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Energía de Fluidos
Fundamentos de hidráulica
Muestra del material pedagógico
30794-F2
Nº de artículo: 30794-02
Primera edición
Actualización: 03/2015
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Símbolo
Descripción
PELIGRO indica un nivel alto de riesgo que, de no ser evitado,
ocasionará la muerte o lesiones de gravedad.
ADVERTENCIA indica un nivel medio de riesgo, que de no ser
evitado, puede ocasionar la muerte o lesiones de gravedad.
ATENCIÓN indica un nivel bajo de riesgo, que de no ser evitado,
puede ocasionar lesiones menores o leves.
ATENCIÓN utilizado sin el símbolo de riesgo , indica una
situación de riesgo potencial que, de no ser evitada, puede
ocasionar daños materiales.
Precaución, riesgo de descarga eléctrica
Precaución, superficie caliente
Precaución, posible riesgo
Precaución, riesgo al levantar
Precaución, riesgo de atrapar las manos
Aviso, radiación no ionizante
Corriente continua
Corriente alterna
Corriente alterna y continua
Corriente alterna trifásica
Terminal de tierra (común)
Símbolos de seguridad y de uso frecuente
Símbolo
Descripción
Terminal de conductor protegido
Terminal de chasis
Equipotencial
Encendido (fuente)
Apagado (fuente)
Equipo protegido con aislamiento doble o reforzado
Botón biestable en posición pulsado
Botón biestable en posición no pulsado
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Índice
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V
Contenido del material pedagógico
Fundamentos de hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII
Control eléctrico de los sistemas hidráulicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX
Aplicaciones de hidráulica – PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIII
Muestra extraída del manual del estudiante Fundamentos de hidráulica
Ejercicio 2-1
Limitación de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Muestra extraída del manual del estudiante Control eléctrico de los sistemas
hidráulicos
Ejercicio 2-3
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente . . . . 21
Muestra extraída del manual del estudiante Aplicaciones de hidráulica – PLC
Ejercicio 6
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico . . . . . . . . . . . . 35
Otra muestra extraída del manual del estudiante Control eléctrico de los
sistemas hidráulicos
Examen de la Unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Muestra extraída de la guía del profesor Fundamentos de hidráulica
Unidad 2 Fundamentos de hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
III
IV
Introducción
El Sistema de Entrenamiento en Hidraúlica de Lab-Volt es una presentación
modularizada de los principios de energía hidráulica y su aplicación controlada. Los
Sistemas de Entrenamiento en Hidráulica constan de un programa de entrenamiento
introductorio y uno avanzado.
El programa introductorio está basado en dos manuales: Volumen 1, Fundamentos
de la Hidráulica, que cubre los principios básicos en hidráulica; Volumen 2, Control
Eléctrico de la Hidráulica, que cubre circuitos eléctricos y diagramas en escalera
para aplicaciones hidráulicas. Ambos manuales están enfocados para ser usados
con el Sistema Didáctico en Hidráulica de Lab-Volt.
El programa de entrenamiento avanzado amplía el curso introductorio con
aplicaciones hidráulicas demostrando, controladores programables, sensores,
controles proporcionales y servocontroles. Las aplicaciones cubiertas están basadas
en las que podemos encontrar en la industria. El programa introductorio es un
requisitivo previo para el programa avanzado.
V
VI
Contenido del material pedagógico
FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA
Unidad 1 Introducción a la Hidráulica
Una introducción al circuito hidráulico. Reglas de seguridad a seguir en
el uso del Sistema didáctico en hidráulica de Lab-Volt.
Ejercicio 1-1 Familiarización con el
Sistema didáctico en hidráulica de Lab-Volt
Identificación de los diferentes componentes del sistema.
Reglas de seguridad a seguir en el uso del Sistema
didáctico en hidráulica de Lab-Volt.
Ejercicio 1-2 Demostración de la potencia hidráulica
Elevación de la fuente de alimentación hidráulica, con el
uso de un cilindro de diámetro interior pequeño.
Investigación de un circuito hidráulico básico.
Unidad 2 Fundamentos
Conceptos básicos de la Hidráulica. La creación de presión aplicando
fuerza a un fluído confinado. La relación entre flujo, velocidad y potencia.
Ejercicio 2-1 Limitación de presión
Diseño y operación de una válvula de alivio. La
determinación de la trayectoria de flujo de aceite en un
circuito, utilizando una válvula de alivio.
Ejercicio 2-2 Presión y fuerza
Verificación de la fórmula F = P x A, utilizando un cilindro
y un resorte. Descubir qué le sucede al cilindro cuando
presiones iguales son aplicadas a cada lado del pistón.
La distribución de presión en un cilindro en equilibrio de
fuerzas. Medir el peso de la fuente de alimentación
hidráulica según la presión requerida para levantarla.
Ejercicio 2-3 Razón de flujo y velocidad
Diseño y operación de una válvula de control de flujo.
Relación entre la razón de flujo y la velocidad. Conexión
y operación de la regulación de entrada, la regulación de
salida y los circuitos de control de flujo de paso.
VII
Contenido del material pedagógico
FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA
Ejercicio 2-4 Trabajo y potencia
Definición de términos de “trabajo” y “potencia”. Relación
entre fuerza, trabajo y potencia. Calcular el trabajo,
potencia y eficiencia del circuito utilizado para elevar la
fuente de alimentación hidráulica.
Unidad 3 Circuitos básicos
Conexión y operación de circuitos hidráulicos prácticos y simples. Diseño
y operación de una Válvula direccional accionada por palanca.
Ejercicio 3-1 Control del cilindro
Control de la dirección, fuerza y velocidad del cilindro.
Diseño y operación de una Válvula direccional accionada
por palanca. Efecto de un cambio en la presión del
sistema y la razón de flujo en la fuerza y velocidad de un
cilindro.
Ejercicio 3-2 Cilindros en serie
Descripción de la operación de un circuito en serie.
Arranque y paro de dos cilindros al mismo tiempo
conectándolos en serie. Demostración de la
intensificación de la presión en un circuito en serie.
Ejercicio 3-3 Cilindros en paralelo
Descripción de la operación de un circuito en paralelo.
Secuencia de extensión de cilindros en paralelo,
teniendo diferentes tamaños de diámetro interior.
Sincronización de la extensión de cilindros en paralelo,
utilizando una válvula de control de flujo no compensada.
Ejercicio 3-4 Circuitos regenerativos
Diseño y operación de un circuito regenerativo. Efecto de
regeneración en la velocidad y fuerza de un cilindro.
Unidad 4 Circuitos funcionales
Conexión y operación de circuitos hidráulicos funcionales, utilizando
acumuladores, motores hidráulicos, válvulas reductoras de presión y
válvulas de alivio telecomandadas.
Ejercicio 4-1 Acumuladores
Descripción de los tipos generales de acumuladores.
Cómo pueden ser usados los acumuladores en la
alimentación auxiliar, la alimentación de emergencia y la
compensación de fugas y eliminación de choque.
VIII
Contenido del material pedagógico
FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA
Ejercicio 4-2 Circuitos con motor hidráulico
Diseño y operación de un motor hidráulico. Cálculo del
par y velocidad de un motor hidráulico. Efecto de un
cambio en la razón de flujo o presión en la operación del
motor.
Ejercicio 4-3 Válvulas reductoras de presión
Diseño y operación de una válvula reductora de presión.
Conexión y operación de un circuito fijador y reductor,
utilizando una válvula reductora de presión.
Ejercicio 4-4 Válvulas de alivio telecomandadas
Cómo controlar una válvula de alivio a distancia.
Conexión y operación de un circuito utilizando una
válvula telecomandada para controlar el tonelaje del
cilindro de presión.
Unidad 5 Detección y reparación de fallas
Desarrollo de un procedimiento para probar los principales componentes
de un sistema hidráulico, basado en las especificaciones del fabricante
y en los principios más importantes de la hidráulica. Observar los efectos
de los cambios de temperatura en las características de operación de un
sistema hidráulico.
Ejercicio 5-1 Bombas hidráulicas
Operación básica de una bomba hidráulica. Utilización
de las especificaciones del fabricante para probar una
bomba. Los efectos de la temperatura del aceite en la
razón de flujo y la eficiencia volumétrica.
Ejercicio 5-2 Prueba de una válvula direccional
Muestra de fuga normal de una válvula direccional.
Evaluar la condición de una válvula direccional, de
acuerdo a la cantidad de fuga de flujo.
Ejercicio 5-3 Precisión de un caudalímetro
Verificar la precisión de un caudalímetro. Determinar el
efecto de la temperatura en la precisión del
caudalímetro.
IX
Contenido del material pedagógico
FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA
Ejercicio 5-4 Efectos de la temperatura sobre
el funcionamiento del sistema
Los efectos de los cambios de temperatura sobre la
caída de presión y la razón de flujo del circuito.
Apéndices A
B
C
D
X
Gráfica de utilización del equipo
Cuidado del Sistema didáctico en hidráulica
Factores de conversión
Símbolos gráficos de neumática e hidráulica
Contenido del material pedagógico
CONTROL ELÉCTRICO DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS
Unidad 1 Introducción al control eléctrico de los sistemas hidráulicos
Una introducción a los sistemas hidráulicos controlados eléctricamente.
Descripción de la función de cada parte de un circuito de control
eléctrico.
Ej. 1-1 Familiarización con el equipo
Identificación de los componentes utilizados para el control
eléctrico del Equipo Didáctico en Hidráulica de Lab-Volt.
Clasificar estos componentes como elemento de entrada,
elemento controlador, o mecanismo actuador.
Unidad 2 Principios de control eléctrico
Conceptos básicos de la electricidad. Cómo leer, dibujar, y conectar
diagramas en escalera simples.
Ej. 2-1 Electricidad básica
Medición del voltaje, resistencia, y corriente en un circuito de
control eléctrico. Conexión y operación de un circuito de control
eléctrico. Reglas de seguridad a seguir cuando utiliza el Equipo
Didáctico en Hidráulica de Lab-Volt.
Ej. 2-2 Diagramas en escalera
Definición de un diagrama en escalera. Descripción de cómo
opera un diagrama en escalera y cómo se relaciona con el
equipo hidráulico. Reglas para dibujar diagramas en escalera.
Conexión y operación de diagramas en escalera básicos
utilizando la lógica en serie (Y), paralela (O), y relés de control.
Ej. 2-3 Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
Descripción y operación de un interruptor magnético de
proximidad. Conexión y operación de un sistema de reciprocidad
de un ciclo. Utilización de un contacto de relé de retención para
mantener la corriente a una válvula direccional solenoide
después de que el botón pulsador de INICIO es liberado.
Unidad 3 Sistemas funcionales
Conexión y operación de los sistemas hidráulicos controlados
eléctricamente.
XI
Contenido del material pedagógico
CONTROL ELÉCTRICO DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS
Ej. 3-1 Secuencia hidráulica de los cilindros
Descripción y operación de una válvula de secuencia. Conexión
y operación de un sistema de abrazadera y de trabajo
secuenciado por una válvula de secuencia. Descripción y
operación de un interruptor de fin de carrera mecánico.
