5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
DISEO Y CONSTRUCCION DE UN ACUMULADOR TIPO PISTON PARA EL
LABORATORIO DE POTENCIA FLUIDA.
JOSE AUGUSTO CASTAEDA CONTRERAS
DUVAN ALEJANDRO CASTELLANOS GONZALEZ
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-MECNICAS
ESCUELA DE INGENIERA MECNICA
BUCARAMANGA
2011
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DISEO Y CONSTRUCCION DE UN ACUMULADOR TIPO PISTON PARA EL
LABORATORIO DE POTENCIA FLUIDA.
JOSE AUGUSTO CASTAEDA CONTRERAS
DUVAN ALEJANDRO CASTELLANOS GONZALEZ
Trabajo de grado para optar al ttulo de Ingeniero Mecnico
Director
ABEL ANTONIO PARADA CORRALES
Ingeniero mecnico
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-MECNICASESCUELA DE INGENIERA MECNICA
BUCARAMANGA
2011
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DEDIC TORI
La experiencia solo es el nombre que le damos a nuestroserrores, en parte es cierto, pero la experiencia tambin se
debe a lo que se logra con paciencia, esmero y apoyo por
parte de las personas que nos quieren.
Agradezco a DIOS por permitirme alcanzar esta meta
con las dos personas que hicieron posible este logro, Carmen
Cecilia Contreras y Jose Pio Castaeda, mis padres, que con
tanto sacrificio y entendimiento me apoyaron,
brindndome los medios y su entera confianza para
alcanzar esta nueva etapa de mi vida.
A todos los compaeros con los que compart horas de
estudio, su compaa fue fundamental y a los cuales se les
puede llamar amigos, gracias por su amistad.
A mi compaero de grado que con su amistad, dedicaciny apoyo logramos cumplir con las metas propuestas.
JOSE UGUSTO C ST ED CONTRER
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DEDIC TORI
A Dios
Por haber permitido que alcanzara este logro tan importante y
especial para mi vida, por la fortaleza que me dio a travs de todas
las personas que me rodearon durante este proceso.
A mis padres Martha Janet Gonzlez y Jos Cristbal Castellanos
por sus consejos, su comprensin, por su infinito apoyo en cada
momento de la vida, adems su ejemplo de constancia y lucha.
Gracias a ustedes soy quin soy.
A mis hermanos Adriana, Leonardo y Valentina porque siempre
estuvieron junto a m, con sus consejos y su apoyo siempre me
brindaron una voz de aliento y motivacin para ensearme que
lo imposible no existe cuando uno se lo propone.
A mi novia Andrea Gutirrez que con su paciencia, su
comprensin, su cario y su apoyo incondicional me dio la fuerza
para seguir en los momentos ms difciles, sin ti no hubiera sido
posible.
A todos mis amigos, en especial Jos Castaeda y AlejandroGutirrez que me ayudaron en la culminacin de este logro.
Duvan lejandro Castellanos Gonzlez
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AGRADECIMIENTOS
Queremos expresar nuestros sinceros agradecimientos a:
Escuela de ingeniera mecnica de la universidad industrial de
Santander, por prepararnos profesionalmente para poder asumir los
retos que se presentan en el campo laboral, adems por permitirnos
llevar a cabo nuestro proyecto en sus instalaciones.
Trabajadores de DIMAN S.A.S por su colaboracin durante eldesarrollo de este proyecto.
Ingeniero Abel Antonio Parada Corrales, Director de proyecto, por su
colaboracin, recomendaciones y aportes para la elaboracin del
proyecto.
Autores
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TABLA DE CONTENIDO
pg.
INTRODUCCIN ................................................................................................... 20
1. ACUMULADORES HIDRULICOS Y SU APLICACIN ................................... 21
1.1 GENERALIDADES .......................................................................................... 21
1.2 FUNCIONES .................................................................................................... 22
1.2.1 ACUMULACIN DE ENERGA .................................................................... 22
1.2.1.1 EJEMPLOS DE APLICACIN ................................................................... 24
1.2.2 RESERVA DE FLUIDO ................................................................................. 261.2.3 ACCIONAMIENTO DE EMERGENCIA ......................................................... 27
1.2.4 COMPENSACIN DE FUERZAS ................................................................. 30
1.2.5 COMPENSACIN DE FUGAS ..................................................................... 31
1.2.6 AMORTIGUACIN DE GOLPES Y VIBRACIONES .................................... 32
1.2.7 SEPARACIN DE MEDIOS ......................................................................... 39
1.2.7.1 SEPARACIN DE MEDIOS FLUIDOS Y GASEOSOS ............................. 39
1.2.7.2 SEPARACIN DE DOS MEDIOS LQUIDOS ............................................ 40
1.2.7.3 SEPARACIN DE DOS MEDIOS GASEOSOS ........................................ 411.2.7.4 MAYOR CAPACIDAD DEL ACUMULADOR (FIGURA 23) ....................... 42
1.2.8 OTRAS APLICACIONES ............................................................................. 42
1.3. TIPOS CONSTRUCTIVOS DE ACUMULADORES HIDRULICOS CONELEMENTO SEPARADOR. ................................................................................... 43
1.3.1 ACUMULADORES DE VEJIGA (FIGURA 24) .............................................. 43
1.3.2 ACUMULADORES DE MEMBRANA (FIGURA 25) ...................................... 44
1.3.3 ACUMULADORES DE PISTN ................................................................... 45
1.4. ACCESORIOS PARA ACUMULADORES HIDRONEUMTICOS .................. 47
1.4.1 BLOQUE DE SEGURIDAD Y DE CIERRE ................................................... 47
1.4.2 DISPOSITIVO DE PRUEBA Y LLENADO .................................................... 49
1.4.3 APARATO DE CARGA DE NITRGENO..................................................... 50
1.5. DIMENSIONAMIENTO DE ACUMULADORES HIDRONEUMTICOS CONELEMENTO SEPARADOR .................................................................................... 50
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1.5.1 DEFINICIN DE LOS PARMETROS DE SERVICIO ................................. 50
1.5.2 CAMBIO DE ESTADO DEL GAS .................................................................. 51
1.5.2.1 CAMBIO DE ESTADO ISOCORICO .......................................................... 52
1.5.2.2 CAMBIO DE ESTADO ISOTRMICO........................................................ 521.5.2.3 CAMBIO DE ESTADO ADIABTICO......................................................... 52
1.5.2.4 CAMBIO DE ESTADO POLITRPICO ...................................................... 53
1.5.3 DETERMINACIN DEL TAMAO CONSTRUCTIVO DE UN ACUMULADORHIDRULICO 54
1.5.4 DESVIACIONES DE LA CONDUCTA IDEAL DE UN GAS ........................... 54
1.5.5 PROCEDIMIENTO DE DIMENSIONAMIENTO ............................................ 57
1.5.6 SELECCIN DEL TIPO DE ACUMULADOR PARA CASOS COMUNES DEAPLICACIN.. 58
1.5.6.1 ACUMULADOR DE MEMBRANA .............................................................. 581.5.6.2 ACUMULADORES DE VEJIGA ................................................................. 58
1.5.6.3 ACUMULADORES DE PISTN ................................................................ 58
1.6 PRESCRIPCIONES DE SEGURIDA ............................................................... 58
2. SELLOS HIDRULICOS ................................................................................... 60
2.1 INTRODUCCIN ............................................................................................. 60
2.2 ANLISIS DE FALLA FRENTE A SOLUCIONES DE SELLADO .................... 60
2.2 SELECCIN DE SELLOS DE ALTO RENDIMIENTO .................................... 62
2.2.1 SELLOS DE REBORDE VS SELLOS DE COMPRESIN ........................... 632.2.2 PRESIN Y ABRASIN ............................................................................... 64
2.2.3 OTROS FACTORES ..................................................................................... 65
2.2.4 TEMPERATURA ........................................................................................... 67
2.2.5 COMPRESION Y RESILIENCIA. .................................................................. 68
2.2.6 SELLOS DE POLIURETANO ....................................................................... 69
2.3 RELACIN DE MATERIALES Y MEDIOS DE DIFERENTESPRODUCTORES ................................................................................................... 70
2.3.1 SEALS & PACKING NITRILO (BUNA-N) ...................................................... 702.3.2 VAKO SEALS ............................................................................................... 74
3. ANLISIS PARA DIMENSIONAR EL ACUMULADOR ................................... 82
3.1 VELOCIDAD DEL VSTAGO. .................................................................. 82
3.2 FUERZA EJERCIDA POR EL CILINDRO DURANTE LA EXTENSIN DELVSTAGO.............................................................................................................. 82
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3.3 PREDICCIN DE LA FALLA PARA UN ESTADO MULTIAXIAL DEESFUERZO. .......................................................................................................... 84
3.3.1 TEORA DE LA ENERGA DE DISTORSIN. .............................................. 84
3.4 EFECTOS DE PRESURIZACIN .................................................................... 85
3.4.1 CILINDROS DE PARED DELGADA ............................................................. 86
3.4.2 CILINDROS DE PARED GRUESA ............................................................... 87
3.4.2.1 PRESURIZADOS INTERNAMENTE.......................................................... 89
3.5 UNIONES ROSCADAS ................................................................................... 91
3.5.1 MOMENTO DE GIRO Y CARGA AXIAL ....................................................... 92
3.5.2 ESFUERZOS DE LA ROSCA ....................................................................... 93
3.5.3 PRESIN DE CONTACTO ........................................................................... 94
3.5.4 LONGITUD REQUERIDA PARA EL ROSCADO ......................................... 94
4. DISEO DEL ACUMULADOR TIPO PISTN. .................................................. 95
4.1 PARMETROS DE DISEO ........................................................................... 95
4.2 DIMENSIONAMIENTO DE ACUMULADOR HIDRONEUMTICO. ................. 96
4.3 DISEO CILINDRO PARA ACUMULADOR .................................................. 102
4.4 DISEO DE TAPAS ...................................................................................... 112
4.5 DISEO DEL PISTN ................................................................................... 119
4.6DISEO DE LA ESTRUCTURA ..................................................................... 125
5.CONSTRUCCION, MONTAJE Y PRUEBAS. ................................................... 139
5.1 INCORPORACIN DE ACUMULADORES AL BANCO DE MALACATE ...... 139
5.1.1 Incorporacin acumulador tipo pistn ......................................................... 139
5.1.2 INCORPORACIN ACUMULADOR TIPO VEJIGA .................................... 149
5.2 CARACTERIZACIN ACUMULADORES ...................................................... 154
5.3 PROCESO DE MECANIZADO ...................................................................... 159
5.4 PRUEBA HIDROSTATICA............................................................................. 164
5.4 PRUEBAS DE LABORATORIO ..................................................................... 168
CONCLUSIONES ................................................................................................ 181
BIBLIOGRAFA .................................................................................................... 182
ANEXOS.............................................................................................................. 183
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LISTA DE TABLAS
Pg.
