transmision hidrostatica.pdf

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CAPÍTULO 5.1: TRANSMISIONES HIDROSTÁTICAS.CONCEPTOS BÁSICOS

5.1.1.- Introducción.

La transmisión de energía por medio de un fluido, con el fin de usarlaen las más variadas máquinas agrícolas, se ha convertido en un sistemainsustituible por razones de simplicidad constructiva, de eficacia y de precio.

Las dos posibles formas de utilización de las transmisiones de energíamediante un fluido son:

•

Transmisiones hidrostáticas.• Transmisiones hidrodinámicas.

Las transmisiones hidrostáticas utilizan caudales reducidos de fluidoa alta presión, y se puede considerar que el caudal, para un determinadorégimen, es constante mientras que la presión y la potencia requeridas sonvariables.

Las transmisiones hidrodinámicas funcionan con grandes caudales a baja presión, y se puede considerar que el caudal y la presión son variables,mientras que la potencia necesaria es constante.

Las transmisiones hidrostáticas en las máquinas agrícolas utilizancomo fluido aceite, y entre sus ventajas se pueden destacar una altacapacidad de adaptación del caudal a las necesidades del usuario, unaelevada rapidez de respuesta, una reducida necesidad de entretenimiento, un

bajo coste de mantenimiento, un bajo peso, una reducida necesidad deespacio, capacidad de generar grandes fuerzas, permitir sistemas deautomatización y control, difícil de conseguir con otros sistemas detransmisión, y capacidad para conseguir transmisiones que serían difíciles derealizar con otros sistemas, ya que gracias a la posibilidad de utilización detuberías flexibles, es posible transmitir y distribuir energía a grandesdistancias y lugares diferentes mediante conexiones sencillas y cómodas. Elelevado precio de los componentes puede compensarse con la simplificaciónde diseño y construcción y la flexibilidad funcional de las máquinas.


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Sin embargo hay que tener en cuenta que tienen importantes pérdidasde energía debidas a muy diversas causas y es necesaria una formaciónespecífica para su utilización.

5.1.2- Principios de la transmisión hidrostática de potencia.

El principio básico de las transmisiones hidrostáticas de energía es elde la prensa hidráulica, cuyo principio de funcionamiento se aprecia en lasiguiente figura:

H

Dd

h

f F

Figura 5.1.1.- Palanca hidráulica.

Si se aplica al pistón de menor diámetro una fuerza f, ocurre que en el

pistón de mayor diámetro aparecerá una fuerza F cuyo valor viene dado por:

f •d

DF

2

2

=

Siendo:

f: fuerza aplicada.

d: diámetro del pistón pequeño.D: diámetro del pistón grande.F: fuerza generada.

Cuanto mayor es la relación D/d, menor es la fuerza necesaria paragenerar una gran fuerza en la salida, aunque, evidentemente, menor es eldesplazamiento del pistón de mayor diámetro, con respecto al realizado porel de pequeño diámetro, ya que el volumen de aceite desplazado es el mismo

para ambos. Es por lo que la relación entre los desplazamientos vendrá dada por:


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Hd

Dh

2

2·

El principio de funcionamiento presentado exige, para lograr un granrecorrido en la fuerza generada, el movimiento manual de grandesvolúmenes de aceite. Para evitarlo, en los circuitos hidrostáticos, se sustituyeel cilindro de pequeño diámetro por una bomba que toma el líquido de undepósito y lo introduce en el cilindro de forma continua haciendo recorrer al

pistón de gran diámetro la distancia deseada.

F

Figura 5.1.2.- Principio del bombeo hidráulico.

También puede explicarse el principio de funcionamiento

considerando el principio de conservación de la energía.

Es importante señalar que, todo circuito hidrostático si el líquido procedente de la bomba encontrara un obstáculo firme en cierto punto de surecorrido, que le impidiera seguir saliendo, se producirá una elevación de

presión, alcanzándose valores tan elevados que podrían causar roturas en elsistema. Para impedirlo en todo circuito hidrostático se instalará una válvula que recibe el nombre de válvula de seguridad o de máxima.

Si el fluido es impulsado por un conducto, en su recorrido encuentrauna resistencia que es tanto mayor cuanto más largo y delgado es este,siendo precisamente esta resistencia la que genera una pérdida de energía,tanto más considerable cuanto más largo es el tubo, menor es su diámetro ymayor es el caudal de aceite, lo cual, para comprobarlo basta con realizar elexperimento que se presenta en la siguiente figura.


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p

Figura 5.1.3.- Variaciones de la presión originadas por efectos dinámicos.

La energía total del fluido utilizado en una transmisión puedeconsiderarse suma de su energía de presión, también llamada piezométrica,de su energía potencial, de su energía cinética y de su energía térmica.

