Componentes de un Sistema Hidraulico

7/21/2019 Componentes de un Sistema Hidraulico

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2- Componentes del sistema

2.1- Fluido hidráulico

Para que un fluido pueda ser empleado como líquido del

circuito de un sistema hidráulico, éste deberá presentar las

siguientes propiedades:

• Ser un fluido incompresible para un rango amplio de

presiones;

• Ofrecer una buena capacidad de lubricación en metales y

gomas;

• uena !iscosidad con un alto punto de ebullición y ba"opunto de congelación #el rango de traba"o debe oscilar entre

$%&'( hasta )*&'(+;

• Presentar un punto de autoignición superior, al menos a los

&&'(;

• -o ser inflamable;

• Ser químicamente inerte y no corrosi!o;

• Ser un buen disipador de calor, al funcionar también como

refrigerante del sistema;

• Presentar buenas condiciones en cuanto a su

almacenamiento y manipulación.



/os fluidos hidráulicos presentes en el mercado se pueden

agrupar, en general, en tres grandes grupos:

• 1- Fluidos sintéticos de base acuosa: son resistentes a

la inflamación. 0 su !e1, se subdi!iden en dos tipos:

$ 2mulsiones de agua y aceite. 2n este tipo de fluidos,

además del aceite de base mineral emulsionable se emplean

aditi!os que le confieren propiedades antio3idantes,

antidesgaste, etc.

$ Soluciones de agua$glicol. 4e1clas de 5&6 glicol y 7&6

agua, más aditi!os especiales.

• 2- Fluidos sintéticos no acuosos: son compuestos

sintéticos orgánicos #fosfatos ésteres simples o clorados,hidrocarburos clorados y silicatos ésteres+. Son caros, pero

presentan un punto de inflamación muy alto.

• 3- Aceites minerales o sintéticos: son hidrocarburos

e3traídos del petróleo a los que se le a8aden aditi!os químicos,

que les confiere unas buenas prestaciones a un coste

relati!amente ba"o. Son los más usados comercialmente.

2.2- Depósito hidráulico

2l depósito o también llamado tanque hidráulico, cumple con

!arias funciones:

$ 0demás de ser!ir, como uso más inmediato, de dispositi!o

por donde se reali1a el llenado y !aciado de fluido hidráulico,

sir!e también como depósito pulmón desde donde se reali1a la

aspiración por parte de la bomba.

$ Sir!e también como elemento disipador de calor a tra!és de

las paredes del tanque, refrigerando así el aceite contenido en su

interior. Para ello, es necesario que el aceite tenga un tiempo de



residencia mínimo en el interior del tanque de al menos ó 9

minutos. 0sí en función del caudal de la bomba, se podría dise8ar

el !olumen del tanque. 2n efecto, para una bomba con un caudal

de dise8o, por e"emplo, de & lmin, haría falta un tanque con

capacidad de al menos 9& litros.

$ 0l ser!ir como depósito de remanso del aceite, se usa

también para la deposición en el fondo de partículas ycontaminantes que se puedan arrastrar del circuito hidráulico,

e!itándose así que !uel!an a recircular.

$ 0demás, para aumentar el tiempo de residencia del aceite en

el tanque, se colocan en su interior unos deflectores que sir!en

para dirigir la circulación del aceite por el interior del tanque. (on

ello se consigue mayor tiempo de estancia del aceite en el

depósito, y da lugar para que los contaminantes se depositen en

el fondo del tanque, además de fa!orecer la e!aporación del agua

que pueda contener el aceite disuelto y la separación del aire.

Para un circuito hidráulico se pueden fabricar dos tipos detanques: presuri1ados y !entilados.

/os presuri1ados están sellados, e!itándose así que penetre la

suciedad y la humedad en su interior. /a presión interna que se

genera a medida que se calienta el fluido hidráulico también sir!e

para empu"ar el aceite hacia la bomba, e!itando que se produ1ca

la ca!itación de la misma. -o obstante, como medida de

seguridad se debe instalar una !ál!ula hidráulica de ali!io, que se

utili1a para e!itar que se pueda alcan1ar un e3ceso de presión a

medida que el aceite se calienta, y que pudiera e3ceder la

seguridad del tanque.

Por otro lado, los tanques !entilados, al estar abiertos a la

atmósfera, permiten que haya compensación de presión cuando



se producen cambios en los ni!eles o en la temperatura del

aceite, y no necesitan de !ál!ula de ali!io.

