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1 I. RESUMEN En la actualidad es normal escuchar la palabra hidráulica es muchos campos de la industria o en medios de transporte pesado, pero en realidad se desconoce el verdadero trasfondo y la gran cobertura que posee la aplicación de los sistemas hidráulicos en el mundo. Gracias a las investigaciones realizadas por el físico matemático Blas Pascal sobre la teoría de presión y la reacción de un fluido confinado al someterlo a diferentes presiones y a la aplicación del teorema de Bernoulli, es que la humanidad ha logrado aprovechar las propiedades de los fluidos para transmitir potencia, movimiento o multiplicar fuerzas aplicadas. II. INTRODUCCIÓN El empleo de los mandos hidráulicos se generaliza sobre varios sectores económicos, ya que esta nos permite transformar grandes cantidades energía utilizando una mínima energía para ser aplicada en lugares remotos de difícil acceso. La aplicación de estos sistemas en la industria ha permitido el progreso y evolución de la humanidad, siendo utilizados en múltiples trabajos o actividades que un ser humano no podría realizar; la hidráulica es utilizada en diversos campos, tanto en el sector automotriz como en los productos o bienes transformados por procesos manufactureros. III. ¿QUÉ ES LA HIDRÁULICA? La hidráulica es la ciencia que estudia la transformación de energía mediante un fluido (agua, aceite) al cual se le ejerce una fuerza o presión para transmitir potencia o movimientos mecánicos, en la mayoría de los casos manejan fuerzas y presiones elevadas, es otras palabras como lo define el ingeniero Patrick Quiríon profesor de Montreal “La hidráulica es la tecnología o estudio de presión y lujo del líquido. Los líquidos son materiales que se vierten y toman la forma de sus contenedores. Ejemplos de líquidos son el aceite y el agua.” En la figura 1 podemos apreciar los componentes básicos para un sistema hidráulico. Figura1: Esquema básico de un sistema hidráulico Fuente: Automatización industrial IV. COMPONENTES DE UN SISTEMA HIDRÁULICO 1. Impulsores Son elementos encargados de suministrar el aceite según los requerimientos. El más importante es la bomba hidráulica ya que se necesitan en todos los sistemas. Bombas La bomba es elemento transductor de entrada al sistema hidráulico, que convierte la energía mecánica en hidráulica empujando el aceite dentro del sistema. Nos proporcionan una presión y caudal adecuado de líquido a la instalación Bomba de pistones Existen dos tipos de bombas de pistones axiales y las radiales, la bomba tipo axiales son las más usadas, constan de un tambor rotativo sobre el que van montados los pistones y tiene una tapa de presión con las conexiones de entrada y salida, estas SISTEMAS HIDRAULICOS PAEZ ROJAS DANNY DUVAN CACANTE RODRIGUEZ JAVIER ENRIQUE LEON MONROY HERNAN ALONSO UNIVERSIDAD ECCI 2 bombas son más costosas, pero más eficientes. En la figura 2 observamos dos tipos de configuración para las bombas de pistones axiales. Figura 2: Tipos de bombas de pistones axiales Fuente: Mecánica de Fluidos, Robert Mott, Mexico, 2006. Bomba de paletas Estas bombas constan de un rotor ranurado que gira dentro de una cámara que sirve de pista para las paletas, que van dentro las ranuras del rotor, entrando y saliendo. Este sistema consta de dos entradas y dos salidas que compensan las fuerzas radiales que espiran y expulsan aceite cada medio giro. Estas bombas son más caras, pero producen menos ruidos. Bomba de paletas Bomba de paletas balanceadas Bomba de Engranajes En la bomba de engranajes, el aceite es conducido en el espacio existente entre dos dientes de cada engranaje, solo unos de los engranajes son impulsados por la fuente de entrada al sistema y este a su vez mueve el otro engranaje. Son las de menor costo y soportan muy bien las impurezas en el aceite, aunque producen mucho ruido; en la figura 3 se puede identificar los 3 tipos de bombas. Bomba de engranajes (a) Bomba de engranajes internos (b) Bomba de engranajes tipo lóbulos (c) Figura 3: Bombas de engranajes Fuente: Automatización industrial Acumuladores Es un impulsor en el cual se almacena una cierta cantidad de aceite a presión, para ser usado cuando el ciclo requiera un alto caudal en un corto tiempo. Multiplicador de presión El multiplicador de presión es una palanca hidráulica. El aceite de la bomba entra en una cámara como la de un cilindro, separada de otra cámara de la que va a salir el aceite hacia el actuador. 2- Depósito El deposito cumple varias funciones, sirve de almacenamiento para el fluido requerido por el sistema, ayuda a disipar el calor generado en el sistema, debe tener espacio para que el aire pueda separarse del aceite y debe permitir que los contaminantes se sedimenten. Figura 4. Figura 4: Tipos de tanques o depósito de sistema hidráulico Fuente: Hidráulica nivel básico, Festo Didactic GmbH & Co. KG , D-73770 Denkendorf, Alemania, 2013 3.- Acondicionadores del aceite Son elementos que nos permiten mantener el aceite en condiciones de limpieza adecuadas al uso de los elementos de la instalación, de tal manera, que alarga la vida de ésta. Estos elementos son: Filtro: Es el encargado de retirar del aceite las partículas, este aceite puede filtrarse en cualquier punto del sistema. En muchos sistemas hidráulicos, el aceite es filtrado antes de que entre a la válvula de control. Ubicación del filtro según su ubicación en el sistema Filtro de aspiración Filtro de presión 3 Filtro de retorno Manómetro: Se pone después de la bomba e indica la presión de trabajo. 4.