Fundamentos Basicos de Hidráulica I y II

Fundamentos Bsicos de Hidrulica I y II

Tema: Principios bsicos y componentes hidrulicos

Jr. Larco Herrera 1025 Magdalena del Mar, Lima Per T 658-6923 / 261-2621-E-mail [email protected] - www.fortemaq.com

Empresa

FUNDAMENTOS HIDRULICA I-II - 00 - Mdulo 1

INDICE

Pg. DESCRIPCION DEL CURSO..................................................................... 2 Resumen................................................................................................................. 2 Objetivo General..................................................................................................... 2 Requisitos............................................................................................................... 3 Contenido................................................................................................................ 3 AGENDA DEL CURSO............................................................................... 4 MATERIAL NECESARIO........................................................................... 5

Literatura................................................................................................................. 5 Literatura de Referencia........................................................................................ 5 Herramientas y Equipo.......................................................................................... 5

MODULO 1: SEGURIDAD EN SISTEMAS HIDRULICOS 7

Leccin 1.1: Etiquetas y Procedimientos de Seguridad 9 Hoja de Trabajo 1.1: Etiquetas de Advertencia 10 Hoja de Trabajo 1.2: Procedimientos Seguros 11

MDULO 2: PRINCIPIOS BASICOS DE HIDRAULICA. 13 Leccin 2.1: Propiedades de los fluidos 15 Hoja de Trabajo 2.1: Propiedades de los fluidos 16 Leccin 2.2: Ley de Pascal 18 Hoja de Trabajo 2.2: Aplicacin de la ley de Pascal 19 Leccin 2.3: Eficiencia, potencia y caudal de una bomba hidrulica 21 Hoja de Trabajo 2.3: Clculos de eficiencia, potenica y caudal de bomba 24 Leccin 2.4: Aceite Hidrulico Cat HYDO Advanced 10 25 Hoja de Trabajo 2.4: Caractersticas del Aceite Cat HYDO Advanced 10 26 MDULO 3: COMPONENTES HIDRULICOS.... 29 Leccin 3.1: Principales Componentes del Sistema Hidrulico 31 Leccin 3.1.1: Tanques Hidrulicos 31 Leccin 3.1.2: Lneas Hidrulicas 34 Leccin 3.1.3: Cilindros 40 Leccin 3.1.4: Acumuladores 48 Leccin 3.1.5: Enfriadores 50 Leccin 3.1.6: Mallas y Filtros 51 Leccin 3.2: Bombas y Motores Hidrulicos 55 Leccin 3.2.1: Bombas Hidrulicas 55 Leccin 3.2.2: Motores Hidrulicos 62 Leccin 3.3: Vlvulas de Control de presin 64 Hoja de Trabajo 3.3: Vlvula de control de presin 74 Leccin 3.4: Vlvulas de Control de Direccin 76 Hoja de Trabajo3.4: Vlvula de control direccional 87 Leccin 3.5: Vlvulas de Control de Flujo 89 Hoja de Trabajo 3.5: Vlvula de control de flujo 102 ANEXOS

Anexo 1: Cdigo de Colores 107 Anexo 2: Glosario de Trminos 108 Anexo 3: Factores de Conversin de Unidades de Medida 109 Anexo 4: Simbologa 110 Anexo 5: Ficha Tcnica de Aceite Cat HYDO Advanced 10 111 Fortemaq SAC


DESCRIPCIN DEL CURSO

CURSO: HIDRULICA I-II

Tiempo de duracin: (40 horas)

Numero de Participantes: De 6 a 12 Participantes.

DIRIGIDO A

Este curso ha sido diseado para tcnicos en general, supervisores e ingenieros de servicio que trabajan con maquinaria Caterpillar.

RESUMEN

La clase del saln ser una presentacin de los principales conceptos de hidrulica, identificar componentes y describir su funcionamiento utilizando manuales de servicio, componentes hidrulicos, esquema hidrulico y mquina.

OBJETIVOS GENERALES

Al trmino de este curso, los estudiantes estarn en capacidad de realizar los siguientes procesos:

- Identificar las etiquetas y procedimientos de seguridad en hidrulica. - Explicar los principios bsicos, propiedades, aplicaciones del fluido

hidrulico.

- Identificar y describir el funcionamiento de componentes hidrulicos el cdigo de colores empleado en hidrulica.

REQUISITOS

Los estudiantes debern tener conocimientos bsicos de:

- Curso: Control de contaminacin. - Curso: SIS - Curso: Ingls (Opcional)

CONTENIDO

El curso est dividido en mdulos en los cuales se desarrollarn los siguientes temas:

1. Seguridad en sistemas hidrulicos.- Los estudiantes podrn identificar

todas las etiquetas de advertencia, y describirn el procedimiento seguro al realizar servicios en el sistema hidrulico.

2. Principios bsicos de hidrulica.- Los estudiantes podrn establecer

los principios de hidrulica, cdigo de colores, trminos utilizados en el sistema.

3. Componentes hidrulicos.- Los estudiantes podrn identificar las los

componentes principales, trazar el flujo de aceite y revisar el funcionamiento del componente en plano y maquina.

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FUNDAMENTOS HIDRULICO I-II - 02 - Mdulo 1

AGENDA DEL CURSO

PRIMER DA Maana Presentacin Inicial, Expectativas.

Pre Test. Mdulo 1, Seguridad en sistemas hidrulicos.

Tarde Mdulo 2, Principios basicos de hidrulica, ley de pascal.

SEGUNDO DA Maana Mdulo 2, Eficiencia volumetrica, Aceite HYDO Advanced 10.

Tarde Mdulo 3, Principales componentes hidrulicos. Maana Mdulo 3, Principales componentes hidrulicos

(continuacin).

TERCER DA

Tarde Mdulo 3, Bombas hidrulicas. Examen Parcial.

CUARTO DA Maana Mdulo 3, Motores hidrulicos. Tarde Mdulo 3, Vvulas de control de presin. QUINTO DA Maana Mdulo 3, Vlvulas de control de direccin. Tarde Mdulo 3, Vvulas de control de flujo.

Examen Final.

Horario de Clase: ____________________

Horarios de Intermedios recomendados:

____________________ Duracin: 15 minutos

Horario de Almuerzo recomendado:

____________________ Duracin: 45 minutos

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MATERIAL NECESARIO LITERATURA

_ Manual de Operacin de Sistemas WL serie H

_ Manual de Operacin de Sistemas TTT serie T

_ Manual de Operacin de Sistemas MG serie H

_ Manual de Operacin de Sistemas MG serie M

_ Manual de Operacin de Sistemas EXC serie D

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: .......................

: .......................

: .......................

: .......................

MATERIAL DE ENTRENAMIENTO

_ Videos de Funcionamiento de componentes

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HERRAMIENTAS Y EQUIPOS

En general se requiere lo siguiente

_ Mquina Caterpillar: _ Llave de Batera _ Llave de Mquina _ 1-Caja de Herramientas de Mecnico (Mechanic's Tool Box) _ Papel Toalla _ Paos absorventes

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FUNDAMENTOS HIDRULICA I-II - 05 -

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MDULO 1

SEGURIDAD EN SISTEMAS HIDRAULICOS


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MODULO 1: SEGURIDAD EN SISTEMAS HIDRAULICOS El propsito de este mdulo es permitir al estudiante describir las etiquetas de advertencia del sistema hidrulico y describir el procedimiento seguro al realizar servicios en el sistema.

OBJETIVOS Al trmino de este mdulo, el estudiante estar en capacidad de:

1. Dado una Mquina, Manual de Operacin y Mantenimiento y la Hoja de Trabajo 1.1. Describir correctamente el significado de la etiqueta de advertencia.

2. Dado una Mquina, Manual de Operacin y Mantenimiento y la Hoja

de Trabajo 1.2. Describir correctamente el procedimiento seguro al realizar servicios en el sistema hidrulico.


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LECCIN 1.1: ETIQUETAS Y PROCEDIMIENTOS

Esta leccin permite familiarizarse con las etiquetas y procedimientos seguros a considerar durante el mantenimiento y servicio en sistemas hidrulicos.

CLASE

La clase consiste en la presentacin de las etiquetas de advertencia y procedimientos seguros.