Se ad"unta la simbología SO de los tanques hidráulicos, seg<n

el tipo:

=igura >. 2squema de representación de un tanque hidráulico

2.3- Filtros

/a filtración del fluido hidráulico es necesaria para e!itar que la

suciedad producida por el funcionamiento normal del sistema

termine afectando a elementos sensibles de la instalación, comopuedan ser, !ál!ulas o la propia bomba hidráulica.

2n la siguiente tabla se recogen los distintos grados de

filtración e3igidos, seg<n la aplicación del sistema hidráulico.

rados de

Filtración!

en "m

#ipo de $istema %idráulico

$9Para impure1as finas en sistemas altamente sensibles con

gran fiabilidad, preferentemente en a!iación y laboratorios.

9$? Para sistemas de mando y control sensibles y de alta

presión, con aplicaciones frecuentes en la a!iación, robots



industriales y máquinas herramientas.

?$&Para sistemas hidráulicos de alta calidad y fiabilidad, con

pre!isible larga !ida <til de sus componentes.

&$9& Para hidráulica general y sistemas hidráulicos mó!iles, quemane"en presiones medianas y tama8os intermedios.

?$9?Para sistemas de ba"a presión en la industria pesada o para

sistemas de !ida <til limitada.

9&$5& Para sistemas de ba"a presión con holguras grandes.

@abla 5. Arados de filtración y aplicaciones

(ualquier filtro estará compuesto de una carcasa e3terior o

en!ol!ente, que contendrá en su interior el material filtrante.

0dicionalmente, dispondrá de una !ál!ula de by$pass, tipo

antirretorno, que se abrirá cuando el material filtrante esté

colmado, de manera que permita un by$pass o paso del flu"o del

fluido hidráulico e!itando así que el circuito se colpase por culpa

del atasco en el filtro.

=igura 5. 2squema y símbolo de filtro hidráulico



Bn filtro puede ocupar di!ersas posiciones dentro del circuito

hidráulico, ofreciendo prestaciones muy di!ersas seg<n se e3plica

a continuación:

• =iltro situado en la aspiración de la bomba: es la me"or

posición si lo que se pretende es proteger a la bomba. -o

obstante, aumenta el riesgo que se produ1ca ca!itación en su

aspiración debido a la pérdida de carga que se origina en elfluido por su paso por el filtro. Por ello, si se coloca el filtro en

esta posición, éste debe ser de un tipo que ofre1ca poca

pérdida de carga locali1ada, como puedan ser los de tipo de

mallas metálicas y los filtros de superficie con huecos de

tama8o grande. 2!identemente, esto se traduce que el grado

de filtración conseguida no sea muy buena. 2l tama8o de las

partículas filtradas colocando el filtro en esta posición son

relati!amente grandes, encontrándose en el rango de los ?& a

&& Cm.

=igura ?. =iltrado en la aspiración

• =iltro situado en el conducto de impulsión: dada susituación, en la salida de la bomba, se sit<a en la línea de alta

presión. 2sto condiciona que los filtros así situados requieran

de una mayor robuste1. -o obstante, en esta posición se

consiguen filtrados más e3igentes, estando el tama8o de las

partículas retenidas en el rango de los & a 9? Cm.



=igura 7. =iltrado en la impulsión

• =iltro en el circuito de retorno al depósito: a diferencia delos casos anteriores, colocando el filtro en la tubería de retorno

al depósito se e!itan los problemas de resistencia a la presión,

o los riesgos de ca!itación en la aspiración de la bomba. Para

esta posición, el tama8o de las partículas que se consigue

filtrar se encuentra entre 9? y >& Cm.

=igura %. =iltrado en el retorno

• =iltro situado en circuito independiente: Para circuitos con

altas e3igencias, el filtro se puede situar en un circuito



independiente que también realice labores de refrigeración del

fluido hidráulico.

=igura *. =iltrado en circuito independiente

2.&- 'omba hidráulica

/a bomba hidráulica es el componente que genera el flu"o

dentro del circuito hidráulico, y está definida por la capacidad de

caudal que es capa1 de generar, como e"emplo, galones por

minuto, litros por minuto, o centímetros c<bicos por re!olución.Day dos grandes grupos de bombas: rotati!as y alternati!as.

0+ ombas rotati!as:

Eentro de la familia de bombas rotati!as, se encuentran los

siguientes tipos:

• 'ombas de en(rana)es: /as bombas de engrana"es son

compactas, relati!amente económicas y tienen pocas pie1asmó!iles, lo que les confiere tener un buen rendimiento.



