Manual de Vickers

8/17/2019 Manual de Vickers

1/56


2/56

PREFACIO

Como muchas de las ramas de ingeniería, la hidráulica es antigua y moderna. Por ejemplo,el uso de la rueda de agua es tan antiguo que su invención precede la escritura de lahistoria. Por otro lado, el uso del fluido bajo presión para transmitir potencia y para

controlar movimientos intrincados, es relativamente moderna y ha tenido su desarrollo masgrande en las ultimas dos o tres décadas. a generación de potencia, la rama de hidráulicarepresentada par la rueda de agua, no nos concierne ahora. a maquina de vapor, el motor de combustión interna, el motor eléctrico y la turbina de agua, todas han desempe!ado untrabajo admirable al suministrar potencia motri". #in embargo, a cada una le falta elmecanismo para dirigir esta potencia para trabajo $til. %& propósito de este manual es elestudiar el usa de los fluidos bajo presión en la transmisión de potencia o movimiento bajocontrol preciso.

' menudo se nos ha preguntado (por que es la &ndustria )idráulica necesaria cuandotenemos disponible las bien conocidas ramas de &ndustria *ecánica, +eumática y%léctrica

%sto es porque un liquido confinado es de los medios mas versátiles, para modificar movimientos y transmitir potencia. %s tan resistente como el acero, además, infinitamentefle-ible. Cambia de forma para adaptarse al cuerpo que resiste su empuje, se puede dividir en partes, cada parte haciendo el trabajo a su medida y puede ser reunido para que trabajecomo conjunto.#e puede mover rápidamente a lo largo de una parte y despacio en la otra. +o hay otromedio que combine el mismo grado de positividad, e-actitud y fle-ibilidad, manteniendo lahabilidad de transmitir un má-imo de potencia en una mínima de volumen y peso.as leyes de física que dominan los fluidos son tan simples como la mecánica de soidos ymas simples que las leyes de la electricidad. el vapor o los gases. %l uso de ingeniería engeneral y particularmente la hidráulica ha logrado el final de la e-pansión de la potenciamental y física del hombre para lograr que un trabajo se haga con precisión, mas rapide" ycon menor desgaste de la energía humana.'unque este manual este dedicado principalmente a manejo y mantenimiento del equipo/ic0ers, incluye capítulos generales que cubren las bases de la hidráulica y todo tipo de bombas, motores y controles. %& equipo /ic0ers mencionado esta limitado alas seriesrepresentativas com$nmente encontradas en las herramientas de la maquinaria industrial.%n los a!os recientes, se han tratado de establecer estándares en la mayoría de las fases dea industria1 %n la rama hidráulica probablemente el esfuer"o mas significativo en estesentido fue empe"ado par la 2oint &ndustry Conference 32 .&.C.4. a 2oint &ndustryConference estaba compuesta por varias asociaciones industriales reconocidas, interesadasen establecer los estándares industriales que promoverán seguridad para el personal,facilitaran el mantenimiento y aumentaran la vida de servicio de las herramientas y equipo.5a que sus recomendaciones publicadas fueron recibidas tan favorablemente en la rama dehidráulica, los esfuer"os los continuo la 'merican #tandars 'ssociation 3'#'4 encombinación con la +ational 6luid Po7er 'ssociation.%l nombre de '#' recientemente se ha cambiado par el 'merican +ational #tandars&nstitute 3'.+.#.&.4.

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA 8


3/56

os estándares establecidos para símbolos gráficos y las claves de los colores del fluido y la presión han sido usados a través de este manual. %l significado de los símbolos es discutidoen el Capitulo 8 y el 'péndice &&. a clave de color usados en los componentes pictóricos yen las líneas hidráulicas es como sigue9

:ojo 6uncionamiento o sistema de presión.

'"ul 6lujo de retorno.

/erde #ucción o drenaje.

'marillo 6lujo controlado.

'naranjado Presión reducida, presión piloto o presión de carga.

*orado Presión intensificada.

;lanco 6luido inactivo

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA


4/56

&+=:>?@CC&>+ ' ' )&?:'@&C'

%l estudio de la )idráulica tiene que ver con el uso y características de líquidos. ?esde

siempre, el hombre ha usado líquidos para suavi"ar su carga.%l hombre de las cavernas flotaba rió abajo, sobre le!os amarrados con lianas enroscadas.as anotaciones mas antiguas de la historia muestran que artículos tales como bombas yruedas de agua eran conocidas en tiempos muy remotos. #in embargo, hasta el #iglo A fueque la rama de la hidráulica, con la que vamos a trabajar, se empe"ó a usar. %l principiodescubierto por el científico francés Pascal.

?ice9

a presión aplicada a un fluido confinado se transmite sin disminución de fuer"a en todasdirecciones y act$a con fuer"a igual y en áreas iguales en los ángulos correspondientes.

%ste precepto e-plica porque una botella de vidrio completamente llena se romperá si setrata de tapar.%l liquido es prácticamente incomprensible y transmite la fuer"a aplicada al tapón a travésdel recipiente. 36ig. B4 %& resultado es una fuer"a e-cesivamente mayor sobre un áreasuperior a la del tapón. 'unque es posible que se rompa la base de la botella al empujar eltapón con fuer"a moderada.