HOJAS DE TRABAJO

_ Hoja de trabajo 1.1: Etiquetas de Advertencia

_ Hoja de trabajo 1.2: Procedimiento Seguro

Notas de Participante

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HOJA DE TRABAJO 1.1

ETIQUETAS DE ADVERTENCIA

Este laboratorio permite identificar las etiquetas de advertencia en la Maquina y en el Manual de Operacin y Mantenimiento

MATERIAL NECESARIO

__ Mquina __ Formato de Anlisis de Trabajo Seguro (ATS) __ Manual de Operacin y Mantenimiento

INSTRUCCIONES I. Describa y explique el significado de las etiquetas utilizando la maquina TTT, EXC, y su manual.

D: ........................................................ U: ........................................................ D: ........................................................ U: ........................................................ D: ........................................................ U: ........................................................ D: ........................................................ U: ........................................................

Nota: D: Descripcin U: Ubicacin


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HOJA DE TRABAJO 1.2

PROCEDIMIENTO SEGURO

Este laboratorio permite describir el procedimiento seguro a seguir durante el mantenimiento y servicio en sistemas hidrulicos.

MATERIAL NECESARIO

__ Mquina __ Formato de Anlisis de Trabajo Seguro (ATS) __ Manual de Operacin y Mantenimiento

INSTRUCCIONES II. Describa y realice todos los procedimientos seguros a seguir utilizando el manual.

01) ...................................................................................................................

02) ...................................................................................................................

03) ...................................................................................................................

04) ...................................................................................................................

05) ...................................................................................................................

06) ...................................................................................................................

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08) ...................................................................................................................

09) ...................................................................................................................

10) ...................................................................................................................

11) ...................................................................................................................

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15) ...................................................................................................................


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MDULO 2

PRINCIPIOS BSICOS DE HIDRAULICA


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MODULO 2: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS El propsito de este mdulo es permitir al estudiante describir los principios hidrulicos, aplicacin de la ley de Pascal, desempeo del sistema generador de caudal y aceite utilizado en el sistema hidrulico.


1. Dado el Manual de Estudiante y la Hoja de Trabajo 2.1. Describir correctamente los principios bsicos hidrulica.

2. Dado el Manual del Estudiante y la Hoja de Trabajo 2.2. Describir

correctamente la ley de Pascal aplicada a los principios de hidrulica.

3. Dado el Manual del Estudiante y la Hoja de Trabajo 2.3. Describir

correctamente la eficiencia, potencia y caudal de una Bomba Hidrulica.

4. Dado el Manual del Estudiante, Ficha Tcnica del aceite y la Hoja de

Trabajo 2.4. Describir correctamente las caractersticas y ventajas del aceite HYDO Advanced 10


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LECCIN 2.1: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

Esta leccin permite conocer las propiedades de los fluidos en un sistema hidrulico.

CLASE

La clase consiste en la presentaciones y hojas de trabajo.

HOJAS DE TRABAJO

_ Hoja de trabajo 2.1: Propiedades de los Fluidos


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HOJA DE TRABAJO 2.1

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

MATERIAL NECESARIO

__ Manual del Estudiante

INSTRUCCIONES I. Describa y explique las principales propiedades de los fluidos.

Fig 2.1: Recpientes para lquidos

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Fig 2.2: Lquido bajo presin

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Fig 2.3: Gas bajo presin

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Fig. 2.4: Carga ejerciendo presin a un lquido

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HOJA DE TRABAJO 2.1 (CONTINUACION)

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

INSTRUCCIONES II. Describa y explique la variacin de presin por el efecto orificio

Fig 2.4: Linea sin orificio

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Fig 2.5: Linea con orifico

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Fig 2.6: Bloqueo de Flujo

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Fig 2.7: Circuito en serie

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Fig 2.8: Circuito paralelo

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LECCIN 2.2: LEY DE PASCAL

Esta leccin permite aplicar la ley de Pascal en los sistemas hidrulicos.

CLASE

La clase consiste en presentaciones y hojas de trabajo.

HOJAS DE TRABAJO

_ Hoja de trabajo 2.2: Aplicacin de la Ley de Pascal


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HOJA DE TRABAJO 2.2

APLICACIN DE LA LEY DE PASCAL

MATERIAL NECESARIO

__ Manual del Estudiante __ Anexo 3: Factores de Conversin de Unidades de Medida

INSTRUCCIONES I. Describa y resuelva la prctica aplicando la Ley de Pascal

P: PRESION F: FUERZA A: AREA

Fig 2.1: Cilindro Hidrulico

2. Encontrar los valores desconocidos en el sistema mostrado.

Fig 2.2: Sistema Hidrulico

Solucin:

Solucin:

1. Encontrar el valor del manmetro si la carga es de 80,000 lbs.


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HOJA DE TRABAJO 2.2 (CONTINUACIN)

APLICACIN DE LA LEY DE PASCAL

3.- Determinar el peso que soporta el pistn si la presin con la que ingresa el fluido es de 600 psi y el pistn tiene un dimetro de 1.5 pulgadas.

Fig. 2.3

4. Se tiene un cilindro hidrulico al cual se le aplica la misma presin por ambos ductos. Explique lo que sucede con el pistn

Fig. 2.4 Area de pistn y de vstago

Solucin:

Solucin:


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LECCIN 2.2: EFICIENCIA, POTENCIA Y CAUDAL DE UNA

BOMBA HIDRULICA

Esta leccin permite realizar los clculos para conocer la eficiencia, potencia y flujo de una bomba hidrulica.

CLASE


HOJAS DE TRABAJO

_ Hoja de trabajo 2.3: Eficiencia, potencia y caudal de Bomba Hidrulica


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TEXTO DE REFERENCIA: EFICIENCIA, POTENCIA Y CAUDAL DE UNA BOMBA HIDRULICA

Rendimiento Volumtrico o Eficiencia Volumtrica En teora, una bomba suministra una cantidad de fluido igual a su desplazamiento por ciclo o revolucin. En realidad el desplazamiento efectivo es menor, debido a las fugas internas. A medida que aumenta la presin, las fugas desde la salida de la bomba hacia la entrada o al drenaje tambin aumentan y el rendimiento volumtrico disminuye. El rendimiento volumtrico (v) determina el porcentaje y estado de las fugas internas en las revoluciones por minuto en un estado de presin. Toda bomba necesita un flujo interno para lubricar las partes en movimiento de la bomba. El rendimiento volumtrico (v) es calculado de la siguiente forma: El rendimiento volumtrico (v) es igual al caudal real de la bomba dividido entre el caudal terico. Se expresa en forma de porcentaje.

100*icoCaudalTeralReCaudal)v(tricoientoVolumdimnRe =

Por ejemplo, si una bomba debe dar tericamente un caudal de 10 gpm (37.85 lpm) @ 1000 psi (68.94 bar) (6984.00 kPa), pero solamente da 9 gpm (34.07 lpm), su rendimiento volumtrico a esta presin ser del 90%.

Desplazamiento de la bomba El desplazamiento de la bomba se calcula midiendo el volumen de fluido movido durante una revolucin completa de la bomba.


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Caudal de la bomba El caudal de la bomba se calcula midiendo el volumen de fluido movido durante un tiempo determinado. Se expresa en galones por minuto o en litros por minuto (gal/min o l/min). Cuando se exprese en volumen por revolucin, el caudal pueden ser convertido fcilmente multiplicndolo por la velocidad en RPM (es decir 2000 RPM) y dividindolo por una constante. Por ejemplo, calculemos el caudal de una bomba que gire a 2000 RPM y tenga un flujo de 11.55 in3/rev o 190 cc/rev.

231

3rpmrev

inGPM = 1000

rpmrevcc

LPM =

23120005.11 =GPM

10002000190=LPM

100=GPM 380=LPM


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HOJA DE TRABAJO 2.3

CLCULOS DE EFICIENCIA, POTENCIA Y CAUDAL DE BOMBA

MATERIAL NECESARIO

__ Manual del Estudiante __ Anexo 3: Factores de Conversin de Unidades de Medida

INSTRUCCIONES

II. Describa y resuelva la prctica aplicando la Ley de Pascal 1.- Si una bomba debe dar tericamente un caudal de 20 gpm, pero

solamente da 14 gpm .Cul ser la eficiencia volumtrica de la bomba? 2.- Calcular el caudal de una bomba que gira a 3,000 rpm, tiene un

desplazamiento de 18 pulg3/rev y una eficiencia volumtrica de 80%. 3.- Calcular la potencia de una bomba si se sabe que la presin del sistema

es de 200 bar y el caudal de salida es de 30 LPM.