Tabla 1 Causas De Fallas De Sellos ..................................................................... 61Tabla 2 Propiedades mecnicas acero AISI 1020 para el cilindro ....................... 103Tabla 3 Propiedades acero AISI 1020CILINDRO ............................................. 107Tabla 4 Informacin de malla -Simulacin cilindro ............................................... 108Tabla 5 Tensiones en el cilindro .......................................................................... 109Tabla 6 Desplazamientos en el cilindro ............................................................... 110Tabla 7 Deformaciones cilindro............................................................................ 111Tabla 8 Propiedades acero AISI 1040 tapas ....................................................... 114Tabla 9 Informacin malla tapas .......................................................................... 115Tabla 10 Anlisis por carga estticatapas ....................................................... 119Tabla 11 Propiedades acero AISI 1045 para el pistn ......................................... 121Tabla 12 Informacin de malla para el pistn ...................................................... 121Tabla 13 Anlisis por carga esttica para el pistn .............................................. 124Tabla 14 Propiedades acero ASTM A36 para la estructura soporte .................... 126Tabla 15 Anlisis por carga esttica para la estructura ...................................... 128Tabla 16 Caractersticas generales acumuladores tipo vejiga y pistn. ............... 158Tabla 17 Tiempos de operacin circuito - acumulador tipo pistn ....................... 171Tabla 18 Tiempo de carga acumulador tipo pistn .............................................. 172
Tabla 19 Velocidades y caudales reales .............................................................. 174Tabla 20 tiempos de operacin acumuladorvejiga ........................................... 177Tabla 21 velocidad y caudal real .......................................................................... 180
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LISTA DE FIGURAS
Pg.
Figura 1 Diferencias caractersticas entre acumuladores ...................................... 21Figura 2 Diagrama de potencia de una mquina inyectora de plsticos ................ 23Figura 3 Acumuladores de energa en mquinas herramienta. ............................ 25Figura 4 Reduccin del tiempo de carrera ............................................................ 26Figura 5 Accionamientos de emergencia del cilindro hidrulico ............................ 27Figura 6 Avance del cilindro hidrulico en el caso de fallos ................................... 28Figura 7 Frenado de emergencia en telefricos .................................................... 29Figura 8 Lubricacin de emergencia de cojinetes ................................................. 29
Figura 9 Empleo de acumuladores hidrulicos para evitar interrupciones deservicio ................................................................................................................... 30Figura 10 Balanceo de rodillos en la fabricacin de chapas ................................. 31Figura 11 Compensacin de fugas ........................................................................ 32Figura 12 Acumulador hidrulico como elemento amortiguador ........................... 33Figura 13 Empleo de amortiguadores de pulsaciones en una bomba de expulsin............................................................................................................................... 34Figura 14 Aplicacin de amortiguadores de pulsaciones en instalacioneshidrulicas con servo vlvulas y vlvulas proporcionales ...................................... 35Figura 15 Amortiguador de pulsaciones detrs de la bomba hidrulica ................. 35
Figura 16 Aplicacin de amortiguadores de pulsaciones para amortiguar golpes depresin ................................................................................................................... 36Figura 17 Aplicacin de acumuladores hidrulicos para tensionar la cadena en unamquina ................................................................................................................. 37Figura 18 Aplicacin de acumuladores hidrulicos para tensionar cablesportadores .............................................................................................................. 38Figura 19 Aplicacin de acumuladores hidrulicos en la suspensin de vehculos............................................................................................................................... 39Figura 20 Aplicacin de acumuladores hidrulicos para la separacin de la parteneumtica de una instalacin la parte hidrulica accionada .................................. 40Figura 21 Acumulador hidrulico para la separacin de lquidos ........................... 41Figura 22 Acumulador de ventilacin del tanque ................................................... 41Figura 23 Mayor capacidad del acumulador .......................................................... 42Figura 24 Acumulador tipo vejiga ........................................................................... 44Figura 25 Acumulador de membrana; arriba: construccin soldada, abajo:construccin roscada ............................................................................................. 45
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Figura 26 Acumulador de pistn ............................................................................ 46Figura 27 Acumulador de vejiga con bloque de seguridad y cierre ya montado .... 47Figura 28 Bloque de seguridad y cierre ................................................................. 48Figura 29 Dispositivo de llenado y prueba ............................................................. 49
Figura 30 Aparato porttil de carga de nitrgeno ................................................... 50Figura 31 Parmetros de servicio .......................................................................... 51Figura 32 Cambio de estado en el diagrama P-V .................................................. 51Figura 33 Exponente adiabtico de nitrgeno y helio en funcin de la presin de 0a 100c ................................................................................................................... 53Figura 34 Condiciones de aplicacin para acumuladores hidrulicos en versinestndar ................................................................................................................. 55Figura 35 Ecuaciones bsicas para el dimensionamiento de acumuladores ......... 56Figura 36 Sistemas de sellado .............................................................................. 63
Figura 37 Escala comparativa de sellos ............................................................... 63Figura 38 Cortes de diferentes sellos .................................................................... 64Figura 39 Mdulo de Materiales para Sellos .......................................................... 65Figura 40 Materiales de sello ................................................................................ 66Figura 41 Lmites de Temperatura F para algunos materiales de sello ................ 67Figura 42 Seccin Transversal sello SQB ............................................................ 71Figura 43 Estados de precarga, servicio mximo y servicio mnimo para unacumulador hidroneumtico ................................................................................... 83Figura 44 cilindro de pared delgada internamente presurizado ............................ 86Figura 45 Vista frontal de un cilindro de pared delgada internamente presurizado
............................................................................................................................... 87Figura 46 Vista frontal completa de un cilindro de pared gruesa, presurizadointerna y externamente .......................................................................................... 88Figura 47 Elemento cilndrico polar antes y despus de la deformacin .............. 89Figura 48 Cilindro de pared gruesa internamente presurizado, que muestra losesfuerzos circunferencial y radial para varios radios. ............................................ 90Figura 49 Terminologa de las roscas de los tornillos ........................................... 92Figura 50 Esfuerzo de cortante transversal medio. ................................................ 93Figura 51 Parmetros de estado en los acumuladores tipo pistn ....................... 98Figura 52 Cambio de estado adiabtico terico para el nitrgeno ....................... 100Figura 53 Dimensiones iniciales para el acumulador teniendo en cuentanicamente el volumen efectivo de gas ............................................................... 102Figura 54 Dimensiones cilindro- acumulador hidrulico ...................................... 107Figura 55 Anlisis de tensiones en el cilindro ..................................................... 109Figura 56 Anlisis de desplazamientos en el cilindro .......................................... 110Figura 57 Anlisis de deformaciones en el cilindro ............................................. 111
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Figura 58 Factor de seguridad en el cilindro ........................................................ 112Figura 59 Rosca de gas Withworth ...................................................................... 113Figura 61 Dimensiones tapa superior ................................................................. 115Figura 62 Dimensiones tapa inferior .................................................................... 116
Figura 63 Anlisis de tensiones en las tapas ...................................................... 117Figura 64 Anlisis de desplazamientos en las tapas .......................................... 117Figura 65 Anlisis de deformaciones en las tapas .............................................. 118Figura 66 Factor de seguridad en las tapas ......................................................... 118Figura 67 Dimensiones para el pistn .................................................................. 120Figura 68 Anlisis de tensiones en el pistn ....................................................... 122Figura 69 Anlisis de desplazamientos en el pistn ............................................ 123Figura 70 Anlisis de deformaciones en el pistn ................................................ 123Figura 71 Factor de seguridad del pistn ............................................................. 124
Figura 72 Dimensiones estructura-soporte del acumulador ................................. 125Figura 73 Anlisis de tensiones en el pistn ........................................................ 127Figura 74 Anlisis de desplazamientos en el pistn ............................................ 127Figura 75 Factor de seguridad de la estructura ................................................... 128Figura 76 Sistema de sellado para las tapas. ..................................................... 129Figura 77 Sistema de sellado del pistn ............................................................. 130Figura 78 Descripcin piston U-cup ..................................................................... 131Figura 79 Descripcin bidireccional .................................................................... 131Figura 80 O-rings ................................................................................................ 132Figura 81 Seleccin del o-ring ............................................................................ 133
