Equipos Y Mecanismos Hidráulicos 5t2y3f

Equipos y mecanismos hidráulicos Antes de empezar a hablar de los equipos hidráulicos, debemos hacer una síntesis de la física que emplean para llevar a cabo sus funciones. La Mecánica de Fluidos es parte de la física y como tal, es una ciencia especializada en el estudio del comportamiento de los fluidos en reposo y en movimiento. Un fluido se define como un conjunto de moléculas distribuidas al azar que se mantienen unidas por fuerzas cohesivas débiles y por fuerzas ejercidas por las paredes de un envase. De otra forma, si definimos un fluido como aquellos materiales que no lo son, los fluidos son todos aquellos que no son sólidos. Los fluidos incluyen tanto a los líquidos, que cambian de forma pero no de volumen, como a los gases, los cuales cambian fácilmente de forma y de volumen. Las características principales que presenta todo fluido son:  Cohesión: fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia.  Tensión superficial: fenómeno que se presenta debido a la atracción entre las moléculas de la superficie de un líquido.  Adherencia: fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes en o.  Capilaridad: se presenta cuando existe o entre un líquido y una pared sólida, debido al fenómeno de adherencia. En caso de ser la pared un recipiente o tubo muy delgado (denominados "capilares") este fenómeno se puede apreciar con mucha claridad. La mecánica de fluidos clásica se divide principalmente en estática de fluidos y dinámica de fluidos, en nuestro caso la parte que nos interesa es la estática de los fluidos. La estática de fluidos estudia el equilibrio de gases y líquidos. A partir de los conceptos de densidad y de presión se obtiene la ecuación fundamental de la hidrostática, de la cual el principio de Pascal y el de Arquímedes pueden considerarse consecuencias, para entenderse estos principios debemos considerar las siguientes propiedades:  Densidad: La densidad se define como la relación de la masa m por unidad de volumen V. La densidad de un fluido depende de las variables de estado presión y temperatura. Para los líquidos, la dependencia de la densidad con la temperatura y sobre todo con la presión es pequeña.  Volumen específico: El volumen específico se define como el volumen por unidad de masa, es decir, la inversa de la densidad.  Peso específico: El peso específico se define como el peso por unidad de volumen.  Gravedad específica: La gravedad específica es la razón entre la densidad del fluido y la densidad del agua a alguna temperatura especificada (por lo general se utiliza T = 4[°C]).

 Compresibilidad: La compresibilidad de un fluido mide el cambio de volumen V que experimenta una substancia que está sujeto a un cambio de presión. Se representa por el módulo volumétrico de elasticidad o simplemente módulo volumétrico Ev: Ev = − dP / (dV/V) [Pa]  Velocidad del sonido : Una consecuencia importante que se desprende de la compresibilidad de los fluidos es que una variación pequeña de la presión se expande o propaga en forma de una onda longitudinal en el fluido con una velocidad finita. La velocidad con que se propaga esta onda se denomina velocidad acústica o velocidad del sonido c: c = RAIZ (dp / d)  Presión de vapor: Si un líquido es dejado en un recipiente abierto a la atmósfera, éste comienza a evaporarse. La evaporación ocurre como efecto del movimiento de las moléculas en el fluido. Algunas moléculas que se encuentran en la superficie del líquido poseen suficiente cantidad de movimiento para vencer las fuerzas cohesivas y escapar a la atmósfera. Si el mismo recipiente es sellado y se extrae el aire que queda sobre la superficie del líquido provocando un vacío, se generará una presión debido a las moléculas que escapan del fluido. Cuando se alcanza el equilibrio, es decir que el número de moléculas que sale es igual al número de moléculas que entran al fluido, se dice que el vapor está saturado y la presión que el vapor ejerce sobre la superficie del líquido se denomina presión de vapor. La presión de vapor depende de la temperatura (lo que genera mayor o nemor actividad molecular) y aumenta con ella. Cuando la presión sobre un líquido, que se encuentra a una temperatura dada, es igual a la presión de vapor del líquido ocurre la ebullición.  Viscosidad: Para que exista movimiento de un cuerpo a través de un fluido (flujo externo) o para el movimiento de un fluido dentro de un canal o tubería (flujo interno) se debe ejercer una fuerza que sobrepase la resistencia ofrecida por el fluido. La magnitud de la resistencia ofrecida por el fluido es una resistencia a la deformación y estará determinada por la velocidad de deformación como por una propiedad del fluido denominada viscosidad. A continuación de haber definido las propiedades y características de los fluidos podemos empezar a hablar de lo que seria la parte hidráulica. La hidráulica es la parte física que estudia la mecánica de los fluidos, es decir, la transmisión y control de fuerzas y movimientos por medios de líquidos para la transmisión de energía. La mayoría de los casos se trata de aceites minerales, pero también pueden emplearse otros fluidos como liquidos sintéticos, agua o una emulsión agua-aceite. Basicamente consiste en aumentar la presión de este fluido por medio de elementos del circuito hidráulico, por ejemplo un compresor, para utilizarla como un trabajo útil normalmente en un elemento de salida llamado cilindro. El aumento de esta presión se puede ver y estudiar mediante el principio de Pascal y Arquimedes. El principio de Pascal: “La presión aplicada a un fluido en un recipiente se transmite íntegramente a todas las partes del fluido y a las paredes de dicho recipiente”