Solucin:

Solucin:

Solucin:


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LECCIN 2.2: ACEITE HIDRAULICO CAT HYDO ADVANCED 10

Esta leccin permite conocer las propiedades y ventajas del aceite hidrulico Cat HYDO Advanced 10

CLASE


HOJAS DE TRABAJO

_ Hoja de trabajo 2.4: Propiedades del Aceite Cat HYDO Advanced 10


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HOJA DE TRABAJO 2.4 CARACTERSTICAS DEL ACEITE CAT HYDO ADVANCED 10

MATERIAL NECESARIO

__ Manual del Estudiante __ Anexo 5 Ficha tcnica Cat HYDO Advanced 10

INSTRUCCIONES III. Utilice la ficha tcnica del aceite Cat HYDO Advanced 10 para resolver la prctica.

1.- Complete el siguiente cuadro: Caractersticas HYDO Advanced 10 Grado de viscosidad SAE

Viscosidad (cst @40C)

Viscosidad (cst @100C)

Indice de Viscosidad

Punto de goteo (C)

Estabilidad de oxidacin (hrs)

Intervalo de cambio (hrs)

2.- Enuncie las caractersticas y beneficios del HYDO Advanced 10

Respuesta: - - - - - - - -


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HOJA DE TRABAJO 2.4 (CONTINUACIN) CARACTERSTICAS DEL ACEITE CAT HYDO ADVANCED 10

3.- Para qu se utiliza el Caterpillar S.O.S.?

4.- En general, cules son las 4 funciones principales de un aceite hidrulico?

5.- Para qu sirven los aditivos en los aceites hidrulicos?

Respuesta: - - - -

Respuesta:

Respuesta:


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MDULO 3

COMPONENTES HIDRULICOS


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MDULO 3: COMPONENTES HIDRAULICOS

El propsito de este mdulo es identificar los tipos de componentes de un sistema hidrulico y explicar su funcionamiento. Las mquinas de construccin son diseadas usando varios componentes hidrulicos: tanques, bombas, motores, vlvulas y cilindros. La habilidad de identificar los componentes y su funcionamiento permite al personal de servicio reducir los circuitos hidrulicos complejos a unos pocos circuitos simples que pueden ser entendidos fcilmente.


1. Explicar el funcionamiento de los principales componentes de un sistema hidrulico y explicar su funcionamiento.

2. Identificar los smbolos ISO de los componentes hidrulicos

3. Identificar los tipos de bombas y motores hidrulicos y explicar su

funcionamiento.

4. Identificar los tipos de vlvulas de control de presin, vlvulas de direccin y vlvulas de flujo; y explicar su funcionamiento.


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LECCION 3.1. PRINCIPALES COMPONENTES HIDRULICOS

3.1.1. TANQUES HIDRULICOS 3.1.1.1. FUNCIN El principal objetivo de los tanques hidrulicos es garantizar que el sistema hidrulico tenga siempre un amplio suministro de aceite. Los tanques tambin se utilizan para otros fines: las paredes de los tanques disipan el calor que se acumula en el aceite hidrulico, y los deflectores de los tanques ayudan a separar el aire y a la condensacin del aceite. Adems, algunos contaminantes se asientan en el fondo del tanque, de donde se pueden extraer.

3.1.1.2. TIPOS DE TANQUES HIDRULICOS En los sistemas hidrulicos mviles se utilizan dos tipos de tanques: los ventilados y los presurizados. El tanque ventilado, respira, permitiendo que haya compensacin de presin cuando se producen cambios en los niveles de aceite y de temperatura. Los tanques presurizados estn sellados de la atmsfera, evitando que penetre en ellos la suciedad y la humedad. La presin interna tambin empuja el aceite hacia la bomba, evitando la cavitacin de la misma. Algunos tanques presurizados tienen bombas de aire externas que presurizan el tanque, otros utilizan la presin que se genera naturalmente a medida que se calienta el fluido hidrulico. 3.1.1.3. APLICACIONES Tanques Ventilados: Rodillos Vibratorios, Camiones Mineros Tanques Presurizados: Retroexcavadoras, Excavadoras, Pavimentadoras.

Fig. 3.1 Tanque ventilado y tanque presuizado

3.1.1.4. COMPONENTES DEL TANQUE HIDRULICO En los tanques hidrulicos podemos encontrar los siguientes elementos:


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1. Tubo de llenado. 2. Filtros internos. 3. Visor. 4. Tubera de retorno.5. Tapn de drenaje. 6. Salida de la bomba. 7. Plancha deflectora.8. Vlvula hidrulica

de alivio. 9. Respiradero.

Fig. 3.2 Partes del Tanque Hidrulico

Tubo de llenado El tubo de llenado es el punto de entrada para aadir aceite. La tapa evita que los contaminantes entren en el tanque por el tubo de llenado. La rejilla elimina los contaminantes del aceite a medida que el aceite entra en el tubo de llenado.

Filtros internos Muchos tanques tienen filtros internos que limpian el aceite de retorno.

Visor El visor permite inspeccionar visualmente el nivel de aceite del tanque, as como los niveles mximos y mnimos de aceite.

Tubera de retorno La tubera de retorno devuelve al tanque el aceite procedente del sistema.

Tapn de drenaje El tapn de drenaje puede quitarse para drenar el aceite. Puede ser magntico para atraer y ayudar a eliminar las partculas de metal que contaminan el aceite.

Salida de la bomba La salida de la bomba es un pasaje de flujo de aceite que va desde el tanque a la bomba.

Plancha deflectora Las planchas deflectoras separan las zonas de retorno del tanque y dirigen el flujo de aceite en el tanque. Los deflectores aumentan el tiempo que el aceite permanece en el tanque, permitiendo que los contaminantes se asienten, que se evapore el agua y se separe el aire del aceite. Adems, los deflectores reducen las salpicaduras de aceite dentro del tanque ocasionadas por el movimiento del vehculo. La plancha deflectora de retorno evita que el aceite de retorno agite el aceite que se encuentra en el tanque.


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Vlvula hidrulica de alivio La vlvula hidrulica de alivio se utiliza en tanques presurizados. A medida que el aceite se calienta, la presin aumenta, entre los 70 kPa (10 PSI) y los 207 kPa (30 PSI), la vlvula se abre evitando que el exceso de presin rompa el tanque. A medida que el aire se enfra y la presin desciende a 3.45 kPa (0.5 PSI), la vlvula se abre para evitar que el vaco resultante desplome el tanque.

Respiradero El respiradero permite la entrada y salida del aire de los tanques ventilados. Tiene un filtro para evitar que la suciedad penetre y est situado ms arriba del nivel de aceite del tanque.

3.1.1.5 SIMBOLOGA ISO DE LOS TANQUES HIDRULICOS

Fig. 3.3 Simbologa ISO Tanques Hidrulicos

La figura muestra los smbolos ISO para tanques ventilados y tanques presurizados. El smbolo de un tanque ventilado es simplemente un caja o rectngulo abierto en la parte superior. El smbolo de un tanque presurizado es graficado como una caja o rectngulo completamente cerrado. Ambos tanques se muestran con lneas hidrulicas para denotar su funcin.


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LECCIN 3.1.2: LINEAS HIDRAULICAS

3.1.2.1.TUBOS Un tubo es una tubera hidrulica rgida, generalmente hecha de acero. Los tubos se utilizan para conectar los componentes que no rozan unos con otros.

Fig. 3.4. Tubera Hidrulica Rgida

En general, los tubos tambin requieren menos espacio que las mangueras y pueden conectarse firmemente a la mquina, dando mayor proteccin a las tuberas y una mejor apariencia general a la mquina.

3.1.2.2 MANGUERAS Las mangueras hidrulicas se usan en los casos en que se necesita flexibilidad, como cuando los componentes rozan unos con otros.

Fig. 3.5. Mangueras Hidrulicas


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Las mangueras absorben la vibracin y resisten las variaciones de presin. Sus usos en sistemas hidrulicos son variados, entre ellos encontramos: Movimiento de tierras. Industria forestal. Industria petrolera. Ferrocarriles. Construccin. Aserraderos de madera terciada y de pulpa. Fbricas. Agricultura. Manejo de desechos. Minera. Las mangueras CAT exceden ampliamente las especificaciones dadas por la norma SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices), soportando mayores presiones, temperaturas y proporcionando mejor proteccin contra la hinchazn de la manguera.

