Motores oleohidráulicos

Bombas y motores oleohidráulicos

Principios fundamentales de su funcionamiento

1 . – Definición de Motores Oleohidráulicos

- Los motores oleohidráulicos

«Son máquinas volumétricas de desplazamiento positivo. Esto es, su funcionamiento se

basa en la variación de volúmenes con puntos de cierre bien definidos.»

Al introducir un caudal a un motor el nos suministra un movimiento rotativo, pues sus

mecanismos constructivos hacen que aparezcan volúmenes crecientes que consumen parte del

fluido originándose en ellos el empuje, por lo que se constituyen en la cámara de alta presión y, por

tanto, con fugas que no van a mover motor, es decir, los volúmenes crecientes no crecen tanto

como deberían crecer a causa de las fugas. Fugas que se originan al filtrarse por los intersticios de

los puntos de cierre el fluido logrando así lubricar esos puntos de cierre dinámicos con el fluido que

sale por el tubo de drenaje, y a partir de un cierto momento de la rotación, esos volúmenes

crecientes, se convierten en decrecientes generando el caudal de salida. Todo ello sin que haya

comunicación significativa entre la zona en que son crecientes y la zona en que son decrecientes.

Comportándose, al igual que las bombas, como maquinas volumétricas de desplazamiento positivo.

CFPE de Avilés – Instructor de Automatización Oleohidráulica: C. Muñiz Cueto – [email protected] 1/7

MOTORES OLEOHIDRÁULICOSRed Tecnológica:

Bombas y motores oleohidráulicos Por tanto los conceptos básicos iniciales son, aparentemente, los mismos que los de las bombas,

salvo que aquí en los motores, los volúmenes crecientes son los que reciben el caudal y soportan la

mayor presión:

1. Volúmenes crecientes/decrecientes.

2. Separados por puntos de cierre herméticos.

3. Los volúmenes crecientes están conectados a la zona de entrada y son de alta

presión

4. Los volúmenes decrecientes a la zona de salida o retorno y son los de baja presión

Estos volúmenes crecientes y decrecientes V+/- se generan y desaparecen veces por rotación,

por lo que al introducir n r.p.m. revoluciones por minuto al eje del motor ocurre que, si los V+/-

están expresados en cm3, tendremos que en cada revolución un volumen de cm3 es consumido por

el motor.

Por cada revolución se consumirán pues:

V0 = V+/- . [cm3] [Siendo V0 el tamaño o cilindrada del motor].

En el caso de un motor de engranajes, si z es el numero de dientes de cada engranaje tendremos

que

= 2 . z

Ahora bien, no todo ese consumo es el que entra en el motor, pues parte de él se escapará de la

zona de entrada hacia la zona de baja presión permitiendo la lubricación de esas partes móviles. Por

tanto al considerar que el caudal que entra menos el que se fuga para lubricar, es el caudal que

mueve al motor y tiene el valor de la cilindrada V0 , o volumen por revolución, el resultado será

que las revoluciones por minuto que generará el motor vendrán expresadas en función del caudal

que sale [en cm3/m tras multiplicarlo por mil] dividido por la cilindrada.

n = 1000 . Qs / V0 [n= r.p.m; Qs= l/m; V0= cm3/ rev.]

en donde Qs es el caudal de salida distinto del que entra ya que, como hemos dicho, hay fugas para

lubricar, y se puede hablar de un rendimiento volumétrico. Así que el caudal de salida vendría dado

en función del que le entra al motor

Qs= Qe . Rv o lo que es lo mismo:

(1) n = 1000 . Qe . Rv / V0 [ Qe = lit / m ; V0 cm3 / U ]

Expresión que nos da el número de revoluciones n del motor

2 . – El motor de engranajes externos

El eje motriz hace girar el engranaje ligado a él y éste hace girar al otro engranaje idéntico a él. De

tal forma que al estar los engranajes rozando la carcasa, entre ese roce y el otro de su línea de


