COMPONENTES HIDRÁULICOS-PARTE 2

Los acumuladores pueden ser considerados por el momento como tanques presurizados; cumplen dos importantes funciones: actúan absorbiendo choque o amortiguando vibraciones y pueden abastecer temporalmente de aceite suplementario al flujo de la bomba.

En este sistema simplificado, la bomba abastece de un flujo de aceite con dirección a la carga. La contrapresión creada por la carga, fuerza algo del aceite procedente de la bomba dentro del acumulador. El pistón se mueve hacia arriba y comprime el resorte. Al lado del resorte del pistón es abierto a la atmósfera para su ventilación. Si la carga crea un repentino choque, el acumulador funcionaría a medida que absorbe el impacto, tomando más fluido. Cuando el choque pasa, el pistón con el resorte comprimido forzarán al fluido a salir del acumulador.

Si hay una súbita caída de presión en el sistema por alguna razón. El resorte se expansionará, forzando de este modo al fluido hacia la carga. En esta forma es suplido el flujo de la bomba.

Aquí presentamos tres tipos de acumuladores en actual uso. Ellos son: resorte, pesa y el de gas presurizado. La versión de acumulador cargado con resorte puede ser montado en cualquier posición, pero tiene una ligera desventaja, disminuye la presión con el cambio de la longitud del resorte.
La versión con Pesas, descarga bajo una constante presión, pero para manejar altas presiones el peso tendría grandes dimensiones. Otra desventaja sería que solamente trabajaría montado verticalmente.
El gas presurizado, es el más popular, se puede montar en cualquier posición y se usa solamente gas, el cambio de presión interna durante la descarga del fluido no es muy grande.
Los acumuladores que se utilizan en los scooptrams, son del tipo que utiliza gas presurizado.
A su vez los acumuladores que utilizan gas presurizado pueden ser:

* De vejiga (tipo “blader”).
* De diafragma.
* De pistón.

Los que utilizan los jumbos hidráulicos en los acumuladores son de diafragma.

PRECAUCIÓN : siempre lea el manual de servicio antes de desarmar el acumulador. El extremo del resorte debe estar hacia arriba de lo contrario recibirá un golpe

Nunca cargue el acumulador con gas presurizado como oxigeno o acetileno u otros gases, excepto gas Nitrógeno seco. El Nitrógeno seco es usado por que es un gas inerte que no combustiona.

Si Ud. usa cualquier otra cosa, puede tener una explosión.

Otro componente muy importante en los sistemas hidráulicos es la válvula de control o válvula direccional.
Este sistema tiene un tanque, bomba, cilindro y varias válvulas. Si usamos 5 válvulas de compuerta para controlar el movimiento del pistón, todas las válvulas están cerradas excepto la marcada con C que está abierta permitiendo el flujo de la bomba de retorno al tanque.

Para elevar el pistón, será necesario abrir las válvulas B, D y cerrar la válvula C. Esto será necesario que ocurra simultáneamente.
Se requeriría un equipo altamente entrenado.

Para solucionar este problema se inventó la válvula de carrete. El tipo simple consiste de una masa y un carrete pulido alojado exactamente en el interior de una perforación con pasajes internos. El carrete puede desplazarse adelante y atrás en el hueco. El contacto metal a metal entre el carrete y el hueco forma el sello.
El cuello del carrete permite el paso del fluido, la porción gruesa bloquea al flujo del aceite.

En la siguiente explicación, la entrada se llamará “centro” y las dos cavidades que se dirigen al cilindro se llamará “lumbreras”. Un extremo del pistón se llama base y el otro extremo vástago.
Aquí están las muchas configuraciones de válvula de carrete usada actualmente. Nosotros conoceremos las 4 más comunes. El primer tipo es llamado CENTRO ABIERTO, LUMBRERA CERRADA. Ud. deberá estar seguro que los nombres de las diferentes configuraciones varían de fabricante a fabricante. Lo más importante es entender su operación.

Esto se denomina “CENTRO ABIERTO”, por que en neutro el flujo de la bomba es dirigido a través del centro de la válvula y retorna al tanque. Se denomina lumbrera cerrada, por que en neutro el aceite no entra ni sale de los lados del pistón.