CAPITULO 1


5/56

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA D


6/56

Probablemente la simplicidad de la ley de Pascal evito que los hombres desarrollaran sutremendo potencial por mas de dos siglos. %n los primeros pasos de la :evolución&ndustrial, un mecánico ingles llamado 2oseph ;ramah utili"o el descubrimiento de Pascalal hacer una prensa hidráulica.

;ramah decidió que si una fuer"a peque!a en un área peque!a podría crear una fuer"a, proporcionalmente podría crear una fuer"a mas grande en un área mayor, el $nico limite auna fuer"a que una maquina puede ejercer lo determina el área a la cual la presión esaplicada.a figura B8 muestra como ;ramah aplico el principio de Pascal en una prensa hidráulica.a fuer"a aplicada es la misma del tapón de botella en la figura B y el pistón tiene lamisma área de una pulgada cuadrada. #in embargo un pistón mas grande tiene un áreacuadrada de E pulgadas cuadradas. %l pistón mas grande es empujado con E libras defuer"a por pulgada cuadrada por eso puede soportar un peso o fuer"a total de EE libras. #e puede ver fácilmente que las fuer"as o pesos que lo balancearan con este aparato son proporcionales a las áreas del pistón. ?e modo que, si el empuje del área del pistón es de8EE pulgadas cuadradas, la fuer"a producida será de 8EEE libras 3Considerando el mismoempuje de E libras en cada pulgada cuadrada4. %sta es la base del funcionamiento de la palanca hidráulica así como la de la prensa hidráulica.

%s interesante notar la similitud entre una prensa sencilla y una palanca mecánica 3vista ;4.'sí como Pascal dijo anteriormente Baquí tenemos otra ve", fuer"a es a fuer"a, comodistancia es a distancia.

DEFINIENDO PRESION

Para poder determinar la fuer"a total ejercida en una superficie, es necesario saber la presión o fuer"a en la unidad del área. +ormalmente e-presamos esta presión en ibras Por Pulgada Cuadrada Psi. Conociendo la presión y el numero de pulgadas cuadradas del áreaen la que se esta ejerciendo la fuer"a se puede fácilmente determinar la fuer"a total.

36uer"a en ibras F Presión en Psi G Hrea en Pulg. Cuadradas4.

CONSERVANDO LA ENERGIA

a ley fundamental de los físicos dice que la energía no se puede crear o destruir. amultiplicación de la fuer"a en la figura B8 no es el obtener algo para nada. %l pistón masgrande se mueve solamente por el despla"amiento del liquido por medio de un peque!o pistón haciendo que la distancia que cada pistón se mueve sea inversivamente proporcionala su área 36ig. B


7/56

o que se gana en fuer"a se debe sacrificar en distancia o velocidad.

TRANSMISION DE POTENCIA HIDRÁULICA

a hidráulica ahora se puede definir como un medio de transmitir potencia al empujar sobreun liquido confinado. %l componente de empuje de entrada del sistema se llama una bombay el empuje de salida es un actuador.Para simplificar las cosas hemos mostrado un peque!o pistón sencillo, la mayoría de las bombas de potencia dirigida necesitaran muchos pistones, paletas o engranes seg$n los desus elementos de bombeo. os actuadores son lineales, como el cilindro mostrado, orotatorio como los motores hidráulicos. 36ig. B4.%l sistema hidráulico no es una fuente de energía. a fuente de energía es el primer impulsor tales como un motor eléctrico o un motor que impulse la bomba. %l lector se

preguntara (Por qué no olvidar la hidráulica y acoplar el mecanismo mecánico directamenteal primer impulsor a respuesta es la versatilidad del sistema hidráulico, el cual da lasventajas sobre otros métodos para transmitir potencia.

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA A


8/56

LAS VENTAJAS DE LA HIDRÁULICA

/elocidad /ariable. a mayoría de los motores eléctricos trabajan a una velocidadconstante. =ambién es deseable operar una maquina a una velocidad constante. #inembargo, el actuador 3lineal o rotatorio4 de un sistema hidráulico puede ser dirigido a

infinidad de velocidades variables al variar el abastecimiento de la bomba o usando unaválvula de control de flujo 36ig. BD4.

:eversible. 'lgunos de los primeros impulsores son reversibles. 5 esos que son reversiblesnormalmente se les baja la velocidad hasta un paro total antes de invertirlos. @n actuador hidráulico puede ser invertido en plena operación sin que se da!e. @na válvula direccionalde cuatro pasos, 36ig. BI4 o una bomba reversible pueden dar el control de inversión,mientras que una válvula de alivio de presión protege los componentes del sistema de presión e-cesiva.

Protección de #obrecarga. a válvula de alivio de presión en un sistema hidráulico lo protege del da!o que causa la sobrecarga. Cuando la carga e-cede el ajuste de la válvula, elabastecimiento de la bomba es dirigido al tanque con limites definidos de acuerdo a latorsión o fuer"a de salida. a válvula de alivio de presión también da los medios paraajustar una maquina para una cantidad especificada de torsión o fuer"a, como en laoperación de sujetar o abra"ar una pie"a.

Paquetes Peque!os. os componentes hidráulicos. a causa de sus altas velocidades y lacompatibilidad de su presión, pueden dar una alta fuer"a de salida siendo estos muy peque!os y ligeros.