La energía térmica tiene su origen en el rozamiento producido por elmovimiento del líquido a través del circuito, que hace que parte de suenergía se vaya transformando en calor. De las cuatro formas mencionadases la única que se disipa y no se recupera, pero puede llevar al fluido detransmisión a temperaturas suficientemente elevadas como para ocasionar

problemas importantes, por lo que hay que prestar una importante atención aella.

Si en un tubo de sección variable lleno de líquido en movimiento, seconsideran dos secciones transversales cualesquiera S1 y S2, siendo v1 y v2 las velocidades (medias) del líquido en ellas, y Z1 y Z2 las alturas de suscentros de gravedad con respecto a un plano horizontal, p1 y p2 las presionesestáticas y e1 y e2 las energías térmicas en cada una de las dos seccionesconsideradas, por el principio de conservación de la energía se tendrá que lasuma de las energías potencial, cinética, térmica y de presión es constante.

S

p v

Z

S

pv

Z

11

1

1

2

22

2

Plano de referencia

Figura 5.1.4.- Principio de Bernouilli.


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Por tanto, puede expresarse que:

Zv

g

pe Z

v

g

pe Cte1

12

11 2

22

222 2 = =· · .γ γ

Siendo:

g = aceleración de la gravedad.Z = altura geométrica.

p = presión estática.

v = velocidad.γ = peso específico del líquido.

Expresión que se conoce como ecuación de Bernouilli.

Como en las transmisiones hidrostáticas la energía potencial y laenergía térmica son despreciables frente a los demás, el principio deBernouilli puede expresarse por:

vg

p Cte2

2 ·.=

γ

• El principio de continuidad, por el cual a lo largo de un tubo enrégimen permanente, el volumen de líquido que atraviesa una seccióncualquiera por unidad de tiempo, o sea, el caudal, es constante, permite, a

partir del concepto de caudal, calcular la velocidad media v, según la

expresión:

vQ

S

Por tanto, puede expresarse que:

.CteS•vS•v 2211 Q =


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5.1.3.- Potencia y rendimiento.

En las transmisiones hidrostáticas la potencia hidráulica, se manifiesta

en forma de presión y de caudal, y se calcula mediante las fórmulas:

Np Q

i =·

450 (C.V.) ; N

p Qi =

·

612 (Kw)

Siendo:

p: Presión expresada en kp/cm2.Q: Caudal en l/min.

En toda transmisión de energía es preciso tener en cuenta elrendimiento, el cual, tiene lugar como pérdida de potencia, que debe sercompensada por el motor que la acciona. La potencia del motor Nm necesariaserá la suma de la potencia hidráulica Nh, que es la realmente utilizable en latransmisión hidrostática y la potencia perdida Np:

phm NNN

Se define el rendimiento como el cociente entre la potencia hidráulicay la potencia motriz necesaria, y se calcula mediante la expresión:

ph

h

m

h

NN

N

N

N

=

Las pérdidas de potencia se pueden agrupar en pérdidas de caudal y en pérdidas mecánicas.

• Se define rendimiento volumétrico, ηv a la relación:

pr

r

t

rv QQ

Q

Q

Q

=


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Siendo:Qt = caudal teóricoQr = caudal realQ p = caudal perdido

• Se define rendimiento mecánico ηm a la relación:

pr

r

t

rm pp

ppp

=

Siendo:

pt = presión teórica pr = presión real p p = presión perdida

El rendimiento total, se calcula como producto del rendimientovolumétrico por el mecánico:

η η ηm v·

El rendimiento se da tanto en los elementos impulsores de caudal,como en los receptores. En éstos las fórmulas de cálculo son:

Potencia mecánica: phm NNN

Rendimiento total:pm

m

h

m

NN

N

N

N

=

Caudal absorbido: prt QQQ

Rendimiento volumétricopt

t

r

tv QQ

Q

Q

Q

=

Rendimiento mecánico y de presión: r

pr

r

t

m p

pp

p

p

=


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11/33

143

0 12

11

10

9

8

76

5

4

3

2

1

Figura 5.1.5.- Manómetro de muelle Bourdon.

En las transmisiones hidrostáticas, lo que se lee en el manómetro es la presión piezométrica de la masa de líquido, la cual como se propaga con unavelocidad del orden de 1200 m/seg, se puede considerar que llega a todos los

puntos de la instalación instantáneamente.

5.1.5.- Resistencias hidráulicas.

La circulación de cualquier fluido ofrece resistencia que se manifiestacon pérdidas de carga o de presión. Empíricamente se puede demostrar quedicha resistencia es directamente proporcional a la longitud de la tubería einversamente proporcional a una potencia de su diámetro que depende de las

características geométricas de la tubería, de la viscosidad del fluido y delrégimen de circulación (laminar o turbulenta).