Cuando el carrete es movido a la derecha, el flujo de la bomba no va ahora directamente al tanque, en cambio el flujo va directamente al extremo de la base del pistón causando que el vástago se extienda. Tiene el vástago extendido, aceite descargando desde el otro extremo del pistón. Este flujo de aceite que se descarga pasa a través de la válvula de control directamente al tanque.

Cuando el carrete es movido a la izquierda el flujo de la bomba es enviado al extremo del vástago del pistón
El aceite del extremo de la base es retornado a la válvula de control y de allí directamente al tanque.

La siguiente versión es CENTRO ABIERTO Y LUMBRERAS ABIERTAS. Se denomina centro abierto porque en neutro el flujo de la bomba es permitido que fluya a través del centro de la válvula y retorne al tanque. Es lumbreras abiertas por que en neutro las dos lumbreras del cilindro están abiertas al tanque.

Cuando el carrete es movido a al derecha, el flujo de la bomba no puede viajar directamente al tanque. Ahora el flujo es dirigido al extremo de la base del pistón, causando que el vástago se extienda. El aceite del otro extremo del pistón retorna a la válvula de control y de allí el tanque.

 Aquí el flujo de la bomba es dirigido al extremo del vástago del pistón. El aceite de la base retorna a la válvula de control y de allí al tanque.

La tercera versión es llamada CENTRO CERRADO LUMBRERAS CERRADAS. En Neutro, el flujo de la bomba es bloqueado en la entrada de la válvula de control.
El aceite no puede ingresar a los lados del cilindro.

Si el carrete es movido a la derecha, el aceite va directamente a extender el vástago del pistón.

Y si el carrete es movido a la izquierda, el aceite va directamente a retraer el vástago del pistón.

La última configuración de válvula de carrete es denominada CENTRO CERRADO LUMBRERAS ABIERTAS. En neutro, el flujo de la bomba es bloqueado en la entrada de la válvula de control. Sin embargo ambas lumbreras están abiertas permitiendo al aceite entrar o salir en el cilindro.

Moviendo el carrete a la derecha el flujo de la bomba va directamente a la base del pistón, mientras el aceite del lado del vástago del pistón retorna directamente al tanque.

Moviendo el carrete a la izquierda el flujo de la bomba va al extremo del vástago del pistón y retorna el aceite de la base del pistón al tanque.

Aquí están las cuatro configuraciones básicas. El número 1 es CENTRO ABIERTO LUMBRERAS CERRADAS; él número 2 es CENTRO ABIERTO LUMBRERAS ABIERTAS; el número 3 es CENTRO CERRADO LUMBRERAS CERRADAS; y el número 4 es CENTRO CERRADO LUMBRERAS ABIERTAS.
Una válvula carrete puede ser montada en igual cuerpo de válvula y puede ser conectada en diferentes usos. Aquí se describen tres términos cuando los carretes están conectados: serie, paralelo y tamdem. La aplicación de estos términos varía de manufactura a manufactura más o menos; nosotros personalmente ignoramos estos nombres, en cambio nos concentramos como opera.

Estamos mirando el primer tipo (serie) mostrándose en neutro. El flujo de la bomba pasa a través del centro de la válvula y retorna al tanque.

Si el primer carrete es movido el flujo de la bomba no retorna directamente al tanque. Tampoco es permitido llegar al segundo carrete. El flujo de la bomba pasa a través de una lumbrera un cilindro. Retorna el flujo desde el cilindro ingresando a la válvula por la otra lumbrera. El primer carrete retorna el aceite directamente al tanque.

Si el primer carrete es retenido en esta posición y el segundo carrete es movido, el segundo cilindro no se moverá por que no hay conexión con el flujo de la bomba.

Si el primer carrete es parcialmente movido, parte del flujo de la bomba irá el primer cilindro y parte irá al tanque o al segundo cilindro. Moviendo el segundo carrete determinamos que el flujo irá al tanque o al cilindro.

Este es un segundo tipo de válvulas (paralelo) con más de un carrete.
Es mostrado en posición neutro, el flujo de la bomba pasa a través del centro y retorna al tanque.