Pueden ser Parados. Parar un motor eléctrico causaría da!os o fundiría un fusible.&gualmente las maquinas no se pueden parar sin la necesidad de volverlas a prender. #inembargo, un actuador hidráulico puede ser parado sin causar da!os cuando estesobrecargado y arrancara inmediatamente cuando le redu"can la carga. *ientras este parado, la válvula de alivio simplemente desviara el abastecimiento de la bomba al tanque.a $nica perdida causada será el desperdicio de caballos de fuer"a.

ACEITE HIDRAULICO

Cualquier liquido es esencialmente incomprensible y por eso transmite la fuer"ainstantáneamente en un sistema hidráulico. Por cierto, el nombre de hidráulico viene de la palabra Jriega hidros que quiere decir agua y aulos que quiere decir tubo. a primera prensa hidráulica ;ramah y algunas de las prensas en servicio hoy, usan agua como mediode transmisión.

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA K


9/56

#in embargo, el liquido mas com$nmente usado en los sistemas hidráulicos es el aceite de petróleo. %l aceite transmite la potencia fácilmente porque es muy poco compresible. %ste secomprimirá, un medio del uno por ciento en una presión de EEE Psi, mínima cantidad en la

mayoría de los sistemas.a propiedad mas deseada del aceite es su habilidad de lubricación. %l liquido hidráulicodebe lubricar la mayoría de las partes móviles de dos componentes.

PRESION EN UNA COLUMNA DE FLUIDO

%l peso de un volumen de aceite varia de grado, como su viscosidad 3espesor4. #inembargo, la mayoría del aceite hidráulico pesa de DD a DK libras por pie c$bico en porcentajes de operación normales.@na consideración importante del peso del aceite es el efecto de este en la entrada de la bomba. %l peso del aceite causara una presión de E. Psi, mas E menos, al fondo de unacolumna de aceite de un pie. 36ig. BA4. Por cada pie adicional de peso, este será . Psi mas.'sí que, para estimar la presión de cualquier columna de aceite, simplemente multiplique loalto por . Psi.Para aplicar este principio, considere en donde esta el deposito de aceite arriba o abajo de laentrada del abastecimiento de la bomba. 36ig. BK4. Cuando el nivel del deposito de aceiteesta mas arriba de la entrada de la bomba, se tiene una presión positiva para for"ar el aceitedentro de la bomba. #in embargo, si la bomba esta locali"ada arriba del nivel del aceite, unvació equivalente a . Psi por pie se necesita, para LlevantarL el aceite a la entrada de la bomba. :ealmente el aceite no es LlevantadoL por el vació, ya que es for"ado por la presiónatmosférica dentro del vació creado a la entrada de la bomba, cuando la bomba estafuncionando. %l agua y varios fluidos hidráulicos resistentes al fuego son mas pesados queel aceite, y por eso requieren mas vació por pie para levantarlos.

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA M


10/56

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA E


11/56



12/56



13/56

LA PRESION ATMOSFERICA CARGA LA BOMBA.

+ormalmente la entrada de la bomba se carga con aceite por medio de la diferencia de

presión entre el deposito y la entrada de la bomba. @sualmente la presión en el deposito, es presión atmosférica, que es de .A Psi en un medidor absoluto. %ntonces es necesario tener un vació parcial o reducir la presión a la entrada de la bomba para crear flujo.

a figura BM muestra una situación típica para una bomba hidráulica de palanca, la cual essimplemente un pistón reciproco. %n el golpe de entrada, el pistón crea un vació parcial enla cámara bombeadora.

a presión atmosférica en el deposito empuja el aceite dentro de la cámara, para llenar elhueco.3%n una bomba rotatoria el bombeo sucesivo de las cámaras aumenta en tama!o cadave" que pasan por la entrada, creando efectivamente una condición idéntica en el hueco4.

#i fuese posible LjalarL un completo vació a la entrada de la bomba, ahí habría disponibles.A Psi. Para empujar el aceite hacia dentro. #in embargo, prácticamente la diferencia de presión disponible debería ser mucho menor.

Por una cosa, los líquidos se vapori"an en un vació. %sto pone burbujas de gas en el aceite.as burbujas pasan a través de la bomba, estallando con fuer"a considerable, cuando seencuentran con una carga de presión en la salida y causan da!o y desajustan elfuncionamiento de la bomba y reducen su duración.



14/56

'un teniendo el aceite buenas características de presión evaporadora 3como son casi todoslos aceites hidráulicos4 una línea de entrada de presión muy baja 3alto vació4 permite que elaire se disuelva en el aceite que va de salida. %sta me"cla del aceite también choca cuando

es e-puesto a cargas de presión y causa el mismo da!o de la cavitación.&mpulsando la bomba a una muy alta velocidad aumenta la velocidad en la línea de entraday consecuentemente aumenta la condición de baja presión, mas adelante aumentando la posibilidad de cavitación.#i los ajustes de la línea de entrada no están bien apretados, el aire puede ser for"ado dentrode el área de mas baja presión de la línea por la presión atmosférica y ser arrastrado dentrode la bomba. %sta me"cla de aire y aceite puede causar problemas y ruido también, pero esdiferente ala cavitación.Cuando se e-pone a presión en la salida de la bomba, este aire adicional es comprimido aque forme el efecto de un cojín, y no e-plote con violencia. %ste no es disuelto en el aceite pero pasa a través del sistema en forma de burbujas comprimibles lo que causa que elfuncionamiento de la válvula y el actuador sean erróneos.

