Unidad4.doc

Mandos Hidráulicos

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Estructura de un sistema Hidráulico Módulo II

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Mandos Hidraulicos

INDICE MODULO II UNIDAD 4: UNIDAD 5:

SISTEMAS HIDRAULICOS COMPONENTES Y CIRCUITOS BASICOS

INDICE INTRODUCCION: OBJETIVOS:

UNIDAD 4: 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

SISTEMAS HIDRAULICOS

SISTEMAS HIDRAULICOS DE ACCIONAMIENTO MANUAL SISTEMAS HIDRAULICOS DE ACCIONAMIENTO POR MOTOR ELECTRICO REPRESENTACION DE UN CIRCUITO HIDRAULICO BASICO PARTES DE UN SISTEMA HIDRAULICO FLUJO ENERGETICO ¿PORQUE LOS CAMBIOS ENERGETICOS? EFICIENCIA TOTAL DE UN SISTEMA HIDRAULICO POTENCIA ELECTRICA, HIDRAULICA Y MECANICA EFICIENCIAS. DIAGRAMA DE SANKEY

UNIDAD 5: 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

MODULO II MODULO II

COMPONENTES Y CIRCUITOS BASICOS

SISTEMA HIDRAULICO TIPOS, NOMENCLATURA SISTEMA HIDRAULICO ABIERTO SISTEMAS TIPICOS MANDO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO MANDO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO SISTEMA HIDRAULICO CERRADO COLORES NORMALIZADOS DE PRESION

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TECSUP – Campus Virtu@l MODULO II

INTRODUCCION

Este módulo II “ESTRUCTURA DE UN SISTEMA HIDRAULICO ” consta de dos unidades. En la unidad 4 “SISTEMAS HIDRAULICOS”se destaca el esquema básico de un sistema hidráulico. Se pone énfasis a los sistemas de accionamiento manual debido a la diversidad de aplicaciones en gatas y prensas en nuestro medio y es de vital importancia debido a la forma singular como se enfoca la evolución de sistemas hidráulicos de uso muy común. En esta misma unidad se hace referencia al flujo energético, ello nos permitirá conocer las razones del porque se utilizan sistemas hidráulicos, en una aplicación específica. La unidad 5 correspondiente a los “COMPONENTES Y CIRCUITOS BÁSICOS” se muestran los tipos de sistemas que existen, cuales son sus características y aplicaciones, y los sistemas básicos para el mando de un cilindro de simple y doble efecto así como para el mando de un motor de giro en un solo sentido y en doble sentido.

OBJETIVOS MODULO II

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      

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Reconiocer las partes principales de un sistema hidráulico. Mostrar esquemas comunes de sistemas oleohidráulicos de accionamiento manual. Definir las razones energéticas del uso de un sistema oleohidráulico. Mostrar circuitos básicos de mandos hidráulicos. Describir y representar un sistema hidráulico abierto. Describir y representar un sistema hidroestático. Reconocer y representar con colores normalizados las representaciones de las presiones en un plano hidráulico.

“SISTEMAS OLEOHIDRAULICOS” 1.0

SISTEMAS HIDRAULICOS DE ACCIONAMIENTO MANUAL

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UNIDAD 4

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Veamos que elementos conforman un circuito oleohidráulico elemental de accionamiento manual pero de uso muy común:

SISTEMA BÁSICO: Multiplicador de fuerzas Hidráulico

SISTEMA CON PALANCA Multiplicador de fuerzas mecánico y multiplicador de fuerzas hidráulico

SISTEMA PARA SOSTENER LA CARGA y DESPLAZARSE EN FORMA CONTINUA Utilizando antiretorno

válvulas

SISTEMA CON VALVULA DE DESCARGA Permite el retorno del pistón de simple efecto

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debido a su propio peso o a una fuerza externa. Este es el esquema típico de una gata hidráulica.

SISTEMA CON VALVULA LIMITADORA DE PRESION Sistema muy frecuente, con válvula limitadora de presión o válvula de seguridad. Se utiliza en prensas, montacargas, etc.

SISTEMA CON BOMBA DE PISTON DE DOBLE EFECTO. La carga asciende tanto con la carrera de arriba hacia abajo como con la carrera de abajo hacia arriba de la bomba manual.