Figura 82 Back-up ................................................................................................ 133Figura 83 Seleccin Back-up ............................................................................... 134Figura 84 Piston U-cup ....................................................................................... 135Figura 85 Seleccin Piston U-cup ....................................................................... 136Figura 86 Assemblies Seal .................................................................................. 137Figura 87 Seleccin Assemblies Seal ................................................................. 138Figura 88 Circuito hidrulico acumulador tipo pistn ........................................... 139Figura 89 Circuito elctrico acumulador tipo pistn ............................................ 140Figura 90 Vista B ................................................................................................ 142Figura 91 Vista C ................................................................................................ 143Figura 92 Vista D ................................................................................................ 144Figura 93 Vista E ................................................................................................ 145Figura 94 Montaje acumulador y cilindro hidrulico ............................................ 146Figura 95 Bomba hidrulica y vlvula de seguridad ............................................ 147Figura 96 Presostato y el indicador de carga completa ..................................... 147Figura 97 Vlvula antirretorno y vlvula reguladora de caudal compensada ....... 148
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Figura 98 Vlvula direccional PARKER y ATOS ................................................ 148Figura 99 Vista F. Sistema hidrulico acumulador tipo vejiga .............................. 149Figura 100 Vista G ............................................................................................. 151Figura 101 Bomba hidrulica y vlvula de seguridad ........................................... 152
Figura 102 Acumulador tipo vejiga y cilindro hidrulico ...................................... 152Figura 103 Vlvula antirretorno y vlvula direccional .......................................... 153Figura 104 Funcionamiento del acumulador tipo vejiga ...................................... 155Figura 105 Partes acumulador tipo vejiga ........................................................... 156Figura 106 Funcionamiento del acumulador tipo pistn ..................................... 157Figura 107 Partes acumulador tipo pistn ........................................................... 157Figura 108 Cilindro hidrulico .............................................................................. 169Figura 109 Manmetro vlvula de seguridad ...................................................... 170Figura 110 Manmetro acumulador tipo pistn ................................................... 170
Figura 111Cilindro hidrulico ............................................................................... 176Figura 112 Circuito hidrulico solo bomba ........................................................... 178Figura 113 Circuito hidrulico bomba y acumulador ............................................ 178Figura 114 Circuito hidrulico solo acumulador ................................................... 179
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RESUMEN
TITULO: DISEO Y CONSTRUCCION DE UN ACUMULADOR TIPO PISTON PARA ELLABORATORIO DE POTENCIA FLUIDA1
AUTORES: JOSE AUGUSTO CASTAEDA CONTRERAS 2DUVAN ALEJANDRO CASTELLANOS GONZALEZ 2
PALABRAS CLAVES:
Acumulador hidroneumtico, Golpe de Ariete, Amortiguacin, Potencia Fluida, Ganancia develocidad, Reduccin de tamao bomba hidrulica.
El objetivo de este proyecto de grado es el diseo y construccin de un acumulador tipo pistnpara el laboratorio de potencia fluida de la escuela de Ingeniera Mecnica de la UniversidadIndustrial de Santander.
Este sistema se incorporara en un banco del laboratorio, dotando a ste de un elemento parapruebas de ganancia de velocidad y control de flujo sin necesidad de realizar cambios a lainstalacin.
El circuito hidrulico con la adaptacin del acumulador permitir aumentar la velocidad de salida yentrada del vstago de un cilindro hidrulico sin necesidad de aumentar el tamao de la bomba.Esta ganancia se logra aprovechando los tiempos muertos de operacin que se presentan en losdiferentes circuitos hidrulicos industriales para la carga del acumulador.
Una razn por la cual se desarroll este proyecto fue que no se contaba con un banco de pruebasque facilitara la interaccin del estudiante con lo aprendido en clase y su funcionamiento en losdiferentes campos de aplicacin.
En el trascurso del proceso de diseo se opt por un anlisis de elementos finitos que brindaranvalores ms reales que los obtenidos analticamente, esto mediante herramientas de simulacinCAD-CAE. Adems de la construccin del acumulador tipo pistn, se incorpor un acumulador tipovejiga el cual permitiera diferenciar las aplicaciones de cada uno en diferentes circuitos hidrulicos.Con el presente trabajo de grado se pretende aportar un medio didctico para los estudiantes y unapoyo para el docente, el cual contribuya a mejorar las condiciones de aprendizaje
1Proyecto de grado.
2Facultad de ingeniera fsico mecnicas. Escuela de ingeniera mecnica. Director: Abel Parada
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ABSTRACT
TITLE: DESIGN AND CONSTRUCTION OF A PISTON ACCUMULATOR TYPE LABORATORYFLUID POWER
3
AUTHORS: JOSE AUGUSTO CASTAEDA CONTRERAS4
DUVAN ALEJANDRO CASTELLANOS GONZALEZ4
KEYWORDS:
Hydro pneumatic accumulators, Blow of Battering ram Subduing, Develops Flowing, Gain of speed,Reduction of size hydraulic bomb.
The main objective of this degree project is the design and construction of an accumulator typepiston for the Mechanical Engineering school flowing powers laboratory of Universidad Industrial deSantander.
This system will be incorporated in a bank of the laboratory, endowing this of an element for testing
gain of speed and to control the flow without the need of carrying out changes to the installation.The hydraulic circuit with the adaptation of the accumulator will increase the exit speed andentrance of the rod of a hydraulic cylinder without necessity of increasing the size of the bomb. Thisgain is achieved to the times out operation that show up in the industrial different hydraulic circuitsfor the load of the accumulator taking advantage.
The reason to develop this project was that students didn't have a bank of tests that facilitated themthe interaction with what they learnt in class and its operation in the different application fields.During the design process it was opted for an analysis of finite elements that offered more realvalues that those obtained analytically, this by means of simulation tools CAD-CAE. Also theconstruction of the accumulator type piston incorporated an accumulator type bladder whichdifferentiates the applications of each hydraulic different circuit.
With this degree project it is sought bring a didactic tool for the students and a support for theteachers, which contributes to improve the learning conditions
3Graduation Project.
4Physical-mechanical Engineers Faculty, Mechanical Engineer Program, Eng. Abel Parada
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INTRODUCCIN
En la actualidad, la industria exige profesionales capacitados para solucionar
problemas de ingeniera, que tengan la experiencia y habilidad necesaria paraanalizar, comprender y aplicar los conocimientos cientficos y prcticos necesarios.
La formacin en estos aspectos le permite al profesional interactuar de una
manera exitosa en un determinado sector productivo; desempendose con
mayor efectividad frente a los diferentes problemas que se pueden encontrar en el
campo laboral.
Los acumuladores cargados son una fuente de energa hidrulica potencial,
misma que puede utilizarse para producir el flujo cuando la demanda en el sistema
excede la capacidad de la bomba .La implementacin de acumuladores est
enfocada a promover el desarrollo general continuo del estudiante, y a que el
aprendizaje sea para dar sentido al conocimiento adquirido conceptualmente, para
de esta manera pensar de una forma ms productiva y creativa frente a las
situaciones a las que se ve enfrentado.
El fin de esta herramienta es permitir al estudiante llevar un desarrollo simultneo,
con lo adquirido en clase, ofrecindole una percepcin del fenmeno fsico,
brindando al docente un apoyo didctico y enfatizando al estudiante su utilizacin
en el campo de la ingeniera.
La incorporacin de los acumuladores tipo vejiga y tipo pistn construido, en el
banco de malacate del laboratorio de potencia fluida, se realiz con el fin de poder
apreciar sus principales caractersticas, adems la ganancia en potencia y
velocidad que pueden proporcionar cuando son incorporados en un sistema
hidrulico.
Con este trabajo de grado se busc dar el aporte ingenieril al rea de laboratorios
de la Universidad Industrial de Santander, analizando y evaluando la operacin
que en el banco de pruebas se realice.
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1. ACUMULADORES HIDRULICOS YSU APLICACIN
1.1 GENERALIDADES
Una de las tareas principales de los acumuladores hidrulicos es, por ejemplo,
alojar bajo presin un determinado volumen de fluido de una instalacin hidrulica
y de entregarlo nuevamente a la instalacin segn sea la demanda.
Dado que el fluido se encuentra bajo presin, los acumuladores hidrulicos se
tratan como recipientes de presin y deben estar dimensionados para la
sobrepresin mxima de servicio, considerando los estndares exigidos en el pas
de la aplicacin.Para la compensacin del volumen en el acumulador hidrulico y el consiguiente
almacenamiento de energa, el fluido hidrulico en el acumulador hidrulico se
carga con peso, con resorte o con gas(figura 1).
Figura 1 Diferencias caractersticas entre acumuladoresReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
Siempre existe un equilibrio entre la presin del fluido hidrulico y la contrapresin
producida por el peso, el resorte o el gas.
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Los acumuladores de peso y de resorte slo se emplean para aplicaciones
industriales especiales y, por lo tanto, carecen de importancia acadmica.
Acumuladores cargados por gas sin miembro divisor se emplean rara vez enhidrulica, dado que el fluido absorbe gas.
En la mayor parte de las instalaciones hidrulicas se utilizan acumuladores
hidroneumticos (cargados por gas)con elemento separador.