a mayoría de los fabricantes de bombas recomiendan un vació no mayor de D pulgadas demercurio 3pulg. )g4 el equivalente de mas o menos 8.8 Psi. 'bsoluto en la entrada de la bomba. Con la presión atmosférica de .A Psi en el deposito, esto deja solamente 8 N8 Pside diferencia de presión para empujar el aceite dentro de la bomba. @n levantamientoe-cesivo debe ser evitado y las líneas de entrada de la bomba debieran permitir que elaceite fluya con la menor resistencia.



15/56



16/56

EL DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE LA BOMBA CREA FLUJO.

a mayoria de las bombas usadas en los sistemas hidráulicos están clasificadas como dedespla"amiento positivo. %sto quiere decir que, e-cepto para cambios en eficiencia, elrendimiento de la bomba es constante sin importar la presión. a salida esta positivamentesellada desde la entrada, para que así lo que entre sea for"ado hacia fuera por el orificio desalida.%l $nico propósito de la bomba es el de crear flujo1 la presión es causada por la resistenciadel flujo. 'unque la tendencia com$n es culpar a la bomba de perdida de presión, con pocase-cepciones la presión se puede perder solamente cuando hay un paso de fuga que desviaratodo el flujo de la bomba.Para ilustrarlo, supongamos que una bomba de E galones por minuto 3gpm4 se usa paraempujar el aceite bajo un pistón de E pulgadas cuadradas y levantar KEEE libras de carga3figura BE4. Cuando se esta levantando la carga o soportándola por el aceite hidráulico, la presión debe de ser de KEE Psi.'unque un agujero en el pistón permitiera una fuga de M N8 gpm a KEE Psi, la presión semantendrá.Con solo N8 gpm disponibles para mover la carga, esta, naturalmente, se elevara muylentamente.Pero la presión necesaria para hacerlo se mantendrá igual. 'hora imagínense que una fugade M N8 gpm esta en la bomba en lugar de en el cilindro. 'un así habrá N8 gpm moviendola carga y también aun habrá presión. 'sí que una bomba puede ser mal usada, perder casitoda su eficiencia y la presión se puede seguir manteniendo.

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA I


17/56

%& mantener la presión solamente no es un indicador de la condición de la bomba. %snecesario medir el flujo a una presión dada, para determinar si la bomba esta en buenas omalas condiciones.



18/56



19/56

COMO SE CREA LA PRESION

a presión se crea cuando el flujo encuentra resistencia. a resistencia puede venir de 34una carga en un actuador o 384 una restricción 3u orificio4 en la tubería.a figura BE es un ejemplo de una carga en un actuador. as KEEE libras de peso resisten

el flujo del aceite bajo el pistón y crean presión en el aceite. #i el peso aumenta. tambiénaumentara la presión.%n la figura B una bomba de E gpm tiene su salida conectada a una válvula de alivioajustada a EEE Psi y a una llave de agua com$n y corriente. #i la llave esta completamenteabierta, el abastecimiento de la bomba fluye sin restricción y no marca nada en el medidor de presión.'hora suponga que la llave es gradualmente cerrada. %sta resistirá el flujo y causara presión que se creara en el lado de contraBcorriente. 'sí como se vaya restringiendo lasalida, esta tomara gradualmente mas presión para empujar los E gpm a través de larestricción. #in la válvula de alivio, ahí teóricamente no habría limite de la presión creada.%n realidad, o algo se rompería o la bomba atascaría al primer componente.%n nuestro ejemplo en el punto en el que necesita EEE Psi para empujar el aceite a travésde la salida. a válvula de alivio se empe"ara a abrir. %ntonces la presión se mantendrá aEEE Psi. 'un mas cerrada la llave solamente nos daría menos aceite pasando por la saliday mas pasando por la válvula de alivio. Con la llave completamente cerrada. los E gpmcompletos se irían a través de la válvula de alivio a EEE Psi.#e puede ver de arriba que una válvula de alivio u otro aparato limitador debiera ser usadoen todos los sistemas que usen la bomba de despla"amiento positivo.

PASOS DE FLUJO PARALELOS

@na característica inherente de los líquidos es que estos siempre tomaran el paso que tengamenos resistencia. 'sí que cuando dos pasos paralelos ofrecen resistencias diferentes, la presión solo aumentara a la cantidad requerida por el paso de menos resistencia.%n la figura B8 el aceite tiene tres pasos para fluir. 5a que la válvula ' se abre a una presión de EE Psi el aceite sé ira par allí y solo se creara una presión de EE. #i se bloqueara el flujo detrás de '. a presión aumentaría a 8EE Psi1 entonces el aceite fluirá através de ;. +o habría flujo a través de C a menos que el paso por la válvula ; también sécerrara.Por lo tanto cuando la salida dela bomba es dirigido a los actuadores. el actuador quenecesite menos presión será el primero en moverse. 5a que es difícil balancear las doscargas e-actamente, los cilindros que se deben de mover juntos son conectadosmecánicamente frecuentemente.

