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17/11/2020 1 1 Fluidos Hidráulicos Principios de Hidráulica Fluidos Hidráulicos PRIMER PRINCIPIO: LA LEY DE PASCAL. LA PRESIÓN ACTÚA CON IGUAL INTENSIDAD EN TODAS DIRECCIONES 1 2 17/11/2020 2 SEGUNDO PRINCIPIO: LOS LÍQUIDOS SON RELATIVAMENTE INCOMPRESIBLES Principios de Hidráulica Fluidos Hidráulicos LOS LÍQUIDOS PERMITEN MULTIPLICAR LA FUERZA Principios de Hidráulica Fluidos Hidráulicos 3 4 17/11/2020 3 Partes del Sistema Hidráulico Fluidos Hidráulicos 1) Grupo generador de Presión 2) Sistema de Mando 3) Actuadores 6 Elementos del Sistema Hidráulico Tanque o depósito de aceite: Almacenar aceite, presurizado o no presurizado. Eliminar calor. Separar el aire del aceite. tener resistencia y capacidad adecuadas. No permiten el ingreso de suciedad externa. Filtro: Un filtro hidráulico es el componente principal del sistema de filtración de una máquina hidráulica. Controlan 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. 5 6 17/11/2020 4 7 Factores para la selección de Filtros Nivel de filtración, eficiencia. Capacidad de flujo. Rangos de presión. Rangos de presión diferencial. Punto de instalación y configuración en el circuito. Características del fluido. Removimiento de contaminantes. Servicialidad. Aparatos opcionales. Medio ambiente (temperatura y vibración). 8 Eficiencia Filtros Los filtros de líquidos, especialmente filtros hidráulicos son especificados por su eficiencia. Esta eficiencia es expresado en la relación Beta. Un valor Beta no tiene ningún sentido si no esta relacionado con el tamaño de partícula relacionado. 7 8 17/11/2020 5 9 Todo sistema hidráulico incluye una bomba. Su función consiste en transformar la energía mecánica en energía hidráulica, impulsando el fluido hidráulico en el sistema. Bomba Fluidos Hidráulicos Se clasifican por: Presión máximo de funcionamiento, valor nominal máximo otorgado por el fabricante, sobre este valor puede reducir la duración de la bomba, causar serios danos y ocasionar fallas. Desplazamiento, Es el volumen de líquido transferido en una revolución, es igual al volumen de una cámara multiplicada por el número de cámaras que pasan por el orificio de salida durante una revolución de la bomba. Por su caudal. Una bomba viene caracterizada por su caudal no- minal en galones por minuto; en realidad puede bombear más galones por minuto en ausencia de carga y menos a su presión de funcionamiento nominal Clasificación de Bombas CHORRO (EYECTOR REFORZADO) TRANSPORTADORES DE GAS ARIETE HIDRÁULICO ELECTROMAGNÉTICAS TIPOS DESPLAZAMIENTO POSITIVO RECIPROCANTES ROTATIVAS CENTRÍFUGAS HÉLICECINÉTICAS ESPECIALES PISTÓN DIAFRAGMA ENGRANAJES ÁLABES TORNILLOS Fluidos Hidráulicos 9 10 17/11/2020 6 Bombas Tipo Pistón DESPLAZAMIENTO FIJO O VARIABLE SENSIBLES A LA CONTAMINACION LIMITE DE PRESION: 10.000 Lb / plg2 ADECUADAS UNICAMENTE PARA FLUIDOS ACUOSOS RADIAL AXIAL Fluidos Hidráulicos Bombas Tipo Engranaje DESPLAZAMIENTO FIJO DISEÑO DESBALANCEADO RELATIVAMENTE INSENSIBLES A LA CONTAMINACIÓN LIMITE DE PRESIÓN: 3.000 Lb /plg2 BAJO COSTO EXTERNO INTERNO Fluidos Hidráulicos 11 12 17/11/2020 7 Bombas Tipo Álabe DESPLAZAMIENTO FIJO O VARIABLE DISEÑO BALANCEADO O DESBALANCEADO SENSIBLES A LA CONTAMINACIÓN LIMITE DE PRESION: 3.000 Lb / plg2 Fluidos Hidráulicos 14 Actuadores Hidráulicos Componente donde se produce el trabajo mecánico por la acción del aceite hidráulico. La velocidad de desplazamiento del actuador depende de su tamaño y del caudal que se le envía. Actuadores lineales, también llamados cilindros hidráulicos, que producen el movimiento en línea