CONSTRUCCIN DE MANGUERAS Las mangueras se hacen de diferentes capas en espiral. El tubo interior de polmero (1) transporta el aceite. Una capa de alambre de refuerzo o envoltura de fibra (2) sostiene al tubo interior. Si hay ms de una capa de refuerzo, estarn separadas por una capa de friccin de polmero (3). La cubierta exterior (4) protege la manguera del desgaste.

Fig. 3.6. Partes de Manguera

TIPOS DE MANGUERAS La seleccin de mangueras depender de su uso (temperatura, fluido a transportar, etc.) y de los niveles de presin que soportar el sistema. El siguiente cuadro muestra los niveles de presin que soporta cada tipo de manguera CAT:


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Fig. 3.7 Tipos de Mangueras

Tipos Nivel de presiones

1. XT-3 (Cuatro espirales) 2500-4000 PSI 2. XT-5 (Cuatro / seis espirales) 5000 PSI 3. XT-6 (Seis espirales) 6000 PSI 4. 716 (de una malla de alambre) 625-2750 PSI 5. 844 (succin hidrulica) 100-300 PSI 6. 556 (de una malla cubierta con tela)

500-3000 PSI

7. 1130 (Motor / frenos de aire) 250-1500 PSI 8. 1028 (Termoplstico) 1250-3000 PSI 9. 294 (de dos mallas de alambre) 2250-5800 PSI

3.1.2.3 Conexiones

Conexiones es un trmino que se refiere a una serie de acoplamientos, bridas y conectores que se utilizan para conectar mangueras y tubos a los componentes hidrulicos.

Acoplamientos

Los acoplamientos son los elementos que se utilizan para conectar las mangueras a los componentes o a las tuberas. Existen tres tipos:

FUNDAMENTOS HIDRULICA I - II - 35 - Mdulo 3

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Acoplamientos Reutilizables El acoplamiento Caterpillar de tipo collar es un acoplamiento reutilizable compuesto por un conjunto de vstago con collar y un manguito de acero. El vstago se inserta en el extremo de la manguera mientras que las uetas en cua del collar se extienden hacia abajo por la superficie exterior. Luego se presiona el manguito sobre las uetas para mantener el acoplamiento en la manguera.

Estos acoplamientos se utilizan por lo general con una brida de dos piezas y un anillo para acoplar mangueras de alta presin y gran tamao.

Bridas Las bridas se utilizan para conectar mangueras y tubos de gran dimetro a bloques, cuerpos de vlvulas y otros componentes.

Las bridas pueden soldarse directamente a un tubo, o conectarse a un acoplamiento de mangueras, y despus atornillarse a un componente.

Tipos de bridas En las mquinas Caterpillar se pueden encontrar dos tipos de bridas: Brida SAE de cuatro tornillos: Dos capacidades de presin.

1. Cdigo 61 estndar: de 3000-5000 PSI (Segn la clasificacin de la manguera). 2. Cdigo 62: 6000 PSI.

Brida dividida JIS: Igual a la SAE pero con pernos mtricos.


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Medicin de Bridas A veces es necesario medir las bridas y las partes que se unen para garantizar una seleccin y montaje correctos de los componentes.

Utilizando un calibrador de esfera, mida primero el dimetro del agujero de la lumbrera.

Luego, mida la distancia mayor entre perforaciones de perno de centro a centro.

Despus mida el dimetro de la cabeza de la brida.

Con estas tres medidas se puede establecer una correlacin con la brida correcta.

Anillos de sellos Los anillos de sellos, tales como los anillos tricos (Oring) y los anillos de seccin en D (Dring), se utilizan para sellar una brida y su superficie de sellado.

Conectores Roscados Los conectores roscados se utilizan tanto para las conexiones de tubos como de manguera. Su uso por lo general est limitado a las tuberas que tienen 1"

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o menos de dimetro. Los conectores roscados de los sistemas hidrulicos por lo regular se hacen de acero.

Medicin de Conectores con Rosca Para determinar el tipo de conector necesario, a veces se deben medir las roscas. Se necesitan tres herramientas: un medidor del ngulo del asiento, un medidor del paso de la rosca y un calibrador del dimetro interno o el dimetro externo.

Use el calibrador para medir el dimetro de las rosca. Mida el dimetro exterior de la rosca macho y el dimetro interior de la rosca hembra. Combine sus mediciones con las de la gua de manguera y acoplamientos.

Use el medidor de paso de rosca para determinar la cantidad de roscas por pulgada o la distancia entre las roscas en los conectores mtricos. Busque la medida en la gua.

Para medir el ngulo de la superficie de sellado, mida las conexiones hembras insertando el medidor del ngulo del asiento en el conector. Si las lneas medias del conector y el medidor quedan paralelas, entonces se ha determinando el ngulo.

Mida los conectores machos colocando el medidor sobre la superficie de sellado. Si el medidor y el ngulo encajan ajustados, entonces se ha determinado el ngulo.


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LECCIN 3.1.3: CILINDROS

3.1.3.1. Funcin de los cilindros El objetivo principal de los sistemas hidrulicos es impulsar implementos tales como hojas topadoras y cucharones. Esto normalmente se realiza con cilindros, que son actuadores lineales que convierten la energa hidrulica en energa mecnica.

3.1.3.2. Componentes Los componentes principales de los cilindros hidrulicos son:

1. Vstago. 2. Tubo del cilindro. 3. Cncamo de la cabeza. 4. Cncamo del vstago. 5. Tapa o Cabeza del cilindro. 6. Puntos de conexin. 7. Pistn. 8. Tuerca del pistn.

Vstago El vstago est conectado al pistn y debe soportar la carga del implemento. Por lo general se hace de acero de alta resistencia, cromado en duro y altamente pulido que resiste la picadura y el rayado.

Tubo del cilindro El tubo del cilindro es un can o tubo hecho de acero estirado a presin o fundido, con una tapa soldada en un extremo. El interior del cilindro tiene un acabado pulido de alta precisin.

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Cncamo de la cabeza El cncamo de la cabeza permite conectar el extremo de la cabeza del cilindro a la mquina o al implemento.

Cncamo del vstago El cncamo del vstago permite conectar el extremo del vstago del cilindro a la mquina o al implemento.

Tapa o Cabeza del cilindro La tapa del cilindro rodea el extremo abierto del vstago y tiene una abertura por la que el vstago entra y sale del cilindro. Puede ir atornillada al cilindro o unida a l por medio de pernos de anclaje o de bridas empernadas. La tapa del cilindro a veces tiene una lumbrera. a) Tapa de cilindro de corona roscada.- Enrosca en la parte exterior del tubo

del cilindro.

b) Cuello porta-sellos roscado.- Enrosca en el interior del tubo del cilindro.

Puntos de conexin Proporcionan pasajes para el aceite de suministro y de retorno.

Pistn Es un disco de acero unido al extremo del vstago. La presin hidrulica que se ejerce sobre cualquiera de los lados del pistn hace que el vstago se mueva.

Tuerca del pistn Fija el vstago al pistn.


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3.1.3.3. Tipos de cilindros

Cilindro de efecto nico o simple efecto Es impulsado hidrulicamente en un slo sentido. El aceite que entra en una sola lumbrera hace que el actuador se extienda. El peso de la carga retrae el actuador.

Cilindro de doble efecto Es impulsado hidrulicamente en dos sentidos. El aceite a presin entra en el extremo de la cabeza del cilindro para extenderlo. El aceite sale a presin del extremo del vstago y regresa al tanque. Para retraer el cilindro, se enva aceite a alta presin al extremo del vstago.

Cilindro telescpico de efecto nico o simple efecto Tiene un vstago interior y uno exterior. El vstago exterior se extiende primero hasta que queda totalmente extendido, despus se extiende el vstago interior. Ambas secciones se retraen por gravedad.


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Cilindro telescpico de doble efecto

Tiene un vstago interior y uno exterior. El vstago exterior se extiende primero hasta que queda totalmente extendido, despus se extiende el vstago interior. El aceite retrae primero el vstago interior, y despus el vstago exterior. Algunos cilindros utilizan la gravedad para retraer el vstago exterior.

Cilindro de dos vstagos

Tiene un pistn con un vstago en cada extremo. Esto proporciona un rea de trabajo de igual efectividad a ambos lados del pistn y equilibra las presiones de trabajo del cilindro ya sea en la posicin de extensin como en la de retraccin.