R K Lh = ∅· ·

Siendo:

R h = resitencia a la circulación del fluido.

K = constante caracterítica de la tubería.L = longitud de la tubería.∅ = diámetro de la tubería.

El cálculo de la pérdida de carga o diferencia de presiones entre dos puntos considerados, que origina la resistencia, se calcula mediante criteriosempíricos, y hay que tener en cuenta que la presión en la acometida es lasuma de la pérdida de carga debida a la tubería y de la presión en el punto

considerado.


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1ppp

Multiplicando ambos miembros de la igualdad por el caudal Q, setiene:

N N N 1

Siendo:

N = potencia a la salida de la bomba.∆ N = pérdida de potencia debida a la circulación de fluido.

N1 = potencia disponible.

La pérdida de potencia debida a la circulación del fluido se datransformándose en calor que es preciso eliminar en un tiempo máximo, paraevitar sobrecalentamientos.

El fluido puede circular en régimen laminar o en régimen turbulento.

• En régimen laminar, que es propio de las bajas velocidades, se

considera que el fluido que circula en cilindros concéntricos de espesorinfinitesimal, con movimiento rectilíneo y paralelo, de forma que el cilindroen contacto directo con la pared de la tubería tiene velocidad nula, y a partirde la pared aumentan progresivamente la velocidad, hasta llegar a unmáximo en el eje de la tubería.

• El régimen turbulento se produce cuando se sobrepasa ladenominada velocidad crítica, la cual depende de las características del

líquido y del diámetro de la tubería, y en él las partículas están animadas conun movimiento desordenado con velocidades que varían con el tiempo y la

posición.

La determinación del tipo de régimen se hace mediante el númeroadimensional de Reynolds el cual para tuberías se calcula con la siguienteexpresión:


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R v d

ge =

γ

η

· ·

·

Siendo:

R e = número de Reynolds.v = velocidad media en el tramo de tubería.d = diámetro interior de la tubería.γ = peso específico del líquido.η = viscosidad absoluta.g = aceleración de la gravedad.

Para cada tipo de sección existe, y es conocido, un valor crítico delnúmero de Reynolds que limita los dos regímenes posibles.

Además de las pérdidas de carga debidas a la resistencia a circular elfluido por tuberías, se pueden encontrar resistencias localizadas en puntostales como curvas, codos, empalmes, cambios de diámetro, confluencias odivergencias, estrechamientos, etc. Para su cuantificación se usan tablas yábacos obtenidos experimentalmente.

Para calcular la pérdida total de presión en un circuito se suman de las pérdidas de carga distribuidas y localizadas que aparecen en él. Esta pérdidatotal de presión debe mantenerse dentro de límites relativamente bajos, paraconseguir, además de un rendimiento total elevado que la producción decalor sea reducida. Se considera aceptable una pérdida de carga total nosuperior al 5-10% de la presión de impulsión.

5.1.6.- Características de los fluidos.

El fluido utilizado en los circuitos hidrostáticos además de transmitir potencia, lubrica las piezas móviles, reduce las fugas y enfría o bien disipa elcalor.

Las características que deben satisfacer los fluidos son:

• Elevado poder lubricante

•

Bajo poder corrosivo.• Reducida evaporación.


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• Alto punto de ebullición.• Pequeña capacidad de formación de depósitos.

Además debe cumplir requerimientos tales como: impedir la

oxidación, impedir la formación de lodo, gomas y barniz, reducir laformación de espuma, mantener su propia estabilidad, tener un alto índice deviscosidad, tener poder antiemulsivo y no atacar a los elementosconstituyentes del circuito.

• La viscosidad es de todas las propiedades de los fluidos hidráulicosla más importante y se define como la medida de su resistencia a lacirculación.

Para medir la viscosidad, Newton realizó un experimento queconsistió en medir la fuerza de arrastre de un cilindro dotado de giro sobreotro colocado en su interior, teniendo en cuenta la holgura entre lassuperficies laterales enfrentadas, la dimensión de las mismas y el tubo deaceite en el que metía ambos cilindros. Demostró que la fuerza de arrastreoriginada por el rozamiento es directamente proporcional la tamaño de lassuperficies enfrentadas y a su velocidad lineal relativa e inversamente

proporcional a la holgura, lo cual expresó mediante la ecuación:

h

vS=F ⋅

⋅

Siendo:

F = fuerza de arrastreS = superficie deslizante

v = velocidad relativa de desplazamientoh = distancia entre superficies deslizantesν = constante de proporcionalidad que Newton denominóviscosidad absoluta o simplemente viscosidad.