Bombas y motores oleohidráulicos contacto o engrane, se consigue separar las dos zonas en las que los volúmenes entre dientes

crecen y decrecen:

1. La zona en la que los volúmenes entre dientes V+/- crecen o entrada [zona roja]

2. La zona en la que los volúmenes entre dientes V+/- decrecen o salida [zona azul]

Luego el volumen sometido a decrecimiento no tiene más remedio que provenir del giro del motor,

siendo éste caudal de salida quien marca las r.p.m. y la contrapresión resistencia oleohidráulica al

giro, con sus dificultades de transito, quien le comunica la presión contra la que debe enfrentarse el

trabajo del motor.

Mientras, en la zona donde los volúmenes crecen, se está intentando generar dicho volumen

creciente desplazando las partes móviles del motor y, por tanto, la presión en este punto es el

resultado del trabajo, o carga del motor, más la contrapresión de la salida.

3 . – Funcionamiento de un motor

Bueno ya hemos visto que un motor funciona cuando al introducirle un caudal él nos devuelve

revoluciones y hemos visto como podemos averiguar dichas revoluciones, pero debemos averiguar

cual sería la diferencia de presiones que se originaría al solicitar de él un par. Para ello debemos

analizarlo como un bloque de potencia.



Es decir tenemos una Wn que sale del motor en forma de par M [Nxm] y n [rpm.]. Analicemos esa

potencia:

3. - 1 – Génesis del movimiento rotativo: radián y velocidad angular

Así en la figura vemos como un móvil m que se encuentra moviéndose en la misma dirección y

sentido con la misma velocidad uniforme siempre, cumpliendo con el principal principio de la

mecánica de que: un móvil si no es perturbado por fuerza alguna, continuará eternamente

moviéndose con tal calidad y cantidad del movimiento. Pero lo difícil en este universo e imposible en

nuestro planeta, es no estar perturbado por fuerza alguna, cuando, entre otras cosas existe la fuerza

de la gravedad. Pero concretando en nuestro caso, a ese móvil que viaja imperturbable en línea

recta si le sometemos a una fuerza centrípeta transversal a él, inmediatamente el móvil gira

adquiriendo un movimiento circular mientras la fuerza centrífuga permanezca constante y, así

mismo, continuará sin variar en absoluto la velocidad de su movimiento, sólo estaremos con esta

fuerza centrípeta ortogonal al movimiento su línea de recorrido convirtiéndola en circular. Hemos

creado así con esta fuerza centrípeta permanente el movimiento circular giratorio.

Como ya hemos dicho al someterlo a una fuerza centrípeta, conserva intacta su velocidad lineal sólo

que ahora girando. Pues bien, si un punto se mueve con movimiento rotativo tendrá un velocidad

lineal equivalente al espacio que recorre s en el tiempo t y habrá recorrido un ángulo de la

circunferencia. Si simplemente cambiamos las unidades o forma de medir tal espacio y, en lugar de

metros, las convertimos en que sea el propio radio de curvatura de la circunferencia la unidad con


Bombas y motores oleohidráulicos que medimos esa distancia, tendremos que entonces un arco de circunferencia, y una circunferencia

completa tendrá como longitud 2 radios . Si ahora hacemos coincidir cada radio con un ángulo y

llamamos a ese ángulo radian, tendremos que un circulo completo de 360º coincide con 2

radianes. Pues bien en estas condiciones podemos decir que:

s = r . Puesto que la velocidad v = s / t Tendremos:

v = r . / t = r . ( t ) en donde aparece lo que denominamos velocidad angular =

t Luego:

v = r . Expresión que nos relaciona la velocidad lineal con la velocidad

angular.

3. - 2 – Análisis del movimiento circular desde la potencia.