De acuerdo con el elemento separador se distinguen acumuladores de vejiga, de
pistn o de membrana, quetrataremos en los prrafos siguientes.
1.2 FUNCIONES
En una instalacin hidrulica los acumuladores hidroneumticos deben cumplir
diversas funciones, a saber:
Acumulacin de energa.
Reserva de lquido.
Accionamiento de emergencia.
Equilibrio de fuerzas.
Amortiguacin de golpes
mecnicos.
Amortiguacin de golpes de
presin.
Compensacin de fugas.
Amortiguacin de golpes y
oscilaciones.
Amortiguacin de pulsaciones.
Suspensin de vehculos
Recuperacin de energa de
frenado.
Mantener constante la presin.
Compensar el caudal
(recipiente de expansin)
1.2.1 ACUMULACIN DE ENERGA
El trayecto de la demanda de energa de una mquina inyectora de plsticos
representado enla figura 2permite reconocer que la potencia mxima solamente
5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
23
se requiere brevemente, a una elevada velocidad de inyeccin en la herramienta.
Sin embargo, la potencia de la bomba debe dimensionarse para dicha potencia
mxima brevemente requerida.
Mediante el empleo de acumuladores hidroneumticos se puede reducir lapotencia de la bomba a una demanda media. El menor caudal de la bomba
hidrulica llena el acumulador cuando, durante el ciclo de trabajo, el caudal
requerido para el sistema fuese inferior al caudal de la bomba, Si entonces se
necesita el caudal mximo, se extrae del acumulador la diferencia con respecto al
nivel de la bomba.
Figura 2 Diagrama de potencia de una mquina inyectora de plsticosReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
Como ventajas importantes cabe mencionar:
Empleo de bombas hidrulicas pequeas.
Menor potencia instalada.
Poca produccin de calor.
Mantenimiento e instalacin sencillos.
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24
A ello se agrega, condicionada por la instalacin, una amortiguacin de golpes de
presin y de pulsaciones que aumentan notablemente la vida til de toda la
instalacin. Empleando acumuladores hidroneumticos se logra un ahorro deenerga. En instalaciones hidrulicas con gran demanda breve de aceite o tiempos
cortos de mecanizacin solamente se puede lograr una solucin econmica con
acumuladores hidroneumticos.
1.2.1.1 EJEMPLOS DE APLICACIN
a) AUMENTO DE LOS CICLOS DE TRABAJO (MQUINASHERRAMIENTA)
Disponiendo el acumulador hidroneumtico directamente delante del
consumidor la inercia de la columna de lquido se supera ms rpido que en el
caso en que todo el fluido tenga que moverse por la unidad de accionamiento.
Ello permite una elevada velocidad de arranque. Adems, los acumuladores
compensan la distinta demanda de caudal de los consumidores. (Figura 3).
5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
25
Figura 3 Acumuladores de energa en mquinas herramienta.Referencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
b) REDUCCIN DEL TIEMPO DE CARRERA
Una produccin racional en las operaciones de prensado y troquelado requiere
grandes velocidades del vstago del cilindro en su carrera sin trabajo y
precisamente el proceso de trabajo propiamente dicho se realiza a poca velocidad
y elevada presin. En la carrera sin trabajo acta la bomba I (bomba de baja
presin), la bomba II (bomba de alta presin) y el acumulador, de modo que se
consigue la gran velocidad deseada. Al aumentar la presin hacia el final de la
carrera se cierra la vlvula de retencin A, y solamente la bomba II suministra un
pequeo caudal y una elevada presin, mientras la bomba I carga de nuevo el
acumulador.(figura 4)
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26
Figura 4 Reduccin del tiempo de carreraReferencia Catlogo Acumuladores OLAER
1.2.2 RESERVA DE FLUIDO
Al emplear el acumulador como rgano de seguridad durante el servicio normal de
la instalacin el acumulador no trabaja como fuente de energa, pero est siempre
unido directamente a la bomba hidrulica. Empleando elementos adecuados de
separacin, la energa del acumulador se puede mantener casi ilimitadamente,
estando disponible en caso de demanda.En instalaciones hidrulicas se emplean
elementos de seguridad con acumulador como accionamientos de emergencia
para que realicen tareas determinadas en caso de fallos.
Estos podran ser:
Cierre de mamparos, clapetas, pasos.
Accionamiento de cierres de corredera.
Accionamiento de interruptores de alta potencia. Accionamiento de sistemas de desconexin rpida.
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27
1.2.3 ACCIONAMIENTO DE EMERGENCIA
En casos de emergencia, por ejemplo corte de corriente, con la ayuda de la
energa del acumulador hidrulico se realiza una carrera de trabajo o de cierre. Enfigura 5 se muestra un esquema hidrulico para accionamiento de emergencia. Si
se corta la corriente, el resorte conmuta a la vlvula (1) a posicin inicial creando
una unin entre acumulador y lado de vstago del cilindro. De este modo el volu-
men de aceite que se encuentra bajo presin en el acumulador permite el
retroceso del pistn.
Otro caso de aplicacin para accionamiento de emergencia con ayuda del
acumulador es la finalizacin del ciclo de trabajo comenzado en caso de fallo de
una bomba o de una vlvula.
Figura 5 Accionamientos de emergencia del cilindro hidrulicoReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
El accionamiento de emergencia mediante acumulador se caracteriza por losiguiente:
Disponibilidad inmediata
Duracin ilimitada
No presenta fatiga
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No presenta inercia yofrece mxima seguridad con poco mantenimiento.
Gran caudal disponible de aceite por poco tiempo en caso de fallos (Figura 6)
Figura 6 Avance del cilindro hidrulico en el caso de fallosReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
FRENADO DE EMERGENCIA
Acumuladores hidrulicos para el accionamiento de emergencia de frenos y
puertas en funiculares, telefricos, autocares, etc. El acumulador se carga en las
estaciones con una bomba a motor o con una bomba manual. En cualquier
momento dispone de la energa necesaria como para realizar frenados de
emergencia.
Frecuentemente el comando se realiza en forma inversa, es decir, el frenado se
produce mediante fuerza de resorte, los cilindros de frenado son mantenidosabiertos por el acumulador de presin contra dicha fuerza de resorte.
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Figura 7 Frenado de emergencia en telefricosReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
LUBRIFICACIN DE EMERGENCIA
Para mantener la pelcula de aceite en los cojinetes, stos constantemente deben
ser alimentados con aceite lubrificante. Ello significa que los puntos de
lubrificacin siempre deben estar sujetos a presin. En caso de fallo de la bomba
de aceite lubrificante, con el acumulador se puede mantener constante la presin
hasta que la mquina se haya detenido o una bomba auxiliar instalada haya
alcanzado la presin necesaria. (Figura 8)
Figura 8 Lubricacin de emergencia de cojinetesReferencia Catlogo Acumuladores OLAER
5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
30
SE EVITAN INTERRUPCIONES DE SERVICIO DURANTE EL CICLO DE
TRABAJO
Cortes de corriente durante el ciclo de trabajo de una mquina de produccin
pueden provocar tiempos de parada muy costosos. En estos casos tosacumuladores se ocupan de la conclusin del ciclo de trabajo iniciado.
Figura 9 Empleo de acumuladores hidrulicos para evitar interrupciones de servicioReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
1.2.4 COMPENSACIN DE FUERZAS
Por medio de los acumuladores hidrulicos se pueden compensar fuerzas o
carreras. Ello resulta necesario cuando en un proceso continuo de maquinacin,
por ejemplo al laminar, como consecuencia de cargas diversas se producenposiciones inclinadas. Con el balanceo de los rodillos se logra un espesor
constante de banda. En la figura10se puede observar el esquema hidrulico para
el balanceo de una herramienta con los acumuladores hidrulicos
correspondientes y el bloque de seguridad y de cierre directamente montado.
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31
Como caractersticas cabe mencionar:
Compensacin suave de fuerzas y, con ello, poca carga de los fundamentos y del
bastidor y Ahorro en los contrapesos y, con ello, reduccin del peso y de losespacios de montaje.
Figura 10 Balanceo de rodillos en la fabricacin de chapasReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
1.2.5 COMPENSACIN DE FUGAS
La fuerza de pretensin en un cilindro hidrulico solamente se puede mantener si
se compensan las prdidas por fugas del sistema. Los acumuladores hidrulicos
son especialmente adecuados para ello. En la figura 11 se ha representado el
esquema hidrulico para una compensacin de fugas. All se puede observar que
el acumulador hidrulico compensa el volumen de fugas de la cmara del pistn.
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Solamente cuando la presin es inferior a la ajustada, la bomba vuelve a
conectarse y carga al acumulador hidrulico.
Como caractersticas cabe mencionar:
Las bombas no realizan servicio continuo.
Poca produccin de calor y, por ende, bajos costos de servicio.
Elevada vida til de la instalacin.
Figura 11 Compensacin de fugasReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
1.2.6 AMORTIGUACIN DE GOLPES Y VIBRACIONES
En sistemas hidrulicos pueden producirse fluctuaciones de presin cuando vara
el flujo del fluido hidrulico, como consecuencia de distintos procesos
condicionados por la instalacin.
Los orgenes pueden ser:
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33
Falta de uniformidad dentro de la bomba hidrulica.
Sistemas resorte-masa (compensador de presin en vlvulas); unin
repentina de espacios con distinto nivel de presin.