Ej. 3-2 Secuencia eléctrica de los cilindros
Descripción y operación de un presostato hidráulico. Conexión
y operación de un sistema de abrazadera y de trabajo
controlado por medios eléctricos.
Ej. 3-3 Regulación de velocidad y frenado de los motores
hidráulicos
Descripción y operación de una válvula de control de flujo
compensada. Conexión y operación de un sistema de regulación
de velocidad que utiliza una válvula de control de flujo
compensada para mantener una velocidad constante del motor
conforme la posición del sistema cambia. Conexión y operación
de un sistema de frenaje de motor que utiliza una válvula
secuencial para disminuir la velocidad de un motor antes de
detenerlo.
Ej. 3-4 Reciprocidad continua con período de detención
Descripción y operación de un relé temporizado. Conexión y
operación de un sistema de reciprocidad continua que utiliza un
relé temporizado para mantener (detener) un cilindro en una
posición predeterminada por un período de tiempo.
Unidad 4 Aplicaciones industriales
Conexión, diseño, y operación de los sistemas hidráulicos controlados
eléctricamente.
Ej. 4-1 Sistema de taladrado
Descripción y operación de un interruptor fotoeléctrico. Los
pasos que conforman un proceso de taladrado industrial.
Conexión y operación de un sistema hidráulico controlado
eléctricamente simulando la operación de una máquina de
taladrado industrial.
Ej. 4-2 Circuitos de seguridad
El propósito y uso de los circuitos de seguridad en los sistemas
hidráulicos controlados eléctricamente. Circuitos de seguridad
de dos manos. Conexión y operación de un circuito de seguridad
de dos manos y un circuito de seguridad de dos manos sin
sujeción.
XII
Contenido del material pedagógico
CONTROL ELÉCTRICO DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS
Ej. 4-3 Conteo de ciclos del actuador
Descripción y operación de un relé temporizado. Extensión y
retracción de un cilindro un número definido de veces utilizando
un contador eléctrico. Medición de la velocidad de rotación de un
motor hidráulico utilizando un contador eléctrico.
Ej. 4-4 Sistemas de presiones múltiples
Utilización de una válvula direccional accionada por solenoide
como una válvula selectora de presión para elegir entre dos o
más presiones de operación. Diseño de un sistema de nivel de
tres presiones simulando un sistema de desplazamiento de dos
velocidades.
Ej. 4-5 Sistemas de desplazamiento de dos velocidades
Extensión de un cilindro en dos diferentes velocidades en
diferentes partes de su carrera. Diseño de un sistema de dos
velocidades simulando un sistema de desplazamiento de dos
velocidades.
Unidad 5 Detección y reparación de fallas
Técnicas básicas utilizadas en la detección y reparación de fallas en los
sistemas hidráulicos controlados eléctricamente.
Ej. 5-1 Detección y reparación de fallas en los circuitos de control
eléctrico
Descripción de los métodos del voltímetro y del óhmetro en la
detección y reparación de fallas en un circuito de control
eléctrico. Ubicación de fallas insertadas por el instructor en la
sección eléctrica de un sistema de taladrado hidráulico
controlado eléctricamente.
Ej. 5-2 Detección y reparación de fallas en los sistemas hidráulicos
controlados eléctricamente
Aprender un método eficiente de detección y reparación de
fallas para detectar fallas en un sistema hidráulico controlado
eléctricamente. Detección de las fallas insertadas por el
instructor en las secciones hidráulicas y eléctricas de un sistema
de abrazadera y de pulverizado controlado eléctricamente.
XIII
Contenido del material pedagógico
CONTROL ELÉCTRICO DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS
Apéndices A
B
C
D
XIV
Gráfica de utilización del equipo
Cuidado del equipo didáctico en hidráulica
Factores de conversión
Símbolos gráficos de hidráulica y neumática
Contenido del material pedagógico
APLICIONES DE HYDRÁULICA – PLC
Ejercicio 1
Repaso del autómata programable
Revisión de las instrucciones tipo relé del PLC. Introducción y
evaluación de un programa que utiliza instrucciones tipo relé para
controlar la activación y desactivación de dos luces indicadoras.
Ejercicio 2
Instrucciones del temporizador
Revisión de las instrucciones del temporizador del PLC.
Introducción y evaluación de un programa que utiliza instrucciones
de temporizador activado para activar tres luces indicadoras en un
orden programado y por un período de tiempo definido.
Ejercicio 3
Instrucciones del contador
Revisión de las instrucciones del contador del PLC. Introducción y
evaluación de un programa que utiliza dos contadores en cascada
para activar una luz indicadora después de que otra luz indicadora
se ha activado un número definido de veces.
Ejercicio 4
Instrucciones de comparación y de cierre
Revisión de las instrucciones de comparación y de cierre del PLC.
Introducción y evaluación de un programa que utiliza instrucciones
de comparación y de cierre controladas por contador para activar
una luz indicadora después de que otra luz indicadora ha
destellado un número de veces definido.
Ejercicio 5
Control temporizado de los actuadores hidráulicos
Conexión y operación de un sistema hidráulico controlado por PLC
que alterna continuamente un cilindro y detiene en dos posiciones
predeterminadas por un período de tiempo
Ejercicio 6
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico
Conexión y operación de un sistema hidráulico controlado por PLC
que hace girar a un motor 1000 vueltas y después alterna un
cilindro 10 veces.
Ejercicio 7
Control de seguridad de los actuadores hidráulicos
Conexión y operación de un sistema hidráulico controlado por PLC
que utiliza un botón pulsador de PARO/REINICIO, un presostato,
y una luz indicadora de alarma para proporcionar el control de
seguridad de un cilindro de presión.
XV
Contenido del material pedagógico
APLICIONES DE HYDRÁULICA – PLC
Ejercicio 8
Sistema de abrazadera y de trabajo controlado por PLC
Conexión y operación de un sistema de abrazadera y de trabajo
tipo industrial. Monitorear la presión aplicada detrás del pistón del
cilindro abrazadera para asegurar que la pieza de trabajo
permanezca firmemente sujetada mientras es trabajada.
Ejercicio 9
Detección y reparación de fallas
Detección de fallas insertadas por el instructor en las secciones
idráulica y de control del PLC del sistema de abrazadera y de
rabajo estudiado en el Ejercicio 8.
Ejercicio 10
Diseño de una punzonadora controlada por PLC
Diseño de una punzonadora controlada por PLC que punzona
orificios en placas de metal.
Ejercicio 11
Diseño de un sistema transportador controlado por PLC
Diseño de un sistema transportador controlado por PLC que hace
circular las piezas manufacturadas y las carga en una máquina de
empaque.
Ejercicio 12
Diseño de una máquina de fundición controlada por PLC
Diseño de una máquina de fundición controlada por PLC usada
para producir rotores jaula de ardilla
Apéndices A
B
C
D
E
XVI
Gráfica de utilización del equipo
Procedimientos de detección y reparación de fallas
Factores de conversión
Símbolos gráficos de hidráulica y neumática
Formatos de direccionamiento de diferentes PLC
Muestra extraída del
manual del estudiante
Fundamentos de hidráulica
Ejercicio
2-1
Limitación de presión
OBJETIVO DEL EJERCICIO
& Presentar la operación de una válvula de alivio.
& Establecer la trayectoria del flujo de aceite en un circuito, utilizando una válvula
de alivio.
& Conectar y operar un circuito, utilizando una válvula de alivio.
DISCUSIÓN
Limitación de presión
La presión es la cantidad de fuerza ejercida contra una superficie determinada. El
flujo es el movimiento de un fluído, ocasionado por una diferencia de presión entre
dos puntos. Los fluídos siempre circulan de un punto de presión más alto a un punto
de presión más bajo. La planta de agua de la ciudad, por ejemplo, ejerce una
presión mayor que la presión atmosférica en nuestros depósitos de agua. Como
resultado, cuando abrimos una llave de agua, el agua sale.
Cuando dos trayectorias de flujo paralelas están disponibles, el fluído siempre
seguirá la trayectoria con menor resistencia. Un ejemplo de esto en nuestra vida
diaria sería una manguera de jardín que se divide en dos secciones como se
muestra en la Figura 2-2. Una sección está bloqueada mientras la otra sección
permite al agua moverse libremente en ella. Toda el agua fluirá a través de la
sección que no se encuentra bloqueada, ya que ofrece menor resistencia que la
sección obstruída. La presión de entrada aumentará solamente lo suficiente para
que el agua fluya a través de la sección que no se encuentra obstruída. La presión
en la sección obstruída no irá más allá del nivel requerido para lograr que el agua
fluya en la sección que no se encuentra bloqueada. Los manómetros en la
Figura 2-2, por lo tanto, indicarán presiones bajas iguales.
3
Limitación de presión
Figura 2-2. Trayectoria de flujo libre.
Ahora, ¿qué sucede si nosotros presionamos la sección que no está obstruída de
tal forma que el agua sea retenida pero no completamente, como se muestra en la
Figura 2-3? Toda el agua fluirá a través de la sección presionada, ya que está
todavía menos restringida que la sección bloqueada. La presión de entrada
alcanzará el nivel necesario para fluir a través de la trayectoria obstruída. La presión
en la sección bloqueada no irá más allá de las necesidades de la sección
presionada. Los manómetros en la Figura 2-3, por lo tanto, indicarán presiones altas
iguales.
Figura 2-3. Trayectoria de flujo restringida.
Así, nosotros observamos que la presión en la sección restringida nunca puede ser
mayor que la presión en la sección que no está obstruída. De hecho, estas
presiones siempre serán iguales. Si la sección restringida fuera completamente
cerrada, reteniendo el agua en vez de solamente restringirla, la presión en ambas
secciones sería igual a la máxima presión disponible en la entrada.
4
Limitación de presión
En un circuito hidráulico, el flujo es producido por la acción de una bomba, la cual
constantemente descarga el aceite en cierta razón de flujo. La presión no es creada
por la bomba en sí, sino por la resistencia del flujo de aceite. Cuando el aceite fluye
sin resistencia a través de un circuito hidráulico, la presión en este circuito es
teóricamente de cero. En cambio, cuando el flujo es frenado, la presión del circuito
aumenta a la cantidad necesaria para seguir la trayectoria más fácilmente.
Válvula de alivio
La Figura 2-4 muestra un circuito hidráulico que consta de dos trayectorias paralelas
de flujo. El aceite de la bomba puede pasar a través de una válvula de alivio o a
través de un circuito hidráulico que consta de una válvula direccional accionada por
palanca y un cilindro.
Figura 2-4. Flujo de aceite a través del circuito.
La válvula de alivio puede ser comparada con el ejemplo de la mano en la manguera
anteriormente descrito. Limita la presión máxima en el sistema, proporcionando una
trayectoria de flujo alterno hacia el depósito, de manera que el aceite fluya hacia el
circuito que está bloqueado, como cuando la válvula direccional está en la posición
central de bloqueo o como cuando el cilindro está completamente extendido o
retraído.