El principio de Pascal, enunciado en palabras simples indica que: “Si a un fluido confinado se le aplican fuerzas externas, la presión generada se transmite íntegramente hacia todas las direcciones y sentidos y ejerce además fuerzas iguales sobre áreas iguales, actuando estas fuerzas normalmente en las paredes del recipiente”. En los primeros años de la Revolución Industrial, un mecánico de origen británico llamado Joseph Bramah, utilizó el descubrimiento de Pascal para fabricar una prensa hidráulica. Bramah pensó que si una pequeña fuerza, actuaba sobre un área pequeña, ésta crearía una fuerza proporcionalmente más grande sobre una superficie mayor, el único límite a la fuerza que puede ejercer una máquina, es el área a la cual se aplica la presión. Así, si aplicamos una fuerza F1 a la superficie A1 del émbolo del recipiente dibujado, la presión del recipiente se transmite también a la superficie A2 del émbolo mayor y produce allí una fuerza F2 mayor, en función de la relación entre las áreas A1 y A2 El comportamiento de las fuerzas es proporcional a las superficies de los émbolos. Si la superficie A2 es cuatro veces mayor que la A1 (este es el caso, el émbolo tendría el doble de diámetro), también se cuadruplica la fuerza. Este es el principio de la prensa hidráulica: disponiendo de una presión, se puede obtener una fuerza mayor aumentando el tamaño de la superficie del émbolo de trabajo; en la hidráulica vale también la regla de la mecánica: la fuerza aumenta y el recorrido disminuye como en cualquier palanca.

Principio de Arquímedes: El principio de Arquímedes afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático e incompresible, será empujado con una fuerza igual al peso del volumen del líquido desplazado por dicho objeto. En un cuerpo sumergido, el empuje se aplica en un punto específico denominado centro de empuje. Si el sólido sumergido y el fluido son homogéneos, es decir, están constituidos por un único material, entonces coincide con el centro de gravedad del cuerpo. Por ejemplo, si una persona se encuentra en el agua, la posición del centro de empuje se puede variar con la cantidad de aire que tiene en los pulmones, mientras que la posición del centro de gravedad puede cambiar al mover los brazos y piernas.

Así, cuando un cuerpo se encuentra sumergido en el fluido se efectúa un empuje hidrostático resultante de las presiones sobre la superficie del cuerpo que actúa siempre hacia arriba mediante el centro de la gravedad del cuerpo y de valor igual al peso del fluido desplazado.