Si el móvil de un movimiento circular se debe enfrentar a una fuerza resistente manteniendo su

velocidad uniforme, deberá ocurrir que la resultante de fuerzas en ese móvil debe ser nula para

conservar la velocidad uniforme. Por tanto ocurrirá:

Es decir que se realiza una fuerza F igual y opuesta a la Fr con lo que al ser la resultante nula la

velocidad v es constante y uniforme. Luego la potencia de necesidades Wn que estaría

desarrollando el motor para que la Fr no detuviese el móvil sería:

Wn = F . v y puesto que v = r . Tendríamos que:

Wn = F. r .

Ahora bien, el invariante en un movimiento rotativo cuando dos fuerzas se oponen no es la propia

fuerza, pues si observamos una balanza romana tendremos que hay dos fuerzas pretendiendo hacer

dos giros distintos, una un giro de izquierdas y la otra uno de derechas en busca del equilibrio tanto

de fuerzas, como de giros.



El equilibrio de fuerzas se logra de la forma que R la reacción del apoyo, equilibra la resultante

de fuerzas Fr y F .

R = Fr + F [Fuerzas en equilibrio F = 0 ]

De igual forma el equilibrio de giros se logra a pesar de que Fr y F son bien distintas. Eso es así

porque en el caso del movimiento giratorio no es como en el movimiento lineal que el invariante es

la igualdad entre fuerzas que actúan en un sentido y la resultante de las fuerzas que actúan en otro

sentido, sino que el invariante es aquí el producto de las fuerzas que pretenden girar en un sentido

por las distancias al eje de giro. A ese producto convertido aquí en el movimiento giratorio como el

invariante, se le denomina Momento o par. Por lo que el par resistente es igual al par de la acción.

Fr . r1 = F . r ; Mr = Fr . r1 ; M = F . r o bien:

Mr = M [Momentos en equilibrio M = 0 ]

Con lo cual la potencia de necesidades nos queda de la forma:

Wn = F. r . Wn = M .

O bien, puesto que: v = 2 r n / 60 = . r ; tendremos que: = 2 . n / 60

Con lo cual la potencia de necesidades quedaría de la forma:

Wn = 2 . M . n / 60

3. - 3 – Diferencia de presiones (Pe – Ps) entre la entrada y salida de un motor o P del

motor.

Aplicando todo lo visto anteriormente al motor oleohidráulico. Tendremos que:

De Wn = 2 . M . n / 60 Y de (1) n = 1000 . Qe . Rv / V0 se deduce que:

Wn = 2 . M . 1000 . Qe . Rv / (V0 . 60) [watios] o bien:

Wn = 2 . M . Qe . Rv / (V0 . 60) [Kilowatios]

O bien:


Bombas y motores oleohidráulicos (2) Wn = 2 . M . Qs / (V0 . 60) [Kilowatios]

Del bloque de potencias y teniendo en cuenta el rendimiento mecánico Rm = Wn / Wh podemos

deducir que:

(3) Wn = Wh . Rm Pero ¿cuál es la Wh en kilowatios? Mirando al bloque de potencias podemos

ver que:

We = Wh + Ws + Wpv ; es decir que:

Wh = We – Ws – Wpv ; osease:

Wh = Pe Qe / 600 – Ps Qs / 600 – Pe qf / 600 o bien: Wh = Pe (Qe – qf) / 600 – Ps Qs / 600 o

bien:

Wh = Pe Qs / 600 – Ps Qs / 600 lo que nos da:

Wh = (Pe – Ps) Qs / 600 de donde deducir sustituyendo en (3):

Wn = (Pe – Ps) . Qs . Rm / 600 Que nos permite la igualdad con (2)

2 . M . Qs / (V0 . 60) = (Pe – Ps) . Qs . Rm / 600 De donde podemos despejar Pe – Ps

P = Pe – Ps = 20 M / (V0 . Rm) [ P = bars ; M = Nxm ; V0 = cm3 / U ]

Expresión que nos da la diferencia de presión o P del motor


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