Cuando F se expresa en dinas, v en cm/s, h en cm y S en cm2, launidad de viscosidad es el poise.


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La viscosidad de la mayoría de los aceites lubricantes es inferior a un poise y es por ello que es usual expresar la medida de viscosidad encentipoises.

Es evidente que a medida que aumenta la velocidad relativa entre lassuperficies deslizantes mayor es la fuerza de rozamiento y cuanto mayor esla superficie enfrentada más elevada es también la fuerza de rozamiento locual está en contraposición con las leyes de rozamiento de Coulomb.

Como la viscosidad y la densidad de los aceites cambia con latemperatura es frecuente expresar la viscosidad del aceite como viscosidad

cinemática νc, considerando como tal la relación:

ν

ν =c

Siendo:

νc = viscosidad cinemática

ν = viscosidad absolutaδ = densidad del aceite

Siδ

se expresa en gr/cm3, la unidad deνc es el Stoke. Como la

viscosidad cinemática de los lubricantes es muy reducida acostumbra a usarcomo unidad de medida el centistoke (1 centistoke = 1/100 Stoke).

Debido a la poca aceptación que fuera del campo técnico han tenido

estas unidades, se usan en los aceites comerciales otras formas de medir laviscosidad. Así es usual encontrar aceites con su viscosidad expresada enGrados Saybolt, Engler o Redwood. La primera se define como el tiempo ensegundos necesario para que 60 cm3 de aceite pasen a través de un tubo de1'76 mm. de diámetro y 12'22 mm. de longitud a una temperatura dada, y serepresenta por S.S.U. Las restantes con sus características específicas sedefinen de igual manera.

La relación entre ν y S.S.U. se obtiene mediante la fórmula empíricade Hagen-Poseuille:


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ν (centistokes) = 0'22 · SSU - 180/SSU

Una vez obtenida, para pasar la viscosidad cinemática a viscosidadabsoluta basta con multiplicar por la densidad del aceite expresada en gr/cm3.

La relación entre ν y ºE, entre ciertos límites, se obtiene mediante lafórmula de Ubbelohde:

s/m•Kp 2410••Eº

4'6E•º6'7 γ

Siendo:ν: viscosidad absoluta en Kp·s/m2.º E: viscosidad en grados Engler.γ: peso específico del aceite en Kp/dm3.

Hoy en día es frecuente para definir las características de un aceite,utilizar la nomenclatura ofrecida por la Sociedad Americana de Ingenieros,la cual se presenta en la siguiente tabla :

DenominaciónS.A.E.

ViscosidadºE a 50ºC

ViscosidadºE a 100ºC

FLUIDEZ

10 3.1-4.2 1.4-1.6 Muy fluido20 4.2-6.4 1.6-1.8 Fluido30 6.4-9.3 1.8-2.1 Semifluido40 9.3-11.6 2.1-2.3 Semidenso50 11.6-18.8 2.3-3.0 Denso60 18.8-24.4 3.0-3.5 Muy denso70 24.8-32.3 3.5-4.1 Extra denso

Tabla 5.1.1.- Clasificación S.A.E. de los aceites

La variación de la densidad del aceite con la temperatura puedeexpresarse mediante la ecuación empírica:

16)-(t•0'0006-= C16ºt

• El índice de viscosidad permite determinar la variación de laviscosidad con la temperatura, para ello a los aceites parafínicos, cuyaviscosidad cambia poco con la temperatura, se les da un índice de viscosidad100 y a los que ofrecen cambios grandes de viscosidad, los aromáticos, se les


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da índice de viscosidad 0, con lo que para determinar el índice de viscosidadde un aceite dado se determina su viscosidad S.S.U. a 100ºC y a 38ºC y sison x e y las viscosidades determinadas, su índice de viscosidad se determinamediante la fórmula empírica:

100%H-L

y-L=VI ⋅

Siendo:

H = 0'0408·x2 + 12'568·x - 475'4L = 0'2160·x2 + 12'070·x - 721'2

5.1.7.- Elementos hidrostáticos

5.1.7.1.- Introducción

El diseño y cálculo de un circuito hidrostático de transmisión de potencia requiere el conocimiento previo de las características constructivasy de funcionamiento de los distintos elementos que lo componen. La

industria oferta una muy variada gama de productos comerciales, cuyas particularidades permiten una selección correcta de componentes, pero para poder hacer su selección con fundamento es preciso conocer suscaracterísticas generales, las cuales se presentan en este apartado.

5.1.7.2.- Depósitos.

El depósito, cuya principal misión es la de contener el fluido de

transmisión, puede situarse en cualquier parte de la máquina sin más problemas que su diseño, de forma que deje en su parte superior un espaciolibre suficiente para que el aire pueda separarse del fluido, que permita quelos contaminantes se sedimenten y que disipe el calor generado en elsistema.

