una señal remota.
(Vickers, 1981 pp. 328-331)
39
Figura 24. Cavidades para una válvula de cartucho para roscar
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
1.35 Válvulas reguladoras tipo cartucho
La Figura 25 muestra una válvula cartucho tipo rosca de control de caudal tipo
estrangulamiento variable denominada válvula aguja. Esta válvula utiliza una corredera finalizada
en una punta cónica para suministrar un control preciso del caudal. No existe compensación por
presión en esta válvula.
La Figura 26 muestra otro tipo de válvula reguladora de caudal del tipo estrangulamiento
variable compensada por presión. La compensación por presión funciona desde el orificio de
entrada al de salida. Esta válvula está formada por dos válvulas tipo cartucho para roscar, ambas
enroscadas en el mismo cuerpo. Una realiza la función de producir el estrangulamiento y la otra
es la encargada de mantener la diferencia de presión entre la entrada y la salida de la válvula que
produce el estrangulamiento.
40
Figura 25. Válvula de cartucho para roscar tipo aguja
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
Figura 26. Válvula reguladora de caudal compensada
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
41
1.36 Válvulas de cartucho para roscar como controladores de presión.
Estas válvulas realizan las funciones hidráulicas de control de presión de la misma manera
que las válvulas tradicionales tipo corredera. Es decir, cuando los valores de presión de la línea
alcanzan el valor al cual la válvula de cartucho está graduada ésta se acciona. Las mimas
funciones de las válvulas de de control de presión tradicionales se encuentran en las válvulas de
cartucho. Estas funciones son: reducción de presión, contrabalance, secuencia, seguridad y freno.
En la Figura 27 se muestra algunas de las válvulas de cartucho para roscar de presión. La
válvula reductora de presión de cartucho para roscar, cuyo modelo mostrado en la Figura 27
permite el paso libre del caudal en una dirección sin necesidad de una válvula anti-retorno
adicional. En esta misma figura también se observa una válvula de secuencia de cartucho para
roscar. [31]
Figura 27. Válvula Reductora de presión y de secuencia tipo cartucho
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
42
1.37 Distribuidor o manifold.
Este es un dispositivo utilizado ampliamente en la oleohidráulica. Su función es la de
distribuir el caudal entregado por la bomba en varios puertos, los cuales luego serán conectados a
las válvulas de manera individual, ello se realiza por medio de los puertos de presión los cuales
están conectados a la salida de la bomba por medio de una manguera o tubería.
El distribuidor también cuenta con puertos de dreno y de retorno, se emplean para
conectar las mangueras o tuberías que conducen el caudal de retorno proveniente de un actuador
o para conectar los drenos de las válvulas. Los puertos de dreno y tanque del distribuidor se
encuentra a presión atmosférica.
1.38 Manómetros y caudalímetro
Estos son dispositivos de medición empleados en los circuitos oleohidráulicos. El objetivo
de ambos es el de medir los valores de presión y caudal del fluido, con el objetivo de verificar el
correcto funcionamiento del sistema en los rangos esperados.
El manómetro es un dispositivo que mide la intensidad de la fuerza aplicada por un fluido
sobre una superficie, y la puede medir en forma absoluta o manométrica, según sea el caso. Por
su parte el caudalímetro se encarga de medir el volumen de fluido que circula por determinada
línea del sistema.
1.39 Controlador lógico programable (PLC).
Este es el elemento que permite el de control de circuitos oleohidráulicos. Este sistema ha
de funcionar combinado con otros elementos tales como: Botonera, solenoides, cables, contactos
normalmente abiertos y normalmente cerrados.
Los controladores lógicos programables (Fig.28) son dispositivos de estado sólido que
tienen la capacidad de almacenar instrucciones para implementar funciones de control tales
como: control de eventos, secuenciales, control de temporizado, funciones de contador,
aritméticas, manipulación de datos etc.
43
Figura 28. Esquema de un controlador lógico programable.
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
El controlador lógico programable (PLC) se divide en las siguientes partes:
Unidad central de procesamiento (CPU): Este es donde se “realizar las operaciones
matemáticas, manejo de datos, rutinas de diagnostico del sistema, ejecutar el programa
cíclicamente, coordinar las tareas de comunicación con los dispositivos periféricos, interpretar y
ejecutar las rutinas del sistema
Fuente de alimentación: Alimenta de voltaje DC los componentes del controlador y
también se encarga de regular y monitorear los voltajes de alimentación para alertar al CPU de
alguna falla existente.
Memoria Ejecutiva: Esta memoria maneja los programas del sistema, periféricos,
comunicación, funciones especiales.
Memoria de aplicación: Aquí se maneja la tabla de entradas, la tabla de salida de los
registros internos y los programas de aplicación.
44
Modulo de entrada y salida: “A través de los módulos de entrada y salida, el PLC obtiene
información, sobre el estado o valores del proceso o envía al proceso las acciones de comando
que son generadas al ejecutar las rutinas de control programadas en su memoria. (Omar Pérez,
2007)
1.40 Relé
Es un dispositivo electromecánico (Fig.29), que funciona como un interruptor controlado
por un circuito eléctrico en el cual por medio de un electroimán, se acciona un juego de uno o
varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Los relés
tienen dos tipos de contactos, normalmente abierto y normalmente cerrados. Los contactos
normalmente abiertos conectan el circuito cuando el relé es activado; el circuito se desconecta
cuando el relé está inactivo
Los contactos normalmente cerrados desconectan el circuito cuando el relé es activado; el
circuito se conecta cuando el relé está inactivo (Omar Pérez, 2007)
Figura 29. Esquema de relé
Fuente: Vickers, Manual de la oleohidráulica industrial.
45
1.41 Circuitos eléctricos de relés
Esta opción de control para aplicar las secuencias de los circuitos. Esta es una tecnología
que precedió a la tecnología del PLC, y permite hacer las misma aplicaciones pero con otro
enfoque.
Los circuitos eléctricos de relés están constituidos por: Relés, cables, fuente de
alimentación (DC 24V), y botonera, solenoides, contactos normalmente abiertos y normalmente
cerrados. En estos circuitos la lógica de funcionamiento con la que se ha de controlar el equipo
debe ser hecha de manera física. Conectando los componentes antes mencionados de forma tal
que puedan tener una secuencia lógica de operación. Para lograr hacer esto es necesario conocer
bien el funcionamiento de cada componente. (Omar Pérez, 2007)
CAPÍTULO II
MARCO METODOLÓGICO
El desarrollo del proyecto se hizo siguiendo una serie de pasos los cuales se detallan en el
presente capítulo.
2.1 Revisión de bibliografía e información sobre equipos simuladores oleohidráulicos
La investigación que se realizo fue del tipo documental y descriptiva. Se recurrió a libros
y a guías especializados en todas las áreas involucradas en el desarrollo del banco simulador de
circuitos oleohidráulicos (diseño estructural, sistemas de control, sistemas oleohidráulicos) Con
respecto a la investigación descriptiva, ella se enfoco en el análisis y comprensión de bancos
simuladores existentes. Con esta investigación se obtuvo una base sobre la cual iniciar el diseño
del proyecto. Esta investigación fue realizada sobre la data que las empresas especializadas en el
área tienen disponible, ya sea en la Internet, catálogos y visitas.
Con el fin de realizar el banco de manera factible y apropiada se efectuó una investigación
sobre los modelos ya existentes. A través de ésta se encontró la existencia de varias empresas
dedicadas a la fabricación y construcción de sistemas oleohidráulicos las cuales tienen
disponibles bancos simuladores de estos circuitos existiendo diversidad de ofertas y modelos.
Entre las empresas que cuentan con bancos simuladores de circuitos oleohidráulicos
tenemos Bosch Rexroth, Parker Hannifin y Lab Volt. Estas empresas producen estos equipos
para se utilizados para dar cursos a personal que se necesite capacitación en el área, además de
fabricarlos para ser vendidos a instituciones y centros educativos. Las empresas revisadas
muestran formas de diseño bastante similar en algunos casos y en otros se aprecian marcadas
47
diferencias. Algunas empresas proponen que todos los componentes oleohidráulicos sean
removibles y que de acuerdo al circuito a instalar se escojan aquellos que se necesiten y se
ensamble los circuitos. El otro enfoque propuesto es un banco que tenga todas los elementos
necesarios para el ensamble de los circuitos fijos en él, y que según sea las necesidades de la
práctica se conecte los que sean útiles y se dejen por fuera los que no. Se decidió utilizar para el
desarrollo de este proyecto el enfoque que permite tener todos los componentes instalados y de
acuerdo al circuito que se desee simular, conectar los dispositivos que éste necesite.
2.2 Selección de los circuitos oleohidráulicos a simular
En esta fase del proyecto se seleccionó los circuitos oleohidráulicos que abarquen los
principios básicos de esta tecnología. Luego de esto se procedió a diseñar las prácticas de
laboratorio que se han de montar en cada circuito del banco simulador.
2.3 Diseño de las prácticas
Este paso consiste en planificar y diseñar las prácticas que se han de realizar en cada
circuito oleohidráulico ya escogido. Las prácticas tendrán varios enfoques. El primero de ellos
será solo análisis y demostración de los principios de la oleohidráulica. El segundo enfoque serán
prácticas que recreen sistemas de control similares a los empleados en la industria para operar
estos circuitos. Por medio de éstas se permitirá ver las diferencias entre los distintos tipos de
control disponibles (manual, PLC y rele). Por último estarán las prácticas destinadas a reproducir
posibles fallas en los circuitos, como lo son la aeración de las tuberías, cavitación, mala selección
de válvulas para realizar los circuitos, diferencias de las características de operación entre
válvulas del mismo funcionamiento pero con diferentes especificaciones.
Una vez planteado las prácticas se realizara la simulación de éstas en el software
AutomationStudio 5.0. Esto permitirá estudiar el comportamiento de los circuitos (presión
máxima, caudal, tiempo de operación etc.) antes de su construcción. La simulación también es
necesaria para definir los elementos eléctricos del área de control que los circuitos necesitan
(número de cables, número de relés, número de entradas y salidas del PLC).
48
2.4 Cálculos de los circuitos
En este paso se realizó los cálculos de pérdidas de presión, consumo de potencia,
calentamiento y disipación de calor de los circuitos utilizando las ecuaciones correspondientes a
cada caso. Con los resultados de estos cálculos se escogerán aquellos componentes que dependen
de éstos (Bomba, Motor eléctrico, válvulas, tamaño del tanque etc.)
2.5 Selección de los componentes mecánicos
Una vez definidos los circuitos y las prácticas, se procederá a seleccionar los elementos o
dispositivos mecánicos (válvulas, actuadores, bomba, sub-bases, mangueras, conectores etc.)
necesarios para que los circuitos puedan ser reproducidos en el banco.
La escogencia de los elementos mecánicos oleohidráulicos se realizara con la ayuda de
catálogos técnicos, donde se especifican las medidas, curvas de comportamiento y material de los
elementos (válvulas, actuadores, accesorios, mangueras, etc.).
2.6 Selección de los componentes eléctricos de control
Aquí se seleccionaran los elementos eléctricos destinados al control de los circuitos
oleohidráulicos del banco.
2.7 Realización de los planos de la estructura del banco
Una vez seleccionado todos los componentes que el banco requiere se procederá a mostrar
mediante la utilización de planos los ensambles que estas piezas necesitan para ser utilizadas en
el banco. Estos planos también muestran el diseño sugerido para la estructura del banco, así como
las posiciones a ocupar por las piezas en el banco.
2.8 Propuesta del circuito hidráulico de alimentación
En esta parte del proyecto se realiza las propuestas para el circuito hidráulico de
alimentación del banco (fuente de potencia). Este circuito no es parte de las prácticas de
laboratorio del banco.
49
2.9 Manual de prácticas
Por ultimo se realizara el manual de operación para el banco simulador de circuitos
oleohidráulicos. En dicho manual se plantean las prácticas que se realizará en el banco,
incluyendo los esquemas de los circuitos, preguntas teóricas y los objetivos demostrativos
vinculados a cada circuito. El manual también contendrá los procedimientos de operación del
banco que garantice el uso correcto de éste, así como las medidas de seguridad necesarias.
CAPÍTULO III
SELECCIÓN DE CIRCUITOS
En este capítulo se seleccionan los circuitos oleohidráulicos que serán construidos en el
banco simulador. Estos circuitos se construirán en la parrilla de trabajo del banco y serán
denominados circuitos oleohidráulicos secundarios. Estos circuitos engloban los fundamentos de
la oleohidráulica, así como funciones más complejas producto de la combinación de varios de los
principios de ella.
Los circuitos hidráulicos seleccionados serán prácticas de laboratorio las cuales tendrán
dos enfoques. El primer enfoque consiste en prácticas que permitan analizar los principios
mecánicos y oleohidráulicos con el que funcionan los circuitos. Los circuitos utilizados para estas
prácticas tendrán un sistema de control manual. El segundo enfoque de las prácticas, tiene un
nivel de dificultad mayor al primero, éstas utilizan todos los principios y componentes mecánicos
de las primeras prácticas con la inclusión del uso de sistemas de control eléctrico, para la
automatización de los circuitos. Estas prácticas se plantean en el capítulo cuatro.
