oleohidraulica

Departamento de Diseo Mecnico Sistemas Oleohidrulicos

Dimensionamiento y seleccin de los componentes. Una vez obtenido el diagrama del proyecto oleohidrulico, procederemos al diseo y seleccin de cada unos de los componentes. Para el diseo de los componentes debemos partir de ciertos datos: 1- Carga o peso desplazado por cada actuador. 2- Velocidad de desplazamiento en cada movimiento (velocidades mximas). 3- Carrera de cada cilindro. 4- Torque necesario (motor hidrulico). 5- Tiempos de aceleracin y deceleracin. 6- Velocidad de rotacin disponible para el accionamiento de la bomba. 7- Temperatura en el entorno de trabajo. 8- Presin mxima necesaria.

CILINDROS Se dimensionan para la fuerza mxima que van a ejecutar y la presin mxima disponible. Obs.: cuanto mayor presin, menor ser el dimetro del cilindro, pero se deber tener en cuenta sto para los dems componentes del circuito. - Si p > 210 bar, las opciones en cuanto a seleccin de bombas, vlvulas y actuadores sern ms reducidas. Una vez que tengamos definida la ptrabajo, se calcula el dimetro necesario del cilindro:

Obs.: para el retorno, tener en cuenta sustraer el rea del vstago.

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Con el valor del dimetro calculado, se selecciona de tabla el valor del cilindro normalizado de tabla del fabricante. Proveedor: Vickers

[email protected] 2


Proveedor: Rexroth Bosch

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VASTAGO La eleccin del dimetro del vstago, se basa en el tipo de fijacin que proyectemos, de tal forma que evitemos la falla por pandeo.

Pandeo:

Dado el tipo de montaje:

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La longitud de carrera admisible para una carga con gua articulada y factor de seguridad 3,5 contra pandeo se obtiene de la tabla:

[email protected] 5


Para calcular la resistencia del vstago por pandeo, se utilizan las siguientes frmulas:

Con:

Por lo tanto la fuerza de servicio, debe cumplir:

Ftrabajo < FPandeo

[email protected] 6



[email protected] 7 [email protected] 7


[email protected] 9


Amortiguacin de fin de carrera El objetivo es reducir la velocidad de una masa en movimiento, cuyo centro de gravedad se encuentra en el eje del cilindro, a un nivel en el que no puedan daarse el cilindro ni la mquina en la cual est montado. Para velocidades superiores a 20 mm/s se recomienda el empleo de una amortiguacin de fin de carrera.. Se debe verificar siempre si se requiere tambin amortiguacin de fin de carrera con velocidades ms pequeas y grandes masas. Ventajas de la amortiguacin: desaceleracin progresiva. breve tiempo de amortiguacin. longitud de amortiguacin en funcin de la velocidad. gran seguridad y prolongada vida til del cilindro como tambin de la mquina debido a bajas presiones de amortiguacin y falta de picos de presin. insensible a variaciones de presin, temperatura y masas mviles. velocidad controlada de choque del pistn ms seguridad y confiabilidad. arranque rpido debido a vlvula antirretorno especial y casquillos flotantes. Los cilindros con amortiguacin de fin de carrera pueden lograr su capacidad de amortiguacin completa slo con el aprovechamiento de la longitud de carrera total. Se debe prestar atencin que la velocidad de choque mxima recomendada no sea excedida. Para el empleo con topes fijos o ajustables se deben tomar mespeciales!

edidas

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Capacidad de amortiguamiento: En el frenado de masas mediante la amortiguacin de fin de carrera no se puede superar capacidad de amortiguacin definida por la construccin. Adems se debe calcular la energa cintica y potencial de la masa en movimiento y comparar con los valores admisibles de los diagramas adjuntos.



Los diagramas de las que siguen se basan en las tablas de arriba, las velocidades mximas indicadas se refieren a junta M con estrangulador cerrado. Para pequeas velocidades la energa a absorber se reduce segn la frmula:

con:



Ejemplo: Para el dimensionado de las medidas de un cilindro se deben considerar 3 criterios: fuerza pandeo capacidad de amortiguacin

A determinar: dimetro del pistn y del vstago.



