2.2.- Producción y distribución de potencia hidráulica:

FILTROS

Estos sistemas se emplean para el control de la contaminación por partículas sólidas de origen externo y las generadas internamente por procesos de desgaste o de erosión de las superficies de la maquinaria, permitiendo preservar la vida útil tanto de los componentes del equipo como del fluido hidráulico.

Los filtros pueden ser ubicados en las líneas de retorno, en la línea de presión, o en cualquier otra ubicación en el sistema donde el usuario del mismo decida que sea necesario para salvaguardar el sistema contra impurezas.

El propósito de la filtración no es solo prolongar la vida útil de los componentes hidráulicos, si no también evitar paradas producidas por la acumulación de impurezas en las estrechas holguras y orificios de válvulas y servo válvulas.

Los filtros son clasificados como de flujo pleno o total y flujo proporcional o parcial. En el tipo de filtro de flujo pleno o total, todo el fluido que ingresa a la unidad pasa a través del elemento filtrante, mientras que en el tipo de filtro de flujo proporcional, sólo una porción del fluido pasa a través del elemento.
2.2.1.-Tuberias, filtros, depositos, acumuladores, mangueras y uniones, sistemas de enfriamiento.

Filtro de flujo pleno

El filtro de flujo pleno proporciona una acción positiva de filtrado; sin embargo, el mismo ofrece resistencia al filtrado, particularmente, cuando el elemento de ensucia. El fluido hidráulico entra al filtro a través del puerto de entrada en el cuerpo y fluye alrededor del elemento de filtro dentro del vaso de filtro. El filtrado tiene lugar a medida que el fluido pasa a través del elemento de filtrado y hacia dentro del núcleo hueco, dejando la suciedad y las impurezas en la parte exterior del elemento de filtro.

El fluido filtrado luego circula desde el núcleo hueco a través del puerto de salida y hacia el interior del sistema.

FIGURA 1: Filtro hidráulico de flujo pleno

FIGURA 2: Descripción de un filtro

DEPÓSITOS O TANQUES 

La función natural de un tanque hidráulico o tanque de reserva es contener o almacenar el fluido de un sistema hidráulico. Un tanque de hidráulico almacena un líquido que no está siendo usado en un sistema hidráulico. El mismo además permite la extracción de los gases y materiales extraños del líquido.

Además de funcionar como un contenedor de fluido, un tanque también sirve para enfriar el fluido, permitir asentarse a los contaminantes y el escape del aire retenido.

Cuando el fluido regresa al tanque, una placa deflectora bloquea el fluido de retorno para impedir su llegada directamente a la línea de succión. Así se produce una zona tranquila, la cual permite sedimentarse a las partículas grandes de suciedad, que el aire alcance la superficie del fluido y da oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque.

La figura siguiente muestra algunas de las características de diseño de un tanque de reserva. El mismo debería ser alto y angosto en lugar de profundo y ancho. El nivel de aceite deberá estar tan alto como sea posible sobre la apertura de la línea de succión de la bomba. Esto evita que el vacío en la apertura de la línea cause efectos de remolino o vórtices, lo que significaría que el sistema está probablemente tomando aire. El aceite aireado no transmitirá potencia correctamente debido a que el aire es compresible. Al aceite aireado tiene una tendencia a deteriorarse y perder su habilidad de lubricación.

FIGURA 3: Descripción de un tanque hidráulico

FIGURA 4: Tanque hidráulico

ACUMULADORES

Un acumulador consiste en un depósito destinado a almacenar una cantidad de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presión mediante una fuerza externa.

El fluido hidráulico bajo presión entra a las cámaras del acumulador y hace una de estas tres funciones: comprime un resorte, comprime un gas o levanta un peso, y posteriormente cualquier caída de presión en el sistema provoca que el elemento reaccione y fuerce al fluido hacia fuera otra vez.

Funciones:

• ·         Complementa el flujo de la bomba
• ·         Elimina fluctuaciones de presiones
• ·         Mantiene la eficiencia del sistema
• ·         Suministra potencia en emergencia
• ·         Compensa pérdidas
• ·         Absorbe choques hidráulicos

Los acumuladores, en los cilindros hidráulicos se pueden aplicar como:

• ·         Acumulador de energía
• ·         Anti golpe de ariete
• ·         Anti pulsaciones
• ·         Compensador de fugas
• ·         Fuerza auxiliar de emergencias
• ·         Amortiguador de vibraciones
• ·         Transmisor de energía de un fluido a otro

Acumuladores de contrapeso

El acumulador cargado por peso, ejerce una fuerza sobre el líquido almacenado, por medio de grandes pesos que actúan sobre el pistón o émbolo. Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado, como hierro, concreto e incluso agua. Es el único tipo de acumulador en que la presión se mantiene constante, hasta que la cámara del acumulador quede prácticamente vacía.

                                                          

Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamaño; en algunos casos su capacidad es de varios cientos de litros. Pueden prestar servicio a varios sistemas hidráulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en fábricas y sistemas hidráulicos centrales.

FIGURA 5: Acumuladores de contrapeso

Acumuladores de resorte

En los acumuladores cargados por resorte, la fuerza se aplica al líquido almacenado por medio de un pistón sobre el cual actúa un resorte. Suelen ser más pequeños que los cargados por peso y su capacidad es de sólo algunos litros. Usualmente dan servicio a sistemas hidráulicos individuales y operan a baja presión en la mayoría de los casos.

Mientras el líquido se bombea al interior del acumulador, la presión del fluido almacenado se determina por la compresión del resorte. Si el pistón se moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte, la presión almacenada sería mayor que en el caso de un resorte comprimido tan sólo cuatro pulgadas.