La válvula de alivio está conectada entre la línea de presión de la bomba y el
depósito. Está normalmente en la posición de no paso. Está ajustada para abrir a
una presión ligeramente más alta que la requerida por el circuito y desvía el aceite
bombeado al depósito, cuando esta presión es alcanzada.
En la Figura 2-4, por ejemplo, todo el aceite de la bomba fluye a través del circuito,
ya que el cilindro no está completamente extendido, debido a que el circuito
proporciona una trayectoria más accesible que la válvula de alivio. Mientras el
5
Limitación de presión
cilindro permanezca extendido, la presión alcanza sólo la cantidad necesaria para
presionar el aceite en el lado vástago del cilindro en el depósito (700 kPa ó 100 psi).
Una vez que el cilindro esté completamente extendido, el circuito del cilindro
comienza a bloquearse y el aceite bombeado ya no puede fluir a través de él. La
presión del sistema asciende a 3450 kPa (500 psi), después la válvula de alivio abre
y el aceite es descargado nuevamente al depósito con la presión de la válvula de
alivio ajustada a 3450 kPa (500 psi), como se muestra en la Figura 2-5. En adelante,
no habrá flujo en todas las partes del circuito, pero la presión es igual a lo largo del
mismo. La presión del circuito, por lo tanto, no puede ir más allá de los ajustes de
presión de la válvula de alivio.
Figura 2-5. Flujo de aceite a través de la válvula de alivio.
Válvulas de alivio del sistema didáctico en hidráulica
Su sistema didáctico en hidráulica contiene dos válvulas de alivio. Una de estas
válvulas llamada válvula de alivio principal, está localizada dentro de la fuente de
alimentación hidráulica. La otra válvula, llamada válvula de alivio secundaria, es
proporcionada con su juego de componentes de hidráulica. Las dos válvulas son
idénticas. Sin embargo, sólo operará la válvula secundaria. La válvula principal tiene
un ajuste de fábrica de mucho mayor presión que la válvula secundaria. Es utilizada
como un dispositivo de seguridad adicional para respaldar la válvula secundaria. No
debe ser reajustada o alterada.
La Figura 2-6 ilustra la válvula de alivio suministrada con su juego de componentes
de hidráulica. Esta válvula es de tipo operada por piloto. El cuerpo de la válvula
tiene tres partes: un orificio de presión (P), el cual debe ser conectado a la línea de
presión de la bomba, un orificio tanque (T), el cual debe ser conectado al depósito
y un orificio de ventilación (V) el cual es utilizado para controlar la válvula desde un
punto remoto por una válvula externa. El uso del orificio de ventilación será discutido
con detalle en el Ejercicio 4-4. Cuando no utilice este orificio debe ser desconectado.
6
Limitación de presión
Figura 2-6. Válvula de alivio operada por piloto.
Percibiendo la presión aguas arriba en el orificio P de la válvula, un carrete interno
controla el flujo del aceite a través de la válvula, actuando en un resorte grande. El
nivel de presión donde el carrete está ampliamente abierto y el aceite bombeado
pasa a través de la válvula, es llamado presión de descarga o presión de
desahogo.
La presión de descarga puede ser ajustada, utilizando la perilla de ajuste en el
cuerpo de la válvula. Girando la perilla en el sentido de las manecillas del reloj
aumenta la compresión del resorte pequeño, localizado arriba del carrete de la
7
Limitación de presión
válvula, el cual aumenta la presión de descarga y permite que más altas presiones
se generen en el circuito. Note que la perilla primero debe ser estirada antes de que
pueda ser girada. Cuando la perilla es liberada, el resorte presiona la perilla para
adaptarse a una ranura fija. Esto previene las vibraciones y golpes al cambiar los
ajustes.
La presión en la cual la válvula de alivio comienza a abrir es llamada presión de
apertura. Esta presión está por debajo de la presión de descarga de la válvula. En
la presión de apertura, la válvula abre solamente lo necesario para permitir que las
primeras pocas gotas fluyan. La presión de transferencia es la diferencia de
presión entre la presión de apertura y la presión de descarga.
Antes de encender la fuente de alimentación hidráulica, la válvula siempre debe
estar completamente abierta (ajuste la perilla girándola completamente en el
sentido contrario al de las manecillas del reloj) para permitir que la bomba comience
con la carga más ligera y para prevenir que los componentes del sistema estén
sujetos a oleadas de presión. Una vez que la fuente de alimentación hidráulica está
funcionando, la válvula de alivio puede ser cerrada gradualmente hasta que la
presión deseada sea alcanzada.
MATERIAL DE REFERENCIA
Para información detallada de las válvulas de alivio operadas por piloto, consulte el
capítulo titulado Pilot Operated Pressure Control Valve en el manual Industrial
Hydraulic Technology de Parker-Hannifin.
Resumen del procedimiento
En la primera parte del ejercicio, medirá la presión de apertura de la válvula de alivio
proporcionada con su equipo de componentes de hidráulica. Ajustará la presión de
descarga de la válvula, modificando la compresión de su resorte.
En la segunda parte del ejercicio, experimentará el efecto de la limitación de presión
en un circuito de hidráulica básico.
EQUIPO REQUERIDO
Consulte el cuadro de utilización de equipo, en el Apéndice A de este manual, para
obtener la lista de equipo requerido para realizar este ejercicio.
PROCEDIMIENTO
Operación de la válvula de alivio
G
1. Conecte el circuito mostrado en la Figura 2-7. Consulte el diagrama de
conexión mostrado en la Figura 2-8 para realizar sus conexiones.
Nota: Como indica la Figura 2-7, el orificio de ventilación (V) de
la válvula de alivio no es utilizado en este circuito. Por lo tanto,
deje desconectado este orificio.
8
Limitación de presión
Figura 2-7. Diagrama esquemático del circuito, ajustando la válvula de alivio.
9
Limitación de presión
Figura 2-8. Diagrama de conexión del circuito, ajustando la válvula de alivio.
G
2. Antes de encender la fuente de alimentación hidráulica, realice el siguiente
procedimiento inicial:
a. Asegúrese de que las mangueras estén firmemente conectadas.
b. Verifique el nivel de aceite en el depósito. Agregue aceite si se
requiere.
c. Utilice lentes de seguridad.
d. Asegúrese de que el interruptor de energía de la fuente de alimentación
hidráulica esté ajustado en la posición OFF (APAGADO).
e. Conecte el cable de la fuente de alimentación hidráulica en la salida de
CA.
f. Abra completamente la válvula de alivio. Para lograrlo, levante la
perilla de ajuste y gírela completamente en el sentido contrario al de las
manecillas del reloj.
G
10
3. Active la fuente de alimentación hidráulica, ajustando su interruptor de
energía a la posición ON (ENCENDIDO). Ya que el flujo de aceite es
bloqueado en el manómetro A, todo el aceite bombeado está ahora siendo
forzado a través de la válvula de alivio.
Limitación de presión
La lectura de presión del manómetro A es la mínima presión requerida para
desarrollar un flujo de aceite a través de la válvula (presión de apertura). Le
corresponde a la presión requerida contrarrestar la resistencia del resorte
dentro de la válvula. Registre a continuación la lectura de presión del
manómetro A.
Presión del manómetro A =
kPa ó
psi
Nota: Los manómetros del equipo didáctico proporcionan lectura
en “bar” y “psi”. Ya que bar es una unidad métrica de medición
para presiones, los estudiantes que trabajen con unidades del
S.I. deben multiplicar la presión medida en bars por 100 para
obtener la presión equivalente en kilopascales (kPa).
G
4. Ahora, comprima el resorte de la válvula de alivio, girando su perilla de
ajuste 2 vueltas en el sentido de las manecillas del reloj. Utilice la escala
vernier en la perilla para el ajuste. ¿Cuál es la lectura del manómetro A?
Presión =
kPa ó
psi
G
5. ¿Por qué la lectura de presión aumenta conforme la compresión del resorte
aumenta?
G
6. Gire la perilla de ajuste de la válvula de alivio, completamente en el sentido
de las manecillas del reloj, mientras observa la lectura del manómetro A.
¿El nivel de presión puede ser aumentado más allá de los 6200 kPa
(900 psi)? ¿Por qué?
G
7. Apague la fuente de alimentación hidráulica.
G
8. Basándose en la presión de apertura registrada en el paso 3, ¿a qué
presión, la válvula de alivio comenzará a abrirse si la presión liberada es
ajustada a 3450 kPa (500 psi)?
11
Limitación de presión
Limitación de la presión del sistema
G
9. Modifique el circuito existente con el fin de obtener el circuito mostrado en
las Figuras 2-9 y 2-10. Asegúrese de instalar el cilindro con diámetro interior
de 3,81 cm (1,5 pulg) en una posición en la cual su vástago pueda
extenderse libremente.
Nota: Para facilitar la conexión, la válvula direccional accionada
por palanca, suministrada con su equipo didáctico en hidráulica,
está atornillada a la placa secundaria, en la cual las mangueras
deben estar conectadas. El arrreglo de los orificios P, T, A y B en
la placa secundaria de la válvula no corresponden al símbolo de
la válvula direccional que aparece en la Figura 2-9 y en la placa
principal del fabricante, en la parte superior de la válvula. Por lo
tanto, el orificio P realmente está frente al orificio B en la placa
secundaria, mientras el orificio T está frente al orificio A. Por lo
tanto, siempre consulte las letras impresas en la placa
secundaria, cuando conecte la válvula en el circuito.
Figura 2-9. Diagrama esquemático del circuito de actuación del cilindro.
G 10. Asegúrese de que las mangueras estén firmemente conectadas. Abra la
válvula de alivio completamente, girando su perilla de ajuste totalmente
hacia el sentido de las manecillas del reloj.
G 11. Encienda la fuente de alimentación hidráulica.
12
Limitación de presión
G 12. Gire la perilla de ajuste de la válvula de alivio en el sentido de las
manecillas del reloj, hasta que el manómetro A tenga una lectura de
1400 kPa (200 psi).
G 13. Conserve limpio el vástago del cilindro. Mueva la palanca de la válvula
direccional accionada por palanca hacia el cuerpo de la válvula, la cual
extenderá el vástago del cilindro. Después, retire la palanca del cuerpo de
la válvula, la cual debe retraer el vástago.
Figura 2-10. Diagrama de conexión del circuito de actuación del cilindro.
G 14. Mientras observa la lectura del manómetro A, acerque la palanca de la
válvula direccional hacia el cuerpo de la válvula para extender el vástago
del cilindro. ¿Cuál es la presión del manómetro A durante la carrera de
extension del vástago?
Presión =
kPa ó
psi
13
Limitación de presión
G 15. ¿Cuál es la presión en el manómetro A cuando el cilindro está
completamente extendido?
Presión =
kPa
ó
psi
G 16. Aleje la palanca de la válvula direccional del cuerpo de la válvula para
retraer el vástago del cilindro.
G 17. Gire la perilla de ajuste de la válvula de alivio en el sentido de las
manecillas del reloj, hasta que el manómetro A tenga una lectura de
2100 kPa (300 psi).