En esta sección se presentan los circuitos oleohidráulicos escogidos donde cada uno de
ellos representará una práctica de laboratorio enfocada en el comportamiento y análisis de los
componentes mecánicos, y los principios de la hidráulica. Estas prácticas serán de carácter
demostrativo. Cada circuito seleccionado tendrá la explicación del principio oleohidráulico que
está ligado a él, su funcionamiento mecánico, un esquema de las conexiones de los mismos y una
lista de los componentes que se necesitan para armarlos.
Los componentes que se especifican como necesarios para el funcionamiento de los
circuitos son los que hay que conectar del manifold en adelante. Los componentes del manifold
hacia abajo, es decir, la fuente de alimentación del banco (bomba, válvula de alivio, filtro,
51
recipiente de aceite) están siempre conectados, y no son especificados en este capítulo, éstos
últimos se muestran en detalle en el capítulo nueve. Para el análisis de y construcción de los
esquemas de los circuitos aquí planteados se realizó su simulación en el programa
AutomationStudio 5.0
3.1 Circuito Nº 1
Circuito oleohidráulico básico, accionamiento de un actuador lineal (Fig.30), cuya
función es extender, retraer y parar un cilindro. Este circuito es la practica número uno.
Figura 30. Esquema del circuito 1.
Fuente: Propia
52
Componentes hidráulicos
•
Un actuador lineal
•
Una válvula direccional de cuatro vías, tres posiciones, accionada por palanca
reposicionada por resorte.
•
Dos manómetros.
Operación del circuito
Este circuito permite mediante la activación de la válvula direccional manual, iniciar el
movimiento de extensión del actuador, pararlo en un punto de la carrera o en el final de ésta, y
por último activar el movimiento de retracción del actuador.
Objetivos del circuito
Este circuito por su sencillez es el idóneo para mostrar algunas de las ventajas de los
sistemas de transmisión de potencia hidráulicos sobre los demás sistemas de transmisión de
potencia.
En este circuito se puede observar como los actuadores de los circuitos hidráulicos pueden
invertir instantáneamente sin problemas la dirección o el sentido de su movimiento. Esta ventaja
se puede apreciar al activar la válvula direccional en un sentido y luego en el otro.
Otra ventaja de la oleohidráulica observada en este circuito es la protección de estos
sistemas de transmisión de potencia en casos de sobre cargas. Esta protección se logra por medio
de la válvula de alivio la cual garantiza que la presión del circuito no alcance niveles que puedan
dañar los equipos. Esta ventaja se pone en evidencia al dejar activada la válvula direccional
cuando el actuador ha terminado cualquiera de sus dos carreras (extensión y retracción), hecho
esto la presión del sistema subirá hasta el valor de calibración la válvula de alivio. El valor de la
presión a la cual está calibrada la válvula de alivio se puede variar para observar como se puede
tener varios criterios de seguridad para un sistema.
53
Con el uso de este circuito también se puede apreciar como la diferencia de presión entre
los puertos de un actuador lineal genera el movimiento de éste. Esto se aprecia por medio de la
lectura de presión en los manómetros A y B, durante la activación de la válvula direccional. En la
carrera de extensión la presión leída en el manómetro A será mayor que la presión leída en el
manómetro B, mientras que en la carrera de retorno la presión leída en el manómetro B será
mayor que la presión leída en el manómetro A.
El último objetivo planteado para este circuito requiere de la conexión de una válvula de
alivio a la salida del puerto cabeza del actuador. Con esta modificación se podrá demostrar como
la presión en los circuitos oleohidráulicos es producida por pérdidas de presión en las tuberías, la
resistencia que ofrecen los componentes al flujo del aceite y por las fuerzas externas que actúan
sobre los actuadores. Esto se aprecia al regular la presión de apertura de la válvula de alivio para
varios valores, y activar el circuito. La lectura de presión en los manómetros A y B será distintas
para cada punto de regulación de la válvula de alivio, observando así como la presión del circuito
no es dependiente de la bomba si no de las condiciones de trabajo del circuito.
3.2 Circuito Nº 2
Circuito oleohidráulico regenerativo (Fig.31), cuya función es proveer una velocidad
mayor en la carrera de extensión del cilindro a la que se tendría con el caudal de la bomba.
Adicional a esto puede mantener una velocidad y fuerza igual en la carrera de extensión y de
retracción del cilindro si éste tiene una relación de áreas 2:1. Este circuito es la práctica número
dos.
Componentes hidráulicos
•
Una válvula direccional de cuatro vías, tres posiciones, accionada por palanca
reposicionada por resorte.
•
Un bloqueador o tapón.
•
Un cilindro 2:1
•
Una unión en forma de T.
•
Dos manómetros
54
Operación del circuito
Este circuito permite mediante la activación de la válvula direccional manual, iniciar el
movimiento de extensión del actuador, pararlo en un punto de la carrera o en el final de ésta, y
por último activar el movimiento de retracción del actuador.
Una consecuencia de este arreglo hidráulico es la obtención de una velocidad igual para
ambas carreras del cilindro (expansión y retorno).
Figura 31. Esquema circuito 2.
Fuente: Propia
55
Objetivos del circuito
Este circuito permite mostrar como es posible obtener una velocidad de activación para un
actuador diferente a la velocidad que da la relación de caudal de la bomba con el área transversal
del cilindro. Esto se logra al utilizar en la carrera de extensión del cilindro el caudal proveniente
del puerto de descarga del mismo más el caudal que entrega la bomba. De esta forma se obtiene
un caudal mayor al caudal nominal de la bomba para la activación del cilindro en su carrera de
extensión.
Adicional a lo anterior se puede observar por medio de las lecturas de los manómetros la
importancia de la relación de áreas en la hidráulica. En la carrera de extensión de este circuito las
lecturas de presión en los manómetros serán iguales, pero debido a la diferencia de áreas donde la
presión actúan en el cilindro, se obtiene un desequilibrio de fuerzas en el pistón, lo cual permite
que el cilindro realice la carrera de extensión aun teniendo la misma presión en el puerto de
entrada como en el puerto de descarga.
3.3 Circuito Nº 3
Circuito oleohidráulico de secuencia (Fig.32), cuya operación es realizar la carrera de
extensión, de un cilindro uno y luego la carrera de extensión del cilindro dos. Este circuito es la
práctica número tres.
Componentes hidráulicos
•
Dos manómetros
•
Una válvula direccional de cuatro vías, tres posiciones, accionada por palanca
reposicionada por resorte
•
Dos cilindros.
•
Una válvula secuencial con una válvula check incorporada.
•
Dos uniones en “T”.
56
Operación del circuito
Se acciona la válvula direccional manual, la cual permitirá que el caudal de la bomba
llegue a la línea de presión del sistema. Con esta acción se activa el cilindro número uno, y luego
que este se haya extendido el cilindro número dos realizará su carrera de extensión. Una vez
culminada ambas carreras se activará la válvula direccional en sentido opuesto. Esto permitirá
que ambos cilindros realicen su carrera de retracción
Figura 32. Esquema circuito 3.
Fuente: Propia
57
Objetivo del circuito
Este es el primer circuito de las prácticas que utiliza dos cilindros, y el objetivo principal
del mismo es mostrar como se puede coordinar la activación de éstos con una secuencia lógica
mediante el uso de una válvula de secuencia.
Con la lectura de la presión en el manómetro A se puede observar como la válvula de
secuencia no permitirá el flujo de aceite hacia el cilindro dos hasta que la presión en el puerto de
entrada de ésta alcance el valor al cual está regulada. Una vez ocurrido esto se observará como la
presión en los puertos de entrada de ambos cilindros se alcanzan la misma presión mediante la
lectura de los manómetros.
3.4 Circuito Nº 4
Circuito oleohidráulico de secuencia con presión de apriete limitada (Fig.33), cuya
operación es realizar la carrera de extensión del cilindro uno y luego la carrera de extensión el
cilindro dos y permitir que estos trabajen a diferente presión. Este circuito es la práctica número
cuatro.
Componentes hidráulicos
•
Tres manómetros
•
Una válvula direccional de cuatro vías, tres posiciones, accionada por reposicionada por
resorte.
•
Dos cilindros.
•
Una válvula secuencial con una válvula check incorporada.
•
Una válvula reductora de presión con una válvula check incorporada.
•
Dos uniones en “T”.
Operación del circuito
Se acciona la válvula direccional manual, la cual permitirá que el caudal de la bomba
llegue a la línea de presión del sistema. Con esta acción se activa el cilindro número uno, y luego
que este se haya extendido por completo el cilindro número dos realizará su carrera de extensión.
58
La presión a la cual funcionara el cilindro número dos será mayor que la del cilindro número uno.
Una vez culminada ambas carreras se activará la válvula direccional en sentido opuesto. Esto
permitirá que ambos cilindros realicen su carrera de retracción. Por la configuración de este
circuito la carrera de retracción debería realizarse de manera simultanea en ambos circuitos, pero
esto dependerá de las restricciones que cada circuito tenga en la línea de retorno.
.
Figura 33. Esquema circuito 4.
Fuente: Propia
59
Objetivo del circuito
El objetivo de este circuito es mostrar como se puede realizar un montaje donde dos
cilindros sean activados siguiendo una secuencia de activación lógica y además funcionen a
distintas presiones.
Mediante la lectura de presión de los tres manómetros se observara el funcionamiento de
las válvulas reductoras de presión y de la válvula de secuencia. Con la lectura de presión de los
manómetros A y B conectados antes y después de la válvula reductora de presión se observara
como esta válvula disminuye la presión proveniente de la línea de presión principal. Mientras que
con la lectura de los manómetros conectados antes y después de la válvula de secuencia se
observará cuando está se abra y permita el flujo de aceite hacia el cilindro dos.
Por último se observará con la lectura de los manómetros conectados en los puertos de
entrada de ambos cilindros (manómetro A y C) como la presión que recibe cada cilindro es
distinta, siendo la presión del cilindro uno menor que la presión del cilindro dos, por acción de la
válvula reductora de presión.
3.5 Circuito Nº 5
Circuito oleohidráulico de contra-balance (Fig.34), cuya operación es proporcionar una
resistencia hidráulica al cilindro para equilibrar una carga. Este circuito es la práctica número
cuatro.
Componentes hidráulicos
•
Dos manómetros
•
Un actuador lineal
•
Una válvula direccional de cuatro vías, tres posiciones, accionada por palanca
reposicionada por resorte.
•
Una válvula de contra-balance con una válvula check incorporada
60
Figura 34. Esquema circuito 5.
Fuente: Propia
Operación del circuito
Para la operación de este circuito es necesario primero colocar una masa que actué a
tracción contra el cilindro. Luego se calibra la válvula de contra-balance hasta que ésta sea capas
de sostener la carga. Luego se acciona la válvula direccional manual, y el cilindro realizara sus
carreras de extensión y retracción.
Objetivo del circuito
Este circuito tiene como finalidad mostrar como un montaje hidráulico puede equilibrar
un peso muerto producido por una carga colgante sobre el actuador.
61
Otros objetivos que se pueden alcanzar con este circuito es el análisis de la situación en la
que la válvula de contra-balance no esta calibrada a la presión necesaria para equilibrar el peso de
la carga y el análisis de la situación cuando la válvula de contra-balance está calibrada por
encima del valor de presión necesaria para el equilibrio de la carga.
Estos análisis se hacen mediante la lectura de presión de lo manómetros A y B conectados
antes y después de la válvula de contra-balance, lo que permitirá observar cual es el valor de la
presión producida en línea que conecta el actuador con la válvula de contra-balance, y analizar a
partir de que nivel de regulación de la válvula de contra-balance es capas de equilibrar la carga.
3.6 Circuito Nº 6
Circuito oleohidráulico con velocidad controlada (Fig.35), cuya operación es permitir que
el cilindro realice su carrera de extensión con una velocidad controlada, mientras que la carrera
de retorno la haga a velocidad rápida. Este circuito es la práctica número seis.
Componentes hidráulicos
•
Un caudalímetro
•
Un manómetro
•
Un actuador lineal
•
Una válvula direccional de cuatro vías, tres posiciones, accionada por palanca con
enclavamiento.
•
Una válvula reguladora de caudal con una válvula check incorporada.
Operación del circuito
Se acciona la válvula direccional manual, la cual permitirá que el caudal de la bomba
llegue a la línea de presión del sistema. Luego el cilindro realiza su carrera de extensión a una
velocidad menor al valor que da la relación entre el caudal de la bomba y el área transversal del
cilindro. Luego con la activación en sentido contrario de la válvula direccional se obtiene el
movimiento de retorno del cilindro a la velocidad que da la relación entre el caudal y el área
transversal del cilindro menos el área del vástago.