PASOS DE FLUJO EN SERIE

Cuando las resistencias al flujo son conectadas en serie la presión aumenta, %n la figuraB< se muestran las mismas válvulas que en la figura B8, pero conectadas en serie. osmedidores de la presión colocados en las líneas indican la presión normalmente requerida para abrir cada válvula mas la contraBpresión de las válvulas de la corriente de abajo. a presión en la bomba es la suma de la presión requerida para abrir válvulas individuales.



20/56

CAIDA DE PRESION A TRAVES DE UN ORIFICIO

@n orificio es un pasajeO restringido en una línea o componente hidráulico, usado paracontrolar el flujo o crear una diferencia de presión 3caída de presión4.Para que el aceite pueda fluir a través de un orificio, debe de haber una diferencia de

presión o una caída de presión a través de un orificio. 3el termino LcaídaL viene del factor de una presión menor porque la presión menor es siempre corriente abajo4.Conversamente. si no hay flujo, no hay diferencia de presión a través del orificio.Considerando las condiciones alrededor del orificio, en la figura B ?ibujo ', a presiónes igual en ambos lados, entonces, el aceite esta siendo empujado igualmente en ambasformas y no hay flujo.%n el ?ibujo ;, la presión mas alta empuja mas fuerte hacia la derecha y el aceite fluye através del orificio, %n el dibujo C también hay una caída de presión, sin embargo el flujo esmenos que en la ; porque la diferencia de presión es mas baja, un aumento en la caída de presión, a través de un orificio siempre acontecerá con aumento en flujo.#i el flujo es parado detrás de un orificio 3?ibujo ?4 la presión inmediatamente se igualaraen ambos lados del orificio de acuerdo con la ley de Pascal, este principio es esencial parael funcionamiento de muchos componentes de válvulas de control de presión.

LA PRESION INDICA EL TRABAJO DE LA CARGA

%n la figura BE ilustra como es generada la presión por medio de la resistencia a unacarta, ya se ha notado que la presión es igual a la fuer"a de la carga dividida par el área del pistón.Podemos e-presar esta relación con la formula general

P F 6N'

%n esta relación9P es presión en P#& 3libras pulgada cuadrada46 es fuer"a en libras' es el área en pulgadas cuadradas.

?e esto se puede deducir que un aumento o disminución en la carga dará como resultado aalgo parecido al aumento o disminución en la presión operante. %n otras palabras, la presión es proporcional a la carga y al leer un medidor de presión indicara el trabajo de lacarga 3en P#& en cualquier momento4.as lecturas del medidor de presión normalmente ignoran la presión atmosférica. %sto es,un medidor estándar marca cero en la presión atmosférica. @n medidor absoluto da unalectura de .A P#& al nivel del mar que es la presión atmosférica. a presión absoluta esusualmente designada LP#&'L.

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA 8E


21/56



22/56



23/56



24/56

LA FUERZA ES PROPORCIONAL A LA PRESION Y A EL AREA

Cuando un cilindro hidráulico se usa para sujetar u oprimir, su fuer"a de salida se puederesumir como sigue9

6FP'>tra ve"9P es presión en Psi6 es fuer"a en libras.

Como un ejemplo supongamos que una prensa hidráulica tiene una presión regulada a 8EEEPsi 3figura BD4 y esta presión es aplicada a una área de ariete hidráulico de 8E pulgadascuadradas. %ntonces la fuer"a de salida será de E,EEE libras o 8E toneladas.

CALCU LANDO E L AREA DE PISTON

%l área del pistón o del ariete hidráulico pueden ser calculados con esta formula9

' F .AKD d8' F es el área en pulgadas cuadradas.d F al diámetro del pistón en pulgadas.

as siguientes formulas son algunas veces ilustradas como se muestra para indicar las tresformulas.



25/56

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA 8D


26/56

6FP'P F 6N'' F 6NP

LA VELOCIDAD DE UN ACTUADOR

Que tan rápido se desli"a el cilindro o rote un motor depende de su tama!o y del porcentajede aceite que fluya dentro de ellos. Para relacionar el porcentaje de flujo a la velocidad,considere el volumen que debe llenarse en un actuador para efectuar un desli"amientoespecificado.%n la figura BI nótese que ambos cilindros tienen el mismo volumen. #in embargo, el pistón en el cilindro ; se moverá dos veces mas aprisa que el cilindro '. porque, el porcentaje de flujo de aceite de la bomba se ha duplicado. #i uno de los dos cilindros tieneun diámetro menor, su porcentaje será más rápido1 o, si su diámetro fuese más grandesu porcentaje será menor considerando, naturalmente, que el abastecimiento de la bomba esconstante.a formula se puede e-presar como sigue9

/elocidad F vol. N tiempo área/ol. N tiempo F velocidad - área

área F /ol. N tiempo velocidad

/ N t F pulg. CubicasNmin.

a F pulgadas cuadradas

/ F pulgadasNmin.

Con esto sacamos a conclusión9 34 que la fuer"a o torsión de un actuador es directamente proporcional a la presión e independiente al flujo, 384 que su velocidad o porcentaje demovimiento dependerá de la cantidad de flujo fluido sin tomar en cuenta la presión.