- Red de distribución: Debe garantizar la presión y velocidad del aceite en todos los puntos de uso del sistema. Tuberías hidráulicas Para la conducción del fluido hidráulico se utilizan tanto tuberías rígidas de acero sin soldadura, como mangueras flexibles, estas se clasifican en: Tuberías de impulsión Tuberías de aspiración Tuberías de retorno. 5.- Elementos de regulación y control: Válvulas hidráulicas Estos son los encargados de regular el paso del aceite desde las bombas a los elementos actuadores. Válvulas reguladoras de presión de 2 vías. Esta válvula cumple la función de mantener la presión constante en la línea mediante una estrangulación interna. Válvulas reguladoras de presión de 3 vías. Esta válvula cumple la función de sobrellevar los cambios de presiones y mantenerla constante Válvulas limitadoras de presión Esta válvula también se conoce como válvula de seguridad, descarga el exceso de caudal al tanque mediante un retorno cuando se alcanza la presión limite. Válvulas reguladoras de caudal La Tarea de esta válvula consiste en mantener un valor de flujo determinado independiente de los cambios de presión. 6- actuadores hidráulicos Los actuadores son los elementos que convierte la energía almacenada en el flujo hidráulico, en el trabajo de salida. Actuadores lineales El cilindro hidráulico es el miembro de unión entre el circuito hidráulico y la máquina de accionamiento. Tiene la función de realizar movimientos de translación lineal y transmitir fuerzas. Cilindros de simple efecto Cilindros de doble efecto (figura5) Cilindros de formas especiales Figura 5: cilindro de doble efecto Fuente: sistemas hidráulicos de transmisión de potencia 6.1-Motores hidráulicos Estos actuadores generan movimiento rotacional. En cuanto a su construcción se parecen mucho a las bombas, pero no envían, sino que reciben caudal. Su velocidad depende del caudal que reciben. Motores de engranajes El desplazamiento de este motor esigual a la cantidad de aceite que cabe dos dientes de un engranaje multiplicado por el número de dientes de los engranajes. Motor de engranajes Motor de engranajes internos Motor de paletas En un motor de paletas, el desplazamiento es el volumen que hay entre dos paletas multiplicado por el número de paletas. Las paletas se mantienen contra la carcasa mediante resortes. 7- Fluido hidráulico 4 Para que un fluido pueda ser empleado como líquido del circuito de un sistema hidráulico, éste deberá presentar las siguientes propiedades: Ser un fluido incompresible para un amplio rango de presiones; Brindar una buena capacidad de lubricación en metales y gomas. Buena viscosidad con un alto punto de ebullición y bajo punto de congelación, el rango de trabajo debe estar entre -70ºC hasta +80ºC. Presentar un punto de auto ignición superior, al menos a los 100ºC; No debe ser inflamable; Ser químicamente inerte y no corrosivo; Ser un buen disipador de calor, al funcionar también como refrigerante del sistema; Presentar buenas condiciones en cuanto a su almacenamiento y manipulación. V. VENTAJAS DEL SISTEMA HIDRÁULICO Permiten la regulación continua de las fuerzas que se transmiten, disminuyendo el riesgo de calentamiento por sobrecargas. Son elementos muy flexibles y que pueden adaptarse a cualquier espacio, gracias a la flexibilidad de los conductos (mangueras) que conducen el aceite hidráulico hasta los actuadores. Los cilindros hidráulicos (actuadores) son elementos reversibles, que pueden actuar de forma de uno u otro sentido, y que además permiten su frenada en marcha. Son elementos seguros, haciendo posible su enclavamiento en caso de producirse una avería o fuga del fluido hidráulico. VI. DESVENTAJAS DEL SISTEMA HIDRÁULICO La alta presión de trabajo del sistema hidráulico exige labores de mantenimiento preventivos y la verificación de posibles fugas en las juntas. La baja velocidad de accionamiento de los cilindros o pistones hidráulicos. (actuadores). Sistema no muy limpio, debido a la presencia de aceites o fluidos hidráulicos. Es un sistema más caro que otros, por ejemplo, los sistemas de aire comprimido. VII. CONCLUSIONES Gracias a los avances tecnológicos y materiales de ingeniería, se ha logrado importantes avances en la aplicación de los sistemas hidráulicos, haciéndolos más pequeños y con mayor eficiencia. Actualmente el fluido hidráulico de estos sistemas son la base fundamental de muchas máquinas y herramientas. Además de trasmitir potencia, también son los encargados de lubricar, minimizar fugas y disipar el calor de los componentes mecánicos. Los sistemas hidráulicos son más recomendables, que los sistemas de aire comprimido cuando se requiere transformar la energía a presiones o cargas elevadas. Al funcionar con líquidos incompresibles, hace que estos sistemas sean más peligrosos que los de aire comprimido, puesto que el fluido es más sensible a los cambios de temperatura que el aire. VIII. REFERENCIAS Automatización Industrial, 08 de mayo de 2011, http://industrial- automatica.blogspot.com/2011/05/elementos-de-un- circuito-hidraulico.html http://industrial-automatica.blogspot.com/2011/05/elementos-de-un-circuito-hidraulico.html http://industrial-automatica.blogspot.com/2011/05/elementos-de-un-circuito-hidraulico.html http://industrial-automatica.blogspot.com/2011/05/elementos-de-un-circuito-hidraulico.html 5 MOTT, R. L. (2006). Mecanica de Fluidos. Mexico: PEARSON EDUCACIÓN . Quiríon, P. (2003). Fundamentos de la Hidráulica (Vol. 1). Canadá, Quebec: Lab-Volt LTDA. Recuperado el 17 de 02 de 2018. VIRTUAL FLUID H. software Daniel Rodríguez Agudelo, Carlos A. Sierra Proyecto de grado, Universidad América