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Circuitos hidráulicos
Generalidades
Muchas máquinas se basan en el accionamiento hidráulico,
equipos
como
grúas,
excavadoras, elevadores, monta-carga e
incluso
robots usan este tipo de accionamiento debido principalmente a las
razones siguientes:
- Pueden generarse colosales fuerzas utilizando
pequeños motores de accionamiento.
- Los sistemas hidráulicos son muy duraderos y seguros.
- Puede regularse la velocidad de accionamiento de forma
continua o escalonada, sin la necesidad de mecanismos
adicionales.
- Un mismo motor puede accionar múltiples mecanismos
de fuerza, incluso de manera simultánea.
- El motor y los mecanismos de fuerza así como los
mandos pueden estar a distancia acoplados por tubos.
- Pueden lograrse movimiento muy exactos.
- Tienen auto frenado.
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El fluido mas comúnmente utilizado es algún aceite ligero
derivado del petróleo
debido a su
innata cualidad lubricante que alarga la vida de las piezas en rozamiento
del sistema.
Estos aceites deben tener la características básicas
siguientes:
- Una viscosidad
no muy alta y esta debe
modificarse poco con la temperatura.
- Elevada resistencia a la formación de espuma.
- Elevada estabilidad con el tiempo.
- No deben ser agresivos a los materiales de goma, como
mangueras y empaquetaduras.
- Mientras mas capacidad lubricante mejor.
Circuito básico
El esquema que sigue (figura 1) representa un circuito hidráulico de
fuerza
clásico, donde el elemento de trabajo es un cilindro de fuerza.
Figura 1
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Los elementos
constitutivos del circuito hidráulico como puede verse son:
- Un recipiente con aceite.
- Un filtro.
- Una bomba para el aceite.
- Una válvula de control que incluye una
válvula de seguridad o sobre presión y la respectiva
palanca de mando.
- El cilindro de fuerza.
- Conductos de comunicación.
Mientras la palanca de accionamiento de la válvula de control
está en su posición de reposo (centro) el aceite bombeado
por la bomba retorna libremente al recipiente, de manera que el
cilindro de fuerza se mantiene inmóvil.
Una vez que se acciona la palanca de control en cualquiera de las dos
direcciones, se cierra la comunicación del retorno libre al
recipiente y se conecta la salida de la bomba a uno de los lados del
cilindro de fuerza mientras que el otro lado se conecta al retorno. De
esta forma la elevada presión suministrada por la bomba
actúa
sobre el pistón interior del cilindro de fuerza
desplazándolo en una dirección con elevada fuerza de
empuje. El movimiento de la palanca de control en la otra
dirección hace el efecto contrario.
A continuación una breve descripción de cada uno de los
elementos del circuito.
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Bomba
Hay diferentes diseños de bombas de aceite, las hay de
lóbulos, de pistones y de engranes. El esquema que sigue (figura 2)
representa una bomba de engranes en funcionamiento.
Figura 2
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Esta bomba de engranes es
una de las mas utilizadas por su bajo costo, tamaño reducido y
elevada durabilidad.
Durante el movimiento de rotación de los engranes, estos
"capturan" el aceite del lado de baja presión (recipiente) al
llenarse las oquedades de los dientes con él y lo inyectan a
alta presión por el otro lado al introducirse el diente del otro
engrane en la oquedad desplazándolo forzadamente.
En estas bombas, entre el perfil del cuerpo y el engrane hay una
holgura mínima para evitar la fuga de retorno del aceite pero
sin que roce el engrane con el cuerpo.
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Válvula de control
La válvula de control (figuras 3, 4 y 5) generalmente se acciona a
través de
una palanca, esta palanca desplaza en el interior de la válvula
un cilindro al que se le han practicado agujeros de manera conveniente
para que al moverse comunique adecuadamente la presión y el
retorno al lado correspondiente del cilindro de fuerza.
Figura 3
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A la izquierda se
representa una válvula de control simplificada en el estado de
reposo (palanca de mando al centro).
El conducto superior conduce el aceite a alta presión desde la
bomba y el conducto central de abajo conduce el retorno a baja
presión hacia el recipiente. Los otros dos conductos inferiores
se conectan a los respectivos lados del cilindro de fuerza.
La zona a rayas es el cilindro interior desplazable de la
válvula y los cuadros blancos son perforaciones practicadas en
él.
Las flechas rojas muestran como el aceite desde la bomba circula
libremente hacia el retorno sin producir comunicación alguna con
los lados del cilindro. En este caso el cilindro de fuerza está
auto frenado, ya que no es posible la salida del aceite.
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Cuando se acciona la palanca de mando se desplaza el cilindro interior
de la válvula de control a alguna de las dos posiciones
representadas abajo
Obsérvese ahora, como puede fluir el aceite, en un caso el
fluido proveniente de la bomba se dirige a uno de los lados del
cilindro de fuerza mientras el otro lado se conecta al retorno, esto
hace que se produzca la carrera de fuerza en una dirección. En
el otro caso se produce exactamente el efecto contrario, lo que
significa que la carrera de fuerza en este caso es en dirección
contraria.
Cilindro de fuerza
El elemento de accionamiento (figura 6) de la carga es un cilindro de acero en
cuyo interior hay un pistón con una o varias empaquetaduras de
goma que hacen un sellaje perfecto entre el pistón y la pared
interior pulida del cilindro para evitar la comunicación entre
las cámaras cilíndricas separadas por el pistón.
Un vástago muy pulido de acero (generalmente cromado) acoplado
al pistón sale por uno o por ambos lados del cilindro.
Un empaque adecuado impide la salida del aceite por los bordes del
vástago pero permite el movimiento libre de este
longitudinalmente.
En el animado puede verse como se desplaza el pistón interior y
con él el vástago en dependencia de las entrada y salida
del aceite, las flechas rojas representan el lado de alta
presión (desde la bomba) y las azules el lado de baja
presión (retorno).
Válvula de sobre presión
Cuando se mantiene la palanca de mando accionada y el cilindro de
fuerza llega al final de la carrera, este de detiene y no puede entrar
mas aceite al cilindro procedente de la bomba, la presión en el
sistema comienza a crecer rápidamente llegando en muy poco
tiempo a valores peligrosos para la integridad del sistema. Para
resolver este problema en todos los circuitos hidráulicos hay
una o mas válvulas reguladoras de la presión
máxima (figura 7).
El esquema que sigue representa muy simplificadamente una de estas
válvulas.
Figura 7
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El conducto central
está conectado a la bomba de aceite, el conducto lateral al
recipiente.
La conexión entre el lado de alta presión procedente de
la bomba y el retorno se mantiene siempre cerrado por el
tapón
corredizo interior debido al empuje del resorte.
Cuando la presión sobrepasa cierto valor, la fuerza de empuje
levanta el
tapón corredizo y la presión se alivia al retorno. De
esta forma la
presión del sistema nunca sobrepasa un valor asignado de
seguridad que
puede ser ajustado con el tornillo de regulación que empuja mas
o menos
el resorte.
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Así lucen una bomba y un cilindro de fuerza reales.
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