LA VELOCIDAD EN LA TUBERÍA

a velocidad a la que el fluido hidráulico fluye a través de las líneas es una consideraciónimportante en el dise!o por el efecto de la velocidad en la fricción. Jeneralmente, los porcentajes de velocidad recomendados son9

ínea de la entrada de la;omba................................... 8B pies por segundoíneas de trabajo................... AB8E pies por segundo

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA 8I

/ a


27/56

%n esta consideración, se debe tomar en cuenta que9

. a velocidad del fluido varia inversamente como el cuadrado del diámetro interior.8. +ormalmente, la fricción del fluido que fluye a través de la línea es proporcional a la/elocidad. #in embargo si el flujo se vuelve turbulento la fricción varia así como el

cuadrado de la velocidad.a 6ig. BA ilustra que duplicando el diámetro interior de una línea cuadruplica el área desección transversal aunque la velocidad es solamente una cuarta de la velocidad en la línealarga. Conversamente, angostando el diámetro disminuye el área a N y cuadruplica lavelocidad del aceite. a fricción crea turbulencia en el fluido del aceite y naturalmente seresiste al fluido, esto nos da como resultado una caída de presión, a través de la línea.@na velocidad muy baja se recomienda para la línea de la entrada de la bomba porque ahíse puede tolerar muy poca caída de presión.

DETERMINANDO LOS REQUERIMIENTOS DEL TAMAÑO DE LA TUBERÍA

)ay dos formulas para medir las líneas hidráulicas.#i se saben los gpm y la velocidad, use esta formula para saber el área interior de la seccióntransversal.

Hrea F RRRRRRRRgpm G E.


28/56

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA 8K


29/56

=rabajo F fuer"a - distancia

% trabajo casi siempre se e-presa en pies libras. Por ejemplo, si una carga de E libras selevanta E pies, el trabajo es de E libras - l> pies o EE pies libras.a formula de trabajo anterior no toma en consideración que tan rápido se efect$a eltrabajo. %l porcentaje de trabajo efectuado se llama potencia.

Para visuali"ar la potencia, piense en subir un piso de escaleras. % trabajo hecho es el pesodel cuerpo multiplicado por la altura de la escalera. Pero es mas difícil correr hacia arribaque subirlas paso a paso.Cuando usted corre, hace el mismo trabajo solo que en un porcentaje mas rápido.

Potencia F fuer"a - distancia o trabajo =iempo F =iempo

a unidad estándar de potencia es caballos de fuer"a, abreviando hp. %sto equivale a que


30/56

CABALLOS DE FUE RZA EN UN SISTEMA HIDRÁULICO

%n el sistema hidráulico la velocidad y la distancia se indican par medio de los gpm quefluyen y la fuer"a por la presión. 'si tenemos que podemos e-presar la potencia hidraulicaasi9

Potencia F galones - libras min. Pulg. Cuadradas

Para cambiar la formula alas unidades mecanicas podemos usar estos equivalentes9 gaon F 8


31/56

CABALLOS DE FUERZA Y TORSIÓN

=ambién es a menudo deseable el convertir de caballos de fuer"a a torsión sin computar la presión y el flujo. %stas son formulas generales de torsiónBpotencia para cualquier equiporotatorio9

=orsion F I


32/56

Para evitar la sobrecarga del motor eectrico y proteger la bomba y otros componentes de presión e-cesiva debido alas sobrecargas o atascamientos,



33/56


34/56

CONCLUSIÓN

%ste capitulo ha presentado una breve introducción de hidraulica para demostrar los principios básicos relacionados con la operación del sistema hidráulico. +aturalmente, hayincontables variaciones del sistema presentado. *uchas de estas variaciones serán

desarrolladas con mas detalle, de estudios de los principios de operación y de loscomponentes en los capítulos venideros.

PREGUNTAS

.B ?ar la ley de Pascal.

8.B?efina la presión.


35/56

lA.B#i tres válvulas chec0 de 8EE Psi se conectan en serie (cuanta presión se requiere(Paraempujar el aceite a través de las tres

K.B (Cual es la formula para desarrollar presión cuando se esta moviendo una carga con uncilindro

M.B (Cual es la formula para la salida de la fuer"a má-ima de un cilindro

8E.B (Que determina la velocidad de un actuador

8.B (Cual es la formula entre la velocidad del fluido y la fricción en el tubo

88.B(Que es trabajo (Potencia

8


36/56

PRINCIPIOS DE LA POTENCIA HIDRAULICA

%ste capitulo se ha dividido en tres secciones9

G os Principios de la PresiónG os Principios del 6lujoG os #ímbolos Jráficos en )idraulica.

%n las primeras dos secciones se e-pondrán, además, los elementos de los fenómenosfísicos que entran en juego para la transmisión de potencia en un circuito hidráulico. %n latercera sección, que ilustra los símbolos gráficos que se utili"an en los diagramas de loscircuitos, tratara de las diversas clases y funciones de las líneas y elementos. =oda estainformación nos servirá como base para los siguientes capítulos, donde se estudia el equipode que esta compuesto un sistema hidráulico.