A continuación daremos un ejemplo de elevador electro hidráulico tipo tijera donde se explicaran los siguientes puntos:     

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Principio de funcionamiento Especificacones técnicas del equipo Tipo de usos en la industria Componentes constitutvos Tipo de mantenimentos: Horas de funcionamiento Equipos para efectuar los mantenimientos Documentación Esquemas de los equipos/sistemas Protocolo de seguridad a seguir durante el desarrollo del mantenimiento Posibles causas de fallas Plantear soluciones ante una eventual falla no contemplada

Principio de funcionamiento hidráulico: El elevador es una estructura metálica que utiliza la geometría y funcionamiento de las tijeras, para aumentar el torque mediante la fuerza que será aplicada por dos cilindros hidráulicos (la distancia que será un factor a calcular dependiendo el peso requerido para el elevador) La bomba sería el aplicador de la fuerza que permitiría levantar el vehículo en el caso del elevador. Para el funcionamiento del elevador se utiliza un fluido incomprensible siendo este el agente transmisor de la fuerza, las mangueras por donde recorre fluido debe ser de alta presión por la fuerza que ejerce en si la bomba.

1. Un elevador hidráulico es un dispositivo formado por dos émbolos uno de pequeña superficie, la llamamos s, y otro de gran superficie, la llamamos S, conectados a través de un tubo sin pérdidas y relleno de un fluido no comprensible como algún aceite. Puesto que el fluido es no comprensible lógicamente al apretar sobre uno de los émbolos el otro obligatoriamente sube. 2. Y la idea es que al apretar con una fuerza pequeña, f, en el embolo pequeño, el otro se eleva empujando con una fuerza grande, F, siendo la relación entre las fuerzas igual a la relación entre las superficies de los émbolos. 3. Para subir: El grupo motor-bomba bombea el fluido de la central a través del grupo de válvulas (y la conducción) hasta el pistón. Cuando una de las válvulas se abre, el fluido presurizado escoge el camino que ofrece menos resistencia y regresa al depósito de la central. Pero cuando la válvula se cierra, el fluido no tiene más remedio que ir hacia el cilindro. Al acumularse el fluido en el cilindro la presión empuja al pistón hacia arriba elevando la plataforma del elevador. Cuando la plataforma se acerca al pistón correcto, el sistema de control envía una señal al motor eléctrico para parar la bomba gradualmente. Con la bomba parada, no hay más aceite que fluya, y el que ya esté en el cilindro no puede escapar (no puede volver al depósito den la central a través de la bomba, y la válvula sigue cerrada). El vastajo se apoya sobre el fluido y la plataforma se queda allí donde está. 4. Para bajar: Para bajar la plataforma, el sistema de control del ascensor envía una señal a la válvula. Cuando la válvula se abre, el fluido que estaba en el cilindro fluye hasta el depósito de la central. Gracias a la fuerza de la gravedad, el peso de la plataforma (y la carga, en caso de que la allá) empuja el cilindro hacia abajo y conduce el fluido al depósito haciendo descender del depósito gradualmente. De este modo el elevador solo consume energía en el ascenso, ya que desciende por gravedad. Para detener la cabina en un piso inferior, el sistema de control cierra la válvula de nuevo.

Componentes constitutivos básicos: Para el principio de funcionamiento del Elevador Electro Hidráulico de tipo tijera debe constar de los siguientes partes:  Cilindros : Cilindros hidráulicos. Son elementos capaces de producir trabajo desplazando una carga con movimiento rectilíneo. En los cilindros se aloja en su interior un émbolo que es empujado por el fluido haciendo que se desplace el vástago. Hay varios tipos de cilindros, los más importantes son los cilindros de simple efecto y los de doble efecto. Cilindros de simple efecto. Estos cilindros tienen una sola conexión de fluido. El trabajo se produce en una sola dirección del movimiento. Un resorte o muelle permite retroceder el embolo a su posición inicial. Para evitar fugas de fluido entre el pistón y la camisa, se colocan juntas de estanqueidad sobre el pistón y su vástago, estas juntas son de un material flexible (cauchos) que se adapta a las paredes de la camisa, evitando las fugas llamadas también retenedores. Solo se utilizan cuando la fuerza necesaria y el movimiento rectilíneo son pequeños ya que el muelle restringe el movimiento. Es recomendable que la carrera no exceda en tres veces el diámetro

