ELECTROHIDRÁULICA Un sistema electrohidráulico es un conjunto de elementos que, dispuestos en forma adecuada y conveniente, producen energía electrohidráulica partiendo de otra fuente, que normalmente es electromecánica (motor eléctrico) o termo mecánica (motor de combustión interna). La energía entregada por los medios mencionados es receptada por los elementos del sistema, conducida, controlada y por ultimo transformada en energía mecánica por los actuadores. El fluido transmisor de esta energía es principalmente aceite, evidentemente no cualquier aceite, ya que debe poseer algunas características particulares. La energía electrohidráulica se genera de la siguiente manera. Se recibe energía electromecánica a través de la bomba de instalación, esta la impulsa obligándola a pasar por el circuito, hasta llegar a los puntos de utilización, ósea hasta los actuadores, encargados de transformar dicha energía en mecánica Podemos evidenciar tres grupos perfectamente localizados, a detallar:
Sistema de impulsión y bombeo.
Sistema intermedio compuesto por elementos de control, comando y conexiones.
Actuadores y consumidores.
Consideraciones Consideraciones sobre la potencia electrohidráulica. electrohidráulica. La transformación y distribución de la potencia electrohidráulica puede ser representada en un gráfico en el cual se hace un balance de las pérdidas de cada bloque, y cuya suma hace a la pérdida total.
BLOQUE A: GRUPO DE IMPULSIÓN Tiene como principal función el bombeo, este es encargado de transformar la potencia que recibe en energía electrohidráulica, que no se transmite en su totalidad, por ser la bomba un conjunto mecánico compuesto por una serie de elementos, logrados cada uno de ellos bajo tolerancias de fabricación, su rendimiento debe ser considerado y tiene una influencia Npa.
BLOQUE B: CIRCUITO ELECTROHIDRÁULICO Incluye los elementos encargados de marcar el camino al aceite para llegar a los actuadores. Esta compuesto por tubería, accesorios, comandos, controles etc. este grupo produce una perdida de potencia Npb, ofreciendo resistencia al paso del aceite, que se denominan perdidas de carga y se traducen en perdidas de presión. Cada elemento cobra peaje al aceite y este lo paga con presión, presión que se pierde y no se dispone mas para su utilización convirtiéndose en perdidas de potencia para la instalación, sumándose ya a la perdida por la bomba
GRUPO C: ACTUADORES DEL SISTEMA Las perdidas de potencia por la mínima razón que la bomba, son conjuntos mecánicos (ej. Un cilindro hidráulico hace uso de la presión para ejercer su trabajo. Npc es el tercer y ultimo término de la suma de perdidas, conformando el gasto total de la instalación Npt. En sistemas bien concebidos, la potencia total Npt no debe superar la potencia instalada Ni, o potencia del motor que mueve la bomba. Npt = Npa + Npb + Npc = < 25% Ni Ni potencia instalada (electromecánica u otra). Nc potencia electrohidráulica real disponible. Npt potencia total perdida. Npa potencia perdida por impulsión. Npb potencia perdida por comando, control, tuberías.
Npc potencia perdida por los actuadores.
Los circuitos electrohidráulicos permite darnos cuenta de las múltiples posibilidades que se alcanzan con su utilización y puede ser un punto de partida para comprender las maquinas mas complicadas. Estás máquinas pueden utilizar distintos tipos de aceites para trabajar, entre ellos destacan tres tipos, mezclas de aceites minerales, mezclas de agua-aceites y aceites sintéticos, además, estos tienen una doble función, aparte de generar potencia, también funcionan como lubricantes.
COMPONENTES TANQUE o
Además de almacenar el líquido, el tanque es un disipador de calor.
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El tanque tiene unas láminas internas llamadas bafles, para evitar que el aceite caliente pase directamente a la salida. Evitan el flujo turbulento lo cual mezclaría el aceite con aire (muy nocivo para los sistemas hidráulicos).
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Normalmente tiene un filtro interno de malla para evitar que entren impurezas al sistema.
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Un tapón de llenado. Drenaje. Compuerta para limpieza.