LOS PRINCIPIOS DE LA PRESION

LA DEFINICION PRECISA

5a se ha hecho mención de que el termino )idraulica procede del vocablo griego quesignifica agua. Por lo tanto, resulta correcto suponer que la ciencia de la hidraulica abarca acualquier dispositivo accionado mediante agua. @na rueda de agua o turbina de agua, por ejemplo, 36ig. 8B4 es un dispositivo hidráulico.#in embargo, se debe hacer notar la diferencia entre los dispositivos que utili"an el impactoo ímpetu de un liquido en movimiento, y aquellos que funcionan mediante el empuje que seejerce sobre un fluido confinado, es decir, mediante presión.



37/56

Propiamente ha blando9

@n dispositivo hidráulico que utili"a el impacto o energía cinética del liquido paratransmitir potencia se denomina dispositivo hidrodinámico.

Cuando el dispositivo se opera mediante la fuer"a aplicada a un liquido confinado,se le denomina dispositivo hidrostático1 en este caso, la presión resulta ser la fuer"aaplicada, distribuida en toda el área libre y se e-presa como fuer"a entre unidad deárea 3bsNpulg. cuad. o Psi4.

?esde luego, todas las ilustraciones que hemos visto hasta aquí y de hecho, todos lossistemas y equipo con que se trata en este manual son hidrostáticos.

=odos ellos operan mediante el empuje ejercido sobre un fluido confinado, es decir, por transmisión de energía a través de la presión.

COMO SE CREA LA PRESION

a presión se origina siempre que e-iste una resistencia al flujo de un fluido o a una fuer"aque trata de hacer fluir al fluido. a tendencia a originar flujo 3E el empuje4 puede ser suministrado por una bomba mecánica o simplemente por el peso propio del fluido.



38/56

%s un hecho bien conocido que en una masa de agua la presión aumenta con la profundidad. a presión es siempre la misma a una profundidad determinada. debido al peso del agua que hay arriba de ese nivel. 'pro-imadamente en la misma época que Pascal,un sabia italiano llamado =orricelli demostró que si se abre un orificio en la parte inferior de un deposito de agua, esta sale con mayor velocidad cuando el deposito esta lleno y

disminuye la cantidad de agua al ir decreciendo el nivel de agua. %n otras palabras, amedida que disminuye el LpotencialL del agua por arriba del orificio, decrece también la presión.=orricelli solo pudo e-presar la presión de la parte inferior del deposito como Lpies de potencialL, es decir, como la altura en pies de la columna de agua.'ctualmente, al contar con la libra por pulgada cuadrada 3Psi4 como unidad de presión, podemos L e-presar la presión de esta en cualquier parte de un liquido o gas, en términosmas convenientes. o $nico que se requiere es conocer el peso de un pie c$bico del fluido.Como se muestra en la 6ig. 8B8. el LpotencialL de un pie de agua equivale a E.


39/56

LA PRESION ATMOSFERICA

a presión atmosférica no es mas que la que ejerce el aire de nuestra atmósfera debido a su propio peso. 'l nivel del mar, una columna de aire de una pulgada cuadrada en seccióntransversal y el peso completo de su atmósfera, pesa .A lbs. 36ig. 8B


40/56

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA E


41/56



42/56

)aciendo referencia a la 6ig. 8BD, he aquí el resumen de las formas de medición de la presión y del vacío9

.B@na atmósfera es la unidad de presión que equivale a .A Psi, o a .A psia 3el peso deuna columna de aire de una pulgada cuadrada de sección, del aire que envuelve a la tierra4.

8.BPsia 3libras por pulgada cuadrada absolutas4 hace referencia a la escala que comien"acon el vacío perfecto 3o psia4. %n esta escala la presión atmosférica marca .A.


43/56

PORCENTAJE DEL FLUIDO Y VELOCIDAD

a velocidad de un actuador hidráulico, seg$n se ilustro en el capitulo &. depende siempredel tama!o del actuador y del porcentaje que tenga. Puesto que el volumen del actuador see-presara en pulgadas c$bica. $sense los siguientes factores de conversión9

gpm F 8


44/56

UN FLUIDO TRATA DE MANTENER EL NIVEL

Por lo contrario, cuando no hay diferencia de presión en un liquido, este simplemente tratade mantener un nivel, seg$n se muestra en la 6ig. 8BK. #i en alg$n punto cambia la presión

3dibujo ;4 los niveles del liquido en los demás puntos se elevan, vera solo hasta la altura enque su peso es el suficiente como para hacer la diferencia de presión. a diferencia dealtura 3potencial4 en el caso del aceite es de un pie por cada E. Psi. 'si se puede ver que para que un liquido suba por una tubería o para hacerlo ascender por la misma, se requeriráde una diferencia de presión ya que habrá que vencer la fuer"a debida al peso del fluido. +aturalmente en el dise!o del circuito, la presión que se requiere para despla"ar a la masadc aceite y para vencer la fricción, debe ser agregada a la presión necesaria para mover lacarga.%n la mayoría de las aplicaciones, un buen dise!o reduce al mínimo estas LcaídasL de presión, hasta el punto de hacerlas casi despreciables.