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3.1.3.4. Nomenclatura ISO Los cilindros son representados en los diferentes diagramas con smbolos de la norma ISO.

a) Cilindros de Efecto nico o Simple Efecto

b) Cilindros de Doble Efecto

c) Cilindro Telescpico de Simple y Doble Efecto

d) Cilindro de Dos Vstagos


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3.1.3.5. Sellos de los cilindros Un cilindro hidrulico tiene varios sellos: 1. Sello limpiador.- Evita que la suciedad penetre en el cilindro. 2. Sello amortiguador.- Es el sello secundario del vstago y su funcin

consiste en evitar que los picos de presin lleguen al sello del vstago. 3. Sello del pistn.- Proporciona un sellado entre el pistn y el tubo del

cilindro. Esto reduce las fugas que se producen entre el vstago y el extremo de cabeza del pistn

4. Anillo de desgaste del pistn.- Centra el pistn en el tubo del cilindro y evita que el pistn raye al tubo.

5. Sello del vstago.- Es el sello principal del vstago y su funcin es sellar el aceite dentro del cilindro para evitar las fugas.

6. Anillo de desgaste del vstago.- Es un manguito que centra el vstago en la tapa y evita que la tapa raye el vstago.

7. Sello de la tapa.- Mantiene la presin del sistema y evita las fugas entre la tapa y el tubo del cilindro.

Tipos de sellos Hay tres trminos que se utilizan frecuentemente para describir los sellos del cilindro: Los sellos dinmicos son los que se utilizan entre las superficies en las cuales se produce movimiento. Los sellos estticos se utilizan entre las superficies donde no hay movimiento. Los sellos de sobre medida se utilizan en los cilindros que estn rectificados a sobre medida y que requieren sellos de tapa, sellos de pistn y anillos de desgaste del pistn de sobre medida (0,030 0,060 pulgadas).

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3.1.3.6. Amortiguadores Una caracterstica adicional de algunos cilindros hidrulicos son los amortiguadores. Estos dispositivos reducen la velocidad del pistn a medida que el vstago se acerca al extremo de su carrera, amortiguando el impacto.

Amortiguador integral en el extremo de la cabeza Este elemento amortigua el extremo de la cabeza cuando ste llega a la posicin de retraccin total, cerrando un orificio en el conducto, lo que disminuye la velocidad del pistn. A medida que el pistn se retrae, el amortiguador entra en el pequeo espacio cilndrico situado en el extremo del cilindro. Esta accin disminuye el espacio del conducto de salida, limitando as el flujo de aceite y reduciendo la velocidad de desplazamiento del vstago.

Vlvulas de derivacin del pistn Otro tipo de componente que protege el cilindro es la vlvula de derivacin del pistn. Estas vlvulas son de carrete y estn situadas en el pistn. Durante el movimiento de extensin y retraccin, la presin de aceite mantiene las vlvulas cerradas. A medida que el pistn se acerca al extremo de su carrera en cualquier sentido, las vlvulas se abren permitiendo que el aceite a presin descargue en el tanque. Estas vlvulas se utilizan en los tractores de cadenas medianos y grandes. Evitan los daos estructurales, especialmente cuando la hoja topadora est inclinada y el operador la eleva hasta la

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posicin de mximo levante.

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LECCIN 3.1.4: ACUMULADORES 3.1.4.1. Funciones de los acumuladores

Los acumuladores son recipientes que almacenan el aceite hidrulico a presin. Se utilizan en una serie de aplicaciones en los productos Caterpillar. El depsito de aceite y presin que contienen los acumuladores proporciona cuatro funciones bsicas en los sistemas hidrulicos mviles. 1. Compensa las variaciones de flujo. 2. Mantiene una presin constante. 3. Absorbe los impactos. 4. PROPORCIONA PRESIN Y FLUJO DE EMERGENCIA.

Compensacin de las variaciones de flujo En algunos sistemas, a veces la demanda de flujo puede sobrepasar las capacidades de los tanques y las bombas. En estos casos, el acumulador puede suministrar provisoriamente el caudal necesario. Cuando la operacin regresa a la normalidad, el acumulador se vuelve a llenar de aceite.

Mantiene la presin constante Los acumuladores compensan las variaciones de presin que se producen en el sistema, suministrando presin adicional y absorbiendo el exceso de presin, segn se requiera

Amortiguacin Los cambios repentinos de carga pueden ocasionar sobrecargas de presin en el sistema. El acumulador funciona como un amortiguador recibiendo el aceite de la sobrecarga y dejndolo salir una vez pasada la sobrecarga

Proporciona presin y flujo de emergencia Si el motor pierde potencia, el acumulador puede suministrar presin y flujo hidrulico al sistema durante un perodo de tiempo limitado


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3.1.4.2. TIPOS DE ACUMULADORES

Hay tres tipos bsicos: 1. Acumulador contrapesado 2. Acumulador de resorte 3. Acumulador cargado con gas

Acumulador contrapesado El acumulador contrapesado es el tipo de acumulador ms antiguo. Consta de un cilindro, pistn, empaquetadura (sellos) y una pesa. A medida que la presin del sistema aumenta, el cilindro se llena de aceite, el pistn y la pesa son empujados hacia arriba. A medida que la presin del sistema disminuye, la fuerza de esa pesa obliga al pistn a que descienda, haciendo que el aceite regrese al sistema. El acumulador proporciona una presin estable, pero es demasiado pesado y voluminoso para los sistemas mviles.

Acumulador de resorte El acumulador de resorte consta de un resorte, un pistn y un cilindro. A medida que la presin del sistema aumenta, el cilindro se llena de aceite, haciendo que el pistn suba y comprima el resorte. Cuando la presin del sistema disminuye, el resorte se descomprime, haciendo que el aceite regrese al sistema. Los acumuladores de resorte se utilizan raras veces en sistemas hidrulicos mviles.

Acumulador cargado por gas El acumulador cargado con gas es el tipo de acumulador que ms se utiliza en las mquinas Caterpillar. Consta de un cilindro, un pistn o cmara de aire y una vlvula de carga. El aceite que entra en el cilindro empuja el pistn comprimiendo el gas. A medida que la presin disminuye, el gas se expande, haciendo que el aceite salga. El acumulador cargado con gas es verstil, potente y exacto, pero requiere un mantenimiento cuidadoso.

Smbolo ISO de un acumulador


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LECCIN 3.1.5: ENFRIADORES Funcin del enfriador de aceite Como los componentes del sistema hidrulico trabajan a alta presin, el calor se va acumulando en el aceite. Si las temperaturas aumentan demasiado, pueden ocasionar que se daen los componentes. Los enfriadores de aceite son intercambiadores de calor, similares al radiador de un automvil, que utiliza aire o agua para mantener operaciones seguras.

Tipos de Enfriador

Enfriador de aire a aceite. El aceite pasa por un tubo cubierto con aletas de enfriamiento. Un ventilador sopla aire sobre el tubo y las aletas, enfriando el aceite.

Enfriador de agua a aceite En este tipo de enfriador, el agua pasa por una serie de tubos que enfran al aceite.

Localizacin y solucin de problemas para enfriadores de aceite Los enfriadores de aceite deben mantenerse en buenas condiciones de operacin ya que el recalentamiento puede daar seriamente muchos componentes hidrulicos. Simbologa ISO

Enfriador, extrae calor al aire o a un refrigerante

Mantiene la temperatura constante


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LECCIN 3.1.6: MALLAS Y FILTROS

Para mantener los componentes hidrulicos funcionando adecuadamente. El fluido hidrulico debe mantenerse tan limpio como sea posible. Materia extraa y partculas de metal provenientes del desgaste natural de vlvulas, bombas, y otros componentes intentan ingresar al sistema. Mallas, filtros y tapones magnticos son usados para remover partculas extraas del fluido hidrulico y protegen el sistema efectivamente contra la contaminacin. Tapones magnticos, localizados en los reservorios son usados para retirar las partculas de hierro o acero del fluido.

MALLAS O REJILLAS (SCREENS) Una Malla o rejilla es el sistema de filtracin primaria que retira

partculas relativamente grandes o material extrao del fluido. An cuando la accin filtrante de una rejilla no es tan buena como la de un filtro, una rejilla ofrece menos resistencia al flujo. Una rejilla usualmente consiste de un marco de metal envuelto en una fina malla de alambre o un elemento que sirve de tamiz. Las rejillas son usadas en la entrada de las lneas de las bombas, donde las cadas de presin deben mantenerse al mnimo.

La figura 2t45 muestra una rejilla en tres arreglos posibles usados en el ingreso de las lneas de las bombas.