Accionamiento de grifos de bloqueo y regulacin con tiempos breves de
apertura y de cierre.
Procesos de conexin o de desconexin de bombas distribuidoras.
A ello se suman fluctuaciones de caudal y de presin condicionadas por el
funcionamiento, que influyen negativamente sobre la vida til de las piezas.
De acuerdo con su origen se distingue entre golpe de presin y pulsacin. Paraestar seguro de que no se vea afectado el funcionamiento resulta necesario, ya en
la fase de planificacin, captar la magnitud de las fluctuaciones de presin y elegir
las medidas de amortiguacin adecuadas. Las posibilidades de amortiguar
fluctuaciones de presin son numerosas, pero los amortiguadores hidrulicos han
demostrado ser sumamente adecuados para sistemas hidrulicos.
Figura 12 Acumulador hidrulico como elemento amortiguadorReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
Para poder cumplir con las exigencias impuestas a mquinas con respecto a
elevada potencia, breves ciclos detrabajo, unidos a buena amortiguacin sonora,
5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
34
se recomienda emplear amortiguadores de pulsaciones. Este tipo de
amortiguadores reduce las fluctuaciones de caudal producidas durante el
transcurso del movimiento de lamquina y la transmisin de las mismas a cuerpos
de resonancia y, con ello, el nivel de ruido. Adems se prolonga la vida til de loscomponentes y de la mquina.
EN BOMBAS DE EXPULSIN (FIGURA 13)
Las bombas de expulsin producen pulsaciones en el caudal que se diferencian
segn su tipo constructivo.Estas pulsaciones producen ruido y vibraciones, lo que
puede ocasionar un deterioro de la instalacin hidrulica.
Figura 13 Empleo de amortiguadores de pulsaciones en una bomba de expulsinReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
EN VLVULAS DE INVERSIN DE CONMUTACIN RPIDA(FIGURA 14)
Para que las vlvulas (por ejemplo servo vlvulas y vlvulas proporcionales)
conmuten rpida y suavemente, es necesario instalar acumuladores hidrulicos
delante o detrs de dichas vlvulas. Adems se evitan picos negativos de presin,
que podran afectar, por ejemplo los filtros de presin de la instalacin hidrulica.
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Figura 14 Aplicacin de amortiguadores de pulsaciones en instalaciones hidrulicas con
servo vlvulas y vlvulasproporcionales
Referencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
EN ONDAS DE PRESIN(FIGURA 15)
En la mayora de las instalaciones hidrulicas se producen ondas de presin,
ocasionadas por diversos componentes o por cargas distintas de la instalacin
hidrulica, por ejemplo. por el movimiento de la pala de una excavadora hidrulica.El montaje de acumuladores hidrulicos protege contra deterioros a componentes
sensibles a ondas de presin, por ejemplo a la bomba hidrulica.
Figura 15 Amortiguador de pulsaciones detrs de la bomba hidrulicaReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
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EN SITUACIONES DE APERTURA Y DE CIERRE(FIGURA 16)
Al conducir rpidamente grandes caudales hacia la tubera de retorno se producen
golpes de presin. Estos golpes de presin pueden afectar al refrigerador de
aceite y al filtro de retorno.
Como consecuencia de golpes de presin tambin se pueden producir deterioros
en vlvulas, tuberas y racores cuando la columna de lquido en movimiento se
detiene abruptamente, como sucede por ejemplo, en caso de desconexin deemergencia.
Figura 16 Aplicacin de amortiguadores de pulsaciones para amortiguar golpes de presinReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
EN RESORTES HIDRULICOS
Para amortiguar golpes y vibraciones se emplean acumuladores hidrulicos como
resorte hidrulico.
Aqu se utiliza el gas comprimible en el acumulador hidrulico como elemento
elstico.
Casos de aplicacin del resorte hidrulico son:
Tensin de cadena(figura 17)
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37
Para evitar la transmisin de golpes de la cadena de accionamiento se emplean
acumuladores hidrulicos para tensionar cadenas de mquinas y accionamientos
do vehculos.
Tensionar cadenas de traslado y cables portadores (figura18)Para que por ejemplo, cable carriles a ascensores puedan funcionar sin problemas
se requieren tolerancias reducidas en las longitudes de cable.
Figura 17 Aplicacin de acumuladores hidrulicos para tensionar la cadena en una mquinaReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
Al emplear acumuladores hidrulicos se compensan las distintas longitudes decables que se producen durante el ascenso y descenso de cable carriles, en caso
de fluctuaciones de temperatura o cargas distintas de ascensores.
Se mantienen las tolerancias deseadas de la longitud de cable y de la tensin de
traccin.
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Figura 18 Aplicacin de acumuladores hidrulicos para tensionar cables portadoresReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
SUSPENSIN DE VEHCULOS (FIGURA 19)
En el caso de desniveles en calles y caminos se producen golpes mecnicos que
deterioran los mecanismos de traslacin.
Empleando cilindros, en la suspensin hidroneumtica los golpes mecnicos seconvierten en golpes hidrulicos.
Dichos golpes hidrulicos son absorbidos por acumuladores hidrulicos.
La aplicacin de suspensin hidroneumtica en vehculos
- reduce el riesgo de accidentes,
- aumenta la vida til,
- permite mayores velocidades al tomar curvas,
- mantiene la carga en la posicin deseada,- reduce la carga sobre los materiales y
- disminuye los costes de servicio.
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Figura 19 Aplicacin de acumuladores hidrulicos en la suspensin de vehculosReferencia Catlogo Acumuladores OLAER
1.2.7 SEPARACIN DE MEDIOSEn instalaciones que exigen una separacin al 100% entre dos medios se
aplican acumuladores hidrulicos. La separacin de medios propiamente dicha
la realiza una vejiga o membrana instalada dentro del acumulador.
1.2.7.1 SEPARACIN DE MEDIOS FLUIDOS Y GASEOSOS
En instalaciones de funcionamiento principalmente neumtico resulta
conveniente accionar hidrulicamente componentes que deban producir una
gran fuerza (por ejemplo, cilindros de sujecin).
Los acumuladores hidrulicos permiten una separacin entre las partes
neumticas hidrulicamente accionadas. Resulta innecesaria la instalacin de un
grupo hidrulico separado suplementario
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Figura 20 Aplicacin de acumuladores hidrulicos para la separacin de la parte neumticade una instalacin la parte hidrulica accionada
Referencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
1.2.7.2 SEPARACIN DE DOS MEDIOS LQUIDOS
Por ejemplo, en los compresores con junta de anillo flotante empleados en
petroqumica, por motivos de funcionamiento y de ensuciamiento del gas del
proceso comprimido por el compresor, ste no debe mezclarse con el fluido de
cierre.
Para este tipo de estancamiento se requiere un fluido de cierre, La presin de este
fluido de cierre debe encontrarse 0,5 a 1,0 bar por encima de la presin del gas.Por esta razn sobre el compresor se instala un recipiente elevado que asegura la
mayor presin sobre la junta.
El fluido de llenado, neutral con respecto al gas, se carga con la presin de gas del
compresor. Dado que en la mayora de los casos el fluido que se encuentra en el
recipiente elevado no posee propiedades lubrificantes, las juntas de anillo flotante
y los cojinetes del eje debern funcionar con un fluido de cierre con propiedades
lubrificantes. La separacin necesaria de ambos fluidos se realiza medianteacumuladores hidrulicos.
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Figura 21 Acumulador hidrulico para la separacin de lquidosReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
1.2.7.3 SEPARACIN DE DOS MEDIOS GASEOSOS
El acumulador hidrulico se emplea para compensar la presin con la
presin atmosfrica en Instalaciones con riesgo de entrada de agua a travs
del filtro de ventilacin del tanque o, en el caso de tanques de lquido Henosde nitrgeno para evitar la formacin de agua de condensacin como
consecuencia de grandes fluctuaciones de temperatura.
Figura 22 Acumulador de ventilacin del tanqueReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
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42
1.2.7.4 MAYOR CAPACIDAD DEL ACUMULADOR (FIGURA 23)En diversas instalaciones hidrulicas solamente se permiten muchas veces
pequeas presiones diferenciales (por ejemplo, prensas de fundicin a presin), o
deben acumularse grandes cantidades de aceite (por ejemplo, laminadoras).Ambos casos requieren un gran volumen de gas. Los costos de instalacin
pueden reducirse si se utilizan acumuladores Transfer con botellas de gas
acopladas.
Figura 23 Mayor capacidad del acumuladorReferencia Catlogo Acumuladores OLAER
1.2.8 OTRAS APLICACIONES
SEPARACIN ANTI-POLUCIN
La funcin de un cartucho hidroneumtico es la de asegurar a la presin
atmosfrica la separacin de dos medios gaseosos donde uno de ellos es
contaminante (atmsfera polucionada por ejemplo).La vejiga asegura esta funcin,
su elasticidad permite absorber cualquier variacin de nivel de lquido en el
depsito sin modificar la presin de gas en el interior del mismo.
5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
43
1.3. TIPOS CONSTRUCTIVOS DE ACUMULADORES HIDRULICOS CONELEMENTO SEPARADOR.
Los acumuladores hidrulicos bsicamente se componen de una parte lquida y de
una parte gaseosa con un elemento separador que no permite el paso del gas. La
parte lquida se encuentra unida al circuito hidrulico. Al aumentar la presin el
gas se comprime y entra lquido al acumulador hidrulico, en instalaciones
hidrulicas se emplean los siguientes tipos de acumuladores hidrulicos con
elemento separador:
Acumulador de vejiga
Acumulador de membrana.