Si el carrete número 1 es movido, el flujo de la bomba va directamente al primer cilindro.
El aceite retorna desde el cilindro a la válvula de control a través de la lumbrera. Este carrete retorna el aceite directamente al tanque.

Si el primer carrete es retenido en su posición y el segundo carrete es movido, entonces el aceite que retorna del primer cilindro iría directamente al segundo cilindro. El aceite  de retorno del segundo cilindro iría directamente al tanque.

Aquí se muestra el tercer tipo de válvula  (tamdem) con más de un carrete. En la posición neutro opera exactamente como las otras válvulas.

Si el primer carrete (N° 1) es movido, el aceite va directamente al primer cilindro. El aceite puede retornar desde el primer cilindro a través de otras lumbreras directamente al tanque.
Observe que los pasajes tienen la forma de “H”, abasteciendo del flujo de la bomba que llega al segundo carrete a través del movimiento que tenga el primer carrete.

Aquí Ud. puede ver ambos carretes movidos, con flujo de aceite en cada cilindro.

Antes de seguir hablando sobre otros tipos de válvulas, es importante que revisemos las definiciones de caída de presión. Este tubo recibe el flujo de la bomba a través de un extremo y el otro extremo está abierto a la atmósfera. Aquí no hay restricción en el extremo del tubo ni entre los manómetros, por tanto no hay caída de presión entre los manómetros siendo igual la lectura.

Si el extremo del tubo es obturado, hay presión. Aquí no hay caída de presión entre los manómetros, por que un liquido confinado transmite presión igual y en todas direcciones y actúa con igual fuerza en igual área.

Sí una restricción es instalada entre los manómetros, cesará el flujo y quedará confinado, indicando la misma lectura.

En esta situación, los manómetros indicaran una diferencia de presiones, cuando el líquido fluye. La diferencia de presiones mostrada en los manómetros es causada por la restricción.

Aquí tenemos dos problemas básicos con válvula de alivio simple.
Un problema es que a medida que el flujo de la bomba incrementa, la presión máxima del sistema también se incrementa. Hemos dicho que si se incrementa la cantidad de flujo que pasa a través de una restricción entonces la presión al otro lado de la restricción también incrementará. Eso es exactamente lo que sucede aquí.

Otro problema que frecuentemente ocurre es que el pistón de la válvula de alivio vibrará.

Este es un segundo tipo de válvula de alivio denominada “Operada por válvula piloto”
Es similar en construcción pero tiene otras partes adicionales. La tensión del resorte puede ser cambiada ajustando el tornillo de la válvula piloto. Un segundo resorte más ligero mantiene en su asiento al pistón. El pistón tiene un pasaje o restricción a través del centro. El flujo de la bomba pasa a través del pistón y con dirección a la carga. La presión creada por la carga actúa sobre la parte inferior del pistón. Esta presión también pasa a través del centro del pistón y fuerza hacia arriba y también a la válvula piloto.

Cuando la presión del sistema alcanza el máximo, es la presión con que la válvula piloto se levanta de su asiento. La pequeña válvula piloto abrirá y descubrirá el pasaje al tanque.

Cuando la válvula piloto es abierta, el flujo de aceite pasará a través del centro del centro del pistón. El agujero del pistón es una restricción que causa la diferencia de presiones a ambos lados del pistón. En estas condiciones, la presión actúa en la superficie inferior del pistón,  es ahora una gran presión que levanta el pistón, descubriendo la línea de retorno al tanque.

Sí el flujo de la bomba es incrementado, será mayor el flujo que intenta pasar por el centro del pistón generando una mayor diferencia de presiones entre los lados del pistón. El resultado es que el pistón abrirá una mayor distancia permitiendo más flujo de aceite al tanque.
La válvula piloto siempre abrirá a la misma presión y el pistón subirá y bajará manteniendo constantemente la presión del sistema, indistintamente del flujo de la bomba.

La válvula de control de flujo será la que sigue. Esta tiene una variedad de aplicaciones.
En general ésta se usa limitando la cantidad de flujo a un circuito especifico. La figura aquí mostrada, se denomina válvula de aguja, es del tipo simple.
El flujo es restringido, fluyendo a través del estrecho espacio entre la aguja y su asiento.