2t45


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FILTROS Un filtro remueve partculas pequeas extraas del fluido

hidrulico y es ms efectivo para proteger el sistema hidrulico. Los filtros estn localizados en un reservorio, una lnea de presin, una lnea de retorno, o en cualquier otro sitio donde sea necesario. El elemento o malla se clasifica en micrones, segn el tamao de las perforaciones, de acuerdo con su capacidad de atrapar las partculas. Cuanto ms pequeo sea el tamao de las perforaciones, ms pequeas sern las partculas que podr atrapar.

Diseo del filtro Existen bsicamente dos tipos de filtros de aceite. (1) Los de superficie y (2) los de profundidad. Tal como el nombre lo indica, los filtros de superficie recogen los contaminantes en la superficie del elemento del filtro o malla. Los filtros de profundidad recogen los contaminantes de diferentes tamaos a diferentes niveles dentro del elemento.

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UBICACIONES DEL FILTRO Un sistema hidrulico puede requerir varios filtros, cada uno con su propio propsito y ubicacin. a) Filtro presurizado.- El filtro presurizado evita que las

partculas finas contaminantes penetren en las vlvulas y los accionadores y puede ser un filtro del tipo de superficie o del tipo de profundidad.

b) Filtro de succin.- El filtro de succin evita que los contaminantes de gran tamao penetren en las bombas y dems componentes. Hay muy poca cada de presin entre la entrada y la salida, para evitar la cavitacin de la bomba. Los filtros de succin por lo general son filtros de superficie.

c) Filtro de drenaje de la caja del motor o de la bomba.- Elimina los residuos que se producen con el desgaste o falla de un motor o bomba. Es un filtro de baja presin y poco volumen y puede ser del tipo de tubo o enroscable.

d) Filtro de retorno.- El filtro de retorno elimina los contaminantes que entran en el sistema durante la operacin, evitando que penetren en el tanque. Es un filtro de superficie.


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VLVULAS DE DERIVACIN (BY PASS)

La mayora de los filtros de tubo y enroscables estn equipados con vlvulas de derivacin de filtro para garantizar que el flujo del sistema nunca quede bloqueado. Hay dos situaciones que pueden ocasionar dicho bloqueo:

1. Una acumulacin de contaminantes que obstruya el filtro. 2. Es posible que el aceite fro sea demasiado espeso para

pasar por el filtro. Cualquiera de las dos situaciones puede afectar el rendimiento del sistema u ocasionar daos a los componentes. La vlvula de derivacin por lo general es una vlvula de contrapunto accionada por resorte. A medida que disminuye el caudal que pasa por el filtro debido a los taponamientos o a que el aceite se espesa o enfra, aumenta la presin en el lado de entrada. Cuando la diferencia de presin llega a un lmite predeterminado, llamado presin de apertura, la vlvula de contrapunto se abre, permitiendo que el aceite se desve sin pasar por el elemento. El aceite derivado no est filtrado, y se debe dar servicio al filtro lo antes posible. En el caso del aceite fro, la vlvula de derivacin se cerrar tan pronto como se caliente el aceite.

SIMBOLOGA ISO

Filtro o Malla.

Filtro con separador de agua y drenaje manual

Filtro con separador de agua y drenaje automtico

Separador o trampa de agua

Lubricador de lnea de aire

Secador de aire

Enfriador de aire


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LECCIN 3.2. BOMBAS Y MOTORES HIDRULICOS

LECCIN 3.2.1: BOMBAS HIDRULICAS

Las bombas hidrulicas convierten la energa mecnica en energa hidrulica en forma de flujo de fluido. Las bombas producen solamente caudal o flujo (en galones por minuto, litros por minuto, centmetros cbicos por revolucin, etc.) el mismo que es utilizado en un sistema hidrulico. Las bombas NO GENERAN PRESION. La presin es originada por la resistencia al flujo. Esta resistencia es causada por los diferentes componentes del sistema como mangueras, vlvulas, orificios, acoplamientos, conexiones, cilindros, motores o cualquier otro componente que se encuentre en el camino del flujo hacia el tanque. Aunque las bombas no generan directamente presin hidrulica, deben disearse para soportar los requisitos de presin del sistema. Por lo general, cuanto mayor sea la presin de operacin, mayor ser la bomba.

TIPOS DE BOMBAS Las bombas pueden ser clasificadas dentro de dos grandes grupos:

- Bombas de desplazamiento NO POSITIVO. - Bombas de desplazamiento POSITIVO.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO

Las bombas de desplazamiento NO POSITIVO presentan mayores espacios (holgura) entre sus partes mviles y estacionarias que sus similares de desplazamiento POSITIVO. Esta mayor holgura permite que una mayor cantidad de lquido pueda recircular entre las partes cuando la presin (resistencia al flujo) de salida aumenta. Este tipo de bombas son menos eficientes debido a que el flujo de salida decrece considerablemente con el aumento de la presin de salida. Estas bombas generalmente son presentadas en dos tipos:

- Centrfugas - Axiales

Estas son utilizadas en aplicaciones de baja presin como bombas de agua de automviles, bombas de agua para


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suministro domstico e industrial y como bombas de carga para bombas de pistn en sistemas hidrulicos de alta presin.

Bombas Centrfugas La bomba centrfuga consiste en dos porciones bsicas: el impulsor (2) que se monta en el eje de entrada (4) y la cubierta (3). El impulsor tiene una parte posterior slida o disco con lminas curvadas (1) moldeadas en el lado de la entrada. El lquido ingresa al centro de la cubierta (5) cerca del eje de entrada y fluye por el impulsor. Las lminas curvadas del impulsor propulsan el lquido hacia fuera, contra la cubierta. La cubierta esta moldeada de tal forma que direcciona el lquido al puerto de salida.

Bombas Axiales El tipo axial se asemeja a un ventilador elctrico de aire. Se monta en un tubo recto y tiene un propulsor aplanado abierto. El lquido es propulsado abajo del tubo por la rotacin de las lminas anguladas.

BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Son las bombas que siempre generan flujo cuando estn funcionando. La mayora de las bombas que se utilizan en las mquinas Caterpillar son de este tipo. Hay tres tipos bsicos de bombas de desplazamiento positivo:

- De engranajes - De paletas - De pistn

Las bombas de desplazamiento positivo tienen holguras (espacios) entre componentes mucho ms pequeos. Esto reduce las fugas y proporciona mayor eficiencia cuando se utiliza en sistemas hidrulicos de alta presin. El flujo de la salida en una bomba de desplazamiento positivo es bsicamente igual


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para cada revolucin de la bomba. Las bombas de desplazamiento positivo son clasificadas por el control de flujo de salida y por su construccin. Dentro de la clasificacin por el control de flujo de salida tenemos: De caudal fijo (desplazamiento fijo): Son las que mueven

un volumen constante o fijo de fluido en cada revolucin de la bomba. Las bombas de engranajes y algunas bombas de paletas son bombas de caudal fijo.

De caudal variable (desplazamiento variable): Pueden

ajustar el volumen del fluido que se impele durante cada revolucin. Este caudal puede ser controlado manual o automticamente. En algunos casos se puede encontrar una combinacin de ambos controles. Las bombas de pistones y algunas bombas de paletas pueden ser de caudal variable.

Bi-direccionales: Son reversibles y pueden accionarse en

cualquier sentido. De presin compensada: Son bombas de caudal variable


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equipadas con un dispositivo de control que ajusta la salida de la bomba para mantener la presin deseada en el sistema.

Se debe considerar que una bomba hidrulica tiene compensacin de presin de tres formas: Una bomba que est equipada con una vlvula

compensadora de presin para limitar la presin mxima del sistema.

Una bomba que vara el flujo de salida para mantener un diferencial de presin determinado. Se utilizan servo-vlvulas o carretes de margen para enviar la seal a la bomba.

Una bomba que mantiene un rgimen de flujo (caudal) determinado an cuando aumenta la presin de carga.

Asimismo, se pueden clasificar por el diseo o construccin de dos maneras: Por la presin mxima del sistema (es decir 21,000 kPa o

3,000 PSI) a la cual la bomba esta diseada para funcionar. Por el flujo de salida especfico entregado a una revolucin o

velocidad dada y a una presin especfica. Ejemplo: LPM @ RPM @ kPa o por gpm @ RPM @ PSI (es decir 380 LPM @ 2000 RPM @ 690 kPa o 100 gpm @ 2000 RPM @ 100 psi).