Acumulador de pistn.
1.3.1 ACUMULADORES DE VEJIGA (FIGURA 24)
Los acumuladores de vejiga se componen de una parte de lquido y de una parte
gaseosa con una vejiga impermeable al gas como elemento separador. La parte
de lquido que se encuentra alrededor de la vejiga est unida al circuito hidrulico,
de modo que al aumentar la presin el acumulador de vejiga se llena,
comprimiendo el gas. Al descender la presin el gas se expande, desplazando
hacia el circuito el lquido acumulado. Los acumuladores de vejiga se pueden
montar tanto en posicin vertical (preferencial) como horizontal y bajo
determinadas condiciones de servicio en posicin inclinada. En posicin de
montaje vertical e inclinada la vlvula de lquido siempre debe ubicarse en la parte
inferior.
Los acumuladores de vejiga se componen de un recipiente soldado o forjado (1),la vejiga (2) y las vlvulas para entrada de gas (3) y I a entrada del lado de aceite
(4). La separacin de gas y lquido est dada por la vejiga (2).
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Figura 24 Acumulador tipo vejigaReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
1.3.2 ACUMULADORES DE MEMBRANA (FIGURA 25)
Los acumuladores de membrana se componen de un recipiente de acero a prueba
de presin, generalmente circular o cilndrico. Dentro del acumulador, como
miembro separador, se encuentra una membrana de material elstico
(elastmero).
Los acumuladores de membrana se suministran en 2 versiones: versin soldada.
versin roscada.
En la versin soldada, antes de realizar la soldadura circular, se comprime la
membrana dentro de la parte inferior. Mediante un procedimiento adecuado de
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45
soldadura, p.ej. la soldadura por rayos electrnicos, y la ubicacin especial de la
membrana se evita que el elastmero sufra algn dao durante el proceso de
soldadura.
En la versin roscada la membrana se sostiene por medio del roscado de la partesuperior e inferior con la tuerca de racor.
Figura 25 Acumulador de membrana; arriba: construccin soldada, abajo: construccinroscada
Referencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
1.3.3 ACUMULADORES DE PISTN
Los acumuladores de pistn se componen de una parte de lquido y otra gaseosacon un pistn impermeable al gas como elemento separador. Ei lado de gas est
prellenado de nitrgeno.
La parte de lquido est unida al circuito hidrulico, de modo que al aumentar la
presin el acumulador de pistn ingresa lquido, comprimindose el gas. Al
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46
disminuir la presin el gas se expande, desplazando hacia el circuito el lquido
acumulado. Los acumuladores de pistn pueden trabajar en cualquier posicin,
siendo preferible la disposicin vertical con el lado de gas hacia arriba con el fin de
evitar que se depositen sobre las juntas del pistn partculas de suciedadprovenientes del fluido hidrulico.
El acumulador de pistn se ha representado en figura 26. Los componentes
principales son el tubo exterior del cilindro (1), el pistn (2) con el sistema de
juntas y las tapas de cierre (3,4) del lado frontal, que a su vez incluyen fas
conexiones de Lquido (5) y de gas (6). El tubo del cilindro cumple dos funciones.
Por un lado absorbe la presin interna y, por el otro, conduce al pistn, que es el
elemento separador entre gas y lquido.
Figura 26 Acumulador de pistn
Referencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
Para que entre ambas cmaras de presin el nivel efe presin est
aproximadamente compensado, existe la exigencia de una friccin muy reducida
entrejunta del pistn y pared interior durante el movimiento del pistn. Por este
5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
47
motivo la superficie del lado interno del tubo del cilindro debe estar finamente
maquinada. A causa de la friccin existente entrejunta del pistn y pared interior
resulta inevitable una diferencia de presin entre la cmara de gas y la de fluido.
Eligiendo un juego de juntas adecuado la diferencia de presin se puede reducir aaprox. 1 bar.
En los acumuladores de pistn se puede controlar la posicin del pistn. En el
vstago se encuentra una leva de conmutacin con la cual se pueden accionar
interruptores de fin de curso. Con dicha leva se puede controlar la posicin del
pistn en cualquier punto. Normalmente a travs de estos posicionamientos se
comanda una conexin o desconexin de la bomba hidrulica.
1.4. ACCESORIOS PARA ACUMULADORES HIDRONEUMTICOS
1.4.1 BLOQUE DE SEGURIDAD Y DE CIERRE
Figura 27 Acumulador de vejiga con bloque de seguridad y cierre ya montadoReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
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El bloque de seguridad y de cierre es un accesorio para seguro, cierre y descarga
de acumuladores hidrulicos o consumidores hidrulicos. Cumple con las
prescripciones en cuanto a seguridad y con las condiciones de recepcin,
especialmente con las prescripciones relacionadas con el equipamiento derecipientes de presin de acuerdo con las reglamentaciones tcnicas indicadas en
los puntos referidos a recipientes de presin
El bloque de seguridad y de cierre se compone del bloque de vlvulas (1), de la
vlvula limitadora de presin insertada (2), del grifo principal de cierre (3) y de la
vlvula de descarga (4) de accionamiento manual y posee adems de la conexindel sistema (5) las conexiones para manmetro prescriptas, como se puede
observar en la figura 28.
Figura 28 Bloque de seguridad y cierreReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
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1.4.2 DISPOSITIVO DE PRUEBA Y LLENADO
Normalmente en los acumuladores hidroneumticos las prdidas de nitrgeno son
muy reducidas. Sin embargo, para evitar que en el caso de una eventual reduccinde la presin de pretensin p0, el pistn golpee contra la tapa, o bien la vejiga o la
membrana se deformen demasiado, resulta recomendable un control peridico de
la pretensin de gas.
Mediante el dispositivo de llenado y prueba los acumuladores de presin se
cargan con nitrgeno o se vara la presin de pretensin del nitrgeno. Para ello
se rosca el dispositivo de llenado y prueba sobre la vlvula de gas del acumulador
hidrulico, unindolo a travs de un flexible con un recipiente comn de nitrgeno.
Si la presin de pretensin del nitrgeno slo debiera ser controlada o reducida, se
podra obviar la conexin de la manguera de llenado. La presin de pretensinp0
indicada en el acumulador hidrulico deber ser ajustada antes de cualquier
montaje o despus de una reparacin y luego deber ser controlada por lo menos
una vez durante la semana siguiente. Si no se comprobase prdida de nitrgeno
deber realizarse un nuevo control despus de aprox. 4 meses. Si tampoco se
comprobara un cambio de presin, entonces ser suficiente un control anual.
Figura 29 Dispositivo de llenado y pruebaCatalogo Acumuladores hidrulicos HYDAC
5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
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1.4.3 APARATO DE CARGA DE NITRGENO
Los aparatos de carga de nitrgeno permiten un llenado o rellenado rpido y
econmico de nitrgeno en los acumuladores hidrulicos. Garantizan unaprovechamiento ptimo de los recipientes comunes de nitrgeno hasta una
presin residual de 20 bares y una presin mxima decarga del acumulador de
350 bares.
Figura 30 Aparato porttil de carga de nitrgenoCatalogo Acumuladores hidrulicos HYDAC
1.5. DIMENSIONAMIENTO DE ACUMULADORES HIDRONEUMTICOS CON
ELEMENTO SEPARADOR
1.5.1 DEFINICIN DE LOS PARMETROS DE SERVICIO
Los parmetros necesarios para el dimensionamiento de un acumuladorhidroneumtico han sido representados esquemticamente enfigura 31.
Los parmetros para la definicin del estado del gas, tambin llamados
parmetros de estado, son presin, temperatura y volumen.
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Figura 31 Parmetros de servicioReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
1.5.2 CAMBIO DE ESTADO DEL GAS
Se diferencia entre cambios de estado:
Isocorico.
Isotrmicos. Adiabticos.
Politrpico.
Figura 32 Cambio de estado en el diagrama P-V
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Referencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
1.5.2.1 CAMBIO DE ESTADO ISOCORICO
En este cambio de estado no se realiza un trabajo de variacin de volumen, es
decir no se produce una variacin de volumen. Este cambio de estado se
produce al llenar la cmara del gas a baja temperatura y luego se vara la
presin de prellenado mediante intercambio de calor con el medio ambiente.
Ecuacin de estado: 1.5.2.2 CAMBIO DE ESTADO ISOTRMICO
En este cambio de estado se realiza un intercambio completo de calor con el
medio ambiente. No se produce un cambio de temperatura.
Este estado se encuentra en acumuladores hidrulicos cuando el ciclo de carga
o descarga del fluido hidrulico es muy prolongado. Dados los lentos ciclos de
trabajo se puede producir un intercambio completo de calor entre el gas y el
medio ambiente.
Ecuacin de estado 1.5.2.3 CAMBIO DE ESTADO ADIABTICO
En este cambio de estado el ciclo de carga y descarga se- produce tan
rpidamente que un intercambio de calor con el medio ambiente resulta
imposible.
Ecuacin de estado: La relacin entre la temperatura y el volumen y entre la temperatura y la presin
tambin se obtiene a partir de la ecuacin trmica de estado.
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53
En estas ecuaciones K es el exponente adiabtico, que se puede elegir como 1,4
para un gas biatmico, como p.ej. nitrgeno, bajo condiciones normales.