G 18. Mientras observa la lectura del manómetro A, acerque la palanca de la
válvula direccional hacia el cuerpo de la válvula para extender el vástago
del cilindro. ¿Cuál es la presión del manómetro A, durante la carrera de
extensión del vástago del cilindro?
Presión =
kPa ó
psi
G 19. ¿Cuál es la presión en el manómetro A, cuando el vástago del cilindro está
completamente extendido?
Presión =
kPa ó
psi
G 20. Aleje la palanca de la válvula direccional del cuerpo de la válvula para
retraer el vástago del cilindro.
G 21. Desactive la fuente de alimentación hidráulica. Abra completamente la
válvula de alivio, girando la perilla de ajuste totalmente al sentido contrario
al de las manecillas del reloj.
G 22. Explique la razón por lo que las presiones registradas durante la extensión
del cilindro son casi idénticas, en los dos ajustes de presión de la válvula
de alivio.
14
Limitación de presión
G 23. ¿Por qué la presión del circuito aumenta cuando el vástago del cilindro está
completamente extendido?
G 24. Desconecte todas las mangueras. Puede ser necesario mover la palanca
de la válvula direccional hacia fuera y hacia adentro para aliviar la presión
estática; los conectores rápidos pueden ser removidos. Limpie cualquier
residuo de aceite hidráulico.
G 25. Retire todos los componentes de la superficie de trabajo y limpie cualquier
residuo de aceite hidráulico. Regrese todos los componentes a su lugar de
almacenamiento.
G 26. Limpie cualquier residuo de aceite hidráulico del piso y del equipo
didáctico. Deseche adecuadamente cualquier toalla de papel y trapo
utilizados para limpiar el aceite.
CONCLUSIÓN
En la primera parte del ejercicio, midió los ajustes de presión mínimos de una
válvula de alivio, conectando la válvula entre la presión de la bomba y el depósito,
abriendo la válvula completamente.
Luego modificó la presión liberada de la válvula, aumentando la compresión de su
resorte interno, lo cual aumentó la presión del circuito.
En la segunda parte del ejercicio, comprobó el efecto de la limitación de presión en
un circuito hidráulico básico. Aprendió que los cambios de presión dependen del
movimiento del aceite a través del circuito. Cuando el vástago del cilindro se
extiende o se retrae, la presión del circuito se eleva sólo a la cantidad requerida para
conducir el aceite fuera del circuito, de regreso al depósito. Cuando el vástago del
cilindro se encuentra completamente extendido o retraído, la presión del circuito se
eleva para los ajustes de presión de la válvula de alivio.
Hasta ese punto, hemos visto que la válvula de alivio operada por piloto,
proporciona el control de la presión, captando la presión aguas arriba en su línea de
entrada. Las válvulas de alivio operadas por piloto pueden también captar la presión
en otra parte del sistema o aún en un sistema remoto, por medio de una línea de
ventilación. Este tipo de operación es identificada como control remoto y es
conseguida a través del uso del orificio de ventilación de la válvula de alivio. El
control remoto de una válvula de alivio será descrito a detalle en el Ejercicio 4-4.
15
Limitación de presión
PREGUNTAS DE REVISIÓN
1. ¿Cuál es el propósito de la válvula de alivio?
2. Explique la diferencia entre la válvula de alivio principal en la fuente de
alimentación hidráulica y la válvula de alivio suministrada con su juego de
componentes hidráulicos (válvula de alivio secundaria)?
3. ¿Qué tipo de válvula de alivio es utilizada en su equipo didáctico en hidráulica?
4. ¿Qué le pasaría a un sistema hidráulico si el orificio del tanque de la válvula de
alivio no está conectado al orificio de la línea de retorno de la fuente de
alimentación?
5. Defina el término presión de apertura.
6. En el circuito de la Figura 2-11, ¿cuál será la lectura de presión del manómetro
A, durante la extensión del cilindro y cuando el cilindro está completamente
extendido, si el ajuste de presión de la válvula de alivio es cambiado de
3400 kPa (500 psi) a 6900 kPa (1000 psi)?
Nota: La presión requerida para extender el vástago del cilindro
es de 600 kPa (85 psi).
16
Limitación de presión
Figura 2-11. Circuito para la pregunta de revisión 6.
17
Muestra extraída del
manual del estudiante
Control eléctrico de los
sistemas hidráulicos
Ejercicio
2-3
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
OBJETIVO DEL EJERCICIO
•
•
•
Describir la función y operación de un interruptor magnético de proximidad;
Describir el propósito de un contacto de relé de retención;
Ensamblar y evaluar un sistema de reciprocidad de un ciclo.
PRINCIPIOS
Reciprocidad de cilindros
Muchas aplicaciones industriales requieren que un cilindro hidráulico sea extendido
y plegado automáticamente después de que un operador presione el botón pulsador
de INICIO . A esto se le llama reciprocidad de un cilindro, y un circuito de control
eléctrico puede ser utilizado para ejecutar esta secuencia. Mientras el cilindro
provee la fuerza, o potencia, para hacer el trabajo, el circuito de control eléctrico
provee el control rápido y preciso de una válvula direccional para reciprocar el
cilindro.
La reciprocidad implica un cambio en la dirección del cilindro. El automático
reversible es logrado utilizando la señal eléctrica proporcionada por un dispositivo
sensible, tal como un interruptor magnético de proximidad, interruptor de fin de
carrera mecánico o interruptor fotoeléctrico, para cambiar la válvula direccional
cuando el cilindro se extienda o se retracte completamente.
Sistema de reciprocidad de un ciclo
Como ejemplo, la Figura 2-16 muestra un diagrama en escalera proporcionando la
reciprocidad de un ciclo de un cilindro hidráulico. Reciprocidad de un ciclo significa
que cuando es iniciado por un operador, el vástago del cilindro se extiende
completamente, automáticamente se retracta sin la atención del operador, y se
detiene, lo cual hace un ciclo completo.
21
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
Figura 2-16. Reciprocidad de un ciclo de un cilindro.
22
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
La retracción automática es lograda con una válvula direccional accionada por
solenoide activada por un interruptor magnético de proximidad, IMP1, colocado al
final de la carrera de extensión.
a. En la condición normal del sistema, el vástago del cilindro es plegado, como se
ilustra en la Figura 2-16 a). La bobina de relé BR1 es desactivada por que una
condición de circuito abierto existe en el escalón 1 de la escalera por la condición
abierta de contactos NA BP1 y BR1-A. Por lo tanto, el solenoide de la válvula
direccional SOL-A es desenergizado y la válvula está en la condición de flechas
cruzadas.
b. Cuando el botón pulsador BP1 es presionado, como se ilustra en la
Figura 2-16 b), la corriente fluye de la terminal + de la fuente de alimentación, a
través de los contactos BP1 y IMP1 en el escalón 1, para energizar la bobina de
relé BR1. Esto cierra los contactos de relé BR1-A y BR1-B. El contacto BR1-B
en el escalón 2 ocasiona que el solenoide SOL-A y la luz indicadora L1 se
energicen. Esto ocasiona que la válvula direccional cambie a la posición de
flechas rectas y extienda el vástago del cilindro. El contacto BR1-A en el
escalón 1 provee otra trayectoria en paralelo con el contacto BP1 para que la
corriente fluya a la bobina de relé BR1, y es llamado un contacto de retención,
o contacto cerrado.
c. Cuando el botón pulsador BP1 es liberado, como se ilustra en la Figura 2-16 c),
la corriente continua fluyendo a la bobina de relé BR1 a través de la trayectoria
alterna proporcionada por el contacto de retención BR1-A cerrado. Por lo tanto,
el solenoide SOL-A permanece energizado y el vástago del cilindro continua
extendiéndose en su carrera completa.
d. Cuando el vástago del cilindro se extiende completamente, el interruptor
magnético de proximidad IMP1 es activado por el pistón magnético dentro del
cilindro. Esto es ilustrado en la Figura 2-16 d). Esto abre el contacto NC IMP1 en
el escalón 1, desenergizando la bobina de relé BR1. Esto ocasiona que el
contacto de relé BR1-B en el escalón 2 se abra, desenergizando el solenoide
SOL-A y la luz indicadora L1. Esto ocasiona que la válvula direccional regrese
a la condición de flechas cruzadas y que retracte el cilindro. Cuando el vástago
del cilindro está completamente plegado, se detiene y espera a que el operador
inicie otro ciclo.
Interruptores magnéticos de proximidad
En el circuito descrito arriba, el automático reversible del cilindro es logrado
utilizando la señal eléctrica proporcionada por un interruptor magnético de
proximidad para cambiar una válvula direccional cuando el vástago del cilindro se
extiende completamente. Los interruptores magnéticos de proximidad son
ampliamente utilizados en los sistemas hidráulicos industriales para sentir la
posición del pistón del cilindro. Pueden ser fácil y rápidamente montados en
cualquier lugar dentro del margen de desplazamiento del pistón.
Su Equipo Didáctico en Hidráulica incluye dos interruptores magnéticos de
proximidad del tipo de Lámina. Como lo muestra la Figura 2-17, cada interruptor
consta de dos láminas mecánicas (puntos de contacto) que se abren y se cierran
tocando y separando, y de una bobina de relé interna controlando un juego de
contactos NA y NC del tipo unipolar de dos vías (UPDV). Las terminales + y en la
23
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
parte superior del interruptor deben ser conectadas a una fuente de alimentación de
cc de 24-V. Las otras tres terminales proveen acceso a los contactos UPDV.
Figura 2-17. Interruptor magnético de proximidad del tipo de láminas con contactos UPDV.
Cuando el pistón magnético del cilindro se acerca a la proximidad del interruptor, el
campo magnético atrae entre si las láminas del interruptor permitiendo que la
corriente fluya de la terminal + del interruptor para energizar la bobina de relé
interna. Esto ocasiona que los contactos UPDV del interruptor se activen. El
contacto NA se cierra mientras que el contacto NC se abre.
Cuando el pistón magnético se aleja del interruptor, las láminas del interruptor se
separan nuevamente, desenergizando la bobina de relé. Esto ocasiona que los
contactos del interruptor regresen a su estado normal desactivado.
Resumen del procedimiento
En este ejercicio, ensamblará y evaluará el sistema de reciprocidad de un ciclo
descrito en la sección de PRINCIPIOS del ejercicio.
– En la primera parte del ejercicio, sujetará el cilindro de diámetro interior de
3,8-cm (1,5-pulg.) en la superficie de trabajo y montará un interruptor magnético
de proximidad al final de su carrera de extensión.
24
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
– En la segunda parte del ejercicio, verificará que el circuito de control eléctrico
opere apropiadamente. El propósito de esta verificación es aislar problemas tales
como errores de cableado en una manera sistemática, controlada antes de
activar la fuente de alimentación hidráulica. La verificación del circuito de control
eléctrico es particularmente importante cuando se trabaja en los sistemas
hidráulicos controlados eléctricamente porque las funciones ejecutadas por este
circuito pueden no ser fácilmente aparentes para el operador, y el movimiento
impredecible del cilindro puede ocurrir en cualquier momento.