BOMBAS DE ENGRANAJES

Las bombas de engranajes son bombas de caudal positivo y fijo. Su diseo simple, de recia construccin, las hacen tiles en una amplia gama de aplicaciones.


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Componentes Los componentes de una bomba de engranajes se identifican en la siguiente ilustracin:

1. Sellos 2. Plancha de presin 3. Engranaje loco 4. Engranaje de impulsin 5. Caja

Funcionamiento de Bomba de Engranajes

Un eje de impulsin hace girar el engranaje impulsor, el cual hace girar el engranaje loco. A medida que giran los engranajes, los dientes del engranaje forman un sello contra la caja. El aceite entra por la lumbrera de entrada quedando atrapado entre los dientes y la caja, es impulsado y obligado a salir por la lumbrera de salida.

BOMBA DE PALETAS

Las bombas de paletas son bombas de caudal positivo y fijo. Estas bombas de larga duracin y suave funcionamiento son de uso frecuente.

Componentes Los componentes de una bomba de paletas son los siguientes:

1. Caja del extremo 2. Plancha flexible 3. Rotor 4. Anillo excntrico 5. Paletas 6. Sello 7. Caja del extremo

Funcionamiento de la bomba de paletas

Un eje de impulsin gira el rotor. El aceite penetra en la cmara creada entre las dos paletas y la caja, es impulsado hacia la

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lumbrera de salida. La bomba de paletas consiste en: un anillo de leva, paletas y un rotor ranurado.

La mayora de las bombas de paletas Caterpillar son bombas balanceadas con un par de lumbreras de entrada y un par de salida. Las lumbreras de cada par estn ubicadas en lados opuestos. La fuerza centrfuga, los resortes o la alta presin de aceite empujan las paletas contra la superficie interior del anillo. Esto permite que las paletas se ajusten automticamente segn el desgaste.

BOMBA DE PISTONES

Las bombas de pistones pueden ser de caudal fijo o variable, segn su diseo. Estas bombas verstiles y eficientes se utilizan frecuentemente en los sistemas hidrulicos de deteccin de carga y presin compensada.

Componentes Una bomba de pistones de caudal variable consiste en:

1. Eje impulsor. 2. Tambor de cilindros. 3. Placa de la lumbrera. 4. Pistones. 5. Retenes. 6. Placa de retraccin. 7. Plato basculante.

Funcionamiento de la bomba de pistones

El eje impulsor est conectado al tambor de cilindros. A medida que gira, los pistones, que estn conectados al plato basculante, suben y bajan en los cilindros. A medida que el pistn se retrae, hace penetrar aceite en el cilindro por la lumbrera de entrada y luego lo expulsa en la carrera descendente por la lumbrera de salida. El caudal de aceite impulsado depende del ngulo del plato basculante. Cuando el plato basculante est situado en un ngulo mximo, habr el mximo caudal. Cuando est situado en un ngulo cero, no habr caudal ni flujo.

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Bombas de pistn de caudal fijo Las bombas de pistones tambin pueden ser de caudal fijo. En este tipo de bombas se tiene un ngulo fijo del conjunto del tambor y pistones con respecto al eje de impulsin.

Bomba de pistones radiales

La bomba de pistones radiales mueve los pistones de adentro hacia fuera en lnea perpendicular a la lnea del eje de accionamiento. Cuando los rodillos seguidores de las levas caen en la base de la leva en el anillo exterior, el pistn sale. La presin atmosfrica o la carga de la bomba empuja el aceite a travs de la vlvula de admisin y llena el interior de la cmara formada por la salida del pistn. Cuando los rodillos seguidores de las levas suben a la cresta de la leva del anillo exterior, el pistn entra. En este momento el aceite contenido en la cmara es expulsado por la vlvula de salida, generndose el flujo de salida.


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LECCIN 3.2.2: MOTORES HIDRULICOS Los motores hidrulicos son actuadores que convierten la energa hidrulica en energa mecnica en forma de movimiento y fuerza giratoria. Se utilizan en las mquinas Caterpillar para impulsar cadenas, ruedas e implementos.

Funcionamiento de los motores Los motores hidrulicos son casi idnticos a las bombas hidrulicas. Esto se aplica a los motores de engranajes, de paletas y de pistones. La diferencia principal consiste en que el aceite a alta presin entra en el motor, haciendo girar a los componentes internos. El aceite luego sale del motor a baja presin y regresa al tanque. Cuando el motor est funcionando hacia adelante, los componentes internos giran en la misma direccin.


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Nomenclatura ISO Bombas Las bombas en el sistema ISO son identificadas por un triangulo negro dentro de un crculo con la punta direccional apuntando al borde del mismo. Cuando una flecha cruza el crculo diagonalmente, esta indica que la bomba es de caudal variable.

Motores Los motores en el sistema ISO son identificados por un triangulo negro dentro de un crculo con su base apoyada al borde del circulo y la punta direccional apuntando al centro del mismo. Cuando una flecha cruza el crculo diagonalmente, esta indica que el motor es de caudal variable.


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LECCIN 3.3. VLVULAS DE CONTROL DE PRESIN

INTRODUCCIN

Las vlvulas de control de presin son usadas para controlar la presin en el circuito o en un sistema. La funcin de la vlvula ser la misma aunque el diseo podra cambiar. Algunas de las vlvulas de control de presin que estudiaremos son vlvulas de alivio, vlvulas de secuencia, vlvulas reductoras de presin, vlvulas de presin diferencial y vlvulas de descarga.

VLVULAS DE ALIVIO Los sistemas hidrulicos estn diseados para operar en un rango de presin. Excediendo este rango podramos daar los componentes del sistema o podra provocar un dao personal. La vlvula de alivio mantiene la presin dentro de un lmite establecido al abrir y permitir que el exceso de aceite fluya, ya sea hacia otro circuito o de regreso al tanque.

Vlvula de alivio simple, Presin de apertura (cracking pressure) La figura 2b muestra una vlvula de alivio simple en la posicin de presin de apertura. La vlvula de alivio simple (tambin llamada vlvula de actuacin directa) es mantenida cerrada por la fuerza del resorte. La tensin del resorte es regulada a la presin de alivio. Sin embargo la presin de regulacin de alivio no es la presin a la cual la vlvula comienza a abrirse. Cuando se dan las condiciones para que exista una resistencia al flujo normal de aceite, el exceso de flujo de aceite causa el incremento de la presin de aceite. Dicho incremento de presin es sensado por la vlvula de alivio. Cuando la fuerza del incremento de la presin de aceite supera la fuerza del resorte de la vlvula de alivio, la vlvula se mueve contra el resorte y comienza a abrirse. La presin requerida para iniciar la apertura de la vlvula es llamada la presin de apertura (cracking pressure) La vlvula abre justo lo suficiente para permitir que el exceso de aceite fluya a travs de la vlvula. Vea imagen 2b.

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VLVULA DE ALIVIO SIMPLE, REGULACIN DE LA PRESIN DE ALIVIO

(relief pressure setting)

Un incremento en la resistencia al flujo de aceite, incrementa el volumen de aceite en exceso y por consiguiente incrementa la presin del circuito. El incremento de la presin del circuito supera la nueva tensin del resorte y abre ms la vlvula de alivio. El proceso es repetido hasta que el mximo volumen del aceite en exceso est fluyendo a travs de la vlvula de alivio. Esta es la regulacin de la presin de alivio (relief pressure setting), ver imagen 2c. La vlvula de alivio simple es comnmente usada donde el volumen aceite en exceso es bajo o donde hay una necesidad de una respuesta rpida. Esto hace ideal a la vlvula de alivio simple para aliviar presiones picos o como una vlvula de seguridad.


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VLVULA DE ALIVIO PILOTADA Adems de los elementos de una vlvula simple, cuenta tambin con una vlvula adicional o piloto, ms pequea, que regula la presin, lo cual permite que la vlvula se abra y se cierre ante fluctuaciones menores en el sistema. Esto elimina el ruido y permite un control ms preciso Ante mayores requerimientos de alivio primero la vlvula ms pequea se abre, se produce una mayor diferencia de presin en el carrete ms grande, lo que hace que la vlvula mayor, con el resorte ligero, se abra y deje pasar el aceite.


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POSICIN CERRADA

POSICIN ABIERTA

2d

2e


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SMBOLO ISO DE VLVULA NORMALMENTE CERRADA La vlvula representada por la figura 2f puede representar ya sea a una vlvula de alivio simple o pilotada. Los Smbolos ISO son los mismos para todas las vlvulas de alivio. La figura 2f representa la vlvula en la posicin cerrada. La presin del sistema es sensada en la parte superior de la vlvula y trabaja para mover la vlvula contra el resorte. Durante la operacin normal, el flujo es bloqueado por la vlvula cerrada.