62
Figura 35. Esquema circuito 6.
Fuente: Propia
Objetivo del circuito
Este circuito tiene como objetivo mostrar la facilidad con la que los sistemas de
transmisión de potencia hidráulicos pueden funcionar a distintas velocidades sin modificar su
estructura. Esto se logra utilizando una válvula de regulación de caudal junto con una válvula de
descarga o válvula alivio. La válvula de reguladora de caudal produce una resistencia adicional
en la línea de presión forzando al fluido hacia otras vías que ofrezcan menor resistencia a la
63
circulación, siendo la válvula de alivio la vía de menor resistencia en este caso. Por dicha válvula
el caudal de la bomba se desvía directamente a tanque sin pasar por el cilindro.
El análisis del funcionamiento del circuito se hace mediante la observación de los valores
reportados por el caudalímetro instalado en la línea de presión. El cual medirá la variación de
flujo que se producirá en la línea de presión producto de la apertura de la válvula de alivio
El rango de velocidades que se puede obtener con este montaje va desde velocidades muy
bajas (válvula reguladora de caudal casi totalmente cerrada) hasta la velocidad normal de
funcionamiento dada por la relación entre el caudal y el área transversal del pistón (válvula
reguladora de caudal totalmente abierta).
Este circuito permite tres configuraciones distintas para controlar la velocidad de un cilindro, las
cuales depende de la forma y ubicación como se conecte la válvula reguladora de caudal. Las tres
configuraciones para regular el caudal son, regulación de caudal en la entrada, regulación de
caudal en la salida, o regulación por sangrado.
La regulación de caudal en la entrada del cilindro se muestra en la Figura 35. En este
circuito la presión del sistema debe alcanzar la presión de la válvula de alivio.
La regulación de caudal en la salida del cilindro se muestra en la Figura 36. En este
circuito la regulación del caudal es independiente de la dirección de las fuerzas impuestas por la
carga. En este circuito la bomba trabaja también a la presión a la cual está regulada la válvula de
alivio.
La regulación por sangrada se muestra en la Figura 37. Con esta configuración la bomba
funciona a una presión inferior a la cual está graduada la válvula de alivio. Esta configuración
proporciona una regulación de caudal menos precisa ya que es indirecta pero como ventaja ofrece
un menor consumo de de potencia comparado con los dos métodos anteriores.
64
Figura 36. Esquema circuito 6.A
Fuente: Propia
El último objetivo de este montaje es mostrar las diferencias en el funcionamiento de un
circuito cuando éste utiliza una válvula reguladora de caudal compensada y cuando utiliza una no
compensada. Para esto será necesario conectar el puerto de descarga del cilindro a una válvula de
secuencia que simule una carga a compresión en el cilindro. Con la variación en la regulación de
ésta se simulara los cambios de las características de operación del circuito, observando así como
la válvula compensada puede mantener una regulación de caudal constante mientras la válvula de
65
regulación no compensada varia la regulación de caudal conforme varíen las condiciones de
trabajo del circuito.
Figura 37. Esquema del circuito 6.B
Fuente: Propia
3.7 Circuito Nº 7
Circuito oleohidráulico de avance rápido y trabajo lento (Fig.38), cuya función es permitir
que el cilindro realice parte de su carrera de extensión a máxima velocidad y la otra parte de su
carrera a velocidad controlada. Este circuito es la práctica número siete.
66
Componentes hidráulicos
•
Nueve mangueras
•
Un actuador lineal
•
Una válvula direccional de cuatro vías, tres posiciones, accionada por palanca
reposicionada por resorte.
•
Una válvula reguladora de caudal
•
Dos uniones en forma de “T”
•
Una válvula direccional dos vías dos posiciones, activada por leva y reposicionada por
resorte, normalmente abierta.
Operación del circuito
Se acciona la válvula direccional manual, la cual permitirá que el caudal de la bomba
llegue a la línea de presión del sistema. Luego el cilindro inicia el recorrido de su carrera, la cual
primero realizará a una velocidad no regulada.
Luego que el vástago active la leva que controla la válvula direccional dos vías dos
posiciones y la cierre forzando al fluido de descarga del cilindro a pasar por la válvula reguladora
de caudal. La cual regulara el caudal de descarga del cilindro, controlando así la velocidad con la
que se mueve el éste.
Objetivo del circuito
Ya se demostró con el montaje seis como se puede variar la velocidad de un actuador,
ahora con este circuito se muestra una de las aplicaciones donde es útil realizar dicha acción.
Este circuito muestra como se puede obtener una variación de velocidad del cilindro
durante la carrera de extensión. Este circuito es usado en aquellas aplicaciones donde es necesario
tener una velocidad de trabajo lenta, para no dañar la pieza, y una velocidad de aproximación
rápida para obtener tiempos de ciclo cortos por razones económicas.
67
Figura 38. Esquema del circuito 7.
Fuente: Propia
Durante la carrera de acercamiento la presión que detectara el manómetro es baja, una vez
activada la válvula direccional accionada por leva, el fluido de descarga del cilindro se desviará
hacia la válvula reguladora de caudal. En este punto la presión leída por el manómetro crecerá
hasta alcanzar la presión a la cual está regulada la válvula de descarga.
68
3.8 Circuito Nº 8
Circuito oleohidráulico de secuencia con control de velocidad (Fig.39), cuya función es
permitir la activación de dos cilindros con una secuencia lógica y con velocidad controlada para
uno de ellos. Este circuito es la práctica número ocho.
Figura 39. Esquema del circuito 8.
Fuente: Propia
69
Componentes hidráulicos
•
Diez mangueras
•
Una válvula direccional de cuatro vías, tres posiciones, accionada por palanca con
enclavamiento.
•
Dos cilindros.
•
Una válvula secuencial con una válvula check incorporada.
•
Una válvula reguladora de presión con una válvula check incorporada.
•
Dos uniones en “T”.
Operación del circuito
Se acciona la válvula direccional manual, la cual permitirá que el caudal de la bomba
llegue a la línea de presión del sistema. Con esta acción se activa el cilindro número uno, y luego
que este se haya extendido por completo el cilindro número dos realizará su carrera de extensión.
La carrera de extensión del segundo cilindro será con velocidad controlada.. Una vez culminada
ambas carreras se activará la válvula direccional en sentido opuesto. Esto permitirá que ambos
cilindros realicen su carrera de retracción
Objetivo del circuito
El objetivo de este montaje es mostrar como se pueden usar simultáneamente dos
principios de la oleohidráulica en un mismo circuito. Este circuito muestra como se puede
realizar la activación de los cilindros con una secuencia, y variar la velocidad de accionamiento
de uno de ellos. Por medio de la lectura de los manómetros se observara como en este caso solo
se regula la velocidad, sin embargo la presión a la que funcionan los cilindros es igual.
3.9 Circuito Nº 9
Circuito oleohidráulico rotativo básico (Fig.40), cuya función es permitir la activación un
motor hidráulico en sentido horario y antihorario a velocidad de giro constante. Este circuito es la
práctica número nueve.
70
Figura 40. Esquema del circuito 9.
Fuente: Propia
Componentes hidráulicos
•
Cinco mangueras
•
Un actuador rotativo
•
Una válvula direccional de cuatro vías, tres posiciones, accionada por palanca con
enclavamiento.
•
Una válvula de frenado.
71
Operación del circuito
Se acciona la válvula direccional manual, la cual permitirá que el caudal de la bomba
llegue a la línea de presión del sistema. El caudal entregado por bomba pasa a través de la
válvula freno, a su vez, acciona el piloto que permite que el caudal que proviene del puerto de
descarga del motor hidráulico pase por la válvula de freno hacia la válvula direccional y de allí
hacia el tanque. Cuando se activa la válvula direccional en la otra dirección, el circuito activara el
motor hidráulico en forma opuesta a la anterior. La válvula de freno funcionara en sentido
contrario. Es decir, recibirá el caudal proveniente de la bomba por el puerto que antes funcionaba
para dirigir el caudal a tanque y enviara el caudal a tanque por el puerto por donde antes recibía el
caudal de la bomba. Cuando la válvula direccional es puesta en su posición de centro, la válvula
de freno se encarga de frenar el motor hidráulico.
Objetivo del circuito
En este circuito se puede apreciar algunas de las ventajas de los sistemas de transmisión
de potencia hidráulicos sobre los demás sistemas de transmisión de potencia. Como lo es la
capacidad de invertir el sentido de giro del actuador. Esto se puede observar al activar la válvula
direccional en un sentido y luego en el otro y observar como el actuador rotativo cambia de
dirección.
En este circuito se puede observar las funciones de la válvula de frenado, que son evitar
un exceso de velocidad en el actuador rotativo y evitar una presión excesiva en las líneas de
presión del circuito. Por medio de la lectura de presión en los manómetros se observara como la
válvula de frenado produce una contrapresión en el puerto de descarga del motor, siendo esta
presión la que frena el motor. Mientras que el manómetro que este conectado al puerto de entrada
reportara una presión menor a la presión del puerto de descarga del motor.
3.10 Circuito Nº 10
Circuito oleohidráulico rotativo con control de velocidad (Fig.41), cuya función es
permitir la activación un motor hidráulico en sentido horario y antihorario a velocidad de giro
constante. Este circuito es la práctica número diez.
72
Figura 41. Esquema del circuito 10.
Fuente: Propia
Componentes hidráulicos.
•
Ocho mangueras
•
Un actuador rotativo
•
Una válvula direccional de cuatro vías, tres posiciones, accionada por palanca con
enclavamiento.
73
•
Una válvula reguladora de caudal
•
Una unión en forma de T
•
Una válvula de frenado.
Operación del circuito
La operación de este circuito es similar a la del circuito número nueve. Se acciona la
válvula direccional manual, la cual permitirá que el caudal de la bomba llegue a la línea de
presión del sistema. El caudal entregado por bomba pasa a través de la válvula freno, a su vez
acciona el piloto que permite que el caudal que proviene del puerto de descarga del motor
hidráulico pase por la válvula de freno hacia la válvula direccional y de allí hacia el tanque.
Paralelamente a esto la válvula reguladora de caudal, desvía la cantidad de caudal
necesaria a tanque para disminuir la velocidad de giro del actuador hasta la velocidad deseada.
Esta operación se puede hacer para ambos sentidos de giro del actuador.
Objetivo del circuito
En este circuito se puede observar como es posible modificar la velocidad de
accionamiento de un motor hidráulico. Para esto el circuito utiliza la válvula reguladora de caudal
conectada en forma de sangrado, desviando parte del caudal que entrega el motor directamente al
tanque. Por medio de la lectura de los manómetros se observara que este circuito no trabaja a la
presión de apertura de la válvula de alivio.
Con este circuito también se puede observar la diferencia de presión entre los puertos de
entrada y salida de la bomba producto de la válvula de frenado.
CAPÍTULO IV
PLANTEAMIENTO DE PRÁCTICAS
DE CONTROL
En este capítulo se plantean las prácticas de control eléctrico que el banco simulador de
circuitos oleohidráulicos podrá aplicar a los diez circuitos hidráulicos propuestos en el capítulo
tres. Estás prácticas de control eléctrico junto a las prácticas de control manual conformarán un
grupo de experiencias que se realizan en el banco.
Los sistemas de control eléctrico escogidos son: circuitos eléctricos de relés y de PLC
(controlador lógico programable). Todos los circuitos hidráulicos podrán ser controlados por
ambos sistemas de control. Se selecciono estos dos sistemas de control debido a que se usan con
frecuencia en la automatización de circuitos oleohidráulicos.
Las prácticas de control eléctrico tienen como objetivo el mostrar los circuitos hidráulicos
automatizados para mejorar su funcionamiento. También permitir ver las diversas
configuraciones que un mismo circuito hidráulico puede tener. Este último objetivo involucrará
variaciones en los componentes mecánicos que el circuito hidráulico utilizará respecto a la
versión manual. Hay que mencionar que las prácticas de control eléctrico para todos los circuitos
deben garantizar que estos realicen su operación mecánica en forma similar a las obtenidas en las
prácticas de control manual.
Todas las prácticas de control planteadas en este capítulo fueron simuladas en el software
AutomationStudio 5.0. La simulación se hizo con el objetivo de determinar los componentes
eléctricos tales como: número de relés, tamaño del PLC, número de cables, número de botones,
número de interruptores eléctricos; que se necesitan para poder realizar las prácticas y dotar el
75
banco de dichos componentes. Esto para evitar que se quiera construir un circuito hidráulico con
un sistema de control eléctrico en el banco y éste no cuente con los elementos necesarios.
La instalación del sistema de control eléctrico (PLC y relé) para los circuitos hidráulicos
que van del número uno al número ocho, debe incluir las siguientes cinco funciones de operación,
las cuales se activaran por medio de interruptores eléctricos (Fig. 42).
•
Ciclo-prueba: Esta función hará que el circuito realice un solo ciclo de operación y luego
se detenga. Esta función tiene el objetivo de revisar el funcionamiento del circuito
mediante la activación de un único ciclo.