– En la tercera parte del ejercicio, usted verificará la operación del sistema.
EQUIPO REQUERIDO
Consulte la Gráfica de utilización del equipo, en el Apéndice A de este manual, para
obtener la lista del equipo requerido para realizar este ejercicio.
PROCEDIMIENTO
Instalación del sistema
G
1. Obtenga el cilindro de diámetro interior de 3,8-cm (1,5-pulg.) de su
ubicación de almacenamiento. Sujete el cilindro a la superficie de trabajo.
Conecte los dos puertos del cilindro al puerto de la línea de retorno de la
fuente de alimentación hidráulica a través de un colector.
G
2. Obtenga un interruptor magnético de proximidad de su ubicación de
almacenamiento. Monte el interruptor en el cilindro de diámetro interior de
3,8-cm (1,5-pulg.) para que el interruptor esté activado cuando el vástago
del cilindro esté completamente extendido. Para hacerlo, ejecute los
siguientes pasos:
–
Retracte manualmente por completo el vástago del cilindro.
–
Afloje el tornillo opresor en el interruptor magnético de proximidad hasta
que la abrazadera esté lo suficientemente suelta para deslizarse sobre
el vástago del cilindro. Posicione el interruptor en el extremo vástago
del cilindro, después ajuste el tornillo opresor.
–
Conecte el circuito mostrado en la Figura 2-18. Note que el interruptor
magnético de proximidad, IMP1, debe estar cableado normalmente
abierto. También, note que el interruptor + y las terminales deben
estar conectadas a las terminales de la fuente de alimentación de cc de
24-V.
–
Active la fuente de alimentación de cc de 24-V. La lámpara piloto L1
debe estar desactivada, indicando que el Interruptor magnético de
proximidad está desactivado.
–
Extienda manualmente el vástago del cilindro por completo. La lámpara
piloto L1 debe ahora estar activada, indicando que el interruptor
magnético de proximidad está activado. Si la L1 está desactivada, afloje
25
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
–
el tornillo opresor en el interruptor y vuelva a posicionar el interruptor
hasta que la L1 se active. Después, ajuste el tornillo opresor.
Cuando haya terminado, retracte el vástago del cilindro completamente.
Desactive la fuente de alimentación de cc de 24-V.
Nota: Si el vástago del cilindro no puede ser extendido y plegado
manualmente, el estudiante tendrá que accionar el vástago del
cilindro hidráulicamente. Para hacerlo, desconecte los dos
puertos del cilindro del puerto de la línea de retorno de la fuente
de alimentación hidráulica, después conecte un circuito de
reciprocidad del cilindro simple utilizando una válvula direccional
accionada por palanca (N/P 6320) y la válvula de alivio
(N/P 6322). Con la presión de la válvula de alivio ajustada al
mínimo (perilla girada completamente en el sentido contrario al
de las manecillas del reloj), active la fuente de alimentación
hidráulica. Ejecute los pasos de arriba para posicionar el
interruptor de fin de carrera, utilizando la palanca de la válvula
direccional para extender y retractar el vástago. Cuando el
interruptor este correctamente posicionado, desactive la fuente
de alimentación hidráulica y desconecte las mangueras, después
proceda con el ejercicio.
Figura 2-18. Montaje de un interruptor magnético de proximidad en el extremo vástago del cilindro
de diámetro interior de 3,8-cm (1,5-pulg.).
26
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
G
3. Desconecte el circuito y almacene todas las mangueras y cables de
conexión eléctricos.
G
4. Conecte el sistema de reciprocidad de un ciclo mostrado en la Figura 2-19.
Conforme haga esto, sea cuidadoso de no modificar la instalación del
cilindro y del interruptor magnético de proximidad (IMP1). Note que el IMP1
está ahora por ser cableado normalmente cerrado. Las terminales + y de
este interruptor están por ser conectadas a las terminales correspondientes
de la fuente de alimentación de cc de 24-V.
Nota: El solenoide de la válvula direccional no está polarizada,
lo cual significa que no importa qué terminal del solenoide está
conectada al contacto de relé BR1-B y qué terminal del solenoide
está conectada a la terminal de la fuente de alimentación de cc
de 24-V. De cualquier forma, el solenoide aun se energizará y
cambiará la bobina de la válvula.
27
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
Figura 2-19. Diagrama esquemático de un sistema de reciprocidad de un ciclo.
28
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
Evaluación de un circuito de control eléctrico
G
5. Active la fuente de alimentación de cc de 24-V. No active la fuente de
alimentación hidráulica todavía.
G
6. Presione momentaneamente el botón pulsador BP1. Si el circuito funciona,
la lámpara piloto L1 debe activarse para indicar que el solenoide SOL-A de
la válvula direccional está energizado. ¿Es esta su observación?
G Sí
G
7. Verifique que el solenoide SOL-A de la válvula direccional esté energizado.
Obtenga su multímetro de su ubicación de almacenamiento y configurelo
para leer voltios de cc. Conecte las puntas de prueba del multímetro a
través de las terminales + y del solenoide. La lectura del voltaje en el
multímetro debe ser aproximadamente de 24 V, indicando que el solenoide
está energizado. ¿Lee 24 el multímetro?
G Sí
G
G No
8. Deje las puntas de prueba del multímetro conectadas a través del
solenoide. Desactive la fuente de alimentación de cc de 24-V. Remueva el
cableado eléctrico conectando el contacto del interruptor NC IMP1 al lado
+ de la bobina de relé BR1. Esto simulará la activación del Interruptor
magnético de proximidad IMP1. Active la fuente de alimentación de cc.
Debe observar que la luz indicadora L1 está desactivada y que el voltaje a
través del solenoide sea 0 V. ¿Está desactivada la luz indicadora L1 y la
lectura del voltaje es 0 V?
G Sí
G
G No
G No
9. Cuando todas las condiciones de arriba son conocidas, el circuito de control
eléctrico es operacional. Desactive la fuente de alimentación de cc de 24-V.
Vuelva a conectar el contacto del interruptor NC IMP1 al lado de la bobina
de relé BR1, como lo muestra la Figura 2-19. Active la fuente de
alimentación de cc de 24-V, después proceda a la siguiente parte del
ejercicio.
¡ADVERTENCIA!
No proceda con el ejercicio si no se ha alcanzado ninguno
de los requerimientos de arriba. Mejor desactive la fuente de
alimentación de cc de 24-V y verifique las conexiones del
circuito, después active la fuente de alimentación de cc de
y evalúe la operación del circuito.
29
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
Evaluación del sistema de reciprocidad de un ciclo
G 10. Antes de iniciar la fuente de alimentación hidráulica realice el siguiente
procedimiento de iniciación:
a. Asegúrese de que las mangueras hidráulicas estén firmemente
conectadas.
b. Verifique el nivel de aceite en el depósito de la fuente de alimentación
hidráulica. El aceite debe cubrir, pero no rebasar, la línea negra de
arriba del indicador de nivel de temperatura/aceite en la fuente de
alimentación hidráulica. Agregue aceite si es requerido.
c. Use lentes de seguridad.
d. Asegúrese de que el interruptor de potencia en la fuente de
alimentación hidráulica esté colocado en la posición DESACTIVADO.
Conecte el cable de la potencia de la fuente de alimentación hidráulica
dentro de la toma de corriente de ca.
e. Abra completamente la válvula de alivio girando completamente su
perilla de ajuste en el sentido contrario al de las manecillas del reloj.
¡ADVERTENCIA!
Asegúrese de que los componentes y cables de conexión
eléctricos y no estén colocados en una posición donde se
acuñen o confinen entre las partes rígidas del equipo
didáctico cuando el vástago del cilindro se extienda, porque
el operador puede lesionarse o el equipo se puede dañar.
G 11. Active la fuente de alimentación hidráulica.
G 12. Con el solenoide de la válvula direccional desenergizada, la válvula está en
la condición de flechas cruzadas y el aceite de la bomba está dirigido al
extremo vástago del cilindro. Ya que, sin embargo, el vástago del cilindro
está completamente plegado, el aceite bombeado está bloqueado en el
pistón del cilindro y está ahora siendo forzado a través de la válvula de
alivio. Ajuste la perilla de ajuste de la válvula de alivio para que la presión
del sistema en el manómetro A sea 1400 kPa (200 psi).
G 13. Inicie el ciclo del cilindro presionando momentaneamente el botón
pulsador BP1. Registre abajo lo que hace el vástago del cilindro.
G 14. ¿Se cicla el vástago del cilindro más de una vez o se detiene después de
un ciclo?
30
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
G 15. Inicie otro ciclo presionando momentaneamente el BP1. ¿Es la retracción
automática cuando el vástago del cilindro se extiende completamente?
¿Por qué? Explíquelo consultando el diagrama en escalera en la sección
eléctrica de la Figura 2-19.
G 16. Inicie otro ciclo presionando momentaneamente el BP1. ¿Continua el
cilindro extendiéndose cuando libera el BP1? ¿Por qué? Explíquelo
consultando el diagrama en escalera en la sección eléctrica de la
Figura 2-19.
G 17. ¿Qué le sucedería a la operación del circuito si el contacto de relé BR1-A
en el escalón 1 fuera removido? ¿Podría todavía extender el cilindro?
Explique.
G 18. Desactive la fuente de alimentación hidráulica. Abra completamente la
válvula de alivio girando completamente su perilla de ajuste en el sentido
contrario al de las manecillas del reloj.
G 19. Desactive la fuente de alimentación de cc de 24-V y el multímetro.
G 20. Desconecte y almacene todas las mangueras y cables de conexión
eléctricos. Limpie cualquier residuo de aceite hidráulico.
G 21. Remueva y almacene todo componente hidráulico y eléctrico. Limpie
cualquier residuo de aceite hidráulico.
G 22. Limpie cualquier aceite hidráulico del piso y del equipo didáctico.
Deshágase apropiadamente de cualquier toalla o pedazo de tela para
limpiar el aceite.
31
Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente
CONCLUSIÓN
En este ejercicio, evaluó la operación de un sistema de reciprocidad de un ciclo.
Observó que un cilindro puede hacerse para retractarse automáticamente utilizando
un interruptor magnético de proximidad. Aprendió que un contacto de relé puede ser
utilizado para mantener un circuito cerrado a una carga de salida, permitiendo que
un botón pulsador actue como un interruptor de contacto mantenido.
También aprendió que es buena práctica evaluar el circuito de control eléctrico antes
de poner todo el sistema en operación. Esto es particularmente importante cuando
trabaja en sistemas hidráulicos controlados eléctricamente ya que las funciones
realizadas por un circuito de control puede no ser aparentes fácilmente para el
operador, y un movimiento impredecible puede ocurrir en cualquier momento.
PREGUSTAS DE REVISIÓN
1. ¿Qué significa «reciprocidad de un ciclo»?
2. ¿Cuál es el propósito de un interruptor magnético de proximidad en un sistema
de reciprocidad de un ciclo?