FIGURA 6: Acumuladores de resorte

Acumulador de pistón

Un acumulador de tipo pistón consiste en un cuerpo cilíndrico y un pistón móvil con sellos elásticos. El gas ocupa el volumen por encima del pistón y se comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo cilíndrico. Al salir el fluido del acumulador la presión del gas desciende. Una vez que todo el líquido ha sido descargado, el pistón alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendo el gas dentro del acumulador.

Aplicaciones hidráulicas en que es necesaria una gran cantidad de fluido para efectuar el trabajo pero este se realiza solo intermitentemente en el ciclo de la máquina.

FIGURA 7: Acumulador de pistón

Acumulador de Diafragma

El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metálicos atornillados juntos, pero cuyo volumen interior se halla separado por un diafragma de hule sintético, el gas ocupa el hemisferio superior. Cuando el fluido entra en el espacio inferior, el gas se comprime. Al descargar todo el líquido, el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del acumulador.

Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequeños y presiones medias.

FIGURA 8: Acumulador de diafragma

Acumulador de vejiga

El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo interior se encuentra una vejiga de hule sintético que contiene al gas. Cuando el fluido entra al interior del casco, el gas en la vejiga se comprime.

La presión disminuye conforme el fluido sale del casco, una vez que todo el líquido ha sido descargado, la presión del gas intenta empujar la vejiga a través de la salida del acumulador. Sin embargo, una válvula colocada encima del puerto de salida, interrumpe automáticamente el flujo cuando la vejiga presiona el tapón de la misma.

FIGURA 9: Acumulador de vejiga

2.2.2.- Calculo de fuerza, presión, potencia, caudal.

FUERZA

La fuerza es una magnitud derivada de la aplicación de la “Ley de Newton”.

Fuerza = Masa x aceleración

En el (S.I.), la unidad es el Newton (N)

En el (S.T.), la unidad es Kilopondio (Kp), que es la fuerza que ejerce 1Kg a

nivel del mar.

PRESIÓN

La presión (p), es la magnitud resultante del cociente entre una fuerza (F) y la

superficie sobre la que apoya (S).

La unidad (S.I.) de presión es el Pascal (Pa)

Como esta unidad es muy pequeña, se emplean múltiplos de esta:

En el (S.T.), la unidad es la atmósfera técnica (at)

Otras unidades utilizadas son la atmósfera física (atm), el metro de columna de agua (mca), el milímetro de columna de mercurio o Torricelli (Torr).

En el “Sistema Inglés” se utiliza como unidad de presión la libra por pulgada cuadrada (psi).
Las equivalencias entre estas unidades se muestran en la tabla siguiente:

Todos los trabajos con energía neumática, se realizan dentro de la masa del propio gas y éste en estado libre, somete a todos los elementos que están en su interior a una presión variable con la altura y con las condiciones ambientales, que denominamos presión atmosférica. Su valor a nivel del mar es de 1,033 Kp/cm2 (1atm).

A la presión medida a partir de la atmosférica, se le llama presión relativa o manométrica.

A la medida a partir del vacío absoluto, se le llama presión absoluta.

La presión medida desde la atmosférica hacia el vacío absoluto, tiene un valor negativo y se le denomina depresión.

La presión atmosférica se mide con barómetros, la relativa con manómetros y la depresión con vacuómetros.

CAUDAL
El caudal (Q) es la magnitud derivada del cociente entre el volumen (V) y el tiempo(t).

La unidad (S.I.) es el metro cúbico/segundo (m3/s). En cálculos neumáticos la unidad de caudal más utilizada es el litro/minuto en condiciones normales (Nl/min).

Un litro de aire se considera que está en condiciones normales cuando su masa ocupa un volumen de un litro, a 0ºC y a presión atmosférica.

POTENCIA
Potencia (P) es la magnitud resultante del cociente entre la energía (E) y el tiempo(t). También se cumple que la potencia es igual al caudal (Q) por la presión (p)

La unidad (S.I.) de potencia es el Watio (w)

1 Watio = 1 Pascal x 1 m3/s

Otras unidades utilizadas son:

1 Kilowatio (Kw) =103 w

1 Caballo de vapor (cv) = 736 w

1cv = 0,736 Kw ; 1 Kw = 1,36 cv

2.2.3.- Tipos de tuberias y calculo del espesor de la pared del conducto y seleccion de sutamaño.

Mangueras hidráulicas

Recomendaciones de instalación:

• a.       Recuerde que los flexibles sometidos a trabajo sufren una elongación o estiramiento entre un 2% a 4% de su longitud inicial, por lo que se recomienda dejarlos de un largo apropiado.
• b.      Siempre se debe mantener un radio de curvatura lo más amplio posible, con el fin de evitar el colapso o  restricción del fluido.
• c.       Evite al instalar un flexible que este quede con alguna torcedura, por lo cual tome algún punto como referencia .
• d.      Evite el contacto o el roce entre flexibles para que no produzcan desgastes de las superficies, para lo cual se recomienda el uso de adaptadores, codo o curvas apropiados.
• e.      Procure evitar el contacto con pieza móviles o fuentes de calor, por ejemplo el tubo de escape, cardan.
• f.        Los flexibles deben tener la longitud apropiada para que cumplan con su función de “flexible”.

FIGURA 10: Mangueras

Selección del diámetro interior de la manguera (caudal  y velocidad)

FIGURA 11:

Esta gráfica se utiliza para determinar el diámetro interno de la manguera que se necesita para cumplir con el caudal y requerimientos de velocidad.