•
Ciclo-continuo: Esta función hará que el circuito hidráulico repita de forma continua la
operación para la cual está configurado. Esta función tiene el objetivo de simular la acción
de operación de una planta donde ésta realiza su ciclo de trabajo ininterrumpido
•
Parada: Esta es una función que detiene el circuito hidráulico y solo podrá ser activada
cuando el circuito este en la operación de ciclo-continuo. La función parada permitirá que
el circuito se detenga en un número completo de ciclos, esto simulara una parada de
planta industrial.
•
Emergencia: Esta función detiene el circuito hidráulico, y a diferencia de la función
Parada, ésta hará que el circuito se detenga en el instante que sea activada y no permitirá
que el circuito hidráulico termine el ciclo que este llevando acabo. Esta función simulara
el botón de emergencia que debe poseer toda planta que opere circuitos oleohidráulicos.
•
Reseteo-E: Esta es la función encargada de resetear o cancelar la función Emergencia.
Sin la activación de esta función el circuito no podrá realizar las funciones de cicloprueba o ciclo-continuo cuando se haya activado la función Emergencia.
76
Figura 42. Interruptores de las funciones de operación
Fuente: Propia
Estas operaciones de control no se aplicaran a los circuitos 9 y 10 (rotativos). Para estos
circuitos las funciones de operación son las siguientes (Fig.43)
•
Horario: Esta función permite que el motor hidráulico gire en sentido horario. En el caso
que primero haya sido activa la función Anti-horario, la función horario debe desactivarla
para luego darle el nuevo sentido de giro al motor.
•
Anti-horario: Esta función permite que el motor hidráulico gire en sentido anti-horario.
En el caso que primero haya sido activa la función Horario, la función Anti-horario
debe desactivarla para luego darle el nuevo sentido de giro al motor.
•
Parada: Esta función detiene el motor hidráulico
La numeración de las prácticas de control está precedida por la letra P, luego por el
número del circuito manual que se desee automatizar, le sigue el número de la configuración
posible que acepte dicho circuito. En el caso que el circuito hidráulico acepte varias
configuraciones de programación, cada una de ellas representara una practica distinta, y ellas
77
tendrán el número que la identifique en orden de dificultad. Por último el número uno (1) si
utiliza PLC para el sistema de control eléctrico o el número dos (2) si utiliza relé.
Figura 43. Interruptores de las funciones de operación
para los circuitos rotativos
Fuente: Propia
Los circuitos que solo utilizan un cilindro o motor hidráulico (con la excepción del
circuito 7) no tendrán variación en su configuración mecánica. Es decir, utilizaran los mismos
componentes mecánicos que las prácticas de control manual, con el único cambio de la válvula
direccional manual por una válvula direccional operada por solenoide, y los sensores de final de
carrera. Los circuitos que utilizan dos cilindros (incluyendo el circuito 7) si tendrán distintas
configuraciones de construcción con el sistema de control eléctrico.
La programación del sistema de control utilizando relé ó PLC en varios circuitos puede
ser igual. Es decir existen varios circuitos que por su configuración aceptan la misma
programación del sistema de control eléctrico. En los casos donde esto suceda se presentará la
misma opción de programación, pero no es necesario que en la práctica se tenga que usar la
misma programación para estos circuitos.
A continuación los montajes de circuitos hidráulicos con sistema de control eléctrico.
78
4.1 Circuito Nº 1.1.
Este circuito es la opción eléctrica para el circuito Nº 1 (Fig.30). En el circuito Nº 1.1 se
plantea la instrumentación eléctrica del circuito básico lineal, utilizando sistemas de control
eléctrico con relés y PLC. Las características mecánicas del circuito Nº 1 no permiten el
planteamiento de configuraciones distintas a la del circuito manual, solamente la sustitución de la
válvula direccional manual por una válvula direccional activada por solenoides y la inclusión de
los sensores de final de carrera. La configuración del circuito 1.1 se muestra en la Figura 44. Esta
configuración es valida para el sistema de control eléctrico con relés y PLC.
Figura 44. Esquema del circuito 1.1
Fuente: Propia
79
Con el circuito hidráulico Nº 1.1 se plantea las prácticas P.1.1.1 y práctica P 1.1.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig.42).
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica 1.1.1 se muestra en la Figura 45.
Figura 45. Programa de PLC número uno
Fuente: Propia
80
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.1.1.2 se muestra en la Figura 46.
Figura 46. Circuito eléctrico de relé número uno.
Fuente: Propia
81
4.2 Circuito Nº 2.1.
Este circuito es la opción eléctrica para el circuito Nº 2 (Fig.31). En el circuito Nº 2.1 se
plantea la instrumentación eléctrica del circuito regenerativo, utilizando sistemas de control
eléctrico con relés y PLC. Las características mecánicas del circuito Nº 2 no permiten el
planteamiento de configuraciones distintas a la del circuito manual, solamente la sustitución de la
válvula direccional manual por una válvula direccional activada por solenoides y la inclusión de
los sensores de final de carrera. La configuración del circuito 2.1 se muestra en la Figura 47. Esta
configuración es valida para el sistema de control eléctrico con relés y PLC.
Figura 47. Esquema del circuito 2.1
Fuente: Propia
82
Con el circuito hidráulico Nº 2.1 se plantea las prácticas P.2.1.1 y práctica P.2.1.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig.42).
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica 2.1.1 se mostró en la Figura 45.
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica 2.1.2
se mostró en la Figura 46.
4.3 Circuito Nº 3.1.
Este circuito es la opción eléctrica para el circuito Nº 3 (Fig.32). En el circuito Nº 3.1 se
plantea la instrumentación eléctrica del circuito de secuencia, utilizando sistemas de control
eléctrico con relés y PLC. Las características mecánicas del circuito Nº 3 si permiten el
planteamiento de varias configuraciones además de la sustitución de la válvula direccional
manual por una válvula direccional activada por solenoides y la inclusión de los sensores de final
de carrera.
La configuración del circuito 3.1 se muestra en la Figura 48. Esta configuración es valida
para el sistema de control eléctrico con relés y PLC
Con el circuito hidráulico Nº 3.1 se plantea las prácticas P.3.1.1 y práctica P.3.1.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig.42).
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica P.3.1.1 se muestra en la Figura 49.
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.3.1.2 se muestra en la Figura 50.
83
Figura 48. Esquema del circuito 3.1
Fuente: Propia
84
Figura 49. Programa de PLC número dos.
Fuente: propia
85
Figura 50. Circuito eléctrico de relé número dos.
Fuente: propia
En la Figura 51 se muestra el circuito Nº 3.2, el cual es una configuración distinta para el
circuito Nº 3.1. En éste la válvula de secuencia es sustituida por la válvula direccional eléctrica
número tres. El circuito Nº 3.2 tiene una configuración de los sistemas de control distinta a la
86
planteada para el circuito Nº 3.1. La configuración del sistema de control eléctrico para el circuito
Nº 3.2 utilizando relé y PLC permite que éste realice el mismo trabajo que realiza el circuito
Nº 3.1 con una configuración mecánica distinta.
Figura 51. Esquema del circuito 3.2
Fuente: Propia
87
Con el circuito hidráulico Nº 3.2 se plantea las prácticas P.3.2.1 y práctica P.3.2.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.3.1.2 se muestra en la Figura 52.
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica P.3.2.1 se muestra en la Figura 53.
En la Figura 54 se muestra el circuito Nº 3.3, el cual es última configuración planteada
para el circuito Nº 3.1. En éste la válvula de secuencia es sustituida por la válvula direccional
eléctrica número dos. El circuito Nº 3.3 tiene una configuración de los sistemas de control
distinta a la planteada para el circuito Nº 3.1. La configuración del sistema de control eléctrico
para el circuito Nº 3.3 utilizando relé y PLC permite que éste realice el mismo trabajo que realiza
el circuito Nº 3.1 con la mejora de poder mantener una secuencia controlada en la carrera de
retorno.
Con el circuito hidráulico Nº 3.3 se plantea las prácticas P.3.3.1 y práctica P.3.3.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
La programación del circuito de control eléctrico con PLC que cumple con las exigencias
de la práctica P.3.3.1 se muestra en la Figura 55.
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.3.3.2 se muestra en la Figura 56.
88
Figura 52. Circuito eléctrico de relé número tres.
Fuente: Propia
89
Figura 53. Programa de PLC número tres.
Fuente: propia
90
Figura 54. Esquema del circuito 3.3
Fuente: propia
91
Figura 55. Programa de PLC número cuatro.
92
Figura 56. Circuito eléctrico de relé número cuatro.
Fuente: Propia
93
4.4 Circuito Nº 4.1.
Este circuito es la opción eléctrica para el circuito Nº 4 (Fig.33). En el circuito Nº 4.1 se
plantea la instrumentación eléctrica del circuito de secuencia con presión de aprieta limitada,
utilizando sistemas de control eléctrico con relés y PLC. Las características mecánicas del
circuito Nº 4 si permiten el planteamiento de varias configuraciones además de la sustitución de
la válvula direccional manual por una válvula direccional activada por solenoides y la inclusión
de los sensores de final de carrera.
La configuración del circuito 4.1 se muestra en la Figura 57. Esta configuración es valida
para el sistema de control eléctrico con relés y PLC
Con el circuito hidráulico Nº 4.1 se plantea las prácticas P.4.1.1 y práctica P.4.1.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
El circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las exigencias de la
práctica P.4.1.1 es mostrado en la Figura 49.
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.4.1.2 se mostroen la Figura 50.
En la Figura 58 se muestra el circuito Nº 4.2, el cual es una configuración distinta para el
circuito Nº 4.1. En éste la válvula de secuencia es sustituida por la válvula direccional eléctrica
número tres. El circuito Nº 4.2 tiene una configuración de los sistemas de control distinta a la
planteada para el circuito Nº 4.1. La configuración del sistema de control eléctrico para el circuito
Nº 4.2 utilizando relé y PLC permite que éste realice el mismo trabajo que realiza el circuito Nº
4.1 con una configuración mecánica distinta.
Con el circuito hidráulico Nº 4.2 se plantea las prácticas P.4.2.1 y práctica P.4.2.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
94
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica 4.1.2
se muestra en la Figura 52.
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica 4.2.1 se muestra en la Figura 53.
Figura 57. Esquema del circuito 4.1.
Fuente: propia
95
Figura 58. Esquema del circuito 4.2.
Fuente: propia
96
En la Figura 59 se muestra el circuito Nº 4.3, el cual es última configuración planteada
para el circuito Nº 4.1. En éste la válvula de secuencia es sustituida por la válvula direccional
eléctrica número dos. El circuito Nº 4.3 tiene una configuración de los sistemas de control
distinta a la planteada para el circuito Nº 3.1. La configuración del sistema de control eléctrico
para el circuito Nº 4.3 utilizando relé y PLC permite que éste realice el mismo trabajo que realiza
el circuito Nº 3.1 con la mejora de poder mantener una secuencia controlada en la carrera de
retorno.
Con el circuito hidráulico Nº 4.3 se plantea las prácticas P.4.3.1 y práctica P.4.3.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica 4.1.2
se muestra en la Figura 52.
La programación del circuito de control eléctrico con PLC que cumple con las exigencias
de la práctica 4.2.1 se muestra en la Figura 53.
4.5 Circuito Nº 5.1.
Este circuito es la opción eléctrica para el circuito Nº 5 (Fig.34). En el circuito Nº 5.1se
plantea la instrumentación eléctrica del circuito de contra-balance, utilizando sistemas de control
eléctrico con relés y PLC. Las características mecánicas del circuito Nº 5 no permiten el
planteamiento de configuraciones distintas a la del circuito manual, solamente la sustitución de la
válvula direccional manual por una válvula direccional activada por solenoides y la inclusión de
los sensores de final de carrera. La configuración del circuito 5.1 se muestra en la Figura 60. Esta
configuración es valida para el sistema de control eléctrico con relés y PLC
Con el circuito hidráulico Nº 5.1 se plantea las prácticas P.1.1.1 y práctica P.1.1.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica P.5.1.1 es mostrado en la Figura 45.
97
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.5.1.2 se muestra en la Figura 46.
Figura 59. Esquema del circuito 4.3.
Fuente: Propia
98
Figura 60. Esquema del circuito 5.1.
Fuente: Propia
4.6 Circuito Nº 6.1.
Este circuito es la opción eléctrica para el circuito Nº 6 (Fig.35). En el circuito Nº 6.1 se
plantea la instrumentación eléctrica del circuito de velocidad controlada, utilizando sistemas de
control eléctrico con relés y PLC. Las características mecánicas del circuito Nº 6 no permiten el
planteamiento de configuraciones distintas a la del circuito manual, solamente la sustitución de la
válvula direccional manual por una válvula direccional activada por solenoides y la inclusión de
99
los sensores de final de carrera. La configuración del circuito 6.1 se muestra en la Figura 61. Esta
configuración es valida para el sistema de control eléctrico con relés y PLC
Con el circuito hidráulico Nº 6.1 se plantea las prácticas P.6.1.1 y práctica P.6.1.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica P.6.1.1 es mostrada en la Figura 45.