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Medición de nivel.
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Un tanque puede ser despresurizado, en cuyo caso tiene un tapón ciego y un respiradero con filtro o puede ser presurizado en este caso no tiene respiradero, pero el tapón incluye 2 válvulas.
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Una válvula de alivio o de seguridad, para evitar que la presión dentro del tanque aumente por encima de un valor deseado.
FILTROS
Cumplen la importante función de evitar que penetren contaminantes dentro de los elementos del sistema.
Las partículas son atrapadas en el elemento filtrante.
Normalmente tienen una válvula de desvió (by pass) incorporada, para permitir el paso de aceite si el elemento se satura.
Cumplen la importante función de evitar que penetren contaminantes dentro de los elementos del sistema.
Los filtros se valoran de acuerdo con el flujo que pueden soportar. La presión que pueden soportar y el tamaño de partículas que pueden atrapar.
El mantenimiento adecuado de los filtros es el factor más importante para una larga vida de un sistema hidráulico.
BOMBAS o
Las bombas reciben el aceite del tanque y lo empujan hacia el sistema hidráulico.
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Hay varios tipos de bombas, la de la figura es una bomba de engranajes.
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Note que el recorrido del aceite es por la parte exterior de los engranajes
BOMBA DE PALETAS
En este caso el aceite es impulsado por unas paletas que giran con un rotor.
El rotor gira dentro de una carcasa excéntrica lo cual hace que las cámaras entre las paletas y la carcasa disminuyan su volumen obligando al aceite a salir.
BOMBA DE PISTONES AXIALES o
Funciona de manera similar a la bomba de paletas.
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Los pistones son empujados por la carcasa.
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El aceite es recibido y expulsado por orificios internos en el rotor.
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Una ventaja muy importante de este tipo de bombas es que al plato inclinable se le puede variar su ángulo.
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De esta manera se cambia el recorrido de los pistones y por lo tanto la cantidad de aceite que puede desplazar la bomba.
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Si el ángulo de inclinación se deja en 0 grados, la bomba no enviara flujo ya que los pistones no se desplazan a pesar de que la bomba este girando.
ACUMULADORES
Son una ayuda a la bomba en sistemas donde hay variaciones súbitas de carga (ej. martillos hidráulicos).
Actúan como amortiguadores o como suplemento a la bomba.
Cuando la carga aumenta, la presión generada llena el acumulador (vence el resorte). En este caso actúa como amortiguador.
Si la carga baja, baja la presión y el acumulador ayuda a enviar aceite hacia la carga. (Suplemento a la bomba)
VALVULAS o
Se utilizan para controlar el flujo del aceite. Para ilustrar su función, imagine un sistema bomba - cilindro con válvulas convencionales de compuerta.
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Se requerirían 5 válvulas de compuerta para controlar el flujo
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Con el cilindro quieto, la válvula 1 está abierta permitiendo el paso de aceite de la bomba - tanque - bomba, las otras están cerradas
SISTEMAS DE CONTROL ELECTROHIDRÁULICO Principios de Funcionamiento El principio de funcionamiento de un sistema hidráulico lo constituye la transformación de la energía mecánica de rotación de una bomba, en el movimiento de un fluido incompresible a presión, la cual se transforma a su vez en movimiento de las piezas del sistema hidráulico. El fundamento de la transmisión de presión en un fluido es la Ley Fundamental de la Hidrostática: ¨La diferencia de presión entre 2 puntos de un líquido en equilibrio es proporcional a la densidad del líquido y al desnivel entre los puntos¨.
Como consecuencia de lo anterior, el Principio de Pascal establece que: ¨La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin disminución a cada punto del fluido y de las paredes del recipiente¨
Un pistón de sección pequeña a, se utilizan para ejercer directamente una pequeña fuerza f sobre un líquido, tal como aceite. La presión P = f/a se transmite, a lo largo de un tubo, a un cilindro mayor provisto también de un pistón más ancho, de área A.
Puesto que la presión es la misma en ambos cilindros: Se concluye, por lo tanto, que la fuerza transmitida (F) es igual a la fuerza aplicada (f) multiplicada por un factor que relaciona las áreas (A/a).