SMBOLO ISO DE VLVULA NORMALMENTE ABIERTA El smbolo ISO de la vlvula en la figura 2g muestra una vlvula de alivio en posicin abierta. Cuando la fuerza de la presin de aceite del sistema vence la fuerza del resorte, la flecha se mueve hacia arriba y desconecta la comunicacin entre bomba y drenaje.

SMBOLO ISO DE VLVULA DE ALIVIO VARIABLE La vlvula de alivio variable es representada por una seccin con una flecha a travs del resorte. La flecha muestra que la tensin del resorte puede ser variada.

2f

2g

2h


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VLVULA DE SECUENCIA, POSICIN ABIERTA

Cuando la presin en la cmara del resorte de la vlvula de descarga excede la regulacin del resorte de la vlvula piloto. La vlvula piloto se abre. La vlvula piloto abierta permite al aceite en la cmara del resorte de la vlvula de descarga fluir hacia el tanque. Esto permite que la presin del aceite en dicha cmara disminuya. La fuerza de la presin de aceite mayor del sistema mueve la vlvula de descarga contra la fuerza del resorte de la vlvula de descarga y abre el pasaje al circuito 2. La vlvula de secuencia permanece abierta hasta que la presin en el circuito 1 disminuya a menos de la presin de regulacin del resorte.

2k


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VLVULA DE REDUCCIN DE PRESIN Se utilizan cuando la demanda de presin de un circuito es menor que la presin de suministro. Bsicamente consta de un pistn, un resorte y un carrete. La fuerza del resorte determina la mxima presin corriente debajo de la vlvula. La vlvula est normalmente abierta. A medida que el flujo pasa por el carrete, la presin aumenta corriente abajo. Al aumentar la presin en la cavidad del pistn, esta acta contra el pistn y el carrete y comienza a cerrar la vlvula hasta encontrar el equilibrio

Smbolo ISO de la vlvula Reductora de Presin

2l


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EN EL ARRANQUE DE LA BOMBA

En el arranque de la bomba, La fuerza del resorte de la vlvula mantiene el carrete y el pistn a la derecha. El suministro de aceite fluye alrededor del carrete de la vlvula para el circuito controlado (aguas debajo de la vlvula) El suministro de aceite tambin fluye a travs del pasaje de aceite a la cmara del pistn a la derecha de la cmara del pistn. Cualquier cambio en la presin del circuito de aceite controlado es sensado por la cmara del pistn. En el arranque de la bomba, la presin de alimentacin y la presin controlada de aceite son las mismas. Ver imagen 2m

CONDICIN NORMAL DE OPERACIN Cuando la presin se incrementa en el circuito, el incremento es sensado en la cmara del pistn. La presin creciente mueve el pistn a la izquierda contra el carrete de la vlvula y la fuerza del resorte. Cuando el carrete de la vlvula se mueve a la izquierda, El carrete de la vlvula restringe el aceite de suministro a travs de la vlvula y reduce la presin del circuito de aceite controlado. El movimiento del carrete de la vlvula crea un orificio variable entre el suministro y el circuito controlado. El orificio variable permite incrementar o disminuir el flujo de aceite como sea necesario para controlar la presin en el circuito controlado. El aceite en la cmara del resorte debe ser drenado. Ver la figura 2n

2m

2n


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Vlvulas de Diferencia de Presin. Permite establecer una secuencia de suministro de aceite a dos circuitos, o mantener una diferencia de presin constante entre dos circuitos. Est compuesta por un carrete y un resorte. Inicialmente el carrete bloquea el flujo desde el circuito primario hacia el secundario. Una vez que se satisfacen los requisitos de flujo hacia el circuito primario, la presin aumenta, desplazando el carrete contra el resorte y permitiendo el flujo hacia el circuito secundario y la cmara del resorte. A medida que aumenta la presin secundaria, la vlvula retrocede. La vlvula constantemente ajustar su posicin de forma que la presin en el circuito secundario iguale la presin en el primario menos la fuerza del resorte. Ver imgenes 2p, 2q, 2r.

Smbolo ISO de la Vlvula de Diferencia de Presin

2p


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FUNCIONAMIENTO DE LA VALVULA DE DIFERENCIA DE PRESION

- AL INICIO DEL FUNCIONAMIENTO --------------------------------------------------------------------------------------------------- ......................................................................................................................

- EN FUNCIONAMIENTO NORMAL ............................................................................................................... ............................................................................................................... ................................................................................................................

2q

2r


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HOJA DE TRABAJO 3.3 VLVULAS CONTROL DE PRESIN

VLVULAS DE CONTROL DE PRESIN

Llene en los espacios en blanco o crculos la mejor respuesta:

1. Explique el porqu de las vlvulas de alivio

2. Liste dos tipos bsicos de vlvulas de alivio

En las preguntas de la 3 a la 5 responda si es verdadero o falso

3. Los smbolos ISO nos dicen si es una vlvula de alivio simple o pilotada

a) Verdadero b) Falso

4. La pequea seccin de la vlvula de alivio piloto tiene como objetivo principal descargar el flujo del sistema al tanque.


5. El resorte del cuerpo de descarga de la vlvula de alivio pilotada es ms rgido que el de una vlvula de alivio simple.


VLVULAS REDUCTORAS DE PRESIN

6. Cundo elegira usar una vlvula reductora de presin en un circuito?

7. Compare una vlvula de alivio con una vlvula reductora de presin.


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8. Por qu lnea externa de drenaje es necesaria para una apropiada operacin de una vlvula reductora de presin?

VLVULAS DE PRESIN DIFERENCIAL

9. Cundo elegira usar una vlvula de presin diferencial en un circuito?

10. Por qu podramos decir que el smbolo de una vlvula de presin diferencial es una combinacin o no de los smbolos de una vlvula de alivio de presin y una vlvula reductora de presin?

11. Compare una vlvula de presin diferencial con una

vlvula reductora de presin.


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LECCIN 3.5. VLVULAS DE CONTROL DIRECCIONAL O SELECTORAS

INTRODUCCIN

Las vlvulas de control direccional o selectoras son usadas para dirigir el aceite a circuitos separados de un sistema hidrulico (hacia un actuador por ejemplo). La mxima capacidad de flujo y la cada de presin a travs de una vlvula son las primeras consideraciones. Las vlvulas de control direccional pueden interactuar con controles manuales, hidrulicos, neumticos y electrnicos. Esos factores son mayormente determinados por el diseo inicial del sistema.

VLVULAS SELECTORAS Controlan el funcionamiento de los actuadores y dems componentes de un sistema hidrulico, permitiendo que la vlvula determine la direccin y cantidad de flujo de aceite. La mayor parte de las vlvulas selectoras tienen un carrete que se desliza hacia adelante y hacia atrs en la perforacin de la vlvula. El carrete tiene amplios dimetros, llamados resaltos, que pueden bloquear o abrir entradas y salidas. Algunos carretes tienen ranuras de lubricacin alrededor de los resaltos gruesos en uno de los extremos del carrete cuya finalidad es atrapar el aceite. Esto hace que el carrete flote en una capa delgada de aceite, mantenindolo centrado y ms fcil de mover. Por lo general, el carrete est centrado en la vlvula mediante resortes y puede ser movido manualmente o elctricamente mediante solenoides. Los carretes de gran tamao difciles de operar manualmente o situados en ubicaciones distantes, pueden ser accionados hidrulicamente. Las vlvulas selectoras que controlan la operacin de otras vlvulas son llamadas vlvulas piloto. Las vlvulas selectoras generalmente tienen tres o ms posiciones. Cada posicin cambia el sentido del flujo hacia el actuador. Una vlvula de centro abierto permite el paso del aceite de suministro de retorno al tanque a travs de su posicin neutral. Una vlvula de centro cerrado bloquea el flujo proveniente de la bomba.

2t1


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CARRETE DE LA VLVULA El carrete de la vlvula consiste en canales y resaltos. Los resaltos del carrete

bloquean el flujo del aceite a travs del cuerpo de la vlvula. Los canales del carrete permiten el flujo del aceite alrededor del carrete y a travs del cuerpo de la vlvula. La posicin del carrete cuando no est activa se llama

Fundamentos Basicos de Hidráulica I y II

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