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.6.1.2 es mostrada en la Figura 46.
4.7 Circuito Nº 7.1.
Este circuito es la opción eléctrica para el circuito Nº 7 (Fig.38). En el circuito Nº 7.1 se
plantea la instrumentación eléctrica del circuito de avance rápido y trabajo lento, utilizando
sistemas de control eléctrico con relés y PLC. Las características mecánicas del circuito Nº 7 si
permiten el planteamiento de varias configuraciones además de la sustitución de la válvula
direccional manual por una válvula direccional activada por solenoides y la inclusión de los
sensores de final de carrera.
La configuración del circuito 7.1 se muestra en la Figura 62. Esta configuración es valida
para el sistema de control eléctrico con relés y PLC
Con el circuito hidráulico Nº 7.1 se plantea las prácticas P.7.1.1 y práctica P.7.1.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica P.7.1.1 se mostró en la Figura 45.
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.7.1.2 es mostrada en la Figura 46.
100
Figura 61. Esquema del circuito 6.1.
Fuente: Propia
En la Figura 63 se muestra el circuito Nº 7.2, el cual es una configuración distinta para el
circuito Nº 7.1. En éste la válvula de direccional activada por leva es sustituida por la válvula
direccional eléctrica número cuatro. El circuito Nº 7.2 tiene una configuración de sistemas de
control distinta a la planteada para el circuito Nº 7.1. La configuración del sistema de control
101
eléctrico para el circuito Nº 7.2 utilizando relé y PLC permite que éste realice el mismo trabajo
que realiza el circuito Nº 7.1 con una configuración mecánica distinta.
Figura 62. Esquema del circuito 7.1.
Fuente: Propia
Con el circuito hidráulico Nº 7.2 se plantea las prácticas P.7.2.1 y práctica P.7.2.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
102
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica P.7.2.1 se muestra en la Figura 64.
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.7.2.2 se muestra en la Figura 65.
Figura 63. Esquema del circuito 7.2.
Fuente: propia
103
Figura 64. Programa de PLC número cinco.
Fuente: propia
104
Figura 65. Circuito eléctrico de relé número cinco.
Fuente: propia
105
4.8 Circuito Nº 8.1
Este circuito es la opción eléctrica para el circuito Nº 8 (Fig.39). En el circuito Nº 8.1 se
plantea la instrumentación eléctrica del circuito de secuencia con control de velocidad, utilizando
sistemas de control eléctrico con relés y PLC. Las características mecánicas del circuito Nº 8 si
permiten el planteamiento de varias configuraciones además de la sustitución de la válvula
direccional manual por una válvula direccional activada por solenoides y la inclusión de los
sensores de final de carrera.
La configuración del circuito 8.1 se muestra en la Figura 66. Esta configuración es valida
para el sistema de control eléctrico con relés y PLC
Con el circuito hidráulico Nº 8.1 se plantea las prácticas 8.1.1 y práctica 8.1.2, las cuales
deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica P.8.1.1 se mostró en la Figura 49.
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica 8.1.2
se mostró en la Figura 50.
En la Figura 67 se muestra el circuito Nº 8.2, el cual es una configuración distinta para el
circuito Nº 8.1. En éste la válvula de secuencia es sustituida por la válvula direccional eléctrica
número tres. El circuito Nº 8.2 tiene una configuración de los sistemas de control distinta a la
planteada para el circuito Nº 8.1. La configuración del sistema de control eléctrico para el circuito
Nº 8.2 utilizando relé y PLC permite que éste realice el mismo trabajo que realiza el circuito Nº
8.1 con una configuración mecánica distinta.
106
Figura 66. Esquema del circuito 8.1.
Fuente: propia
107
Figura 67. Esquema del circuito 8.2.
Fuente: propia
Con el circuito hidráulico Nº 8.2 se plantea las prácticas P.8.2.1 y práctica P.8.2.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
108
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.8.2.2 se mostró en la Figura 52.
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica P.8.2.1 se mostró en la Figura 53.
En la Figura 68 se muestra el circuito Nº 8.3, el cual es última configuración planteada
para el circuito Nº 8.1. En éste la válvula de secuencia es sustituida por la válvula direccional
eléctrica número dos. El circuito Nº 8.3 tiene una configuración de los sistemas de control
distinta a la planteada para el circuito Nº 8.1. La configuración del sistema de control eléctrico
para el circuito Nº 8.3 utilizando relé y PLC permite que éste realice el mismo trabajo que realiza
el circuito Nº 8.1 con la mejora de poder mantener una secuencia controlada en la carrera de
retorno.
Con el circuito hidráulico Nº 8.3 se plantea las prácticas P.8.3.1 y práctica P.8.3.2, las
cuales deben de tener configuradas las cinco funciones de operación (Fig. 42).
La programación del circuito de control eléctrico con PLC que cumple con las exigencias
de la práctica P.8.3.1 se mostró en la Figura 55.
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica 8.3.2
se mostró en la Figura 56.
4.9 Circuito Nº 9.1.
Este circuito es la opción eléctrica para el circuito Nº 9 (Fig.40). En el circuito Nº 9.1se
plantea la instrumentación eléctrica del circuito básico rotativo, utilizando sistemas de control
eléctrico con relés y PLC. Las características mecánicas del circuito Nº 9 no permiten el
planteamiento de configuraciones distintas a la del circuito manual, solamente la sustitución de la
válvula direccional manual por una válvula direccional activada por solenoides. La configuración
del circuito 9.1 se muestra en la Figura 69. Esta configuración es valida para el sistema de control
eléctrico con relés y PLC.
109
Figura 68. Esquema del circuito 8.3.
Fuente: Propia
Con el circuito hidráulico Nº 9.1 se plantea las prácticas P.9.1.1 y práctica P.9.1.2, las
cuales deben de tener configuradas las tres funciones de operación para los circuitos rotativos
(Fig.43).
110
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.9.1.2 se muestra en la Figura 70.
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica P.9.1.1 se muestra en la Figura 71.
Figura 69. Esquema del circuito 9.1
Fuente: Propia
111
Figura 70. Circuito eléctrico de relé número seis.
Fuente: Propia
4.10 Circuito Nº 10.1.
Este circuito es la opción eléctrica para el circuito Nº 10 (Fig.41). En el circuito Nº 10.1se
plantea la instrumentación eléctrica del circuito básico rotativo con regulación de velocidad,
utilizando sistemas de control eléctrico con relés y PLC. Las características mecánicas del
circuito Nº 10 no permiten el planteamiento de configuraciones distintas a la del circuito manual,
solamente la sustitución de la válvula direccional manual por una válvula direccional activada por
solenoides. La configuración del circuito Nº 10.1 se muestra en la Figura 72. Esta configuración
es valida para el sistema de control eléctrico con relés y PLC.
112
Figura 71. Programa de PLC número seis.
Fuente: propia
113
Figura 72. Esquema circuito 10.1.
Fuente: Propia
Con el circuito hidráulico Nº 10.1 se plantea las prácticas P.10.1.1 y práctica P.10.1.2, las
cuales deben de tener configuradas las tres funciones de operación para los circuitos rotativos
(Fig.42).
El sistema de control eléctrico con relés que cumple con las exigencias de la práctica
P.9.1.2 se mostró en la Figura 70.
La programación del circuito de control eléctrico que utiliza PLC que cumple con las
exigencias de la práctica P.9.1.1 se mostró en la Figura 71.
CAPÍTULO V
CALCULO DE LOS CIRCUITOS
En este capítulo se presentan los cálculos necesarios para diseñar circuitos oleohidráulicos
industriales. Para realizar estos cálculos se siguieron los parámetros de diseño utilizados en la
construcción de circuitos oleohidráulicos. Los parámetros de diseño son los siguientes:
•
Velocidad en la tubería de succión.
60-120 cm/s
•
Velocidad en la tubería de retorno.
305-460 cm/s
•
Velocidad en línea de presión <21MPa
760-915 cm/s
•
Número de Reynolds
2000 según parámetros de diseño europeo
2300 según parámetros de diseño estado unidense
En el diseño del banco simulador se tomo en cuenta que los circuitos a simular en él
deben tener un dimensionamiento y una velocidad de operación tal que faciliten la enseñanza de
los principios de la oleohidráulica. Es por esta razón que en muchos casos las velocidades para
ciertos segmentos del circuito no coinciden con el rango de velocidades de diseño para dicho
segmento. El criterio utilizado para diseñar el banco simulador es conservador (sobre
dimensionado) respecto a los parámetros de diseño estándar para los circuitos oleohidráulicos.
115
Las velocidades con la que los actuadores realizan sus operaciones debe ser baja, de forma
tal que los ciclos tengan un tiempo de duración que facilite las lecturas de los instrumentos de
medición instalados en el banco (Manómetros y caudalímetro).
La bomba para el banco preseleccionada tiene un desplazamiento de 4.00 cm3 por
revolución, y gira a 1750 RPM, entregando un caudal de 1,850 GPM (116.67cm3/s). La tubería
preseleccionada de succión y descarga de la bomba tiene un área transversal de 3,88 cm2 y
0,71cm2 respectivamente.
El cálculo de la velocidad en la tubería de succión del banco se realiza sustituyendo los
valores correspondientes en la ecuación número seis del marco teórico.
Vsucción =
116,67
→ 30,07 cm
s
3,88
El valor de la velocidad obtenido para la tubería de succión del banco es inferior al valor
mínimo del rango de velocidades utilizado en los diseños de circuitos oleohidráulicos
industriales.
El cálculo de la velocidad en la tubería de presión del banco se realiza sustituyendo los
valores correspondientes en la ecuación número seis del marco teórico.
VPr esión =
116,67
→ 164,32 cm
s
0,71
El valor de la velocidad obtenido para la tubería de presión del banco es inferior al valor
mínimo del rango de velocidades utilizado en los diseños de circuitos oleohidráulicos
industriales. Hay que mencionar que el diseño del banco incluye una reducción del diámetro de la
tubería entre la tubería de presión conectada al puerto de descarga de la bomba y las mangueras
utilizadas para construir los circuitos a simular. Siendo las segundas de un área transversal de
0,355 cm2.
116
El cálculo de la velocidad en las mangueras de presión del banco se realiza sustituyendo
los valores correspondientes en la ecuación número seis del marco teórico.
VPr esión =
116,67
→ 328,64 cm
s
0,355
El valor de la velocidad obtenido para las mangueras de presión del banco es inferior al valor
mínimo del rango de velocidades utilizado en los diseños de circuitos oleohidráulicos
industriales.
Las tuberías y mangueras de retorno preseleccionada tiene un área transversal de
0,355 cm2. El cálculo de la velocidad de retorno se realiza sustituyendo los valores
correspondientes en la ecuación número seis del marco teórico.
VRe torno =
116,67
→ 328,64 cm
s
0,355
El valor de la velocidad obtenido para las mangueras y tuberías de retorno del banco está
entre los valores del rango de diseño utilizado en los diseños de circuitos oleohidráulicos
industriales.
A continuación se calcula el número de Reynolds en las tuberías del banco simulador. El
aceite preseleccionado para ser utilizado es un ISO 68, con viscosidad cinemática de 0,68 St.
Puesto que existen dos diámetros de en la línea de presión del banco, se procede a calcular el
número de Reynolds correspondientes para cada diámetro. Primero se calcula el número de
Reynolds en la tubería de área transversal de 0,71cm2, para esto se sustituye los valores
correspondientes en la ecuación número 18 del marco teórico.
Re =
1,9 ⋅ 164,32
→ 460
0,68
117
Para el cálculo del número de Reynolds en las mangueras de presión de área transversal
0,355 cm2, se sustituye los valores correspondientes en la ecuación número 18 del marco teórico.
0,95 ⋅ 328,64
→ 460
0,68
Re =
Ambos resultados para el número de Reynolds obtenidos están en el rango de valores
utilizados para el diseño de circuitos oleohidráulicos.
A continuación se muestran los cálculos relacionados con los parámetros de operación de
los circuitos ha construir en el banco simulador. Estos cálculos son, velocidad y fuerza producida
en la carrera de extensión y retracción de los cilindros, velocidad de giro y torque producido en el
motor hidráulico.
Para el cálculo de la velocidad de operación de los actuadores lineales se preseleccionó un
cilindro con las siguientes características: 25,4 cm (10 pulg) de carrera, diámetro de de 5 cm (2
pulg), diámetro de vástago de 2,54cm (1 Pulg).
El cálculo de la velocidad del cilindro en la carrera de extensión se realiza sustituyendo
los valores correspondientes en la ecuación número 25 del marco teórico.
VCE =
116,67
→ 5,94 cm
s
19.64
El cálculo de la velocidad del cilindro en la carrera de retorno se realiza sustituyendo los
valores correspondientes en la ecuación número 27 del marco teórico.