Funcionamiento básico del cilindro de simple efecto: Cuando ingresa el fluido con una cierta fuerza por la vía (10), se llena de fluido la cámara posterior (8), el muelle se contrae (6) expulsando el aire atmosférico por el orificio de fuga (11) y desplazando el vástago o pistón (5). Existen ventajas y desventajas en el uso de este cilindro, por este motivo es aconsejable conocerlo. Por una parte, si lo comparamos con otro cilindro de doble efecto que disponga de las mismas características, su consumo es de la mitad. Pero por otra parte, al tener un muelle en su interior, el vástago no puede realizar recorridos superiores a los 110 mm Cilindros De Doble Efecto. En los cilindros de doble efecto, el trabajo se realiza en las dos direcciones, carecen de muelle. Permiten realizar mayores carreras además de posicionar el vástago en cualquier posición intermedia. El área de la cara posterior es menor que la de la cara frontal, luego para una misma presión las fuerzas serán diferentes debido a la diferencia entre áreas. Para evitar este problema se construyen los cilindros de doble efecto y doble vástago. Los cilindros de doble efecto se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar una misión también al retornar a su posición inicial. En principio, la carrera de los cilindros no está limitada, pero hay que tener en cuenta el pandeo y doblado que puede sufrir el vástago salido. También en este caso, sirven de empaquetadura los labios y émbolos de las membranas.

Funcionamiento de cilindo de doble efecto: En este cilindro, ambos movimientos del émbolo son producidos por el líquido presurizado. Hay dos puertos de fluido, uno en o cerca de cada extremo del cilindro. El líquido bajo presión se dirige al extremo cerrado del cilindro para extender el émbolo y para aplicar la fuerza. Para contraer el émbolo y reducir la fuerza, el líquido se dirige al extremo opuesto del cilindro Una válvula de control direccional de cuatro terminales se utiliza normalmente para controlar el émbolo doble. Cuando la válvula es posicionada para extender el émbolo, el líquido a presión entra al puerto A , actúa en la superficie de la base del émbolo, y fuerza el émbolo hacia fuera. El líquido sobre el labio del émbolo queda libre para fluir hacia fuera por el puerto B, a través de la válvula de control, y a la línea de retorno en sistemas hidráulicos Existen ventajas y desventajas en el uso de este cilindro, por este motivo es aconsejable conocerlo. El cilindro de doble efecto consta con muelle de retorno incorporado, permite realizar trabajos en los dos sentidos, no se pierde fuerza para dejar de comprimir al muelle, no se aprovecha toda la longitud del cuerpo del cilindro como carrera útil. Selección de cilindro

 Aceite hidráulico: SAE 10W Descripción: Aceite mineral para transmisiones de maquinaria y sistemas hidráulicos de OP. SAE 10W. Aspecto: Visual Fluido claro y brillante. Viscosidad a 100ºC: ASTM D-445 5.5 – 7.0 cSt Índice de viscosidad: ASTM D2270 105 Densidad 20ºC: ASTM-1298 0.875-0.885 g/ml Punto de fluidez ASTM D 97 -30 ºC Punto de imflamacion ASTM D 92 232 ºC

 Bomba: Introducción de bombas: Una bomba de engranajes externa tiene sus dientes en la circunferencia exterior de la base. Hay tres tipos de engranajes, rectos, helicoidales y espina de pescado. Los engranajes rectos son los más populares y fáciles de fabricar. Sin embargo, es tipo que produce más ruido. Puede trabajar a alta presión (3000 a 4000 psi). La bomba de engranajes helicoidales está diseñada principalmente para reducir el nivel de ruido. Pero tiene un problema muy grande, genera una carga axial que provoca la necesidad de los cojinetes robustos y por esta razón estas bombas solo se pueden ir hasta 2000 psi. La bomba de engranajes espina de pescado es muy silenciosa, sin carga axial, pero solo puede funcionar hasta 500 psi y es muy cara. En la bomba de engranajes, la energía mecánica del motor de accionamiento se transforma en energía hidráulica. La bomba tiene por objeto producir una corriente del líquido (un fluido de impulsión). Tiene un solo sentido

. Funcionamiento: un engranaje es conducido por un motor eléctrico y tiene un sentido (anti horario, el aceite es transportado atreves de los dientes atreves de la recamara, P entrega caudal (salida), S succión (entrada). Desplazamiento constante, cada vez que da una revolución entrega un volumen de aceite especifico.