3. En el diagrama en escalera de la Figura 2-19, ¿cuál es el propósito del contacto
de retención BR1-A en el escalón 1 de la escalera? Explique.
4. ¿Qué hará el vástago del cilindro en el sistema de la Figura 2-19 si el contacto
NC IMP1 en el escalón 1 de la escalera es cambiado por un contacto NA? Explique.
5. ¿Qué hará el vástago del cilindro en el sistema de la Figura 2-19 si el contacto
NA BR1-B en el escalón 2 de la escalera es cambiado por un contacto NC? Explique.
32
Muestra extraída del
manual del estudiante
Aplicaciones de hidráulica – PLC
Ejercicio
6
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico
OBJETIVO DEL EJERCICIO
•
Conectar y evaluar un sistema hidráulico controlado por PLC que hace girar a un
motor 1000 vueltas y después alterna un cilindro 10 veces.
DISCUSIÓN
El conteo de ciclos de un actuador hidráulico es requerido cuando una porción del
sistema debe ser activada o desactivada después de que un actuador ha
completado un número definido de ciclos. Una aplicación típica es una máquina
automatizada de empaque que apila y cuenta los artículos de producción en grupos.
El método usual es que un cilindro se extienda y retracte continuamente, levantando
y apilando un artículo en cada ciclo, y que un contador cuente el número de ciclos
que ha realizado el cilindro. Cuando el conteo requerido es alcanzado, una señal de
interrupción causa que otro cilindro aparte lo apilado.
El conteo de ciclos del actuador hidráulico también es requerido para la planeación
del mantenimiento de la máquina. El PLC lo tiene informado de cuando cada parte
de la máquina debe ser reemplazada basada en el número de artículos que
manufactura.
Las instrucciones del contador del PLC son apropiadas para contar el número de
ciclos del contador realizados por un actuador. Permiten el monitoreo automático de
las máquinas de producción a porcentajes más altos de eficiencia.
Resumen del procedimiento
En este ejercicio conectará un sistema hidráulico controlado por PLC que hace girar
a un motor 1000 vueltas y después alterna un cilindro 10 veces.
EQUIPO REQUERIDO
Consulte la Gráfica de utilización del equipo, en el Apéndice A de este manual, para
obtener la lista del equipo requerido para realizar este ejercicio.
PROCEDIMIENTO
G
1. Obtenga el motor hidráulico y el volante de inercia de peso ligero de su área
de almacenamiento. Instale el volante de inercia dentro del eje del motor y
ajuste el tornillo opresor. Asegúrese de que el tornillo opresor esté
completamente atornillado en su orificio.
35
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico
¡ADVERTENCIA!
Asegúrese de que el volante de inercia esté firmemente
sujetado al eje del motor.
36
G
2. Obtenga el interruptor fotoeléctrico de reflexión difusa de su área de
almacenamiento y sujételo a la superficie de trabajo. Coloque el motor
hidráulico en frente del interruptor fotoeléctrico de reflexión difusa a una
distancia de 10 cm/4 en (2 hileras de perforaciones) de éste, alinie el eje del
motor con el haz del interruptor. Sujete el motor en su lugar.
G
3. Conecte el sistema hidráulico controlado por PLC mostrado en la
Figura 6-1. Monte los interruptores magnéticos de proximidad IMP1 y IMP2
de manera que se activen cuando el vástago del cilindro se extienda y
retracte completamente, como lo muestra la Figura 6-1 a).
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico
Figura 6-1. Sistema hidráulico controlado por PLC a conectar.
G
4. Introduzca su programa en escalera del PLC en la Figura 6-2.
37
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico
Figura 6-2. Programa en escalera del PLC usado para hacer girar un motor 1000 vueltas y
después alternar un cilindro 10 veces.
38
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico
G
5. Antes de iniciar la fuente de alimentación hidráulica, realice el siguiente
procedimiento de inicio:
a. Asegúrese de que las mangueras hidráulicas estén conectadas
firmemente.
b. Verifique el nivel de aceite del depósito de la fuente de alimentación
hidráulica. El aceite debe cubrir, pero no rebasar la línea negra sobre
el indicador de temperatura/aceite en la fuente de alimentación
hidráulica. Agregue aceite si se requiere.
c. Use lentes de seguridad.
d. Abra completamente la válvula de alivio girando su perilla de ajuste
completamente en el sentido contrario al de las manecillas del reloj.
¡ADVERTENCIA!
Asegúrese de que los cables y componentes eléctricos no
estén colocados en una posición donde se acuñen o
confinen entre partes rígidas del equipo didáctico cuando el
vástago del cilindro se extienda o el motor gire, porque el
equipo didáctico se puede dañar.
G
6. Cierre completamente la válvula secuencial.
G
7. Active la fuente de alimentación hidráulica. Después, active la fuente de
alimentación de cc de 24-V.
G
8. Ajuste la presión máxima del sistema a 3500 kPa (500 psi).
G
9. Ajuste la presión de operación de la válvula secuencial a 1700 kPa
(250 psi).
G 10. Evalue la operación del sistema, usando los siguientes pasos de
verificación:
a. Presione momentaneamente el botón pulsador de INICIO, BP1. El
motor debe empezar a girar, mientras el vástago del cilindro debe
permanecer inmóvil.
b. Monitoree la instrucción del contador del PLC C:0 en el escalón 3 de la
escalera. Cuando el valor acumulado del contador alcanza 1000, el
motor se debe detener, mientras el vástago del cilindro debe empezar
a reciprocar (extender o retractar).
c. Cuando el vástago del cilindro ha reciprocado 10 veces, se debe
detener en la posición completamente plegada, permitiendo que un
nuevo ciclo sea iniciado.
No proceda con el ejercicio si cualquiera de las condiciones de arriba no fue
alcanzada. En lugar de eso verifique las conexiones del circuito y el
39
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico
programa del PLC. Realice las modificaciones requeridas, después
verifique que el sistema opere correctamente.
G 11. Cicle el sistema unas cuantas veces y monitoree el programa del PLC
conforme es ejecutado. ¿Qué causa que el motor empiece a girar cuando
BP1 es presionado? Explíquelo consultando el programa en escalera del
PLC en la Figura 6-2.
G 12. ¿Qué causa que la instrucción del contador C:0 en el escalón 3 incremente
su valor acumulado cuando el motor gira? Explique.
G 13. ¿Qué causa que el motor se detenga y que el vástago del cilindro empiece
a reciprocar cuando el valor acumulado de la instrucción del contador C:0
alcance 1000? Explique.
G 14. ¿Qué causa que la instrucción del contador C:1 en el escalón 8 incremente
su valor acumulado cada vez que el vástago del cilindro se extiende
completamente?
G 15. ¿Qué causa que el vástago del cilindro se detenga en la posición
completamente plegada después de que ha reciprocado 10 veces?
Explique.
40
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico
G 16. Inicie el sistema presionando BP1, después presione BP2 mientras el motor
está girando. ¿El motor se detiene inmediatamente cuando BP2 es
presionado? ¿Por qué?
G 17. Inicie el sistema presionando BP1, después presione BP2 mientras el
vástago del cilindro se está extendiendo y a media carrera. ¿El vástago se
regresa a la posición INICIAL (completamente plegada) antes de
detenerse? ¿Por qué?
G 18. Dibuje en la Figura 6-3 el diagrama de cronometraje del sistema.
Figura 6-3. Diagrama de cronometraje para el sistema hidráulico controlado por PLC.
41
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico
G 19. Modifique su programa del PLC para que el sistema opere como sigue:
–
–
–
Presionando el botón pulsador de INICIO causa que el vástago del
cilindro empiece a reciprocar, mientras el motor permanece detenido.
Cuando el vástago ha reciprocado 10 veces, éste se detiene, mientras
el motor empieza a girar.
Cuando el motor ha girado 1000 vueltas, se detiene y el sistema queda
listo para un nuevo ciclo.
Dibuje el programa modificado en la Figura 6-4. Introduzca su programa y
evalúe la operación del sistema.
G 20. Cuando haya terminado, desactive la fuente de alimentación hidráulica, el
PLC, y la fuente de alimentación de cc de 24-V. Desactive la computadora
principal, si la hay.
G 21. Desconecte todas las mangueras y cables eléctricos. Remueva todos los
componentes de la superficie de trabajo. Regrese todas las mangueras,
cables, y componentes a su área de almacenamiento.
42
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico
Figura 6-4. Nuevo programa modificado.
CONCLUSIÓN
En este ejercicio, conectó un sistema hidráulico controlado por PLC que hace girar
a un motor 1000 vueltas y después recíproca un cilindro 10 veces. Observó que la
instrucción del contador del PLC es incrementada para las transiciones del escalón
de falso a verdadero del escalón del contador. Estas transiciones del escalón son
causadas por eventos ocurridos en el sistema, tal como un pistón de cilindro pistón
desplazándose más allá de un interruptor magnético de proximidad o de un volante
de inercia activando un interruptor fotoeléctrico. Después de que un número de
43
Conteo de ciclos de un actuador hidráulico
eventos ha ocurrido, el bit de terminación del contador se activa, el cual activa o
desactiva un solenoide de válvula direccional.
PREGUNTAS DE REPASO
1. ¿Cuándo es el conteo de ciclos del actuador hidráulico requerido?
2. Describa la aplicación típica hidráulica donde es requerido el conteo de ciclos
del actuador.
3. ¿Cómo puede ser usada la instrucción del contador del PLC para activar un
solenoide de válvula direccional después de que un cilindro ha reciprocado un
número definido de veces?
4. En el programa en escalera del PLC en la Figura 6-2, ¿qué propósito es servido
por la instrucción del contacto N. C. C:0 en el escalón 3?
5. En el programa en escalera del PLC en la Figura 6-2, ¿qué propósito es servido
por la instrucción del contacto N. C. B:0 en el escalón 4?
44
Otra muestra extraída del
manual del estudiante
Control eléctrico
de los sistemas hidráulicos
Examen de la unidad
1. De acuerdo con la Ley de Ohm,
a.
b.
c.
d.
la caída de voltaje es igual a la corriente multiplicada entre la resistencia;
la corriente es igual a la caída de voltaje dividida entre la resistencia;
la resistencia es igual a la caída de voltaje dividida por la corriente;
Todas las de arriba.
2. Si la corriente fluyendo a través del solenoide de la válvula direccional es 2 A
y la caída de voltaje a través del solenoide es 10 V, entonces la potencia
consumida por el solenoide es
a.
b.
c.
d.
40 W
200 W
20 W
5W
3. ¿Cuál de las siguientes es la forma correcta de medir la corriente fluyendo a
través de un componente?
a. Conectar un voltímetro o multímetro en modo voltímetro a través de las
terminales del componente y después activar la fuente de alimentación de
cc.
b. Conectar un óhmetro o multímetro colocado en modo óhmetro en serie con
el componente con la fuente de alimentación de cc de desactivada.
c. Conectar un amperímetro o multímetro colocado en modo amperímetro en
serie con el componente y después desactivando la fuente de alimentación
de cc.
d. Conectar un amperímetro o multímetro en modo amperímetro en serie con
el componente y después activando la fuente de alimentación de cc.