VCR =
116.67
= 8 cm
s
(19,64 − 5,06)
118
El cálculo de la fuerza máxima que puede producir el cilindro en la carrera de extensión
se realiza sustituyendo los valores correspondientes en la ecuación número 26 del marco teórico.
Para este cálculo se preselecciono la presión de regulación a la que trabaja la válvula de alivio del
banco en 3447KPa (500 Psi), siendo esta la presión máxima que alcanzara el cilindro.
FCE = 0,00196 ⋅ 3447000 → 6770 N
El cálculo de la fuerza máxima que puede producir el cilindro en la carrera de retorno se realiza
sustituyendo los valores correspondientes en la ecuación número 26 del marco teórico.
FCR = (0,00196 − 0,0005) ⋅ 3447000 → 5032 N
Para el cálculo de la velocidad de giro y torque generado por el actuador rotativo se
preseleccionó un motor hidráulico con un desplazamiento de 10 cm3 por revolución.
El cálculo de la velocidad de giro del motor en ambos sentidos se realiza sustituyendo los
valores correspondientes en la ecuación número 29 del marco teórico.
VGM =
116,67
→ 11,6 Hz → 696 RPM
10
El cálculo del torque máximo entregado por el motor hidráulico se realiza sustituyendo
los valores correspondientes en la ecuación número 30 del marco teórico.
TM = 3447000 ⋅ 0,00001 → 34,47 N ⋅ m
Para simular el circuito oleohidráulico de contra-balance es necesario colocar una masa
que trabaje a tracción contra uno de los cilindros con el objetivo de simular una carga. Esta masa
debe vencer la regulación minima que permita la válvula. Existen dos válvula de contra-balance
119
preseleccionada una de cartucho y otra tipo corredera, la primera tiene una regulación minima de
1723KPa (250Psi) y la segunda una regulación minima de 1034KPa (150Psi).
El cálculo de la masa necesaria para vencer la regulación minima de la válvula de contrabalance de cartucho se realiza sustituyendo los valores correspondientes en la ecuación número
cuatro del marco teórico.
Fm1 = 1723000 ⋅ 0,00146 → 2515 N
La masa que se necesita para vencer la minima regulación de la válvula de contra-balance
de cartucho es de 256 Kg.
El cálculo de la masa necesaria para vencer la regulación minima de la válvula de contrabalance tipo corredera se realiza sustituyendo los valores correspondientes en la ecuación número
cuatro del marco teórico.
Fm 2 = 1034000 ⋅ 0,00146 → 1509 N
La masa que se necesita para vencer la minima regulación de la válvula de contra-balance
tipo corredera es de 154 Kg.
Por ultimo se realiza el cálculo de consumo máximo de potencia del banco. El cálculo se
realiza sustituyendo los valores correspondientes en la ecuación número nueve del marco teórico.
PHidraulica =
1,85 ⋅ 500
→ 0,54 Hp
1714
CAPÍTULO VI
SELECCIÓN DE COMPONENTES
HIDRÁULICOS
En este capítulo se hace la selección de los componentes hidráulicos necesarios que el
banco simulador de circuitos oleohidráulicos debe tener instalados. La selección de estos
componentes fue hecha por medio de catálogos. Las características mecánicas de los
componentes escogidos se muestran en los anexos. Las especificaciones de los componentes
escogidos incluyen la marca de los mismos y los códigos que los identifican. En la futura
construcción del banco simulador los componentes ha utilizar pueden ser los seleccionados en
este capítulo u otros equivalentes de otras marcas según sea más conveniente para la Universidad.
Los componentes hidráulicos seleccionados para la construcción de los circuitos en el
banco tendrán puertos con un diámetro de 3/8 de pulgadas con rosca tipo NPTF. Esto para
estandarizar las conexiones de los mismos a las mangueras con acoples rápidos. Aquellos
componentes que no estén disponibles con este tipo de puertos serán escogidos aquellos con el
puerto más similar al puerto 3/8 de pulgada rosca NPTF, y por medio de la instalación de
adaptadores en los puertos de estos componentes se garantizara que estos elementos también
puedan ser conectados con las mismas mangueras con la que se conectarán los componentes que
si tengan puertos de 3/8 de pulgadas rosca NPTF.
La selección de ciertos componentes necesito de un análisis, para determinar cual de las
configuraciones disponibles de dichos componentes es la más adecuada para el banco simulador
de circuitos oleohidráulicos. Otros componentes en cambio fueron escogidos solo con el criterio
que sus dimensiones sean compatibles con los demás componentes, principalmente el tamaño de
los puertos para su conexión.
121
6.1 Selección de la bomba.
La bomba seleccionada para el banco es de engranajes debido a que es el modelo que
tiene las características más apropiadas para el banco. La bomba escogida tiene un volumen de
desplazamiento por revolución pequeño, de 4,00 cm3, esto se hizo para tener un caudal y unas
velocidades de operación en los actuadores baja.
El modelo de bomba propuesto para el banco es:
Código: PGP505A0040CJH2XD4D3 (Anexo A.1)
6.2 Selección de válvulas direccionales cuatro vías tres posiciones
La primera válvula seleccionada es la de cuatro vías tres posiciones accionada por palanca
y reposicionada por resortes. En la escogencia de esta válvula se tuvo en cuenta que el centro de
esta válvula debe permitir que los diez circuitos a simular puedan construirse utilizándola. Es por
ellos que el centro escogido para esta válvula es un centro que conecta los puertos “A”, “B” y
retorno a tanque simultáneamente. Este centro permite simular los circuitos con motores
hidráulicos, ya que evita que se produzca el golpe de ariete cuando la válvula es centrada y el
motor esta girando. También es el centro que permite observar el funcionamiento de la válvula de
contra-balance ya que en el caso que la válvula de contra-balance no esté regulada correctamente
para equilibrar el peso muerto de la carga, el centro de la válvula direccional permitirá que la
carga se desplace. En el caso de un centro cerrado para la válvula direccional esto no seria
apreciable ya que el centro cerrado equilibraría la carga. Esto sucedería en el banco puesto que
las cargas usadas son pequeñas.
El modelo de válvula direccional manual cuatro vías tres posiciones accionada por
palanca y reposicionada por resorte propuesto para el banco es:
Código: D1VL004CN (Anexo A.2)
La segunda válvula escogida es la válvula direccional eléctrica cuatro vías tres posiciones
accionada por solenoides y reposicionada por resortes. Para la simulación de las prácticas de
control el banco debe tener dos válvulas de este tipo. La primera se nombra válvula direccional
eléctrica número uno y la segunda válvula eléctrica número dos. Para la escogencia de estas
122
válvulas se tuvo en cuenta la selección de un centro apropiado para que todos los circuitos se
puedan construir utilizándolas. Para tener mayor variedad de componentes se selecciono un
centro distinto para cada una de estas válvulas. Siendo la válvula direccional eléctrica número
uno un centro cerrado y para la válvula direccional eléctrica número dos un centro que conecte
los puertos “A”, “B” y tanque simultáneamente.
Los modelo de válvula direccional cuatro vías tres posiciones accionada por solenoide
reposicionada por resorte propuestos para el banco son:
Código: D1VW001CNJP válvula direccional eléctrica Nº 1 (Anexos A.3)
D1VW004CNJP válvula direccional eléctrica Nº 2 (Anexos A.3)
Las válvulas direccionales seleccionadas (manual y eléctrica) requieren de sub-bases para
su instalación. La sub-base recomendada para éstas es:
Código: SPD23NA (Anexos A.4)
6.3 Selección de actuadores lineales y rotativos
Las dimensiones de los cilindros seleccionados se escogieron de forma tal que estos
tuvieran un recorrido largo, un diámetro suficientemente grande para producir un volumen
adecuado para que el cilindro realice sus carreras de extensión y retracción a una velocidad lenta.
Otros parámetros que influyeron en el dimensionamiento de los cilindros fue la necesidad de
construir el circuito regenerativo, el cual requiere de un cilindro con un diámetro de vástago que
sea la mitad del diámetro del pistón. Adicional a esto se necesita un cilindro con el mayor
diámetro de vástago posible para disminuir la masa necesaria para generar presión en la línea que
conecta el cilindro con la válvula de contra-balance. Por esta razón los dos cilindros
seleccionados tienen una relación de áreas de dos a uno.
Los modelos propuestos de cilindros para el banco son:
Código: 2CC3LCU34AC10 (Anexos A.5)
123
El quinto componente seleccionado es el actuador rotativo. Las dimensiones del motor
hidráulico seleccionado se hicieron considerando que este debe tener un volumen por cada
revolución superior al de la bomba. Esto con el objetivo de tener una velocidad de giro baja y un
torque alto. La bomba propuesta tiene 10 cm3 de desplazamiento.
El modelo propuesto de motor hidráulico para el banco es:
Código: PGM505A0100BJ1H2XD2D2 (Anexos A.1)
6.4 Selección de válvulas direccionales dos vías dos posiciones.
Las válvulas dos vías dos posiciones seleccionadas para el banco son accionadas por
solenoides, reposicionadas por resorte del tipo cartucho. El banco requiere de la instalación de
dos válvulas de este tipo, una normalmente abierta y otra normalmente cerrada.
Los modelos propuestos de válvulas direccionales dos vías dos posiciones accionadas por
solenoide reposicionada por resorte propuestas para el banco son marca Parker.
Códigos: DSL102CD024LDGP válvula direccional eléctrica Nº 3 (Anexos A.6)
DSL102ND024LDGP válvula direccional eléctrica Nº 4 (anexos A.6)
Las válvulas direccionales Nº 3 y Nº 4 seleccionadas requieren de sub-bases para su
instalación. La sub-base recomendada para éstas es:
Código: B1026P (Anexos A.7)
La otra válvula dos vías dos posiciones que el banco necesita es una accionada por leva y
reposicionada por resortes normalmente abierta. El modelo propuesto para esta válvula es marca
Parker.
Código: DS600S (Anexos A.8)
6.5 Selección de válvulas reguladoras de caudal
Las válvulas reguladoras de caudal seleccionadas para el banco son de dos tipos, de
presión compensada y de presión no compensada.
124
Los modelos propuestos de válvulas reguladoras de caudal para el banco son:
Código: F600S válvula reguladora de caudal no compensada (Anexos A.9)
PCM600S válvula reguladora de caudal compensada (Anexos A.10)
Otras válvulas reguladoras de caudal propuestas para el banco son del tipo cartucho. Los
modelos propuestos de válvulas reguladores de caudal del tipo cartucho son:
Código: FV102K6P válvula reguladora de caudal no compensada (Anexos A.11)
FC101K3006P válvula reguladora de caudal compensada (Anexos A.12)
Las válvulas reguladoras de caudal tipo cartucho seleccionadas requieren de sub-bases
para su instalación. La sub-base recomendada para éstas es:
Código: B1026P (Anexos A.7)
6.6 Selección de válvulas de control de presión: Válvula de contra-balance, válvula
reductora de presión y válvula de secuencia.
Para estas válvulas también se hizo dos propuestas, válvulas tipo correderas y válvulas
tipo cartucho.
Los modelos propuestos de válvulas de control de presión tipo corredera para el banco:
Códigos: PRC3MM válvula reductora de presión (Anexos A.13)
BC3MB válvula de contra-balance (Anexos A.14)
SC3MB válvula de secuencia (Anexos A.15)
Las válvulas de control de presión tipo corredera seleccionadas requieren de sub-bases
para su instalación. La sub-base recomendada para éstas es:
Código: SPP3M3 (Anexos A.16)
Los modelos de válvulas de control de presión tipo cartucho propuestos para el banco son:
Códigos: PRCH101S106T válvula reductora de presión (Anexos A.17)
SVCH101S106T válvula de secuencia (Anexos A.18)
MHB015LAAC51 válvula de contra-balance (Anexos A.19)
125
6.7 Selección de válvula de freno para el motor hidráulico.
El modelo de válvula de freno tipo cartucho propuesto para el banco es:
Código: MMB015DAMH53 (Anexos A.20)
6.8 Selección de los conectores y adaptadores para los elementos del banco.
Los modelos de conectores y adaptadores propuestos para el banco son:
Códigos: 10-3/8 F5OG adaptador macho-hembra rosca SAE-NPTF (Anexos A.21)
3/8 FF adaptador macho-macho rosca NPTF (Anexos A.22)
3/8 CR codo acoplador macho-macho rosca NPTF (Anexos A.23)
6-3/8 F5OG adaptador macho-hembra rosca SAE-NPTF (Anexos A.21)
4-6 F5OG5 adaptador macho-hembra rosca SAE-SAE (Anexos A.24)
3/8 CD adaptador macho-hembra rosca NPTF-NPTF (Anexos A.25)
6.9 Selección de los conectores rápidos (quick-coupling).
Los modelos de conectores rápidos propuestos para el banco son:
Códigos: BH3-61 Nipple, hembra rosca NPTF (Anexos A.26)
BH3-60 acoplador, hembra rosca NPTF (Anexos A.26)
6.10Selección de mangueras
Los modelos de manguera propuestos para el banco son:
Código: 601-6
La manguera necesita de un adaptador que permita que la pieza BH3-60 sea enroscada en
ella. El modelo escogido para esta pieza es.
