Accionadores y actuadores hidráulicos José María Martín Chaves 5º Ingeniería Industrial UHU

Índice Formas de transmisión de energía Accionamiento hidráulico Fluidos hidráulicos Función del fluido hidráulico Circuito hidráulico. Componentes Bombas hidráulicas. Tipos Elementos de regulación y control Válvulas Actuadores Cilindro hidráulico. Tipos. Selección. Motor hidráulico. Tipos Acondicionadores y accesorios Control del sistema hidráulico Aplicaciones.

Formas de transmisión de energía Hidráulica Neumática Electricidad Mecánica Fuente de energía Motor eléctrico Motor de combustión Acumulador hidráulico Recipiente de presión Red Batería Elemento transmisión de energía Tuberías y mangueras Cables eléctricos Campos magnéticos Palancas, ejes, etc. Portadores de energía Líquidos Aire Electrones Cuerpos rígidos y elásticos Densidad de fuerza (densidad de potencia) Grandes, altas prestaciones, grandes fuerzas, volumen pequeño. Baja, bajas presiones Baja Grande Variación continua de parámetros (aceleración, retardos..) Muy buena por presión y caudal Buena por presión y caudal Buena Tipo de movimiento de los accionamientos Lineal y rotatorio Predominante el rotatorio.

Accionamiento hidráulico Se llama transmisión hidráulica un dispositivo para transmitir la energía mecánica y transformar el movimiento mediante un líquido. La transmisión hidráulica se compone de los elementos principales: bombas que transforman la energía mecánica en hidráulica ( energía del flujo de líquido) y motor hidráulico que realiza la transformación inversa de la energía. Bajo accionamiento hidráulico se entiende un dispositivo formado por la transmisión hidráulica, sistema de mando y dispositivos auxiliares.

Fluidos hidráulicos En principio, cualquier líquido es apropiado para transmitir energía. No obstante, el líquido utilizado en un sistema hidráulico tiene que cumplir con ciertas condiciones. El agua presenta ciertas VENTAJAS: poca contaminación en caso de fugas, ningún riesgo de incendio, facilidad de manejo, barato, pero tiene bastantes INCONVENIENTES: no lubrica adecuadamente, corroe materiales férreos, su viscosidad es baja y dificulta la estanqueidad, su punto de congelación es alto y su punto de ebullición es bajo. Por tanto, hay que recurrir a otro tipo de fluido.

Función del fluido hidráulico Capacidad de transmisión de potencia. En los circuitos hidráulicos, el fluido se emplea para transmitir potencia; esta transmisión se basa en el Principio de Pascal, por el que la presión ejercida en un punto del fluido se transmite a cualquier punto del mismo. Lubricación entre las partes móviles y las fijas. El fluido debe reducir la fricción y el desgaste entre los diferentes elementos del circuito. Disipación (refrigeración) del calor generado en el circuito. En los circuitos hidráulicos se genera calor debido a la fricción entre partes fijas y móviles y a la fricción del aceite en los conductos y en los diferentes elementos. Es habitual hacer circular el aceite a través de intercambiadores para mantener una temperatura adecuada de trabajo del mismo. Protección frente a la corrosión. El fluido deben impedir el ataque químico del agua de condensación y de ciertos aditivos del mismo sobre los elementos del circuito, y cuya proporción va aumentando a medida que el fluido se va oxidando. Amortiguación de vibraciones. Causadas por transitorios de presión

Circuito hidráulico

Componentes circuito hidráulico Son todos aquellos elementos que incorpora el sistema para su correcto funcionamiento, mantenimiento y control. Se pueden agrupar en cuatro grupos: Bombas hidráulicas Elementos de regulación y control Actuadores Acondicionadores y accesorios

En función de la fuerza aplicada Bombas hidráulicas Elementos que transforman la energía mecánica en hidráulica (bombas hidrostática o de desplazamiento positivo). En función de la fuerza aplicada Oscilantes Rotativas Caudal Fijo Variable Construcción Engranaje Externo Interno Tornillo De rótor Paleta Compensada No compensada Pistón Axial Radial Oscilante

Tipos de bombas hidráulicas Engranajes Paletas

Elementos de regulación y control Encargados de regular y controlar los parámetros del sistema como son presión, caudal, temperatura, dirección, etc. (válvulas). Tres grupos fundamentales: Reguladoras de presión.-Limitan presión máxima o mantienen presión del sistema ( de seguridad, reductoras etc.). Direccionales.- Permiten el paso del fluido en un sentido u otro a través de las líneas de conexión (antirretorno, unidireccionales, etc.). Reguladoras de caudal.- Delimitan el volumen por unidad de tiempo que pasa por el sistema. ( de bola, de aguja, etc.).