Como regla práctica, en instalaciones para maquinaria agrícola, seacostumbra a dimensionar la capacidad del depósito en litros, de forma quesea de dos o tres veces el caudal de la bomba expresado en litros por minuto.


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Los depósitos deben tener un respiradero al que se le incorporatambién un filtro grosero, normalmente de malla metálica, que además demantener la presión atmosférica en el interior, elimine las impurezas alllenarlo de aceite. También deben tener en su interior una placa cuya misión

es la de someter el fluido a una decantación, y que además de impedir que seoriginen turbulencias, ayude a separar el aire del fluido y a disipar el calor através de las paredes.

1

3

4

2

1.- Salida hacia la bomba.2.- Filtro grosero de malla.3.- Placa desviadora.4.- Retorno.

Figura 5.1.6.- Depósito de aceite con termómetro e indicador de nivel y detalle del orificio de llenado.

Las conexiones del depósito deben hacerse por debajo del nivel deaceite, y tanto las líneas de aspiración como las de retorno deben estar lo más

bajas posible respecto al nivel del fluido.

5.1.7.3.- Tuberías y racores.

Los elementos que constituyen un circuito hidrostático se unenmediante tuberías rígidas o flexibles.

• Las tuberías rígidas son tubos de acero obtenidos por estirado, con

una superficie interior muy lisa y un diámetro exterior con tolerancias


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constructivas muy reducidas, para poder unir entre sí tramos de tubo oelementos por medio de los llamados racores sin soldadura, aunque cuandolas tuberías son muy grandes se unen mediante bridas soldadas.

Figura 5.1.7.- Racor estándar.

• Las tuberías flexibles se usan para llevar el aceite a elementos que

modifican su posición durante su funcionamiento, o bien presentanvibraciones. Además de soportar valores elevados de presión, pueden

permitir las más diversas conformaciones. Se construyen a base de capasalternadas de tejido de goma y de mallas metálicas. Siendo el número demallas el que determina su capacidad para soportar la presión. Para suconexión permiten la colocación en sus extremos de manguitos roscados,también llamados racores, y para hacer conexiones provisionales existenmanguitos especiales denominados rápidos, que actúan con una simple

acción manual.

1 2

4

5

3 1.- Capa exterior de caucho.2.- Capa de tejido metálico.3.- Capa interior de caucho.4.- Capa de tejido metálico.5.- Capa interior de material

no sensible al fluido.

Figura 5.1.8.- Tubería flexible.

Cada manguito está constituido por un cuerpo, una tuerca de apriete yun anillo.


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Figura 5.1.9.- Manguito roscado de conexión a tubería flexible y manguito rápido.

En todas las tuberías se ofrece su presión de prueba, que esnormalmente igual a una vez y media la presión de servicio máxima prevista,y su diámetro nominal o diámetro interior de las mismas. Ambas

características están normalizadas.

5.1.7.4.- Cilindros.

Cada cilindro hidráulico está formado por un cuerpo tubular provistode dos cabezales con juntas de estanquidad de tipo estático, uno de los cualestiene un orificio por el que pasa la caña o vástago, y un pistón, con juntas deestanquidad de tipo dinámico que se desliza unido a la caña. Hay cilindroscon doble vástago, para aplicaciones especiales.

Cada cuerpo y su correspondiente vástago están dotados de sistemasde fijación a la estructura de la máquina, y según las características de sufuncionamiento se pueden clasificar en de simple efecto, en los cuales la

presión actúa sobre una sola cara del pistón, siendo, normalmente, el propio peso de los elementos sobre los que actúa el que le hace retroceder, y dedoble efecto, en los que la presión actúa sobre ambas caras del pistón y

provoca movimientos en uno u otro sentido.


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Figura 5.1.10.- Cilindro de doble efecto.

5.1.7.5.- Bombas.

Las bombas, que son los elementos encargados de transformar laenergía mecánica en energía hidráulica, pueden ser hidrodinámicas ehidrostáticas.

• Las bombas hidrodinámicas, también denominadas centrífugas,utilizan un rotor que imprime al fluido una elevada velocidad gracias a lacual adquiere presión. La característica más importante de este tipo de

bombas es que el caudal suministrado y la presión están ligados de manera

que su producto es constante, por lo que si uno aumenta el otro disminuye.

1

23

4

5

1

1.- Salida.2.- Eje.3.- Entrada.4.- Rodete.5.- D ispersor.

Figura 5.1.11. Bombas hidrodinámicas.