Código: 10125-6-6B-VS
6.11Selección de instrumentos de medición para el banco (caudalímetro y manómetros)
Los instrumentos de medición a instalar en el banco deben cumplir con las siguientes
especificaciones. El caudalímetro tiene que tener un rango de medición que abarque los siete
litros por minuto de caudal. El manómetro debe tener un rango de medición que abarque los
126
500Psi. La conexión de estos elementos debe ser compatible con los demás componentes del
banco.
Los demás componentes necesarios para el banco se mencionaran a continuación:
o Manifold.
o Válvulas bolas (2).
o Válvula de aireación.
o Estante o gabinete.
o Tanque de aceite.
o Tuberías de succión, descarga y retorno.
o Medidor de vacío.
o Codos y uniones “T”.
o Motor eléctrico de 1 Hp con velocidad de giro de 1750 RPM.
CAPÍTULO VII
SELECCIÓN DE COMPONENTES
DE CONTROL
En este capítulo se dan los parámetros de operación y características necesarias que tienen
que tener los componentes eléctricos a instalar en el banco simulador de circuitos oleohidráulicos
para que éste pueda realizar las prácticas de control eléctrico.
El primer componente es el controlador lógico programable (PLC). Para seleccionar este
componente primero se necesita conocer ciertas características del sistema que se desea
automatizar. Estas características son:
•
Tipo de señales que recibirá el PLC, digitales o analógicas.
•
Número de señales de entrada que se necesita recibir el PLC.
•
Número de señales de salida que se necesita mandar el PLC.
•
Voltaje que necesitan en las señales de salida.
•
Tipo de conexión de los cables eléctricos.
Por medio de la simulación de las prácticas de control con PLC, y por las curvas
características de los componentes que estarán conectados al PLC se pudo obtener la información
antes mencionada. En consecuencia el PLC a instalar en el banco debe cumplir con los siguientes
requerimientos:
•
Nueve entradas digitales.
•
Cuatro salidas digitales.
•
Tener fuente propia capas de generar una corriente de salida de 1,5 Amp y 24VDC.
•
Las entradas y salidas deben ser de puertos para cables eléctricos tipo banana.
128
El dispositivo de PLC a escoger debe tener esas características u otras superiores a las
mencionadas.
Para realizar las prácticas de control con Relés es necesario dotar al banco con seis relés
con las siguientes características.
•
Electromagnéticos.
•
24 Voltios DC.
•
Tres puertos normalmente abiertos y normalmente cerrados
•
Las entradas y salidas deben ser de puertos para cables eléctricos tipo banana.
Es necesario instalar una fuente de potencia eléctrica para que esta de la energía a los
relés, dicha fuente de potencia debe ser de 24 VDC y 10 Amp.
La activación de las funciones de control (Fig.42) requiere de cinco pulsadores, con
puertos para cables eléctricos tipo banana. Para facilitar la construcción de los circuitos eléctricos
se requiere de una regleta de 10 puertos, los cuales deben ser para cables eléctricos tipo banana.
Por último el banco necesita de cinco sensores de final de carrera eléctricos, con tres
puertos; el normalmente abierto, el neutro, y el normalmente cerrado. Los puertos de estos
sensores deben permitir la conexión de cables eléctricos tipo banana.
CAPÍTULO VIII
PLANOS DEL BANCO
Este capítulo muestra los planos que definen la propuesta del banco simulador de circuitos
oleohidráulicos.
Los primeros planos del capítulo se muestran el diseño de la estructura que soportara los
componentes hidráulicos, eléctricos y electrónicos del banco. Ésta se diseñó considerando las
premisas que establecen que; el banco debe ser robusto, transportable y ergonómico. Para el
diseño propuesto se seleccionó materiales que permiten realizar un ensamble de la estructura sin
la necesidad de herramientas complejas, esto permite que la estructura del banco sea fácil de
armar y desarmar. La propuesta de diseño estructural del banco se muestra en los planos que van
del número uno al número cuatro.
Los planos que van del número cinco al número 21 muestran los ensambles de los
componentes hidráulicos. Estos ensambles incluyen: válvula, sub-base (donde sea necesario),
acopladores y conectores rápidos o nipples.
Todos los ensambles propuestos para los
componentes hidráulicos del banco están diseñados para que sean compatibles con manqueras de
diámetro de 3/8 de pulgada.
Los planos comprendidos entre los números 22 y 26 muestran las distribuciones de los
componentes oleohidráulicos propuestas para la parrilla de trabajo. Estos planos señalan la
ubicación para cada componente hidráulico en la parrilla donde se construirán los circuitos
oleohidráulicos. Se realizaron tres propuestas, dos con válvulas tipo cartucho y una con válvulas
tipo corredera. Hay que mencionar que las sub-bases para las válvulas tipo corredera disponible
en los catálogos tienen los puertos de salida en la parte inferior, lo cual dificulta la construcción
de los circuitos oleohidráulicos, ya que las mangueras tendrían que ser conectadas a dichas
130
sub-bases por el lado de atrás de la parrilla ó hacer un arreglo adicional con acopladores para que
los puertos de salida de estas sub-bases sean accesibles desde el frente de la parrilla. Por su parte
las diferencian entre las propuestas para la distribuciones de los componentes oleohidráulicos
utilizando válvulas tipo cartucho radica en una mejora en la ubicación de los componentes, lo
cual disminuye la longitud que necesitan tener las mangueras para armar las prácticas de
laboratorio, siendo la segunda propuestas (plano 24) una mejora en ubicación de componentes de
la primera propuesta (plano 22).
El plano número 27 muestra la estructura auxiliar que el banco necesita para soportar las
pesas que simularán el peso muerto en los circuitos donde se utilice la válvula de contra-balance.
El plano número 28 contiene el modelo propuesto para el sistema de alimentación ó
circuito primario del banco (parte inferior del banco). Este circuito está diseñado con tuberías.
Por último se muestra el plano número 29 donde se puede observar el banco simulador de
circuitos oleohidráulicos totalmente ensamblado. Este ensamble fue realizado con la propuesta
número 2 de la parrilla de trabajo con válvulas de cartucho.
Las dimensiones de la estructura del banco, planchas y estructura auxiliar están mostradas
en milímetros, las cuales pueden estar sujetas a cambios. Las medidas de los componentes
oleohidráulicos empleados aparecen en los anexos, junto con los planos del fabricante.
131
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157
158
159
160
161
CAPÍTULO IX
CIRCUITO OLEOHIDRÁULICO
PARA EL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN
En este capítulo se muestra el sistema oleohidráulico propuesto para el sistema de
alimentación del banco de circuitos oleohidráulicos. El circuito oleohidráulico para esta parte se
denomina circuito primario, éste siempre estará conectado y los interruptores que lo accionan
deben estar separados de los interruptores de los circuitos oleohidráulicos de la parrilla de
trabajo.
Este circuito oleohidráulico debe garantizar que el arranque del motor eléctrico sea
realizado de manera suave. Para esto el sistema tiene que tener la opción de venting, que es la
manera como se conoce al proceso en el cual la bomba descarga su caudal a tanque a una presión
mucho menor que la presión máxima de regulación de la válvula de alivio. Esto permite
disminuir el torque necesario que la bomba debe aplicar en el arranque, lo cual es la condición de
arranque ideal para una bomba de desplazamiento positivo.
El circuito requiere de una válvula de alivio con opción de venting, la cual tendrá dos
presiones de regulación, una baja (25Psi aproximadamente) y una alta (500Psi). El circuito con la
válvula de alivio con la opción de venting se muestra en la Figura 73.
Las opciones (Fig. 74) de control que el circuito oleohidráulico debe tener son las
siguientes:
•
Arranque: Enciende el motor eléctrico que esta permanentemente acoplado a la bomba.
En el arranque la válvula de alivio debe estar funcionando con la opción de venting, lo
cual garantiza que la presión en el sistema no sea superior a los 25 Psi.
168
•
Acople: Esta opción permite cambiar la configuración de funcionamiento de la válvula de
alivio de venting a normal. Esto hará que el circuito hidráulico primario pueda alcanzar la
presión de 500Psi. Para realizar las prácticas de laboratorio es necesario que la función
Acople haya sido activada, de lo contrario los circuitos hidráulicos secundarios no tendrán
suficiente potencia para realizar dichas prácticas.
•
Desacople: Esta función permite cambiar la configuración de funcionamiento de la
válvula de alivio de normal a venting. Esta función debe activarse cuando se requiera
cambiar el circuito hidráulico instalado en la parrilla de trabajo por otro. Este
procedimiento permitirá disminuir el consumo de energía eléctrica del banco.
•
Apagado: Esta función es la encargada de apagar el motor eléctrico, y debe ser usada una
vez terminado de hacer las prácticas.
Figura 73. Circuito oleohidráulico primario.
Fuente: Propia
164
Figura 74. Opciones de control del circuito primario.
Fuente: Propia
El problema que se presenta con el circuito oleohidráulico primario propuesto para el
banco es la necesidad de tener una válvula alivio con opción de venting que maneje caudales
pequeños, acordes con el caudal de la bomba propuesta para el banco. Siendo el caudal
entregado por la bomba de 1,85 GPM, y la válvula de alivio con opción de venting más pequeña
disponible en los catálogos de 40 GPM (modelo: R6P2JPLM).
Ésta incompatibilidad dimensional entre la válvula de alivio con opción venting y el
caudal de la bomba dificulta la construcción de el circuito primario propuesto. Para solucionar
este problema se propone un circuito oleohidráulico primario alterno, que puede realizar las
mismas funciones de control ya mencionadas y mostradas en la Figura 74.
El segundo circuito primario propuesto se muestra en la Figura 75. Este circuito incluye
una válvula direccional dos vías dos posiciones normalmente abierta accionada por solenoide
reposicionada por resorte, y sustituye la válvula de alivio con opción venting, por una válvula de
alivio con una sola presión de de regulación, (normal). Esta nueva configuración permite producir
la opción de venting al mantener la válvula direccional abierta descargando todo el caudal de la
165
bomba a tanque, mientras que al cerrar la válvula direccional la presión del circuito pasa hacer el
valor para el cual está regulada la válvula de alivio.
La opción de circuito primario recomendada es la primera, mientras que la segunda solo
debería instalarse en el caso de no conseguir una válvula de alivio con venting con las
dimensiones adecuadas para el banco.
Figura 75. Circuito oleohidráulico primario, segunda propuesta
Fuente: propia
Una tercera opción para el circuito primario se muestra en la Figura 76. En esta nueva
configuración la válvula direccional eléctrica dos vías dos posiciones eliminada, y la válvula de
seguridad es pilotada por una válvula de descarga variable que puede ser manipulada de forma
manual.. Este circuito también permite la operación del sistema de alimentación del banco de
166
manera correcta, con la diferencia que la opción de venting, y acople, ahora es controlada de
manera manual. Uno de los requerimientos para el montaje de este circuito es que la válvula de
seguridad, debe estar instalada de manera accesible para el operador, de modo que la pueda
manipular fácilmente.
Figura 76. Circuito oleohidráulico primario, tercera propuesta
Fuente: propia
CAPÍTULO X
ESTIMACIÓN DE PRECIOS
En este capítulo se realizo un estimado de los precios de los componentes necesarios para
el banco. Estos precios son obtenidos directamente de la empresa fabricante, Parker Hannifin y
los mismos son referenciales. Los precios que la empresa coloco a cada componente no incluyen
el costo de importación, es por ello que en el total, se multiplica la suma de todos los
componentes hidráulicos por un factor de 1,35 y para los componentes estructurales 1,5. Estos
últimos tienen un factor mayor puesto que son fabricados en Europa, mientras que los primeros
en Estados Unidos. La lista de los precios se de cada componente se muestran en las tablas tres,
cuatro y cinco. Es necesario mencionar que la importación de todos estos componentes es
restringida por el Ministerio del Poder Popular de industrias ligeras y comercio (MILCO) lo cual
dificulta la obtención de dólares a precio preferencial para su compra.
El precio aproximado de los componentes hidráulicos para la versión del banco con
válvulas de corredera s encuentra en la Tabla uno.
Banco con
válvulas tipo
corredera
$13199
Multiplicado Precio en Bs.F
por 1,35
(cambio oficial)
$17819
40092
Tabla 1. Precio del banco con válvulas de cartucho
El precio aproximado de los componentes hidráulicos para la versión del banco con
válvulas tipo cartucho se encuentra en la Tabla dos.
Banco con
válvulas tipo
cartucho
$10199
Multiplicado Precio en Bs.F
por 1,35
(Cambio oficial)
$14279
32128
Tabla 2. Precio del banco con válvulas tipo corredera
168
El precio aproximado para la estructura propuesta para el banco se encuentra en la Tabla
tres.