4. Si el voltaje a través de un componente es 12 V y la corriente fluyendo a través
del componente es 2 A, entones la resistencia del componente es
a.
b.
c.
d.
24 ȍ
6ȍ
48 ȍ
4ȍ
5. ¿Cuál de las siguientes es una regla general para dibujar diagramas en
escalera?
a. Las líneas verticales en los lados izquierdo y derecho del diagrama
representan las terminales + y de la fuente de alimentación.
b. Las cargas de salida son dibujadas en el lado derecho del diagrama en
escalera.
c. Cada dispositivo en el diagrama en escalera debe ser identificado con una
abreviatura representativa.
d. Todas las de arriba.
47
Examen de la unidad (cont.)
6. ¿Qué sucede cuando la bobina de un relé de control es energizada?
a. Los contactos de relé NA se abren, mientras los contactos relé NC se
cierran;
b. Los contactos de relé son regresados a su estado normal por un resorte;
c. La bobina se quema;
d. Los contactos NA se cierran, mientras los contactos NC se abren.
7. En un escalón de la escalera que contenga dos contactos del interruptor NC en
serie, ¿cuál es la condición requerida para que la carga de salida se energice?
a.
b.
c.
d.
Ambos interruptores deben ser desactivados.
Uno de los interruptores debe ser activado.
Uno de los interruptores debe ser desactivado.
Ambos interruptores deben ser activados.
8. Al crear un circuito de retención de relé
a. mantiene un circuito cerrado a la carga de salida antes de que el botón
pulsador de INICIO sea presionado.
b. mantiene un circuito cerrado a la carga de salida después de que el botón
pulsador de INICIO es liberado.
c. mantiene un circuito abierto para la carga de salida después de que el
botón pulsador de INICIO sea liberado.
d. mantiene un circuito abierto para la carga de salida antes de que el botón
pulsador de INICIO sea presionado.
9. Reciprocidad de un ciclo significa que cuando es iniciado por un operador, el
vástago del cilindro
a.
b.
c.
d.
se extiende completamente y luego se detiene.
se extiende y retracta dos veces.
se extiende y retracta una vez.
se extiende y retracta indefinidamente.
10. El automático invertido de un cilindro puede ser logrado utilizando la señal
eléctrica proporcionada por un dispositivo sensible tal como un
a.
b.
c.
d.
48
Interruptor de fin de carrera mecánico;
Interruptor magnético de proximidad;
Interruptor fotoeléctrico;
Todos los de arriba.
Muestra extraída de la
guía del professor
Fundamentos de hidráulica
Fundamentos de hidráulica
EJERCICIO 2-1 LIMITACIÓN DE PRESIÓN
RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DEL PROCEDIMIENTO
G
3. El Manómetro A debe indicar entre 200 y 700 kPa (entre 30 y 100 psi).
G
4. El Manómetro A debe indicar aproximadamente 2900 kPa (420 psi) @
38(C (100(F).
G
5. Por que la compresión del resorte hace que la trayectoria del flujo del aceite
proporcionado por la Válvula de alivio más restrictiva, a fin de que la bomba
deba aplicar más presión se doblegue ante la resistencia.
G
6. No. Tan pronto como la configuración de presión de la Válvula de alivio se
vuelva más alta que 6200 kPa (900 psi), la Válvula de alivio principal dentro
de la Fuente de alimentación hidráulica, que está configurada a 6200 kPa
(900 psi), proporciona una trayectoria de menos resistencia, a fin de que
todo el aceite bombeado pase a través de esta trayectoria.
G
8. La válvula empezará a abrirse a alrededor de los 3000 kPa (440 psi).
G 14. El Manómetro A debe indicar aproximadamente 500 kPa (75 psi) @ 38(C
(100(F).
G 15. Aproximadamente 1400 kPa (200 psi).
G 18. El Manómetro A debe indicar aproximadamente 300 kPa (40 psi) @ 38(C
(100(F).
G 19. Aproximadamente 2100 kPa (300 psi).
G 22. Durante la extensión del cilindro, el Manómetro A mostró la presión
necesaria para doblegar la resistencia de los sellos del pistón y que el
aceite fluyendo de nuevo al depósito. La presión no cambia por que estas
resistencias no son afectadas por las configuraciones de la Válvula de
alivio.
G 23. La presión del circuito aumenta cuando el cilindro está completamente
extendido por que la resistencia del cilindro se vuelve muy alta. El
movimiento adicional requeriría el vástago del pistón haga “estallar” el
cilindro. La presión del sistema en este punto es determinada por la Válvula
51
Fundamentos de hidráulica
de alivio que permite a todo el aceite proveniente de la bomba regresar
directamente al depósito.
RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE REPASO
1. Limitar la máxima presión del sistema.
2. Estas dos Válvulas de alivio son idénticas. Ambas son utilizadas para limitar la
presión del sistema máxima. Sin embargo, la Válvula de alivio principal en la
Fuente de alimentación hidráulica es configurada de fábrica a una presión más
alta que la Válvula de alivio secundaria proporcionada con el Equipo didáctico
de Hidráulica. Es utilizada como un dispositivo de seguridad adicional para
respaldar la Válvula de alivio secundaria. No debe usarse para reajustar o
forzar.
3. Una Válvula de alivio accionada por piloto.
4. La Válvula de alivio será ineficaz por que no limitará la presión del sistema. La
presión del sistema se elevará a la configuración de presión de la Válvula de
alivio principal, si la hay. De otro modo, la presión se elevará hasta que el aceite
se filtre de las conexiones de la manguera o el motor de la bomba se atasque.
5. La presión de apertura es la presión mínima requerida para “abrir” una Válvula
de alivio y que empiece a fluir a través de ésta.
6. Durante la extensión del cilindro. El Manómetro A debería indicar 600 kPa
(85 psi). Una vez que el cilindro esté completamente extendido, la presión del
sistema debería elevarse a 6900 kPa (1000 psi) en lugar de 3400 kPa (500 psi).
EJERCICIO 2-2 PRESIÓN Y FUERZA
RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DEL PROCEDIMIENTO
G
1. Unidades S.I.:
Unidades inglesas:
G
52
2. Af = 11.4 cm2 (1.77 in2)
Fundamentos de hidráulica
G
3.
PRESIÓN APLICADA EN EL
ÁREA COMPLETA DEL
PISTÓN
FUERZA TEÓRICA DEL
CILINDRO
FUERZA REAL DEL
CILINDRO
3500 kPa (500 psi)
3990 N (885 lb)
3750 N (850 lb)
2800 kPa (400 psi)
3192 N (708 lb)
3000 N (675 lb)
2100 kPa (300 psi)
2394 N (531 lb)
2250 N (510 lb)
Tabla 2-2. Fuerza del cilindro contra presión.
G 14. Las fuerzas reales pueden ser un poco menos que las fuerzas teóricas por
la caída de presión a lo largo de los conectores y la precisión a razón del
resorte. Sin embargo, los valores reales y teóricos deben estar dentro del
20% de cada uno de los otros.
G 15. La fuerza se incrementa conforme la presión se incrementa.
G 17. El lado lleno del pistón.
G 18. El vástago del cilindro se extenderá.
G 21. El vástago del cilindro debería moverse hacia el lado del vástago
(extendido) debido a que la fuerza generada en el lado del vástago del
pistón es más bajo que la fuerza generada en el lado de la cubierta. La
diferencia en fuerza es ocasionada por la diferencia en el área efectiva de
los dos lados del pistón. El área del pistón disponible para la que presión
actúe en su más baja en el lado del vástago debido a que el vástago del
cilindro cubra una porción del pistón.
G 24. El Manómetro B indicará la presión en sumo grado. Debido a que Af es
mayor que Aa, Pa debe ser mayor que Pf para que la ecuación
Pf x Af = Pa x Aa sea verdadera.
53
Fundamentos de hidráulica
G 25.
PARTE A
PRESIÓN DE
ENTRADA APLICADA
EN EL ÁREA DEL
PISTÓN LLENO
PARTE B
PRESIÓN DE
ENTRADA APLICADA
EN EL ÁREA
ANULAR
PRESIÓN DE
ENTRADA EN EL
MANÓMETRO A
(Pf)
PRESIÓN DE SALIDA
EN EL MANÓMETRO B
(Pa)
PROPORCIÓN DE
PRESIÓN DE
ENTRADA/SALIDA
(Pf/Pa)
1400 kPa (200 psi)
1800 kPa (260 psi)
0,77
2100 kPa (300 psi)
2800 kPa (400 psi)
0,75
PRESIÓN DE
ENTRADA EN EL
MANÓMETRO A (Pa)
PRESIÓN DE SALIDA
EN EL MANÓMETRO B
(Pf)
PROPORCIÓN DE
PRESIÓN DE
ENTRADA/SALIDA
(Pa/Pf)
400 kPa (200 psi)
800 kPa (110 psi)
1,82
100 kPa (300 psi)
1100 kPa (160 psi)
1,88
RECIPROCIDAD
DEL ÁREA
PROPORCIONAL
(Aa/Af)
0,61
RECIPROCIDAD
DE LA
PROPORCIÓN
DEL ÁREA (Af/Aa)
1,64
Tabla 2-3. Distribución de presión en el cilindro de la Figura 2-20.
G 29. El Manómetro A indicará la mayor presión. Esto es porque las presiones en
los lados del vástago y de la cubierta aumentarán hasta que las fuerzas
ejercidas en ambos lados del pistón sean exactamente iguales. Debido a
que el pistón anular es más pequeño que el área del pistón total, la presión
anular requerida debe ser más grande que la presión del área total para
obtener el equilibrio de las fuerzas.
G 35. En teoría, la proporción de presión de entrada/salida debe ser igual a la
reciprocidad de la proporción del área. Sin embargo, los valores medidos
pueden diferir ligeramente debido a que la caída de presión a lo largo de las
mangueras y los conectores.
G 43. Aproximadamente 2200 kPa (320 psi).
G 46. Unidades S.I.:
Unidades inglesas:
54
Fundamentos de hidráulica
RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE REPASO
1. Unidades S.I.:
Unidades inglesas:
2.
3. Unidades S.I.:
La fuerza requerida es:
Por lo tanto,
Unidades inglesas:
La fuerza requerida es:
Por lo tanto,
4.
Unidades S.I.:
55
Fundamentos de hidráulica
Unidades inglesas:
5.
Unidades S.I.:
Unidades inglesas:
EJERCICIO 2-3 RAZÓN DE FLUJO Y VELOCIDAD
RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE PROCEDIMIENTO
G
1. Unidades S.I.:
Unidades inglesas:
G
9. Si.
G 10. Si.
G 11. Durante la retracción del vástago, el aceite proveniente del extremo émbolo
del cilindro es pasado por un lado al depósito a través de la válvula de
56
Fundamentos de hidráulica
retención dentro de la Válvula de control de flujo. Por lo tanto, el tiempo de
retracción es determinada por el flujo de la bomba total, y no por la
configuración de la Válvula de control de flujo.