• Las bombas hidrostáticas, también denominadas volumétricas, dan presión al líquido disminuyendo el volumen de la cámara en la que escontenido. En ellas el caudal suministrado no varía con la presión, sino quedepende de su cilindrada y de su régimen de giro.

Se define cilindrada como el volumen de líquido desplazado en cadarevolución y se expresa en centímetros cúbicos/revolución. La mayoría delas bombas tienen cilindrada fija, aunque hay modelos en los que se puedemodificar la cilindrada, por lo que a un régimen de giro, pueden ofrecerdistintos caudales.

Las bombas hidrostáticas pueden ser:

• De engranajes: constan de dos engranajes alojados en una carcasa


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provista de acometidas de aspiración e impulsión. Se caracterizan por susolidez, su adaptación a diferentes tipos de aceites, su facilidad de montajeen cualquier posición, su amplio margen de velocidades admisibles, suelevada capacidad de aspiración, su amplia gama de tamaños, su economía y

su gran oferta comercial.

1.- Entrada por vacío.2.- Arrastre del aceite.3.- Engranaje.4.- Salida de aceite a presión.

4

3

1

2

Figura 5.1.12.- Bomba de engranajes.

La alta presión existente a la salida de la bomba supone una carga noequilibrada sobre los engranajes y de estos sobre los cojinetes que lossoportan, lo que obliga a usar cojinetes de agujas.

• De lóbulos o de engranajes externos constan de un rotor interno,que movido desde el exterior, arrastra un rotor externo, con el que formanlas cámaras de bombeo.

2 1

5

3 4

1.- Orificio de entrada.2.- Orificio de salida.3.- Rotor interno.4.- Cuerpo.5.- Rotor externo.

Figura 5.1.13.- Bomba de lóbulos.

• De paletas: constan de un cuerpo o carcasa, dentro de la cual gira unrotor con paletas en su periferia. Las paletas delimitan las cámaras devolumen variable, en las cuales a medida que giran crean un vacío que lasllena de aceite que es impulsado hacia la salida cuando el tamaño de lascámaras disminuye.


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5

6

78

1

2

3

4

1.- Entrada.2.- Eje.3.- Cámaras de bombeo.4.- Rotor.5.- Superficie del anillo.6.- Salida.7.- Paletas.8.- Cuerpo.

Figura 5.1.14.- Funcionamiento de una bomba de paletas.

• De pistones: constan de un cilindro provisto de dos válvulas, una deadmisión y otra de impulsión, dentro del cual un pistón, moviéndosealternativamente, aspira fluido y lo expulsa.

Según sus características de funcionamiento, las bombas de pistonesse clasifican en:

De pistones en línea: que son las más simples si bien resultan másvoluminosas y presentan limitaciones en su velocidad de giro. Funcionangracias a un sistema biela-manivela con el que consiguen el movimientoalternativo de los pistones.

De pistones radiales: cuya cilindrada viene determinada por eldiámetro y número de los pistones y, naturalmente, por la longitud de sucarrera, la cual en algunos modelos puede variar ofreciendo un caudalvariable. Tienen un bloque de cilindros que gira sobre un pivoteestacionario, de forma que a medida que los pistones se desplazanalternativamente en sus cilindros, aspiran y descargan el fluido.

De pistones axiales producen el bombeo según un sistema de placa

inclinada con bloque de cilindros rotativo en unos modelos, o según unsistema de placa oscilante y bloque de cilindros fijo en otros, o bien segúnuna placa vertical con bloque de cilindros rotativo.

La cilindrada de estas bombas, que puede ser variable, vienedeterminada por el número y tamaño de los pistones así como por su carrera,la cual depende del ángulo de la placa inclinada con respecto al bloque decilindros.

Con el principio descrito se comercializan modelos de cilindradaconstante y otros de caudal variable, para lo cual un sistema de control


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externo hace variar el ángulo que forma la placa con el bloque de cilindros.

1

2

3

4

5

6

7

1.- Entrada deaceite.2.- Salida de aceite.3.- Ranura en placa de distribución.4.- Pistón.5.- Eje de accionamiento.6.- Placa de presión.7.- Orificio de entrada de en los.

cilindros.

Figura 5.1.15.- Bomba de placa inclinada y barrilete.

5.1.7.6.- Motores.

Los motores hidráulicos son los encargados de transformar la energíahidráulica en energía mecánica. Su construcción es muy parecida a la de las bombas, y como ellas tienen dos orificios, uno de entrada y otro de salida delaceite y giran en un sentido o en el contrario según el orificio de entrada deaceite usado. En la mayoría de los motores hidráulicos hay una salidacorrespondiente al aceite de drenaje.

La elección de un motor hidráulico se hace en función de su régimenmáximo de giro, de su par y de la presión máxima que soporta.