=igura F. omba de engrana"e. Principio de funcionamiento

/a cilindrada #V + de una bomba de engrana"e se obtiene a

partir de la siguiente e3presión:

G

V H · (De2 - Di

2 ) · A

5

siendo, De y Di los diámetros de punta y de base del diente del

engrana"e y A es el ancho de la carcasa de la bomba.

• 'ombas lobulares: son bastante seme"antes a las de

engrana"es, pero con un n<mero de dientes menor y con

rangos de funcionamiento menores. -ormalmente se utili1an

para incrementos de presiones ba"as donde puede haber

problemas de erosión en los dientes si se empleara una bomba

de engrana"es.



=igura &. omba hidráulica de tipo lobular

• 'ombas de paletas: básicamente constan de un rotor,

paletas desli1antes y una carcasa. Se di!iden en dos grandes

tipos, compensadas y no compensadas.

2n las bombas de paletas no compensadas cuando el rotor

gira despla1a las paletas hacia fuera debido a la fuer1a

centrífuga, haciendo contacto con el anillo, o la carcasa, por lo

que se forma un sello positi!o. 2l fluido en este tipo de bombas

entra y !a llenando la porción de !olumen mayor que se genera

con el hueco de"ado por el rotor descentrado dentro de la

carcasa. 0l girar entonces se genera una fuer1a que empu"a el

fluido hacia afuera. Se denominan de paletas no compensadasporque una mitad del mecanismo de bombeo se encuentra a una

presión inferior a la atmosférica, mientras que la otra mitad estará

sometida a la presión de traba"o propia del sistema.



=igura . 2squema de una bomba de paletas

Para equilibrar los esfuer1os dentro de la bomba se

desarrollaron las llamadas bombas de paletas compensadas. 2n

este tipo se cambia la forma circular de la carcasa por otra forma

geométrica en forma de le!a, que consigue equilibrar las

presiones interiores.

+ ombas hidráulicas alternati!as:

• 'ombas de émbolos o pistones: en este tipo de bombas

se con!ierte el mo!imiento giratorio de entrada de un e"e en un

mo!imiento de salida a3ial del pistón. Son un tipo de bombaspor lo general, de construcción muy robustas y adecuadas para

presiones y caudales altos. Su rendimiento !olumétrico

también es alto.

Se pueden distinguir tres tipos de bombas de pistones:

. Pistones en línea: tienen una construcción muy simple y el

rendimiento que son capaces de obtener puede llegar al F%6.

2l cálculo de la cilindrada #V + de una bomba de pistones enlínea se obtiene a partir de la siguiente e3presión:

G

V H · D2 · C · Z

5

siendo, C la carrera del pistón, D es el diámetro de cada pistón

y Z es el n<mero de pistones.



9. Bombas de pistones radiales: en este tipo se puede también

regular el caudal de cada pistón. Su cilindrada puede ser fi"a o

!ariable, y el rendimiento puede llegar a ser de un FF 6.

omba de pistones radiales

II 0cceder a (atálogos de bombas de pistones radiales

2l cálculo de la cilindrada #V + de una bomba de pistones

radiales se obtiene a partir de la siguiente e3presión:

G

V H · e · D2 · Z

9

siendo, e es la e3centricidad #o doble de la carrera+, D es el

diámetro de cada pistón y Z es el n<mero de pistones.

http://hawe.cohimar.com/bombas.pdf




>. Bombas de pistones axiales: también pueden ser de

cilindrada fi"a o !ariable. 2n las que son de caudal !ariable,

pueden autorregularse.

omba de pistones a3iales

/a cilindrada #V + de una bomba de pistones a3iales se obtiene

a partir de la siguiente e3presión:

G

V H · D p2 · Z · Dm · tgβ

5

siendo, D p el diámetro de cada pistón, Z es el n<mero de

pistones, Dm el diámetro de la máquina y β es el ángulo de

inclinación del e"e #que puede ser fi"o si la máquina es de e"e

recto, o !ariable si se trata de una máquina con sistema de

inclinación del e"e+.

II 0cceder a (atálogos de ombas a3iales de caudal

!ariable

• 'ombas de dia*ra(ma: en este tipo de bombas el flu"o se

consigue por el empu"e de unas paredes elásticas, de







membrana o diafragma, que !arían el !olumen de la cámara,

aumentándolo y disminuyéndolo alternati!amente.

2.+- Cilindro actuador

2l cilindro actuador es el elemento final que transmite la

energía mecánica o empu"e a la carga que se desee mo!er o

despla1ar. 0unque hay actuadores de tipo rotati!o, los más

conocidos son los cilindros lineales.

/os cilindros lineales pueden ser de simple o de doble efecto.