G 14.
RAZÓN DE
FLUJO PARA EL
CILINDRO
TIEMPO
TEÓRICO DE
LA EXTENSIÓN
TIEMPO REAL
DE LA
EXTENSIÓN
MANÓMETRO
A
MANÓMETRO
B
ǻP
(MANÓMETRO A MANÓMETRO B)
1,5 l/min
[,40 gal(US)/min]
4,6 s
4,6 s @ 38(C
(100(F)
1900 kPa
(280 psi)
100 kPa
(15 psi)
1800 kPa (265 psi)
2.0 l/min
[,53 gal(US)/min]
3,5 s
3,5 s @ 38(C
(100(F)
1800 kPa
(260 psi)
100 kPa
(15 psi)
1700 kPa (245 psi)
2,5 l/min
[,66 gal(US)/min]
2,8 s
2,8 s @ 38(C
(100(F)
1700 kPa
(240 psi)
100 kPa
(15 psi)
1600 kPa (225 psi)
Tabla 2-5. Datos del circuito de control de flujo con regulación de entrada.
G 17. Los tiempos de la extensión teórica y actual deben estar dentro del 10% el
uno del otro. Si los tiempos de extensión real son mayores que los tiempos
teóricos, esto es probable debido a que las razones de flujo requerido para
este experimento fueron ajustadas a una temperatura inferior a 38(C
(100(C). El Caudalímetro del equipo didáctico está diseñado para leer con
exactitud la razón de flujo a 38(C (100(F). Bajo esta temperatura, el aceite
es más espeso, colocando presión extra en las piezas internas del
Caudalímetro y ocasionando que la lectura del Caudalímetro sea
ligeramente más alta que la razón de flujo real.
G 18. La velocidad del vástago disminuye conforme la razón de flujo disminuye.
G 20. Conforme la apertura de la válvula es incrementada, la caída de presión
disminuye debido a que la resistencia de la válvula al flujo de aceite
disminuye. Esto incrementa el flujo al cilindro y disminuye el flujo a la
Válvula de alivio.
G 26. Si.
G 27. No.
57
Fundamentos de hidráulica
G 29.
RAZÓN DE FLUJO
DESDE EL
CILINDRO
TIEMPO DE
EXTENSIÓN
MANÓMETRO
A
MANÓMETRO
B
ǻP (MANÓMETRO A MANÓMETRO B)
1,5 l/min
[,40 gal(US)/min]
4,0 s @ 38(C
(100(F)
2100 kPa
(300 psi)
0 kPa (0 psi)
2100 kpa (300 psi)
2,0 l/min
[,53 gal(US)/min]
3,1 s @ 38(C
(100(F)
2000 kPa
(290 psi)
0 kPa (0 psi)
2000 kPa (290 psi)
2,5 l/min
[,66 gal(US)/min]
2,4 s @ 38(C
(100(F)
1900 kPa
(280 psi)
0 kPa (0 psi)
1900 kPa (280 psi)
Tabla 2-6. Datos del circuito de control de flujo con regulación de salida.
G 33. Conforme la apertura de la válvula es incrementada, la caída de
presión disminuye debido a que la resistencia de la válvula al flujo
de aceite disminuye. Esto incrementa el flujo al cilindro y disminuye
el flujo a la Válvula de alivio.
G 34. Si, por que la resistencia de la Válvula de control de flujo para una
razón de flujo es fija. La presión requerida para doblegar esta
resistencia, por lo tanto, es fija, si la válvula es posicionada antes o
después del cilindro.
G 40. No. El vástago del pistón se extiende a menos que la velocidad total
debido a que la Válvula de control de flujo desvía algo del flujo de
aceite directamente al depósito y menos flujo va hacia el cilindro.
G 41. No, porque el vástago del pistón aún se retracta a velocidad total.
G 43.
RAZÓN DE
FLUJO
TIEMPO DE
EXTENSIÓN
MANÓMETRO
A
MANÓMETRO
B
ǻP (MANÓMETRO A
MANÓMETRO B)
1,0 l/min
[,26 gal(US)/min]
2,4 s @ 38(C
(100(F)
150 kPa
(20 psi)
75 kPa
(10 psi)
75 kPa (10 psi)
,25 l/min
[,33 gal(US)/min]
2,8 s @ 38(C
(100(F)
150 kPa
(20 psi)
75 kpa
(10 psi)
75 kPa (10 psi)
1,5 l/min
[,40 gal(US)/min]
3,2 s @ 38(C
(100(F)
150 kPa
(20 psi)
75 kPa
(10 psi)
75 kPa (10 psi)
Tabla 2-7. Datos del circuito de control de flujo de paso.
58
Fundamentos de hidráulica
G 46. El tiempo de extensión se incrementa conforme la apertura de la
válvula de control se incrementa, debido a que más flujo es
desviado al depósito y menos va hacia el cilindro.
G 48. Las caídas de presión en el circuito de control de flujo de paso son
mucho más bajas que en los circuitos de regulación de salida y
regulación de entrada debido a que el aceite extra es desviado al
depósito en vez de en la presión de la Válvula de alivio.
G 57. Si.
G 59. No, por que el aceite no se puede mover afuera del extremo vástago
del cilindro, debido a que la Válvula de control de flujo está cerrada.
G 60. La Fuente de alimentación hidráulica debe suavemente regresar al
suelo debido a que la Válvula de control de flujo restringe el flujo del
aceite regresando al depósito, que disminuye la velocidad de la
Fuente de alimentación hidráulica.
G 61. La velocidad de elevación no es controlada por la Válvula de control
de flujo. Durante la retracción del vástago del cilindro, todo el aceite
de la bomba va al extremo vástago del cilindro, a través de la
válvula de retención dentro de la Válvula de control de flujo. Por lo
tanto, el cilindro se pliega a velocidad total.
RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE REPASO
1. La velocidad del vástago del pistón disminuirá. Esto es por que la
velocidad de un vástago de pistón es inversamente proporcional al área
del pistón. Entre más grande el diámetro del pistón, entonces, más baja
la velocidad del vástago será.
2. La extensión del vástago y las velocidades de retracción pueden ser
disminuidas disminuyendo la razón de flujo dentro del cilindro. La razón
de flujo puede ser fácilmente disminuida por el uso de una válvula de
control de flujo en el sistema. Un segundo método para disminuir la
velocidad de un vástago de cilindro es utilizando un cilindro de gran
tamaño sin cambiar la razón de flujo del cilindro.
3. 24,7 l/min [6,52 gal(US)/min]
4. El flujo del aceite de la bomba que no es regulada a través de la Válvula
de control de flujo es regresada al depósito a través de la Válvula de
alivio.
59
Fundamentos de hidráulica
5. Regulación de entrada.
6. Regulación de salida.
7. El circuito de control de flujo de paso es energía más eficiente que los
circuitos de regulación de entrada y salida debido a que el flujo extra es
regresado al depósito en la presión de carga en lugar de que en la
presión de la Válvula de alivio. Sin embargo, este circuito es menos
exacto porque no provee control directo del flujo activo al cilindro.
EJERCICIO 2-4 TRABAJO Y POTENCIA
RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DEL PROCEDIMIENTO
G 10.
TIEMPO DE
RETRACCIÓN
(PLIEGAMIENTO)
PRESIÓN
ANULAR
FUERZA
DESARROLLADA
TRABAJO
DEL
CILINDRO
POTENCIA
DEL
CILINDRO
0,8 s @ 38(c
(100(F)
2200 kPa
(320 psi)
681,9 N
(153,3 lb)
69,2 J
(51,1 ft#lb)
86,5 W
(0,116 hp)
Tabla 2-9. Trabajo y potencia del cilindro.
G 22. El Caudalímetro debe indicar aproximadamente 3,4 l/min
[0,9 gal(US)/min] a 38(C (100(F).
60
Fundamentos de hidráulica
G 23.
PRESIÓN DEL
CIRCUITO
(MANÓMETRO A)
RAZÓN DE FLUJO
PRESIÓN EN EL
MANÓMETRO B
SALIDA DE
POTENCIA DE
LA BOMBA
POTENCIA
DISIPADA POR
LA VÁLVULA
1400 kPa
(200 psi)
3,3 l/min
[0,87 gal(US)/min]
@ 38(C (100(F)
70 kPa (10 psi)
75,7 W
(0,101 hp)
71,9 W
(0,096 hp)
2100 kPa
(300 psi)
3,2 l/min
[0,85 gal(US)/min]
@ 38(C (100(F)
70 kPa (10 psi)
110,9 W
(0,149 hp)
107,2 W
(0,144 hp)
2800 kPa
(400 psi)
3,15 l/min
[0,83 gal(US)/min]
@ 38(F (100(F)
70 kPa (10 psi)
144,4 W
(0,194 hp)
140,8 W
(0,189 hp)
3500 kPa
(500 psi)
2,9 l/min
[0,77 gal(US)/min]
@ 38(C (100(F)
70 kPa (10 psi)
167,0 W
(0,224 hp)
164,1 W
(0,220 hp)
Tabla 2-10. Disipación de potencia contra la caída de presión.
61
Fundamentos de hidráulica
G 26.
Figura 2-41. Razón de flujo contra presión del circuito.
G 27. Si. La razón de flujo de una bomba varía de acuerdo a la presión del
circuito, debido a la filtración interna. Conforme la presión del sistema se
incrementa, la cantidad de filtración interna se incrementa, lo cual reduce
la razón de flujo de la bomba actual. La relación entre la razón de flujo de
la bomba y la presión será estudiada en un ejercicio posterior.
G 29. Si. Conforme la apertura de la Válvula de control de flujo es disminuida, la
bomba debe desarrollar más potencia para doblegar la resistencia del
circuito incrementado.
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Fundamentos de hidráulica
G 31. Si. Conforme la apertura de la Válvula de control de flujo es disminuida, la
caída de presión a lo largo de la válvula se incrementa, ocasionando más
potencia para ser disipada como el calor por la Válvula de control de flujo.
G 32. La presión anular requerida para elevar la Fuente de alimentación hidráulica
es aproximadamente de 2200 kPa (320 psi).
G 33. La razón de flujo de la bomba a un nivel de presión de 2200 kPa (320 psi)
es aproximadamente de 3,2 l/min [0,85 gal(US)/min].
G 34.
POTENCIA DE SALIDA DE
LA BOMBA
118,3 W (0,159 hp)
POTENCIA DE SALIDA DEL
CILINDRO
86,5 W (0,116 hp)
EFICIENCIA
73,0%
Tabla 2-11. Eficiencia del circuito.
G 37. No, porque algo de potencia se perdió así como el calor por la fricción de
la resistencia de las mangueras, de la válvula direccional y los sellos del
cilindro.
RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE REPASO
1. La potencia disipada se duplica.
2. Ambos cilindros lograron la misma cantidad de trabajo.
3.
4. 1 hp = 745,7 W
Potencia del cilindro = 6,8 hp
Eficiencia del sistema = 75%
Entrada de potencia eléctrica =
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