El par de los motores hidrostáticos va indefectible unido a sucilindrada, o cantidad de fluido en cm3 que requiere para dar una revolución,y a la presión máxima que soporta, se calcula mediante la expresión:

P·C·M ∆

Siendo:

M = par motor.∆ = constante característica del motor.C = cilindrada.P = presión de trabajo.

Los motores hidráulicos pueden ser:

• De engranajes, semejantes a las bombas, constan de dos engranajesacoplados que giran conjuntamente en el interior de una carcasa, uno de ellos


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acoplado al eje de accionamiento.

Sus principales ventajas son su sencillez, su tolerancia a las impurezasy su reducido precio, entre sus inconvenientes están su bajo rendimiento, su

reducida presión máxima y que su régimen máximo de giro no esexcesivamente alto.

Figura 5.1.16.- Motor de engranajes.

• De lóbulos, semejantes a las bombas, permiten obtener altos pares y bajas velocidades con un reducido tamaño.

Figura 5.1.17 -Motor hidráulico de alto par y baja velocidad.

• De paletas, los cuales producen energía mecánica al actuar la presión del aceite sobre las superficies de las paletas colocadas en un rotor,acoplado al eje de accionamiento.

• De pistones, los cuales producen trabajo al actuar la presión en los pistones, originando una rotación del barrilete y del eje. El par es proporcional al área de los pistones y depende del ángulo de inclinación dela placa.


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5.1.7.7.- Distribuidores.

Los distribuidores, también denominadas válvulas direccionales, permiten conducir el aceite para enviarlo a los distintos elementos y efectuar

las funciones que requiera el circuito. Cada distribuidor se define por elnúmero de vías de conexión que posee y por su número de posiciones. Así

por ejemplo una válvula de esfera, como posee una entrada y una salida, esdecir dos conexiones, se dice que tiene dos vías, y como puede estar abiertao cerrada, se dice que tiene dos posiciones, por tanto es un distribuidor deltipo 2/2. Un distribuidor de tres posiciones, para actuar sobre un pistón dedoble efecto, que lo deja fijo en cualquier posición, es del tipo 6/3.

Los distribuidores constan de un cuerpo fijo con acometidas deconexión y cavidades interiores, en cuyo interior una corredera cilíndrica,

provista de ranuras y orificios se desliza de forma manual, mecánica,neumática, oleostática o electromagnética abriendo o cerrando las vías decirculación del aceite.

Figura 5.1.18.- Distribuidores de accionamiento manual.

5.1.7.8.- Válvulas.

Las válvulas, cuyas misiones son las de regular la presión y el caudal,se pueden clasificar en tres grupos:

• Válvulas antirretorno.• Válvulas reguladoras de caudal.• Válvulas reguladoras de presión.

• Las válvulas antirretorno, también llamadas de retención, tienen lamisión de impedir que el aceite pueda recorrer en ambos sentidos las vías decirculación.

Se comercializan para su montaje en línea, en ángulo recto, conretorno controlado, y con antirretorno pilotado.


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3

4 2

A.- Hay circulación de aceite.

1.- Entrada.2.- Salida.3.- Asiento.4.- Bola o cono.B.- Sin circulación de aceite.

A

B Figura 5.1.19.- Funcionamiento básico de una válvula sin retorno.

• Las válvulas reguladoras de caudal se utilizan para controlar lacantidad de aceite por unidad de tiempo que se envía a un determinado

receptor.

Según las características de su trabajo pueden ser no compensadas ocompensadas. Las primeras limitan mecánicamente el paso del aceite,variando el tamaño de un orificio, y las segundas utilizan un sistema decompensación que permite mantener una caída de presión constante a travésde una restricción regulable que desvía al depósito el exceso de caudal,cuando la diferencia de presiones es suficiente para vencer un muelle.

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6

4

3

1

2

1.- Entrada.2.- Pistón.3.- Estrangulador regulable.4.- Salida a receptor.5.- Salida a depósito.6.- Obturador de la válvula de seguridad

Figura 5.1.20.-- Regulador de caudal no compensado.

• Las válvulas reguladoras de presión, imprescindibles en cualquiercircuito ponen en comunicación la línea de impulsión y el depósito, de formaque cuando la presión alcanza un valor previamente fijado se producedescarga de fluido y se evitan las roturas.

Las más elementales usan un resorte que actúa contra un elemento

móvil de cierre de un orificio, regulan la presión mediante un tornillo conajuste manual.


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Figura 5.1.21.- Válvula de máxima de acción directa.