recta. Los Cilindros hidráulicos se clasifican como: a. De simple o de doble efecto. b. Diferenciales y no diferenciales. Las variaciones incluyen pistón liso y pistón con vástago, siendo este sólido o telescópico. A continuación examinaremos los tipos de actuadores más comunes. Funciones: • Controlar la presión de operación • Controlar el volumen de flujo • Controlar la dirección de flujo A. Cilindro de acción simple B. Cilindro de acción doble A. A. B. 13 14 17/11/2020 8 15 Actuadores Hidráulicos Actuadores rotatorios o motores hidráulicos, que realizan el trabajo en forma rotatoria. Son muy parecidos a las bombas. Ventajas Desventajas Altos índices entre potencia y carga Propician fugas de aceite Mayor exactitud. Requiere control de partículas Respuesta de mayor frecuencia Sistemas de enfriamiento Desempeño suave a bajas velocidades Eliminación de aire Amplio rango de velocidad. Produce más fuerza que un sistema neumático de mismo tamaño. En vez de impulsar el fluido como hacen aquellas, son impulsados por éste y desarrollan un par (fuerza de giro) y un movimiento continuo de rotación. Existen diferentes tipos de ejemplo motores hidráulicos: de engranajes, de paletas, de pistón en línea, de pistón en ángulo etc. 16 Elementos de regulación y control, VÁLVULAS De control Las válvulas son usadas en circuitos hidráulicos para controlar la presión de operación (la que determina la carga que puede ser movida), el volumen de flujo (el que determina la velocidad de desplazamiento de la carga) y la dirección del flujo(que determina la dirección del movimiento). Válvulas direccionales Las válvulas direccionales, como su nombre lo indica, se usan para controlar la dirección del caudal. Aunque todas realizan esta función, las válvulas direccionales varían considerablemente en construcción y funcionamiento. Se clasifican, según sus características principales en: Tipo de elemento interno, Obturador (pistón o esfera), corredera rotativa o deslizante. Métodos de actuación. Levas, émbolos, palancas manuales, mecánicos, solenoides eléctricos presión hidráulica y otros incluyendo combinaciones de éstos. Número de vías, dos vías, tres vías cuatro vías, etc. Tamaño nominal de las tuberías conectadas a la válvula o a su placa base, o caudal nominal. Conexiones. Roscas cónicas, roscas cilíndricas, bridas y placas bases. Válvula cinco vías 15 16 17/11/2020 9 17 Servoválvulas Una servoválvula es una válvula direccional de infinitas posiciones, que ofrece la característica adicional de controlar tanto la cantidad como la dirección del caudal. Cuando se instala con los dispositivos de realimentación adecuados, consigue controles muy precisos de la posición, velocidad y aceleración de un actuador. Servo Mécanicas Un servo mecánico es esencialmente un amplificador de fuerza. Utilizado para controlar una posición. La figura muestra esquemáticamente el dispositivo. Servoválvulas electrohidráulicas Funcionan esencialmente, enviando una señal eléctrica a un motor par o a un dispositivo similar, que directa o indirectamente posiciona la corredera dela válvula. Esta señal, una vez aplicada a la servo-válvula a través de un amplificador, ordena a la carga a que se desplace hasta una posición determinada o que adquiera una velocidad determinada Funciones del Fluido TRANSMITIR POTENCIA BRINDAR SELLO VISCOSO MANTENER LA PRESION TRANSFERIR CALOR LUBRICAR MECANISMOS CRÍTICOS Lubricante Fluido Hidráulico • Baja Compresibilidad • Antiespumantes • Antidesgaste • Anti Stick - slip • Demulsibilidad • Estabilidad a la oxidación • Anticorrosivas • Filtrabilidad Propiedades