45/56



46/56

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA I


47/56

FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO

%n forma ideal, cuando las partículas de un fluido se despla"an en forma suave y paralela ala dirección del flujo. 36ig. 8BM4. Cuando esto ocurre se dice que el flujo es laminar y seobtiene a bajas velocidades y en tubería recta. Con el flujo laminar la fricción se reduce al

mínimo.%-iste turbulencia cuando las partículas no se despla"an en forma suave y paralela a ladirección del flujo 36ig. 8BE4. %l flujo turbulento es originado por cambios abruptos en ladirección o en el área de la sección transversal o por una velocidad e-cesiva.%sto nos da como resultado un gran aumento en la fricción, que produce calor, aumenta la presión de operación y desperdicia potencia.

EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

%l fluido hidráulico de un sistema en operación contiene energía en dos formas9 energíacinética en virtud del peso del fluido y velocidad y energía potencial en forma de presión?aniel ;ernoulli, que fue un científico #ui"o, demostró que en un sistema con un porcentaje de fluido constante, la energía se transforma de una forma a la otra cada ve" quevaria el área de la sección transversal de la tubería.%l principia de ;ernoulli nos dice que la suma de las energías de presión y cinética en losdiversos puntos de un sistema, debe ser constante si el porcentaje lo es. 'l variar eldiámetro de la tubería 36ig. 8B4, varia también la velocidad. 'si pues, la energía cinéticaaumenta o disminuye. #in embargo la energía no se puede crear ni destruir. Por lo tanto, elcambio en energía cinética se debe compensar mediante una disminución o incremento dela presión.a utili"ación de un /enturi en el carburador de un automóvil 36ig. 8B84 es un ejemplofamiliar del principio de ;ernoulli. a presión del aire que pasa a través del cuerpo delcarburador se reduce al pasar por una sección transversal reducida de la garganta. %stadisminución de presión permite que la gasolina fluya, se vaporice y se me"cle con lacorriente de aire.a 6ig. 8B< nos muestra los efectos combinados que tienen los cambios en la fricción y lavelocidad sobre la presión de una tubería.

SIMBOLOS GRAFICOS EN EL SISTEMA HIDRÁULICO

os circuitos hidráulicos y sus componentes se indican de diversas formas en los dibujos.#eg$n la información que nos deba proporcionar la ilustración, se puede tener unarepresentación pictórica de la parte e-terna del componente1 un corte seccional que muestrela construcción interna1 un diagrama grafico que nos indique la función1 o una combinaciónde los tres anteriores. %n este manual, por necesidad, se utili"an los tres tipos. #in embargo, en la industria, elmas com$n es el diagrama grafico y simbólico. os símbolos gráficos constituyen laLtaquigrafíaL de los diagramas de circuitos, utili"ándose formulas geométricas sencillas queindican las funciones e intercone-iones de las líneas y componentes.



48/56



49/56

%n el 'péndice de este manual se reproducen las formas LestándarL de símbolos gráficos. 'continuación e-ponemos brevemente cuales son los símbolos mas comunes y como seutili"an1 se hace, asimismo, una clasificación abreviada de algunos componentes y líneashidráulicas.



50/56


51/56



52/56

ING. MARIO F. JIMÉNEZ SUSUNAGA D8


53/56



54/56

VÁLVULAS

%l símbolo fundamental de una válvula es un cuadrado 36ig. 8BA4. e llaman sobres, se lesagregan flechas a los sobres que muestran las trayectorias del flujo y la dirección delmismo.

as válvulas de presiones infinitas, tales como las de alivio, cuentan con un solo sobre. #econsidera que pueden adoptar cualquier posición, desde total mente cerradas, hastatotalmente abiertas, seg$n el volumen de liquido que pase a través de ellas.as válvulas de posiciones finitas son las direccionales. #us símbolos constan de un sobreindividual para cada una de las posiciones a las que se puede cambiar la válvula.

SIMBOLO DE L DEPOSITO DE ACEITE

%& deposito se dibuja en forma de rectángulo 36ig. 8BK4, abierto en su parte superior cuando se trata de un deposito con respiradero y cerrado, cuando es un deposito presuri"ado. Por conveniencia, se pueden dibujar varios símbolos en un diagrama, auncuando no e-ista mas que un solo deposito.as líneas de cone-ión se dibujan hasta llegar a la parte inferior del símbolo cuando lastuberías terminan por abajo del nivel del fluido del deposito. #i una tubería termina por arriba del nivel del fluido, se dibuja solo hasta la parte superior del símbolo.

CONCLUSIÓN

a figura 8BK muestra el diagrama grafico de todo un circuito hidráulico. +ótese que no sehace ning$n intento por describir el tama!o, forma, colocación o construcción de ningunode sus elementos.o que se muestra el diagrama es la función y las cone-iones, con lo cual basta para lamayor parte de las aplicaciones de la rama.%n los capítulos que tratan sobre los elementos y sistemas, se e-pondrán las variaciones yrefinamientos de que son susceptibles estos símbolos fundamentales.



55/56

CUESTIONARIO

.B (Que se entiende por dispositivo hidrodinámico

8.B (%n que difiere del anterior un dispositivo hidrostático


56/56

.B (a presión de la bomba trabajando es la suma de cuales presiones individuales

8.B (Que es flujo laminar

Manual de Vickers

Documents

Transcript of Manual de Vickers