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SISTEMA HIDRAULICO, tiene:  Bomba de un pistón de accionamiento manual de doble efecto.  Válvula de control de máxima presión ( válvula limitadora de presión ).  Válvula de distribución de caudal 4/3 de accionamiento manual y centrado por muelles.  Actuador: pistón de doble efecto. Veamos como debe actuar la válvula distribuidora para que salga el pistón:

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Veamos como debe actuar la válvula distribuidora para que entre el pistón:

2.0

SISTEMA HIDRAULICO DE ACCIONAMIENTO POR MOTOR ELECTRICO. Si reemplazamos la bomba de accionamiento manual por una bomba accionada por un motor eléctrico o un motor de combustión interna ( motores gasolineros o petroleros ) para obtener un “flujo continuo” de caudal tendremos un sistema hidráulico básico como el que se muestra a continuación:

M

3.0

REPRESENTACION DE UN CIRCUITO HIDRAULICO BASICO 8

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El circuito mostrado anteriormente se representa simbólicamente (norma DIN 1219) :

M

Esquematicamente :

A

B

P

4.0

T

PARTES DE UN SISTEMA HIDRAULICO

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Un sistema hidráulico estático tiene las siguientes partes: a) BOMBA: Unidad de Transformación de Energía mecánica en Energía de Fluido. La energía mecánica es el movimiento rotacional que entrega el motor eléctrico al eje de la bomba y la energía de fluido básicamente esta constituida por presión y caudal. b) CONTROL DE PRESION Y CAUDAL: Constituido en este caso por las válvulas limitadora de presión y la válvula distribuidora 4/3. c) ACTUADOR: Constituido por el cilindro el cual es un conversor de energía de fluido en energía mecánica (movimiento lineal que desplaza una fuerza, es decir que realiza un trabajo). 5.0

FLUJO ENERGETICO Esta identificación de las partes permite distinguir el flujo energético en un sistema hidráulico: a ) TRANSFORMACION DE ENERGIA MECANICA EN ENERGIA HIDRAULICA. b ) CONTROL DE LA ENERGIA HIDRAULICA. c ) TRANSFORMACION DE LA ENERGIA HIDRAULICA EN ENERGIA MECANICA.

CONVERSOR DE ENERGIA DE FLUIDO EN ENERGIA MECANICA : ACTUADORES

CONTROLDE ENERGIA : VALVULAS DE CONTROL DE PRESION YCAUDAL

CONVERSOR DE ENERGIA MECANICAEN ENERGIA DE FLUIDO : BOMBA

M

6.0

¿PORQUE LOS CAMBIO ENERGETICOS?

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El cuadro mostrado nos sugiere la siguiente pregunta: ¿Porqué pasar de la energía mecánica en el eje del motor a la energía hidráulica ( de fluido ) y luego nuevamente a energía mecánica? 1. Porque los motores: eléctrico o de combustión interna dan alta velocidad angular pero bajo torque: El motor eléctrico sincrono gira a 3600, 1800, 1200 o 900 rpm El motor de combustión interna gira en ramentí a 500, 800, 1500 rpm Por lo tanto si queremos bajas velocidades y altos torques tenemos tres posibilidades:  Reductor mecánico de velocidades: Cajas mecánicas con engranajes, poleas fajas, etc.  Controlador eléctronico de velocidades.  Sistemas hidráulicos. 2. Los motores: eléctrico o de combustión interna dan velocidad angular y se requiere velocidades lineales. Para la transformación tenemos:  Rueda dentada, cremallera.  Cadenas, fajas.  Sistemas hidráulicos. En ambos casos los sistemas oleohidráulicos son una buena alternativa considerando las siguientes ventajas:  Flexibilidad mecánica.  Fácil control.  Alta potencia transmitida. Además debemos considerar las ventajas citadas en el capítulo anterior. 7.0

EFICIENCIA TOTAL DE UN SISTEMA OLEOHIDRAULICO También debemos considerar que estos cambio energético están asociados a una degradación de la energía debido a las pérdidas, manifestadas en forma de calor, cuya cuantificación podemos evaluarla a través de la eficiencia total de un sistema hidráulico. SISTEMA HIDRAULICO   0,30  0,70

El uso de bombas de caudal variable ha hecho posible una importante mejora de la eficiencia total del sistema hidráulico. Convencionalmente ha sido del 40 %, pero actualmente se cuenta con sistemas con eficiencias del 60 % al 70 %. 8.0

POTENCIA ELECTRICA, HIDRAULICA Y MECANICA Comúnmente se emplea el término de Potencia como un sinónimo de Energía ( Tome en cuenta que la Energía es el producto de la Potencia por el tiempo ) . P

E t

Es importante conocer su evaluación en cada caso: Si el motor que acciona a la bomba es eléctrico: La potencia (eléctrica) que recibe el motor eléctrico ( monofásico ) esta dado por: PRECIBE

MOTOR ELECTRICO 1

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 U .I .Cos

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Si el motor eléctrico es trifásico, la potencia que recibe esta dado por: PRECIBE

MOTOR ELECTRICO 3

3.U .I .Cos



Si el motor que acciona a la bomba es de combustión interna: P RECIBE

.