Figura 33 Exponente adiabtico de nitrgeno y helio en funcin de la presin de 0 a 100c
Referencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
1.5.2.4 CAMBIO DE ESTADO POLITRPICO
Dado que el modo de servicio de un acumulador hidrulico nunca tiene lugar de
acuerdo con los principios tericos sin intercambio de calor, se producir un
cambio de estado, que se encuentra entre el isotrmico y el adiabtico. Este tipo
de cambio de estado se denomina politrpico. Las relaciones matemticas son
anlogas a las del cambio de estado adiabtico, pero se sustituir el exponente
adiabtico por el exponente politrpicoN.
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54
1.5.3 DETERMINACIN DEL TAMAO CONSTRUCTIVO DE UN
ACUMULADOR HIDRULICO
De acuerdo con estas explicaciones, las ecuaciones a emplear para eldimensionamiento de un acumulador hidrulico dependen de la influencia del
tiempo de carga y descarga. Como regla emprica para la aplicacin de las
ecuaciones correspondientes puede servir la siguiente limitacin:
Tiempo del ciclo < 1 minuto
cambio de estado adiabtico, Tiempo del ciclo > 3 minutos
cambio de estado isotrmico Tiempo del ciclo entre 1 y 3 minutos
cambio de estado politrpico.
Las ecuaciones importantes para el dimensionamiento se indican en la figura 35.
Adems, para el dimensionamiento del acumulador hidrulico debern
mantenerse ciertos valores empricos con los cuales, por un lado, quede
asegurado un aprovechamiento ptimo del volumen del acumulador hidrulico y,
por el otro, no se afecte la vida til.
En la figura 34 se han indicado los valores empricos para los diversos tipos
constructivos de acumuladores hidrulicos.
1.5.4 DESVIACIONES DE LA CONDUCTA IDEAL DE UN GAS
Las ecuaciones de estado indicadas solamente son vlidas bajo la condicin de
que exista una conducta ideal del gas. Diversos gases, por ejemplo . el nitrgeno,
en especial a elevadas presiones, se desva de las leyes ideales de conducta.
Dicha conducta se denomina conducta real o no ideal. Para la conducta real del
gas la relacin matemtica entre las dimensiones de estadop,T yVsolamente sepuede representar mediante una ecuacin de aproximacin. En la prctica, el
manejo de dichas ecuaciones exige mucho tiempo, pudiendo slo realizarse
empleando ordenadores. Por este motivo resulta recomendable introducir factores
de correccin que consideren la conducta real del gas.
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Figura 34 Condiciones de aplicacin para acumuladores hidrulicos en versin estndarReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
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Figura 35 Ecuaciones bsicas para el dimensionamiento de acumuladoresReferencia Fundamentos y componentes de la oleo-hidrulica, Rexroth
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1.5.5 PROCEDIMIENTO DE DIMENSIONAMIENTO
Para el clculo y la determinacin del tamao adecuado del acumulador hidrulico
se puede partir de que el volumen de lquido necesario V o la energa necesaria
E para cubrir la demanda est indicado. Considerando distintas condiciones
secundarias, como por ejemplo
sobrepresin mxima de servicio,
temperatura mx. y mn. de servicio, diferencia de presin de trabajo
Se comienza con el dimensionamiento de modo tal de suponer que el cambio de
estado entre las presiones de trabajo p1 y p2 es adiabtico. Esta suposicinlimitante resulta admisible porque con ella en cualquier caso se cumplen los
dems posibles cambios de estado.
Mediante la siguiente prueba de clculo con respecto a la conducta temporal y el
consiguiente desviamiento del cambio de estado adiabtico supuesto, se puede
corregir el dimensionamiento (los factores de correccin cay cideben extraerse de
la documentacin del fabricante).
La presin de prellenado {pretensin del gas) del acumulador hidrulico debera
encontrarse entre 0,7 y 0,9 de la presin mn. de trabajo (a temperatura mx. de
servicio). Con ello se pretende evitar que los elementos separadores de los acumuladores
hidrulicos trabajen siempre prximos a la vlvula de lquido y se deterioren.
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1.5.6 SELECCIN DEL TIPO DE ACUMULADOR PARA CASOS COMUNES
DE APLICACIN
1.5.6.1 ACUMULADOR DE MEMBRANASe emplean para pequeos volmenes tiles y de gas Los acumuladores de
membrana se caracterizan por buena estanqueidad y elevada vida til. La
posicin de montaje es opcional, trabajan sin inercia.
1.5.6.2 ACUMULADORES DE VEJIGA
Los acumuladores de vejiga se emplean con volmenes tiles medianos y en
caso de rpida reaccin del acumulador hidrulico. Gracias al mejoramiento de lacalidad de la vejiga, se ha alcanzado en los ltimos aos una buena estanqueidad
y una elevada vida til de la vejiga
Los acumuladores de vejiga se montan en forma vertical hasta horizontal con la
vlvula de descarga de lquido hacia abajo o en forma horizontal.
1.5.6.3 ACUMULADORES DE PISTN
Los acumuladores de pistn se aplican en caso de volmenes tiles grandes y
resultan especialmente adecuados para la postconexin de botellas de gas.
Una desventaja es la masa del pistn separador y, por consiguiente, la reaccin
ms lenta del acumulador, al igual que la friccin de las juntas en el pistn, La
consecuencia es una reduccin de hasta un 10% de la presin til. Al cargar y
descargar no deber superarse una velocidad del pistn de 2 m/s. La posicin de
montaje de los acumuladores de pistn es opcional.
1.6 PRESCRIPCIONES DE SEGURIDA
Las reparaciones en acumuladores hidrulicas slo deben ser llevadas a cabo por
el fabricante de los mismos.
En ningn caso se deber soldar o taladrar en el acumulador hidrulico.
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Dado que el gas altamente comprimido resulta peligroso por la energa
acumulada, para el montaje y el mantenimiento de acumuladores hidrulicos
debern observarse cuidadosamente las prescripciones del fabricante.
El trabajo de mantenimiento ms importante es el control peridico de la presinde prellenadopo.
Los acumuladores hidrulicos debern montarse en lugares bien accesibles y
fijarse con soportes estables, capaces de soportar la reaccin en caso de eventual
rotura de tubo.
Para que no puedan actuar fuerzas de masa sobre los tubos en la tubera entre la
bomba y el acumulador hidrulico deber instalarse una vlvula antirretorno.
Cada recipiente de presin debe tener un manmetro adecuado que indique lasobrepresin de servicio. La sobrepresin de servicio mxima admisible debe
estar indicada visiblemente. Para cada recipiente de presin debe existir una
vlvula de seguridad adecuada. El ajuste de la misma debe estar asegurado
contra cambios no autorizados, las vlvulas de seguridad no deben ser
bloqueables hacia el acumulador hidrulico. En las tuberas de alimentacin de
presin, en lo posible cerca del recipiente de presin, debe haber dispositivos de
bloqueo de fcil acceso.
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2. SELLOS HIDRULICOS5
2.1 INTRODUCCIN
Ahora la tecnologa de cero prdidas est en crecimiento y se convertir en un
nuevo estndar de uso general.
Los sistemas hidrulicos tienen un problema de imagen. Los especialistas han
tratado de lograr un convencimiento general de que estos sistemas no llevan
inherente un alto grado de fugas. Ahora con los avances en tcnicas de sellado,
diseos de acoples y construccin de tuberas, la construccin de un sistemahidrulico libre de fugas es una realidad definitiva.
Los fabricantes de componentes hidrulicos estn tomando la responsabilidad en
la concepcin de sistemas y componentes sin fugas, de hecho, muchos
fabricantes ofrecen ya productos libres de prdidas garantizados.
2.2 ANLISIS DE FALLA FRENTE A SOLUCIONES DE SELLADO
El control de prdidas depende ms del sistema de sellado que de cualquier otro
componente de un sistema hidrulico. Esto indica por qu el anlisis de sellos y
sistemas de sellado en la etapa inicial de diseo es crtica. Igualmente importante
para un nuevo diseo es la evaluacin de cualquier mecanismo o sistema de
sellado antes de que este haya completado su ciclo de vida o fallado
prematuramente por fugas permitidas.
Desde 1991, se han conducido ms de 1000 proyectos de anlisis de falla de
sellos. Estos representan mecanismos de sellado donado por una variedad de
clientes sobre un rango de industrias que incluyen 23 fabricantes adems de HPS,
5DISENO Y FABRICACION DE UN CILINDRO HIDRAULICO : SEGUNDA GENERACION / Yesid Leonardo Camacho
Padilla ; director Abel Parada C
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Inc. Un resumen de datos recopilados de esos proyectos revela la ms frecuente
causa de fugas por falla del sello.
La tabla siguiente muestra las causas y su frecuencia
Tabla 1 Causas De Fallas De Sellos
CAUSAS DE FALLA DE SELLOS
Contaminacin 21.4 %
Instalacin inadecuada 14.3 %
Extrusin 10.8 %
Desgaste y abrasin 9.6 %
Encendido en fro 6.8 %
Endurecimiento por compresin 5.3 %
Calor excesivo 4.7 %
Incompatibilidad con el fluido 4.3 %
Maquinado de la superficie 3.9 %Envejecimiento y desgaste 3.2 %
Vibracin 2.9 %
Fluido excesivo 2.4 %
Otras 10.4 %
Otras causas incluyen bajas temperaturas,
Todos estos tipos de falla se pueden prevenir, los pasos para prevenir estas fugas
deben tomarse durante el diseo inicial, por supuesto, durante la fabricacin y
ensamble de la mquina.