Cuando el caudal y la presión son elevados, un control preciso con laválvula de acción directa no resulta fácil, ya que exigiría el uso de un resortede grandes dimensiones, con los consiguientes inconvenientes de suexcesivo volumen y dificultad de calibrado. En estos casos se usan válvulasque tienen un cuerpo, en el que hay alojado un pistón sobre el que actúa unresorte. Encima del cuerpo hay un control hidráulico que permite el controlde la presión mediante el ajuste de un tornillo que actúa sobre un pequeñomuelle que actúa sobre un cono que cierra un reducido orificio.

Figura 5.1.22.-- Válvula pilotada.

Su funcionamiento se consigue gracias a que en el pistón se taladra un pequeño orificio axial que iguala, cuando por él no hay circulación de aceite,la presión en ambas caras del pistón. Ésta se transmite hasta el pequeñoorificio del control hidráulico, que está cerrado por el antedicho cono.Cuando la presión sobrepasa la acción del pequeño muelle, el cono se separay el aceite circula a través de un orificio axial, taladrando a lo largo del

pistón, haciendo aparecer una diferencia de presión entre las caras inferior y

superior del mismo, suficiente como para vencer la fuerza del resorte que lo


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empuja, por lo que se levanta y permite la descarga de aceite hacia eldepósito.

• Las válvulas reductoras, también consideradas como reguladoras

de presión, bien por acción directa o bien pilotadas, permiten conseguirdiferentes valores de presión en las distintas partes de un circuito.

4

3 Figura 5.1.23.- Válvulas reductoras de acción directa.

• Las válvulas de estrangulación pueden considerarse como válvulasreductoras de presión, pero como la disminución de presión depende delcaudal que pasa por ella, no mantienen constante la presión del aceite a lasalida.

• Las válvulas de secuencia se utilizan cuando en los circuitos esnecesario el paso de aceite sólo cuando la presión alcanza un determinadovalor. Llevan un pequeño pistón en el que actúa, por un lado, la fuerza de un

pequeño resorte y por el otro la fuerza generada por la presión del circuito,que cuando alcanza el valor tarado, abre totalmente el paso de aceite.

1.- Entrada de línea de presión.2.- Corredera.3.- Tronillo de ajuste.4.- Salida a depósito.5.- Salida de línea de presión.6.- Pistón.

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4

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Figura. 5.1.24.- Válvula de secuencia.

5.1.7.9.- Acumuladores hidráulicos.


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Un acumulador hidráulico no es más que un depósito capaz dealmacenar energía que sirve bien para suministrar fluido a presión cuando nono lo aporta la bomba, o bien para absorber los golpes de ariete del sistema.

Existen en el mercado acumuladores de muelle, acumuladoresneumáticos y acumuladores de membrana, cuyos esquemas se presentan enla figura siguiente.

Figura 5.1.25. Distintos tipos de acumuladores.

5.1.7.10.- Simbología.

Para representar cualquier circuito hidráulico se utiliza un sistema queestá normalizado por el que cada elemento se representa por un símbolo,

gracias a lo cual su comprensión es fácil y rápida.ELEMENTO SÍMBOLO ELEMENTO SÍMBOLO

Bomba de cilindrada constante y con un

solo sentido de circulación de aceite.

Motor de cilindrada variable

con dos sentidos de circulación

de aceite

Bomba de cilindrada constante y con

dos sentidos de circulación de aceite.

Cilindro de simple efecto

Bomba de cilindrada variable y con un

sentido de circulación de aceite.

Cilindro de doble efecto

Motor de cilindrada constante y con un

solo sentido de circulación de aceite.

Cilindro de doble efecto con

pistón provisto de vástago a

ambos lados


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ELEMENTO SÍMBOLO ELEMENTO SÍMBOLO

Válvula de retención pilotada Válvula de estrangulación

variable

Válvula combinada de retención y de

estrangulamiento Divisor de caudal

Válvula de cierre Manómetro

Motor eléctrico Termómetro

Motor térmico Medidor de caudal

Acumulador Presostato

Filtro Indicación general de

descarga al depósito y

depósito al aire libre

Refrigerador

Tabla 5.1.2. Símbolos normalizados para los componentes hidrostáticos.

5.1.7.11.- Clasificación de los circuitos hidrostáticos.

En función de la circulación del aceite los circuitos hidrostáticos pueden clasificarse en abiertos y cerrados.

• Circuito abierto es aquel que cuando el caudal de la bomba ha


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realizado sus funciones vuelve al depósito.

• Circuito cerrado es aquel que cuando el caudal de la bomba harealizado sus funciones vuelve a la entrada de la bomba. La principal ventaja

de los circuitos cerrados es que no tienen deficiencias de aspiración, ydifícilmente pueden aparecer fenómenos de cavitación, que, además de darlugar a vibraciones, disminuyen el caudal de la bomba y generan seriosdesperfectos en los elementos del circuito.

transmision hidrostatica.pdf

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