Ventajas Tienen una construcción simple la facilidad de mantenimiento con cojinetes externos. Trabajan con motor eléctrico estas bombas pueden llegar a un 93% de rendimiento volumétrico , el tipo de bombas más utilizado es el de engranajes rectos. Generalidades de la bomba rotativa de engranaje Son bombas robustas de caudal fijo, con presiones de operación hasta 250 bar (3600psi) y velocidades de hasta 6000 rmp. Con caudales de hasta 250 cc/rev. Combinan una alta confiabilidad y tecnología de sellado especial con una alta eficacia. Estator lugar q aloja los engranajes el engra de motor el impulsado, el juego de empaques,

Debemos seleccionar una bomba que genere 1.80 GPM o 2 GPM para que eleve los émbolos de los 2 cilindros en un tiempo de 50 s. La bomba seleccionada es de tipo rotatoria que permite trasportar el fluido entre los dientes de engranajes acoplados. Para: P = 2000 psi Q =1.80 GPM Se tiene: Potencia = 2000psi x 1.80GPM X 0.000583 = 2 HP El motor seleccionado es de potencia 2 HP. En el mercado tenemos a nuestro alcance este tipo de motor de 2 HP con las siguientes características:  Motor eléctrico:

http://infmk2013astephanystorrestorres179.blogspot.com/2014/  Mangueras : Selección de manguera a utilizar: Manguera SAE 100R5, 2000 PSI

Selección de rios hidráulicos

A continuación indicaremos el resto de rios que se utilizaran para el funcionamiento normal de nuestro sistema hidráulico, diseñado como lo indica el circuito:

Válvula distribuidora de 2 vías y 2 posiciones (2 v / 2 p), (2 / 2)

La válvula mostrada en la figura de la izquierda se encuentra en su estado de reposo. Tiene unas juntas (J) para evitar el escape del fluido por la entrada y salida del pulsador. En el dibujo se ve que está bloqueada la vía de P (presión de ingreso) hacia A (salida). También se observa un drenaje por medio del conducto L. En el gráfico de la derecha, está la misma válvula accionada por el pulsador. Si soltamos el pulsador, el muelle o resorte llevará al émbolo de nuevo a su estado de reposo. Ahora los conductos P y A si están comunicados. Y el conducto L continúa haciendo su drenaje en la otra cámara de la válvula. Válvula reguladora de presión de 0 a 2000 psi.

Válvula de control de flujo. Válvula check.

Tipos de usos en la industria: Los autoelevadores se utilizan tanto en la industrial automotriz, civil, usos indrustiales ( petroleras, etc)

Tipos de manteniento 

Mantenimiento diario

Pasos 1

Procesos Revisión de los sistemas del elevador por medio visual y auditivo en caso de alguna novedad Revisión de los alrededores del elevador para su normal desarrollo y funcionamiento o en caso de ser removido para algún lugar. Revisar el sistema hidráulico y sus conexiones en caso de alguna fuga o mal estado de sus elementos. Revisión del sistema eléctrico en las conexiones y estado de cables conductores de electricidad Mantener el riel deslizante libre de cualquier suciedad o sustancia corrosiva para el elemento. Revisión del suelo en donde se encuentra el elevador ya que como es móvil puede encontrarse en una superficie no plana o blanda Revisión de los brazos móviles

2

3

4

5

6

7 

Mantenimiento mensual

Partes de la Maquina Cilindros hidráulicos

Proceso Limpiar

Bomba hidráulica Motor eléctrico

Lavar, lubricar Retirar la tapa, limpiar: bornes os Engrasar Verificar, completar el nivel correcto del fluido Totalmente plana

Pasadores Recipiente del hidráulico La superficie en donde se encuentra el elevador Seguro de freno

este bloqueado correctamente

Materiales Utilizados Guaypal Aceite hidráulico SAE 10 Diesel, aceite 20W50 Aire comprimido brocha Grasa (base de bario) SAE 10 Visual Visual

Manguera hidráulica



Que no exista fuga del hidráulico

Visual

PROSESO Pintar Lijar (vástagos) purgar verificar la presión del fluido hidráulico Retirar la tapa, limpiar: bornes os Engrasar Lubricar Aceite hidráulico (1.5 gl.)