En la fase de diseo, el ingeniero debe tener en cuenta que dos aplicaciones no
son exactamente iguales. Adems todo diseo y aplicacin de parmetros deben
ser identificados y evaluados para cada sello en un sistema de sellado. Tambin
frecuentemente los diseadores estn tentados a ahorrar tiempo y esfuerzos en
este proceso vital, cosa que no se debe hacer. En cambio, se debe colocar total
atencin a los requerimientos de la operacin, ambiente de operacin y
expectativas de operacin. Cada una de estas categoras es desdoblada adems
en pasos que se deben considerar en detalle para llegar a una apropiada
seleccin de sellos. En fabricacin y ensamble, la limpieza y el cuidado son los
5/20/2018 Dise o y Construccion de Un Acumulador Tipo Piston
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dos factores ms importantes. Como se pudo ver en la tabla, los daos por
contaminacin y mala instalacin representan alrededor de la tercera parte de las
fallas evaluadas. El diseo apropiado, la limpieza de los componentes fabricados y
un ensamble cuidadoso, con el uso de herramientas adecuadas, son losingredientes que producen una mquina hidrulica sin fugas.
2.2 SELECCIN DE SELLOS DE ALTO RENDIMIENTO
Sellar un fluido bajo presin puede ser uno de los problemas ms frustrantes al
que el diseador de equipos debe enfrentarse cuando desarrolla una nueva pieza
de maquinaria. l finaliza el resto del diseo y luego se pone a pensar acerca de
cmo sellarlo.Los fluidos, ya sean lquidos o gases, toman la forma del recipiente que los
contiene y migran al punto de menos resistencia. En una pieza de un equipo, esto
significa que el fluido migrar a la libertad, la cual es usualmente la atmsfera.
El desafo es a contener el fluido, lo cual har que este no pueda escapar de la
cmara presurizada al ambiente. Si usted incrementa la presin aplicada al fluido,
cambia su viscosidad debido al calor y adiciona movimiento, el sellado empieza a
ser ms difcil.
Cuando se selecciona un sello se deben manejar entre otros los siguientes
aspectos:
Presin del fluido.
Friccin.
Resistencia a la abrasin.
Tipo de fluido.
Temperatura (durante la operacin y cuando se apaga).
Caractersticas fsicas del equipo adyacente.
Costo.
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Figura 36 Sistemas de selladoReferencia A.W Chesterton Company
2.2.1 SELLOS DE REBORDE VS SELLOS DE COMPRESINCuando se selecciona un sello basndose en presin y friccin (las cuales
frecuentemente estn nter relacionadas) se consideran dos tipos de sellos de
fines opuestos de una escala.
En un extremo est el sello de puro reborde, el cual tiene bordes delgados que
deben mantener el contacto sobre ambas superficies, tanto la interna como la
externa al sello. Estos sellos tienen muy baja friccin a baja presin, pero son
menos sus probabilidades de xito en el sellado a baja presin. Los sellos que se
desempean bien a baja presin son los sellos de compresin, los cuales
aparecen en el otro extremo de la escala. Para funcionar, estos sellos deben sercomprimidos entre dos superficies. A mayor compresin, ms agresivamente
sellan, pero mayor es la friccin. Alta friccin no solo reduce la eficiencia
mecnica sino que tiende a acelerar el desgaste del sello.
Figura 37 Escala comparativa de sellosReferencia tesis de grado diseo y fabricacin de un cilindro hidrulico segunda
generacin
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Figura 38 Cortes de diferentes sellosReferencia A.W Chesterton Company1
Un compromiso debe ser hecho entre presin y friccin de sellado. Se desea baja
friccin y menor agresividad de sellado, o incrementar el sellado y tratar con mayor
friccin? Como se muestra en la figura anterior, muchos sellos pueden ser
seleccionados entre los extremos.
2.2.2 PRESIN Y ABRASINLa presin ayuda al sellado. Muchos sellos estn diseados tal que la presin del
sistema energiza el sello y causa un contacto ms agresivo con las superficies.
Esto es especialmente cierto con los sellos tipo compresin conforme a la forma
de la glndula limitante (incrementa su sistema de sellado) a mayores presiones.
A altas presiones, el reto es mantener el sello en su lugar y no permitir que este sesalga. La extrusin ocurre cuando fuerzas de corte que resultan de la presin
diferencial entre los lados presurizado y no presurizado del sello tratando de
empujar a este contra el espacio entre las superficies metlicas adyacentes.
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Para prevenir la extrusin del sello, varios factores son importantes. Primero, se
debe mantener el espacio extrusor, espacio entre el pistn y su camisa, en el
mnimo posible.
Figura 39 Mdulo de Materiales para SellosReferencia tesis de grado diseo y fabricacin de un cilindro hidrulico segunda
generacin
Con presiones cercanas a los 2000 psi, y cuando la banda de desgaste est
usada, el espacio extrusor es incrementado. La siguiente consideracin es el
material del sello. Un material de alto mdulo como plstico, ofrecer mejorresistencia a la extrusin que un caucho. Los materiales de sello han sido
formulados para resistir la extrusin tolerando altas presiones del fluido sin sufrir
deformacin severa.
Debido a la amplia variacin en los componentes, se podra asegurar con
suplementos que den mayor propiedad al material en uso. Anillos de reserva
pueden ser instalados detrs del sello para extender el rango de presin.
2.2.3 OTROS FACTORESLos sellos pueden ser daados por varias causas, pero la vida de servicio
usualmente concierne a la resistencia al desgaste o abrasin. Los diseadores
deben conocer cuntos ciclos especificar para el sello. Muchos factores aparte del
0
2000
4000
6000
8000
10000
70 A DURORUBBER
80 A DURORUBBER
90 A DURORUBBER
90 A DUROURETHANE
60 D DUROELASTALOY
65 D DUROELASTALOY
Series1 800 1250 2000 5000 7000 10000
PresinPSI
Mdulo de Materiales para Sellos
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sello afectan el desgaste: valor de lubricacin del fluido, temperatura, variacin del
ciclo, velocidad de la carrera, material y maquinado de la mquina y presin.
Otro factor importante, como se haba mencionado, es el material del cual esthecho el sello. La figura siguiente muestra algunas comparaciones de abrasin de
materiales comunes de propsito general.
Figura 40 Materiales de selloReferencia tesis de grado diseo y fabricacin de un cilindro hidrulico segunda
generacin
Nuevamente, la composicin del material del sello puede ser manipulada para
variar muchas de sus propiedades. El fluorocarbono se toma como cero y el
poliuretano como 10, siendo estos mnimo y mximo respectivamente, y siendo
tan solo una comparacin con valores apropiados. El esfuerzo de tensin fue
usado como factor determinante.
El material que sella un fluido particular debe ser compatible con ese fluido y
adems con los fluidos usados para el lavado o limpieza del sistema. Algunos
02468
10
Abrasin
Fluorocarbon E.P.R Nitrile carboxylatednitrile
Elastaloy Polyureth
Series1 0 0,7 1,2 3,2 6,9 10
Materiales de sello
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qumicos aparentemente benignos, como el agua, pueden causar daos severos a
cauchos o plsticos.
2.2.4 TEMPERATURA
Figura 41 Lmites de Temperatura F para algunos materiales de selloReferencia tesis de grado diseo y fabricacin de un cilindro hidrulico segunda
generacin
Cuando se trata con cambios de temperatura, ntese que cambios extremos de
temperatura se toman respecto del borde dinmico del sello. Esta temperatura esuna acumulacin de varios factores. Primero, est la temperatura ambiente del
sello, no es la temperatura del fluido en el tanque hidrulico. Ahora considrese la
aplicacin. El calor ser generado por la friccin del sello rozando sobre la
superficie. Adems, la velocidad de carrera y su duracin son importantes. Cada
vez que el pistn cambia de direccin se produce una flexin en el sello, lo cual
causa un calentamiento interno. El movimiento reciprocante puede rpidamente
causar un incremento de temperatura y alta friccin.
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2.2.5 COMPRESION Y RESILIENCIA.
Dos de las propiedades fsicas ms importantes de los materiales de sello son el
endurecimiento por compresin y la resiliencia. Otras propiedades sonimportantes, pero estas dos son crticas en control de fugas.
El endurecimiento por compresin es la cada de la fuerza de restauracin a largo
plazo en el elastmero. Con el tiempo, el endurecimiento por compresin se
incrementa a un punto donde el elastmero no presiona sobre la superficie de
sellado en el metal. El resultado es menos material ajustando al metal, por eso se
incrementa la filtracin potencial de fluido. El camino ms comn para ilustrar esta
propiedad es ver un viejo o-ring que ha sido instalado en un sistema por largo
tiempo. El o-ring tendr partes planas sobre la seccin transversal. Estas partes
planas son el resultado del endurecimiento por compresin. Todos los
elastmeros, incluido el poliuretano sufrirn de endurecimiento por compresin el
cual ocurre ms rpidamente a mayor temperatura.
La resiliencia es la otra propiedad fsica importante que tiene efecto sobre la
habilidad de un elastmero sellante para prevenir la filtracin de fluido. La
recuperacin es medida por una prueba simple donde un peso es soltado sobre un
punto o disco pequeo de un compuesto. La distancia que el peso rebota es
medida sobre una escala. Esta recuperacin, o rebote, da una indicacin de cmo
un elastmero adherir a
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