R&O, AW 17 18 17/11/2020 10 SINTÉTICOS POLIALFAOLEFINAS POLIBUTENOS POLIALQUILENGLICOLES DIESTER Y POLIOL-ESTERES ESTERES DE FOSFATO PERFLUOROALQUILÉSTERES SILICONAS Lubricante Fluido Hidráulico Fluidos Resistente al Fuego UTILIZADOS EN AMBIENTES DONDE FUEGO Y EXPLOSIONES DEBEN SER REDUCIDAS AL MÍNIMO CLASIFICACION: HFA = EMULSIONES DE ACEITE EN AGUA HFB = EMULSIONES DE AGUA EN ACEITE HFC= SOLUCIONES ACUOSAS DE GLICOLES HFD = FLUÍDOS SINTÉTICOS ANHIDROS Lubricante Fluido Hidráulico ASTM D 7044-15 Standard Specification for Biodegradable Fire Resistant Hydraulic Fluids 19 20 17/11/2020 11 Especificaciones Vigentes ACEITES CON INHIBIDORES R&O U.S. STEEL 126 – ENSAYO DE BOMBA TIPO ÁLABE – MÍNIMO REQUERIMIENTO DE RBOT DIN 51524. PARTE 1 – APLICA LUBRICANTES PARA TURBINA E HIDRÁULICOS Lubricante Fluido Hidráulico ASTM D - 6158 (CLASE HL) – GRADOS DE VISCOSIDAD ISO 10 HASTA 150 – REQUERIMIENTO DE ESTABILIDAD A LA OXIDACIÓN Y FORMACIÓN DE LODOS – ESTABILIDAD TERMO-OXIDATIVA – ESTABILIDAD A LA ESPUMA Y LIBERACIÓN DE AIRE – COMPATIBILIDAD CON SELLOS Lubricante Fluido Hidráulico AFNOR NFE 48-600 HL – REQUERIMIENTO DE TENDENCIA Y ESTABILIDAD A LA ESPUMA – CARACTERÍSTICAS DE LIBERACIÓN DE AIRE SIMILAR QUE ASTM D-6158 CINCINNATI MILACRON P-54 – SOLAMENTE LÍMITES DE ESTABILIDAD TERMO- OXIDATIVA ACEITES CON INHIBIDORES R&O Y AW U.S. STEEL 127 Y 136 – U.S. STEEL REQUERIMIENTO DE ENSAYO BOMBA ÁLABE – LÍMITES DE ESTABILIDAD A LA EMULSIÓN – U.S.STEEL 127 REQUERIMIENTO DE 4- BOLAS DESGASTE MÁS EXIGENTE QUE U.S.STEEL 136 – U.S. STEEL 136 LÍMITES DE EXTREMA PRESIÓN (4-BOLAS EP Y FZG) Y DESEMULSIBILIDAD POR ASTM D-2711 21 22 17/11/2020 12 23 ACEITES CON INHIBIDORES R&O Y AW DIN 51524. PARTE 2 – ENSAYO DE BOMBA TIPO ÁLABE – FORMACION DE LODOS – CARACTERÍSTICAS DE SEPARACIÓN DE AGUA – LIBERACIÓN DE AIRE – COMPATIBILIDAD CON SELLOS – REQUERIMIENTOS DE CAPACIDAD EP Y ANTIDESGASTE POR FZG Lubricante Fluido Hidráulico ACEITES CON INHIBIDORES R&O Y AW ASTM D- 6158 (CLASE HM) – REQUERIMIENTOS SIMILARES QUE ASTM D-6158 (HL) – ENSAYO DE BOMBA TIPO ÁLABE DESDE ISO 68 CINCINNATI MILACRON P-68; P-69 Y P-70 – ENSAYO DE BOMBA TIPO ÁLABE – ESTABILIDAD TERMO-OXIDATIVA ACEITES CON INHIBIDORES R&O Y AW DENISON HF-0/T6C Y T5-D/HF-1/HF-2 – DENISON HF-0/T6C Y T5-D: ENSAYO DE BOMBAS TIPO ÁLABE Y TIPO PISTÓN – DENISON HF-1: ENSAYO DE BOMBA TIPO PISTON – DENISON HF-2: ENSAYO DE BOMBA TIPO ALABE T5D – FORMACIÓN DE LODOS EXIGENTE PARA HF- 0 – ESTABILIDAD HIDROLÍTICA HF-0 Y HF-2 – FILTRABILIDAD Y ESTABILIDAD TÉRMICA PARA HF-0 Lubricante Fluido Hidráulico 23 24 17/11/2020 13 Altas temperaturas de operación Mejor estabilidad a la oxidación Reducción poros de filtro Mejoras en filtrabilidad seca/húmeda Reducción en los ciclos Mejoras en liberación de Aire/espuma y desemulsibilidad Biodegradabilidad e inocuos Sin ceniza / libres de Zinc y fenoles Prolongación vida útil de la bomba Mejoras en propiedades Antidesgaste y estabilidad termo-oxidativa Limpieza en los sistemas Tamaño de partículas de 2,5 y 15 micrones Tendencias REQUERIMIENTOS EN LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS Y FLUIDO Lubricante Fluido Hidráulico Monitoreo de fluido en servicio ENSAYOS FRECUENCIA :3 MESES MÉTODOS TIPO DE REQUERIMIENTO VISCOSIDAD ACIDEZ (TAN) APARIENCIA METALES COLOR AGUA INSOLUBLES HERRUMBRE ESPUMA LIBERACIÓN DE AIRE NIVEL DE LIMPIEZA ANÁLISIS DE PARTÍCULAS DEBRIS ASTM D-445 ASTM D-664/D-974 VISUAL ESP.ATÓMICA ASTM D-1500 ASTM D-95/D-1744 ASTM D-893/D-2276 ASTM D-665 ASTM D-892 ASTM D-3427 CONTADOR DE PARTÍCULA FERROGRAFÍA RECOMENDADO RECOMENDADO RECOMENDADO RECOMENDADO OPCIONAL RECOMEDADO