Verificacin de la amortiguacin de fin de carrera



PRESION DE TRABAJO Una vez que seleccionamos el dimetro del vstago y del cilindro, recalculamos la presin de trabajo:

CAUDAL

ara un cilindro:

i el cilindro posee dos velocidades de avance (rpido-lento), se deber calcular el caudal para cada

na vez que tengamos el dato de caudal para cada uno de los actuadores, sumamos los mismos, y el

NECESARIO

P

Suna de las velocidades. Uvalor obtenido ser el parmetro con el cual seleccionaremos el tamao de la bomba.



MOTORES HIDRAULICOS

omo en el caso de los cilindros, los motores son dimensionados en funcin de la necesidad del

- Torque necesario in

jemplo:

uando el torque necesario para el accionamiento de la carga no fuera un dato, pero se posea el

con el va ogo del fabricante), el motor hidrulico

l seleccionar el motor, obtendremos el valor del desplazamiento volumtrico, con el cual

Caccionamiento o sea: - Velocidad de rotac e

Cpeso de la carga a mover:

lor del Tnominal, seleccionamos (del catladecuado (siempre teniendo en cuenta los lmites de velocidades de rotacin y presin de nuestro sistema).

Acalcularemos el caudal necesario para operar a la velocidad deseada.



Ejemplo:

BOMBAS

La seleccin de la bomba se basar en la suma de los caudales necesarios para cada uno de los ctuadores anteriormente analizados.

cuito con varios valores de caudal, ser necesario recurrir al so de bombas dobles o variables.

ntan prdidas de caudal o recirculaciones, ocasionando que el audal real que ellas entregan sean menores al caudal terico. Es por ello que ser necesario tener

mba y de la presin a la ual opera. P nera de seleccionar una bomba es a travs de las curvas de

a Cuando sea necesario proyectar un ciru Todas las bombas hidrulicas presecen cuenta dicho rendimiento volumtrico cuando se proceda a su eleccin. El rendimiento volumtrico, vara en funcin del modelo constructivo de boc or lo cual la mejor marendimiento de las bombas, obtenidas de catlogos de fabricante, las cuales presentan el caudal real en funcin de la presin de trabajo y de la velocidad de rotacin. Ejemplo:



VALVULAS Para su seleccin, se deben tener en cuenta dos parmetros: - Presin mxima de operacin. - Caudal de pasaje. - pvlvula. Estos datos son obtenidos cuando se dimensionan los actuadores y la bomba. - Vlvulas direccionales. Estn disponibles para accionamiento directo hasta 120 l/min. Por encima de 120 l/min se utilizan vlvulas pre-accionadas. Nota: un punto importante a tener en cuenta en el dimensionamiento de las vlvulas, es la prdida de presin producida por la misma. pvlvula: depende de: - tipo de mbolo que posea la vlvula. - caudal circulante. Para el diseo del circuito, remitirse a los manuales de fabricantes.

Ej.: Para dicha vlvula:

bs.: o nominal de la vlvula direccional y de la de 5 bar

O el pVmx admisible, depende del tamacomplejidad del circuito, tolerndose para la mayora de las aplicaciones a nivel industrial



ota: si tenemos una vlvula direccional, comandando cilindros de doble efecto con relacin de

or ej.:

Nreas grande (2:1 a 3:1), se deber tener presente que el caudal que abandona el cilindro en el movimiento de retorno ser superior al caudal de la bomba, ocasionando un pvlvula de valoreselevados. P

entra en la cmara del lado del vstago: 30 l/min. l/min.

El caudal queSin embargo, el caudal que abandona la cmara opuesta es de: 90



- Vlvulas de control de presin. Para su seleccin: - caudal de circulacin. - p regulacin. En vlvulas de seguridad, existen rangos de ajuste de presin. Recomendacin: no regular el valor de presin prximo al lmite mximo de regulacin. En dicho caso, seleccionar una vlvula de mayor rango. - Vlvulas reguladoras de caudal. Las vlvulas reguladoras de caudal, se seleccionan por el valor de caudal a ser controlado. Cuando se instalan vlvulas con retencin incorporada para permitir el flujo libre de retorno, ser necesario verificar la prdida de presin durante su funcionamiento. - Vlvulas de retencin. Criterio de seleccin: el mismo que para vlvulas direccionales.