2n los cilindros de simple efecto el aceite entra sólo por un lado

del émbolo, por lo que sólo puede transmitir esfuer1o en un

sentido. 2l retroceso se consigue o bien por el peso propio del

cilindro, bien por la acción de un muelle o por una fuer1a e3terior

#e"emplo, la propia carga que se ele!a+. Por el contrario, en loscilindros de doble efecto, el aceite puede entrar por los dos lados

del émbolo, por lo que puede transmitir esfuer1o en los dos

sentidos del mo!imiento.

Bno de los aspectos a tener en cuenta en el dise8o de un

cilindro hidráulico es cómo reali1ar el amortiguamiento o frenada

del mo!imiento del !ástago, cuando éste se acerca al final de

carrera, e!itando así que se produ1can impactos entre el pistón

interior y la tapa del cilindro.

Para ello los cilindros hidráulicos disponen de un pi!ote

amortiguador que paulatinamente reduce la salida del aceite

hasta que, poco antes de llegar al final de carrera, cierra

totalmente el paso del caudal de salida del aceite, JbypasseandoJ

el flu"o mediante una !ál!ula de estrangulamiento por donde se



e!acua el resto del aceite. Ee este modo se !a disminuyendo

progresi!amente la !elocidad del cilindro y el pistón se consigue

frenar sua!emente. 2ste tipo de amortiguamiento para las

posiciones finales de carrera se utili1a si las !elocidades del

cilindro oscilan entre 7 mmin y 9& mmin.

=igura >. 0mortiguamiento del cilindro en final de carrera

Por <ltimo, cabe indicar un aspecto a tener muy en cuenta en

el dise8o de los cilindros hidráulicos, y en concreto, en lo que se

refiere al !ástago.

2n efecto, cualquier pie1a esbelta sometida a esfuer1os de

compresión, y el !ástago estará sometido a este tipo de

solicitación, corre el riesgo de sufrir el fenómeno de pandeo.

2.,- #uberas hidráulicas



Para la conducción del fluido hidráulico se emplean tanto

tuberías rígidas de acero sin soldadura, como mangueras

fle3ibles, e!itándose en todo momento emplear elementos

gal!ani1ados, dado que el 1inc presente puede ser muy reacti!o

con ciertos aditi!os presentes en los fluidos hidráulicos.

@abla *. @ubos de acero sin soldadura para circuitos hidráulicos

Para aplicaciones mó!iles y de distancias cortas, se suele

emplear mangueras fle3ibles como la que se muestra en la figura.



=igura 5. 4anguera fle3ible para aplicaciones hidráulicas

2.- /ál0ulas

/as !ál!ulas, como elementos de regulación, de control y

mando de la circulación del fluido hidráulico por el interior del

circuito, pueden ser de di!ersos tipos: !ál!ulas controladoras de

presión, de caudal, !ál!ulas direccionales o distribuidoras,

!ál!ulas de bloqueo o !ál!ulas de cierre.

• /as !ál!ulas de presión act<an cuando la presión del fluido

en el interior del circuito alcan1a un cierto !alor, llamado

también !alor de tarado.

Seg<n su función las !ál!ulas de presión se clasifican en:

$ Kál!ulas de seguridad: este tipo de !ál!ulas protegen alcircuito de sobrepresiones. Son !ál!ulas normalmente

cerradas, que cuando se alcance una presión límite se acti!an

y descargan el fluido.

=igura ?. Posición de Kál!ula de Seguridad

$ Kál!ula de compensación de carga: este tipo de !ál!ulas se

utili1an para mantener una presión mínima aguas arriba,

e!itándose así que se pueda producir un fenómeno de



embalamiento por ausencia de una resistencia en el circuito,

por e"emplo, en la ba"ada de los pistones que ele!an la ca"a de

carga de un camión !olquete$basculante.

=igura 7. Posición de Kál!ula de (ompensación

• Kál!ulas de caudal que limitan el caudal má3imo que

circula por el circuito, deri!ando el e3ceso de caudal al tanque

de retorno.

• Kál!ulas direccionales que distribuyen el flu"o dentro del

circuito hidráulico. /as hay de !arios tipos:

$ Kál!ulas antirretorno: que permiten el paso del fluido en un

sentido y lo impiden en el contrario.

$ Kál!ulas distribuidoras, que pueden ser correderas o

rotati!as. 2n las !ál!ulas correderas las cone3iones se suelen

denominar: P, para la línea de presión; @, la de retorno atanque; 0,..., las distintas líneas a actuadores, como se

muestra en la figura siguiente.



=igura %. Kál!ula distribuidora de cuatro !ías y dos posiciones

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