MATERIALES UTILIZADOS Lijas, Pintura, compresor Lijar (vástagos) purgar Visual

Mantenimiento anual

PARTE DE LA MÁQUINA Estructura mecánica Cilindros hidráulicos Bomba hidráulica Motor eléctrico Pasadores Cable de bloqueo Cambio de aceite hidráulico

Aire comprimido Grasa (base de bario) Aceite 20W40 SAE 10

Una vez que se drene el lubricante revisar algún tipo de limalla o basura que puede afectar el normal funcionamiento en el sistema hidráulico, a su vez cause algún tipo de daño al vástago del cilindro. Revisar los vástagos de los cilindros en caso de alguna ralladura o deformaciones. Tomar en cuenta que se recomienda tener un registro del mantenimiento del elevador ya sea preventivo, predictivo o correctivo, es muy necesario saber que operaciones se han realizado en el elevador. Controlar temperatura de motores. Controlar vibraciones en motores Controlar los ores, estado de los os y superficies de o; limpiar y calibrar os. Verificar el deslizamiento de partes móviles. Controlar y ajustar tornillos y tuercas. Verificar y ajustar la nivelación de la plataforma Verificar y normalizar el funcionamiento de las botoneras exteriores, de cabina y de todos sus componentes En equipos hidráulicos, comprobar el nivel de aceite en el tanque de la central hidráulica; verificar que no se produzcan fugas de aceite en las uniones; controlar la hermeticidad del cilindro y examinar que no presente rayaduras el vástago. mensual Verificar la existencia de anormalidades en general, ruidos anormales en máquinas y en el funcionamiento general. Verificar la temperatura de trabajo de motores (bobinados, rodamientos y/o bujes) y el correcto funcionamiento de los elementos de detección de sobre-temperatura de motores. Medir temperaturas Verificar y normalizar los elementos de protección de circuitos. Controlar y calibrar fusibles Verificar y normalizar las mangueras de cables de conexión

En equipos de accionamiento hidráulico: Controlar el funcionamiento del conjunto de válvulas; efectuar la limpieza de los filtros; eliminar el aire en el sistema hidráulico; controlar el funcionamiento de la bomba y medir la velocidad Medir la resistencia de aislamiento de los bobinados de motores, con megóhmetro de 500 V. Equipos para efectuar mantenimiento Meghometro Engrasadora neumática Niveladores de aceite Controlador de la condición del aceite Compresor neumático para limpieza Tester Analizador de vibraciones Fluke 810 Termografía Milihometro Protocolo de seguridad durante el mantenimiento Señalizar en cada planta que el elevador se encuentra fuera de uso. Balizar y señalizar en la planta la zona de trabajo. Utilizar equipos de protección certificados para realizar el trabajo. Peligro partes en movimiento: nunca introduzca las manos, piernas u objetos entre los brazos de la plataforma, ya que podría causar daño al operario y al equipo, utilice un bloque de seguridad para labores de mantenimiento. Antes de acceder a la plataforma de mantenimiento se tomarán las precauciones necesarias: comprobar que la botonera de revisión funciona adecuadamente, la maniobra está cortada mediante enclavamiento mecánico y eléctrico. Posibles causas de fallas Oxidacion en el aceite Filtro tapado Fugas en el cilindro Fugas en reservorio hidráulico Desgaste de piston, aros Pinchadura de manguera Cavitación en bomba Deterioro de juntas y sello

Sobrecarga Sobrecalentamiento Sobrepresión Desbalanceo y desalineación Deterioro de la valvula Perdida de rendimiento del motor Averia en el vástago Fisuras en camisa de cilindro Plantear soluciones ante una eventual falla no contemplada Cromado y rectificado del vástago