DEPOSITO O RESERVORIO.

El depsito adems de almacenar el volumen de aceite contenido en el sistema, desempea una importante funcin con respecto a la disipacin de calor generado durante la operacin. Cuanto mayor sea su tamao, mayor ser su capacidad de disipacin de calor. Recomendacin: dimensionar el deposito para 2 3 veces el caudal de la bomba. Cuando las condiciones de la instalacin, no permitan el diseo de un depsito conforme a lo recomendado, se dimensionar ste en funcin de la variacin del volumen del fluido contenido en el sistema, con los cilindros totalmente extendidos y totalmente retrados. En stos casos, siempre se torna necesario el uso de un intercambiador de calor.

TUBERIAS Con el fin de obtener bajos valores de prdida de carga en las tuberas, son establecidos valores lmites para la velocidades de fluidos. Velocidades de flujo recomendadas: Lneas de succin: 0,5 a 1,5 m/s Lneas de retorno: 2,0 a 4,0 m/s Lneas de presin (p < 210 bar): 3,0 a 6,0 m/s Lneas de presin (p > 210 bar): hasta 12,0 m/s seleccin del dimetro interno: ejemplo:



Prdidas de carga:

istribuidas:

Con:

a cual se encuentra

D

L resumida en:



Localizadas: Ocasionadas en: conexiones, curvas, tes, reducciones de dimetros y principalmente en vlvulas. Para vlvulas direccionales: Hoja de caracterstica del fabricante. Resto:



Tuberas flexibles: (Extrado de MANGUERAS FLEXIBLES PARA COMANDOS HIDRAULICOS DUNLOP)




POTENCIA Y CALENTAMIENTO Potencia necesaria para el accionamiento de la bomba:

La presin a ser utiliza or ajustado en la vlvula de segu a del circuito. El valor del rendimie bomba (dato de fabricante Curvas de pot

Nota: elctrico, es necesario las bombas operan simultneamente y cuando opera solamente una. El ma seleccionar el motor elctrico. Para bombas variables (ver tabla de a consumida para cada valor de caudal abastecido al si

cuando el sistema opera con bombas dobles o dos bombas accionadas por el mismo motor calcular la potencia consumida cuando

yor valor calculado es usado para

l fabricante) o calcular la potencistema y utilizar el mayor valor para seleccionar el motor.

da en el clculo, es la presin mxima del sistema (valridad). Corresponde a la presin de trabajo ms las prdidas de carg

nto a ser utilizado en el clculo, vara en funcin del tipo deencia efectiva), y en funcin de la presin del sistema.


Calor a ser disipado: Potencia entregada por la bomba = Potencia efectiva + Potencia disipada por el sistema

Potencia disipada por el sistema: potencia disipada en forma de calor. Ejemplo: utilizacin de una bomba de caudal fijo de 20 l/min y presin de trabajo regulada a 50 bar.

audal (4 l/min) que la bo a ecesariamente por la vlvula de

Potencia que se transformar en calor. Clculo:

Con: - A: m2.

en la potencia de calentamiento del aceite, la cual ser necesario retirar en un intercambiador de calor.

Si colocamos un control de flujo en la lnea que permita el pasaje de 16 l/min, la diferencia de c mba m nda para el sistema derivar nseguridad (presin de regulacin de 50 bar).

- T: C Entonces, la diferencia entre la potencia en exceso en el sistema y la potencia disipada por el depsito se transformar



Principales factores de calentamiento:

- Ciclos muy rpidos con tiempo de utilizacin del equipamiento muy grandes. - Ciclo de mquina parada muy alto.

- Vlvulas de presin de accin directa.

imensionamiento de los intercambiadores de calor (agua-aceite).

2) Calor disipado en el depsito.

3) Calor disipado en el intercambiador de calor.

ede considerar que 1/3 de la potencia total ser disipada en forma de calor.

- Exceso de restricciones. - Depsito mal diseado. - Etc.