El espacio puede ser incrementado, de ese modo se incrementará el flujo, girando la válvula hacia fuera.
El flujo es infinitamente variable desde la posición cerrada a la posición abierto.

Aquí se muestra otro tipo. El flujo de la bomba penetra la válvula fluyendo de izquierda a derecha hacia la carga. Al pasar el flujo a través del orificio o restricción, genera una diferencia de presiones que servirá para actuar la válvula.

Cuando el flujo se hace lo suficientemente grande, el pistón se moverá hacia la derecha, comprimiendo el resorte y descubriendo el pasaje al tanque.
Mientras el flujo de la bomba crece y decrece el pistón modulará desplazándose hacia atrás y adelante limitando la cantidad de flujo y la velocidad de la carga.

Una válvula de retención es un componente muy común en sistemas hidráulicos.
No es más que un pistón y resorte que permite flujo en una sola dirección.

 Y cierra bloqueando el flujo en la dirección opuesta.

Aquí la válvula de retención es operada por piloto.
Cuando no hay presión directa al pistón piloto, la válvula de retención está cerrada y el flujo es bloqueado. 

Cuando la presión activa el pistón piloto, abre la válvula de retención y el flujo circulará.

Esta es una válvula de retención más sofisticada denominada válvula compensadora.
Tiene dos válvulas como muestra la figura.

Estas válvulas pueden ser montadas en muchas aplicaciones, pero fundamentalmente en los actuadores.
Aquí Ud. ve instalada en un cilindro, el aceite de la base del pistón no puede circular por que la válvula de retención lo impide.

Aún si la manguera sufriera rotura, el pistón no bajaría, por que el aceite se encuentra atrapado en el cilindro.

Al levantar el pistón, el aceite dirigido de la válvula de control a la válvula compensadora, abre la válvula de retención y el flujo de aceite llega a la base del pistón elevándolo.

Al bajar el cilindro, el aceite es dirigido de la válvula de control al lado del vástago del pistón.
La presión del aceite actuará el pistón y la línea en derivado será de presión piloto actuando la válvula compensadora, permitiendo de esta manera que el flujo de la base del pistón retorne al tanque.

Un cilindro es un tipo de actuador donde se convierte la energía hidráulica en energía mecánica.

 Este es un cilindro de simple acción. Cuando el flujo de aceite ingresa al cilindro (según figura). Elevará el pistón y el aceite retornará  al tanque por acción  del peso del pistón, descendiendo éste.

Este es un cilindro de doble acción.

El pistón puede ser desplazado hacia la izquierda o derecha, controlando la dirección del flujo. El pistón se moverá en ambas direcciones exactamente con la misma fuerza y velocidad por que el pistón en ambos lados presenta igual área de superficie.



Este es también un cilindro de doble acción. El pistón puede ser desplazado hacia la izquierda o derecha, controlando la dirección del flujo.

El pistón presenta dos áreas diferentes. Cuando el pistón es actuado a la izquierda se desplazara rápidamente pero con menos fuerza. Cuando el pistón es actuado a la derecha se desplazará más despacio, pero con más fuerza.

Un motor es casi exactamente igual a una bomba,  excepto que trabaja en sentido opuesto. Una bomba convierte la energía mecánica en energía hidráulica, mientras que un motor convierte la energía hidráulica en energía mecánica.

Aquí se muestra un motor de engranajes.

Un motor de paletas

....Y un motor de pistones axiales.
Básicamente la diferencia entre una bomba y un motor, es solamente las dimensiones de los pasajes de entrada y salida y la ubicación interna de los pasajes con lubricación directa de los ejes, bocinas y rodajes.

Bueno, se ha cubierto todos los componentes básicos usados en sistemas hidráulicos, tanques, filtros, bombas, acumuladores, válvulas de control, cilindros y motores.
La mayor parte de los sistemas hidráulicos complicados del mundo, están construidos con estos simples componentes. Sí Ud. comprende os componentes, comprenderá los sistemas. Pero recuerde, requiere un constante esfuerzo para innovarse en los nuevos elementos que la industria de la fuerza hidráulica construye.