Componentes Generales Los sistemas hidráulicos modernos son mecanismos complejos en la mayoría de los casos, pero los principios básicos que los rigen son muy simples.
VENTAJAS DE LOS CONTROLES ELECTROHIDRÁULICOS Las partes principales son: DEPÓSITO
Sirve para la reserva del fluido. Debe, además, tener las siguientes características:
Fácil limpieza
Suficiente capacidad.
Amplia tubería de retorno.
Divisiones verticales con orificios en el fondo, para separar el fluido que regresa del que sale hacia la bomba.
Filtración adecuada.
BOMBA
Es la unidad que suministra la potencia al sistema hidráulico. Los principales tipos de bomba utilizados para este sistema son: -
RECIPROCANTES (PISTÓN).
Presentan las siguientes características
Altas presión de trabajo
Flujo intermitente.
Trabajan bien en condiciones extremas de frío y calor.
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PIÑONES.
Presentan las siguientes características:
Su eficiencia depende mucho de las holguras entre piñones y entre éstos y la carcasa.
Presión relativamente baja.
Bajos caudales.
Flujo intermitente.
Compactos.
Bajo costo.
Pueden provocar incrementos de temperatura en los fluidos que manejan.
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CENTRÍFUGAS
Tiene las siguientes características:
No presenta intermitencias.
No se dejan sobrecargar, ya que cuando la presión de descarga es superior a la generada por la bomba, el fluido no sale de la bomba sino que rota con las aletas.
Presiones bajas.
Altos caudales.
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VÁLVULAS HIDRÁULICAS.
Son los elementos más complejos del sistema. Estas, casi en su totalidad, están clasificadas en las siguientes categorías:
Válvulas de control direccional.
Válvulas de control de volumen.
Válvulas de control de presión.
El mismo fluido es generalmente el lubricante de las válvulas y también, como las bombas, las holguras son muy exactas, de ahí la importancia de que los fluidos sean limpios de materiales abrasivos y tengan adecuadas propiedades lubricantes. El control de las válvulas puede ser: Manual, mecánico, eléctrico, neumático o hidráulico. -
CILINDROS.
El trabajo fundamental que cumple éste es convertir la presión de un fluido en fuerza mecánica para realizar un trabajo. Los cilindros se clasifican en dos tipos o categorías: o
De simple acción
o
De doble acción
DE SIMPLE ACCIÓN : Se caracterizan por tener una sola lumbrera para admisión y
escape del fluido; el movimiento de retorno del pistón a la posición inicial, lo realiza el propio peso de la carga cuando cesa el flujo a presión y se permite la salida del fluido.
DE DOBLE ACCIÓN: Tiene 2 lumbreras, una de admisión y otra de escape del fluido. El
pistón se desplaza movido por la presión del fluido y no por acción de la carga. Las lumbreras pueden en un caso admitir fluido a presión y en otro salir el fluido.
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SELLOS Y EMPAQUES.
Su función básica es evitar las fugas de fluido a presión en sitios que se comunican entre sí o con el exterior. En los sistemas hidráulicos, los sellos y empaques son piezas importantes sin las cuales ni los cilindros, bombas y válvulas, trabajan adecuadamente. -
MANGUERAS Y TUBERÍAS
Los sistemas de conducción del fluido son esenciales para el buen funcionamiento del sistema hidráulico, ya que son los encargados de unir otros elementos del sistema. Deben, por lo tanto, estar a prueba de fugas y resistir la máxima presión, temperatura y vibraciones a que estén sometidas durante el trabajo. Su diseño debe evitar restricciones de flujo y turbulencias. Deben tener suficiente diámetro para transportar el máximo fluido de las bombas sin pérdidas excesivas por fricción o turbulencias. Los conductos hidráulicos pueden ser: tuberías, conductos cilíndricos y mangueras flexibles.
Hidrostática.
Ciencia y tecnología que trata de las leyes que rigen las condiciones de equilibrio de los líquidos y la distribución de la presión.