MOTOR COMBUSTION INTERNA

 m .Poder Calorifico

Luego: La potencia que recibe la bomba es la POTENCIA DEL MOTOR: ( es la potencia mecánica que entrega el motor eléctrico o de combustión interna) PRECIBE

BOMBA

 M E . E

La potencia que entrega la bomba al sistema hidráulico o POTENCIA DE LA BOMBA es:  p1 .Q1

MOTOR COMBUSTION INTERNA

.

P

 m .Poder Calorifico E

QUIMICA

E

P RECIBE

BOMBA

OLEOHIDRAULICA

PENTREGA

MOTOR COMBUSTION INTERNA

M E

E

PENTREGA BOMBA  p1.Q1 MECANICA

PRECIBE BOMBA  M E . E ELECTRICA

M

PRECIBE MOTOR ELECTRICO1  U.I .Cos PRECIBE MOTORELECTRICO3

P

MOTOR ELECTRICO

 3.U.I .Cos

La potencia (hidráulica) que entrega el sistema de control al actuador: PENTREGA SISTEMA DE CONTROL  p2 .Q2

La potencia que recibe el actuador es: PRECIBE EL ACTUADOR  p.Q2

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La potencia (mecánica) que entrega el cilindro hidráulico: PENTREGA CILINDRO  F .v

La potencia (mecánica) que entrega el motor hidráulico: PENTREGA MOTOR HIDRAULICO  M A . A

E

PRECIBE

EL ACTUADOR

 p.Q2

E

p2

oleohidráulica

Q

2

Potencia que entrega cilindro

PENTREGA

p3

CILINDRO

 F .v

p2

PENTREGA SISTEMA DE CONTROL  p2 .Q2

E

mecánica

Q oleohidráulica

2

E

mecánica

PRECIBE EL ACTUADOR  p.Q2 p3

Potencia que entrega motor oleohidráulico

PENTREGAMOTOR HIDRAULICO  M A . A

9.0

EFICIENCIAS. DIAGRAMA DE SANKEY Cada parte del sistema presenta un promedio de pérdidas por lo que se puede definir las siguientes eficiencias:

 BOMBA 

PENTREGA BOMBA PRECIBE BOMBA

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SISTEMA CONTROL HIDRAULICO 

 ACTUADOR 

PENTREGA SISTEMA CONTROL HIDRAULICO PENTREGA BOMBA

PENTREGA ACTUADOR PRECIBE ACTUADOR

Los valores promedios de éstas eficiencias se encuentran en el siguiente diagrama de SANKEY:

70 - 75 % POTENCIA DE SALIDA

5 - 10 % CILINDROS MOTORES 10 % VALVULAS TUBERIAS

10 % BOMBA

5 % MOTOR ELECTRICO

M POTENCIA DE ENTRADA POTENCIA ELECTRICA

Ejemplo: Para el siguiente diagrama: 1. Calcular la presión p ( bar ). 2. Calcular el torque de un motor ( N – m )

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TECSUP – Campus Virtu@l p

250 bar Q = 10 GPM

D.V .  50 cm 3

220 V 25 HP

M

TMOTOR  85 %

TBOMBA  90 % n  1800 rpm

T ( N-m ) TORQUE

10 bar

Solución: 1. Cálculo de la presión: BOMBA 

PBOMBA PMOTOR

PMOTOR  25 HP PBOMBA 

p *Q 600

Reemplazando los datos en estas relaciones tenemos: p = 266 bar. 2. Cálculo del torque: MOTOR 

PMOTOR PHIDRAULICA

PHIDRAULICA 

p * Q 600

PMOTOR  T *  2 * * n 60 Q n  757 rpm D.V .

 

Reemplazando los datos en estas relaciones tenemos: T = 162 N - m

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