D

1) Cantidad de calor a ser disipada. Calor generado:

De forma prctica, se pu



Determinacin de la diferencia media logartmica

5) Determinacin de la superficie de intercambio de calor.

bs.: para aceite:

O



Determinacin del caudal necesario: El calor retirado al aceite ser transferido al agua:

bs.:

7) Eleccin o diseo y construccin del intercambiador de calor.

O



ACUMULADOR DE PRESION Dimensionamiento: En primer lugar debemos establecer cuales debern ser las presiones mnima (p1) y mxima (p2) de rabajo del sistema.

umricamente la variacin del volumen del gas y del aceite en funcin de la presin es igual.

ntonces para el dimensionamiento del acumulador de presin es necesario determinar el rgimen e trabajo.

1- ISOTERMICO (H) Cuando la compresin es lenta, superior a 2 minutos.

t

N

Ed



2- ADIABATICO (H) Cuando la compresin es rpida, inferior a 2 minutos.

Ejemplo: Dimensionar el volumen de un acumulador (V ) que est siendo utilizado para movilizar un cilindro con carga, en una situacin de emergencia. Datos: pMAX = 200 bar pmin = 100 bar

Volumen necesario para la realizacin del ciclo = 6 lts Tiempo de duracin de ciclo = 1,2 min.

iempo de expansin inferior a 2 minutos condicin adiabtica.

De tabla de fabricante, encontramos un acumulador de capacidad nominal igual a 20 lts.

0

T



Recalculamos la presin de pre-carga del gas:



FILTROS

la necesidad del sistema hidrulico, de odo de presentar la mnima prdida de carga.

a mayora de los componentes hidrulicos requieren un filtraje absoluto del orden de los 25 . untos donde podemos instalar filtros:

- lnea de succin. - lnea de presin. - lnea de retorno.

iltros de succin:

Son dimensionados en funcin del caudal del circuito y de m LP F

Generalmente se utiliza tela metlica con retencin de partculas entre 75 a 150 . A pesar de no presentar filtraje a nivel de los componentes, protege la bomba de partculas de mayor porte que puedan existir en el depsito o reservorio. Para evitar la cavitacin, la prdida de carga mxima en el filtro debe ser inferior a 0,08 bar. Filtros de retorno:

Este filtro es el responsable por mantener el nivel de contaminacin requerido por los componentes (25 ). Poseen by-pass y deben ser especificados de modo que la prdida de carga inicial no sobrepase e 60% de la presin de apertura del by-pass para el caudal seleccionado, recordando que cuanto mayor fuera la diferencia entre la presin de apertura del by-pass y la prdida de carga a travs del filtro, mayor ser el intervalo de intercambio o limpieza del elemento filtrante. Filtros de presin: Son localizados despus de la salida de la bomba, debiendo por lo tanto soportar la mxima presin del sistema. Por sta razn, poseen un costo elevado lo que limita bastante su utilizacin. Generalmente son de tipo baja presin diferencial, con by-pass. Son dimensionados en funcin del caudal abastecido por la bomba.



SE C OS GRADOS DE VISCOSIDAD

s

ites de recomendacin (Vickers).

LE CION DE L Grados de viscosidad son los grados normalizados listados en la norma ASTM D-2422 - Sistema de viscosidad para fluidos lubricantes industriale Determinacin de las temperaturas extremas entre las cuales los grados de viscosidad pueden serusados permaneciendo dentro de los lm



Generalidades:

isitos bsicos para los sistemas hidrulicos:

hidrulicos en general. Son aceites normalmente desarrollados y evaluados bajo la norma ASTM D-2882

b- Aceites conforme la norma SAE J183, clases SC, SD, SE y SF Las clases de aceites citadas, en las fajas de viscosidad 10W y 20-20W SAE son excelentes para servicios hidrulicos severos donde no existe presencia de agua (mxima presencia 0,5% de agua en el fluido).

- Dos tipos especficos de aceites satisfacen los requ a- Aceites hidrulicos industriales antidesgaste contienen cantidades adecuadas de compuestos anti-desgaste y son recomendados para equipamientos


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