Estructura del
banco
$3445
Multiplicado Precio en Bs.F
por 1,5
(cambio oficial)
$5167
11625
Tabla 3. Precio de la estructura del banco.
PIEZA
CODIGO
Conectores
10-3/8 F5OG
3/8 FF
3/8 CR
6-3/8 F5OG
4-6 F5OG5
3/8 CD
BH3-61
BH3-60
601-6 (45cm)
601-6 (150cm)
10125-6-6B-VS
Conectores
Conectores
Conectores
Conectores
Conectores
Quick coupling
Quick coupling
Manguera
Manguera
Conector
PRECIO
USD
Cantidad Total
$5,00
2
10
$1,20
4
4,8
$3,00
50
150
$5,00
6
30
$5,00
2
10
$4,50
6
27
$1,70
54
91,8
$1,70
40
68
1.6 $/ft
10
38
1.6 $/ft
10
80
$8,00
40
320
Tabla 4. Lista de precios de los conectores hidráulicos.
PIEZA
Perfil 1
Perfil 2
Perfil 3
Perfil 4
Apoyos 45º
Rueda movil
Rueda rigida
Base para ruedas
Juntas
CODIGO
ESL4040 (2300mm)
ESL4040 (1000mm)
ESL4040 (1700mm)
ESL4040 (850mm)
ESS2450
ESA0077
ESA0078
ESA0090
ESG8040
PRECIO
Cantidad total
$75,00
4
300
$32,00
7
224
$55,00
3
165
$28,00
2
56
$50,00
4
200
$50,00
2
100
$50,00
2
100
$50,00
4
200
$50,00
42
2100
Tabla 5. Lista de precios de los componentes estructurales
169
PIEZA
CODIGO
Bomba
Válvula de leva
PGP505A0040CJH2XD4D3
D1VL004CN
D1VW001CNJP
D1VW004CNJP
SPD23NA
2CC3LCU34AC10
PGM505A0100BJ1H2XD2D2
DSL102CD024LDGP
DSL102ND024LDGP
B10-2-6P
DS600S
Válvula reguladora no
compensada
FV102K6P
Válvula reguladora compensada
FC101K3006P
Válvula reductora de presión C
PRECIO
USD
Cantidad Total
$200,00
1
200
$320,00
1
320
$250,00
1
250
$250,00
1
250
$75,00
3
225
$1.500,00
2
3000
$150,00
1
150
$50,00
1
50
$50,00
1
50
$40,00
4
160
$1.200,00
1
1200
$60,00
1
60
$115,00
1
115
PRC3MM
$1.600,00
1
1600
Válvula de contra-balance C
BC3MB
$1.800,00
1
1800
Válvula de secuencia C
SC3MB
$360,00
1
360
Sub-base 3 corredera
Válvula reductora de presion
cartucho
Válvula de contra-balance
Cartucho
SPP3M3
$360,00
3
1080
PRCH101S106T
$170,00
1
170
$1.500,00
1
1500
Válvula de secuencia Cartucho
SVCH101S106T
MMB015DAMH53
$170,00
1
170
$1.500,00
1
1500
Válvula D.manual
Válvula D.eléctrica 1
Válvula D.eléctrica 2
Sub-base 1
Cilindro
Motor hidráulico
Válvula D.eléctrica 3
Válvula D.eléctrica 4
Sub-base 2
Válvula de freno
MHB015LAAC51
Tabla 6. Lista de precios de los componentes hidráulicos.
Los precios suministrados por la empresa, son el precio de cotización en los países de
origen, (Estados Unidos y Europa). En las tablas uno, dos y tres, se hizo las correcciones
necesarias para obtener el estimado de esos productos en Venezuela. Para obtener el precio real
de estos productos en el país es necesario hacer la cotización en los distribuidores de estos
componentes directamente.
CAPÍTULO XI
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
•
Este trabajo muestra una propuesta de banco simulador de circuitos oleohidráulicos que
cumple con la necesidad de llevar los conceptos teóricos dictados en clase a la práctica,
facilitando así la comprensión de los circuitos de potencia hidráulicos.
•
El modelo de banco diseñado permite simular los diez circuitos oleohidráulicos
seleccionados en este trabajo, junto con las prácticas de laboratorios asociadas con cada
circuito. El banco además permite realizar un número mayor de prácticas de laboratorio
adicionales a las planteadas en este trabajo.
•
Los dos modelos de parrillas de trabajo propuesto con válvulas de cartucho permiten la
construcción de los circuitos oleohidráulicos. Siendo la segunda propuesta (Plano 24) más
recomendada puesto que su distribución permite utilizar mangueras más cortas, los
instrumentos de medición están mejor distribuidos, el cilindro 2 y el motor hidráulico son
más accesible para la conexión de una carga,
•
El modelo de parrilla propuesto con válvula de corredera funciona igual que las
propuestas con válvulas de cartucho siempre y cuando se logre seleccionar una sub-base
para estas válvulas con puertos de salida ubicado a los lados, que permita la conexión
desde el frente de la válvula sin la necesidad de realizar un arreglo de conexiones en
forma de “U”.
•
Los dos modelos de circuitos oleohidráulicos propuestos para el sistema de alimentación
cumple con las necesidades de arranque suave del motor eléctrico, además de permitir el
funcionamiento del banco de forma eficiente en cuanto a consumo de potencia eléctrica.
171
El circuito idóneo para el banco es el mostrado en la Figura 73, siempre y cuando se
consiga una válvula de seguridad con opción para Venting que maneje un caudal de 2
gpm. Para el circuito hidráulico secundario, mostrado en la Figura 75, sí están disponibles
todos los componentes para su construcción.
•
Todos los componentes hidráulicos seleccionados para la parrilla de trabajo cuentan con
los acoples y adaptadores necesarios para que todos sean compatibles con las mangueras
de 3/8 de pulgadas, y sus conexiones sean rápidas.
•
La forma propuesta para la estructura del banco permite armar los circuitos hidráulicos y
eléctricos en planchas distintas, lo que permite evitar que el aceite entre en contacto con
los componentes eléctricos.
•
El diseño del banco permite que los circuitos hidráulicos que utilicen dos cilindros puedan
ser construidos utilizando diferente configuración de componentes hidráulicos. Lo cual
permite observar como es posible diseñar circuitos oleohidráulicos que realicen las
mismas tareas con distintos diseños.
•
La simulación de las prácticas manuales, eléctricas (PLC y relé) con el uso del simulador
virtual (Software) presentadas en este trabajo, permite al operador y los usuarios del
banco familiarizarse con las prácticas de laboratorio antes de realizar las mismos en el
simulador real.
•
Las dos válvulas direccionales cuatro vías, tres posiciones accionadas por solenoides
propuestas para el banco, tienen conexiones de centro diferentes. Esto permite diseñar
prácticas de laboratorio donde se pueda mostrar como un circuito hidráulica puede variar
su funcionamiento por la selección de una válvula direccional con determinado tipo de
conexiones centrales.
172
Recomendaciones
•
Es necesario realizar un montaje eléctrico en las válvulas direccionales eléctricas, que
permita que los solenoides de éstas sean conectados a la fuente eléctrica por medio de
cables tipo banana.
•
En la plancha dos, donde se van a construir los circuitos eléctricos de control, se
recomienda usar una parrilla con orificios y a los componentes que van a ser colocados en
ella instalarle una base con patas, que permitan que los componentes queden bien sujetos
a la estructura.
•
Diseñar una estructura que permita colocar las mangueras del banco, de forma que éstas
no ocupen espacio en el estante, y sea mas fácil el acceso a ellas a la hora de construir los
circuitos hidráulicos.
•
Colocar una malla absorbente en la plancha que esta debajo de la parrilla donde se
construirán los circuitos hidráulicos para absorber las posibles fugas de aceite.
•
Se recomienda seguir con la fase siguiente del proyecto, que es la construcción del banco,
para que la Universidad pueda contar lo más pronto posible con un equipo que le permita
realizar prácticas de laboratorios relacionadas con la oleohidráulica.
REFERENCIAS
BIBLIOGRAFIACAS
Eugene A. Avallone, Theodore Baumeister III “Manual del inegeniero mecánico” Novena
edición. Editorial McGraw Hill.
Joaquín Santos, Apuntes de la materia “sistemas de control hidráulico” PS4321, dictada en el
período Abril-julio 2007.
Omar Pérez “Controladores lógicos programables” PS5315, dictada en el período SeptiembreDiciembre del 2007.
Parker Hannifin, Scharder Bellows “Hidráulica industrial”, Primera edición U.A.M
Azacapotzalco, pp. 12 (1995).
Potter Merle C., David C. Wiggert, “Mecánica de fluidos”, Segunda edición. Editorial Prentice
Hall, (1997).
Streeter Víctor L., E Benjamin Wyle, Keith W. Bedford, “Mecánica de fluidos”, Novena edición,
McGraw Hill, pp. 8 (2001).
Vickers Sperry, “Manual de oleohidráulica industrial” Segunda edición, Editorial Blume,
(1981).
Gustavo Rodríguez “Automatización neumática” MC4169 dictada en el período Abril-Julio 2007
174
Catálogos
ParFrame Structural Framing System (2000) Catalog 1815-1/USA, Ohio USA.
Parker Hannifin (2000) Industrial Hidraulic solutions guide, Ohio USA
Parker Hannifin (2000) Quick coupling products, Catalog 3800 USA, Ohio.
Parker Hannifin (2000) Hose, Fitting, and equipament Catalog 4400 USA, Ohio
Parker Hannifin (2000) PGP 500 Series Catalog 4400 USA, Ohio.
175
ANEXOS
176
Figura A.1 Hoja de selección de bomba y motor hidráulico
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
177
Figura A.2a Hoja de selección de válvula direccional manual
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
178
Figura A.2b Dimensiones de válvulas direccional manual
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
179
Figura A.3a Hoja de selección de válvulas direccionales eléctricas
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
180
Figura A.3b Hoja de selección de válvulas direccionales eléctricas.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
181
Figura A.3c Dimensiones de válvulas direccionales eléctricas.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
182
Figura A.4a Hoja de selección de sub-bases para válvulas direccionales.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
183
Figura A.4b Dimensiones de la sub-base para válvulas direccionales
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
Figura A.5a Dimensiones del cilindro.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
184
Figura A.5b Dimensiones de la rosca del vástago del cilindro.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
Figura A.5c Esquema del cilindro
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
Figura A.5d Esquema de la rosca del vástago.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
185
Figura A.5e Hoja de selección del cilindro.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
186
Figura A.6 Hoja de selección de válvulas direccional eléctricas
2 vías, 2 posiciones.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
187
Figura A.7 Hoja de selección de sub-base para válvulas de cartucho.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
188
Figura A.8a Hoja de selección de válvula accionada por leva.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
189
Figura A.8b Dimensiones de la válvula accionada por leva.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
190
Figura A.9a Hoja de selección de válvula reguladora de caudal.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
191
Figura A.9b Dimensiones de válvula reguladora de caudal.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
192
Figura A.10a Hoja de selección de válvula reguladora de caudal con presión compensada.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
193
Figura A.10b Dimensiones de válvula reguladora de caudal con presión compensada.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
194
Figura A.11 Hoja de selección de la válvula reguladora de caudal tipo cartucho.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
195
Figura A.12 Hoja de selección de la válvula reguladora de caudal tipo cartucho.
Con presión compensada
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
196
Figura A.13a hoja de selección de válvula reductora de presión.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
197
Figura A.13b Dimensiones de válvula reductora de presión.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
198
Figura A.14a Hoja de selección de válvula de contra balance.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
199
Figura A.14b Dimensiones de válvula de contra balance.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
200
Figura A.15a Hoja de selección de válvula de secuencia.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
201
Figura A.15b Dimensiones de válvula de secuencia.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
202
Figura A.16a Hoja de selección de sub-base para válvulas de control de presión
Tipo corredera.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
203
Figura A.16b Dimensiones de sub-base para válvulas de control de presión.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
204
Figura A.17 Hoja de selección de válvula reductora de presión tipo cartucho
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
205
Figura A.18 Hoja de selección de válvula de secuencia tipo cartucho
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
206
Figura A.19 hoja de selección de válvula de contra balance tipo cartucho.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
207
Figura A.20 Hoja de selección de válvula de freno tipo cartucho.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
208
Figura A.21 Selección de adaptador macho-hembra (SAE-NPTF)
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
209
Figura A.22 Adaptador macho-macho (NPTF)
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
Figura A.23 Codo acoplador macho-maccho (SAE-NPTF)
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
210
Figura A.24 Adaptador macho-hembra (SAE)
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
Figura A.25 Adaptador macho-hembra (NPTF)
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker.
211
Figura A.26 Acoplador rápido
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker
Figura A.27 Base del acoplador rápido.
Fuente: Guía de soluciones hidráulicas industriales, Parker