OPCIONAL OPCIONAL EN CASO DE SER NECESARIO EN CASO DE SER NECESARIO RECOMENDADO EN CASO DE SER NECESARIO Lubricante Fluido Hidráulico 25 26 17/11/2020 14 Mantenimiento de Sistemas Hidráulicos Propiedades a evaluar Viscosidad ASTM D 445; IV ASTM D 2270 Punto de Inflamación ASTM D 92/ D 93 Número Ácido Total (TAN) ASTM D 664/ D 974 Determinación de Agua, ppm Metales, ICP ATM D 5185 , Rotary Disc, ASTMD D 6595 Conteo de Partículas ISO 4406 Demulsibilidad ASTM D 1401 Color ASTM D 1500 Espuma ASTM D 892 Ash ASTM D 874 Corrosión a la lámina de cobre ASTD D 130 LIMITES Contaminación Causante del 75% de las fallas Interfiere directamente en las funciones del fluido hidráulico Genera: - Gastos innecesarios - Desperdicio de tiempo Mantenimiento de Sistemas Hidráulicos ASTM D4174-17 Standard Practice for Cleaning, Flushing, and Purification of Petroleum Fluid Hydraulic Systems 27 28 17/11/2020 15 Mantenimiento de Sistemas Hidráulicos Daños causados por la contaminación Bloqueo de orificios Desgaste de componentes del sistema Formación de herrumbre u otra forma de oxidación Formación de compuestos químicos Deterioro de aditivos Crecimiento Bacteriano Mantenimiento de Sistemas Hidráulicos Tipos de contaminación Partículas duras: -Sílice -Carbón -Metal Partículas blandas: -Gomas -Fibras -Micro-organismos PARTÍCULAS 29 30 17/11/2020 16 Carta ISO 4406 Tipos de contaminación Clasificación ISO Código ISO Partículas 4 micrones X / Y / Z Partículas 14 micrones Partículas 6 micrones 32 ISO 4406 31 32 17/11/2020 17 Mantenimiento de Sistemas Hidráulicos Requerimientos del nivel de limpieza * Someter los componentes del sistema a altos niveles de contaminación puede ocasionar vida más corta de los mismos. Limpieza de fluido requerida para componentes hidráulicos típicos Componentes Válvulas de servo-control Válvulas proporcionales Bombas/motores de aspas y pistón Válvulas de control direccional & presión Bombas/motores de engranajes Válvulas de control de flujo, cilindros Fluido nuevo no-usado Código ISO 16/14/11 17/15/12 18/16/13 18/14/13 19/17/14 20/18/15 20/18/15 * Consultar a los fabricantes 34 Liberación de aire y antiespumante: La presencia de aire retenido y espuma causa movimientos irregulares y lentos. También puede producir sobrecalentamiento y problemas de lubricación. Aire atrapado Aire comprimido ESPUMACIÓN 33 34 17/11/2020 18 35 Demulsibilidad: • Capacidad para mantener separado el aceite del agua. Efectos del agua en el aceite: • Modificación de la viscosidad. • Produce oxidación. • Produce herrumbre. AGUA Causante herrumbre, disminuye la película de lubricación, degradación aditivos. 36 Aire Agua Herrumbre Oxigeno Calor Agitación Oxidación Partículas de Metal Acidos Laca Sedimento LA LUBRICACION CORROSION Causan Deterioran Resistencia a la oxidación Prueba de Estabilidad a la Oxidación ASTM D 5846 35 36 17/11/2020 19 37 • Una de las mayores causas de fallas de los sistemas hidráulicos es la contaminación del fluido hidráulico. • El fluido debe pasar fácilmente a través de los filtros. Filtrabilidad: La filtrabilidad de un sistema hidráulico esta significativamente influenciado por los aditivos utilizados en el formulación y por la estabilidad hidrolítica general del aceite. ASTM D 8277 38 Función / Condición Transmitir potencia eficientemente Sellar Alta temperatura Cargas altas Alta velocidad Requerimiento de viscosidad La menor posible La más alta posible La más alta posible La más alta posible La menor posible Viscosidad: 37 38 17/11/2020 20 39 PREGUNTAS, DUDAS, ACLARACI- ONES 39
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