Ejemplos de válvulas Direccionales Reguladora de presión Reguladoras de caudal

Actuadores Cilindro lineal Motor rotativo Motor oscilante Son los elementos que vuelven a transformar la energía hidráulica en mecánica. Tres grandes grupos: Cilindro lineal Motor rotativo Motor oscilante

Cilindro hidráulico Los cilindros son los actuadores que transforman la energía hidráulica en una fuerza lineal. Ventajas: Fácil montaje. Buen rendimiento. Posibilidad de cilindros de gran potencia en espacio reducido. Fuerza constante en toda la carrera del cilindro. Velocidad del pistón constante en toda la carrera.

Cilindro hidráulico Se pueden dividir en: De efecto simple.- El fluido entra y sale por una sola cámara del mismo, mientras que el movimiento en sentido contrario se realiza por fuerzas externas al propio sistema hidráulico (gravedad o fuerzas mecánicas). De efecto doble.- El desplazamiento en uno y otro sentido del vástago del cilindro se realiza por medio de la presión hidráulica.

Tipos de cilindros hidráulicos simple De efecto A pistón de inmersión o a pistón sin vástago Con retroceso por resorte Cilindro telescópico De efecto doble Diferenciales De doble vástago Cilindro tándem Cilindro telescópico

Tipos de cilindros hidráulicos

Selección de cilindros Datos de entrada 1. Fuerza que debe hacer el cilindro. 2. Velocidad a la que se debe desplazar el cilindro. 3. Longitud del cilindro. 4. Los coeficientes de seguridad. Datos de salida 1. Caudal necesario 2. Diámetro del cilindro. 3. Presión de trabajo 4. Diámetro del vástago

Selección de cilindros Presión requerida Caudal entrada fluido hidráulico

Selección de cilindros Pandeo. Fórmula de Euler (sección circular)

Selección de cilindros

Motor hidráulico Los motores hidráulicos son los elementos destinados a transformar la energía hidráulica en energía mecánica rotativa. Ventajas: Reducidas dimensiones en comparación con el equivalente eléctrico. Poca inercia facilita el control. Amplia gama de velocidades y gran potencia. Alto rendimiento. Poco desgaste, porque funciona lubrificado.

Motor hidráulico Se pueden dividir en: Rotatorio.- Los engranes son accionados directamente por aceite a presión. Oscilante.- El movimiento rotatorio es generado por la acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia. La clasificación de los motores es similar a las de las bombas hidráulicas.

Motor hidráulico Construcción Rotativos Engranajes Paletas Tipo orbital Oscilantes Pistón Axial Radial

Tipos de motores hidráulicos Pistón axial Pistón radial

Motor hidráulico Motor Cilindr. (cc/rev) Revoluc. (min-1) Presión(bar) Par (Nm) Engranajes 1 a 200 500 a 10000 Máx. 300 500 Paletas 5 a 250 100-4000 140-200 100-16000 Tipo orbital 10-800 10- 2500 100-200 Máx.2500 Pistones axiales 200-1500 5-500 Máx. 250 Máx.5000 Pistones radiales 10-8000 0.5-2000 Máx. 450 Máx. 45000

Selección de motores Datos de entrada 1. Fuerza que debe hacer el motor o par necesario. 2. Velocidad de giro. 3. Presiones en el sistema. Datos de salida 1. Cilindrada del motor. 2. Caudal de líquido necesario. 3. Potencia del motor.

Selección de motores Cilindrada requerida Caudal necesario Potencia del motor hidráulico Caudal necesario

Acondicionadores y accesorios Son el resto de elementos que configuran el sistema (filtros, intercambiadores de calor, depósitos, acumuladores de presión, manómetros, presostatos, etc.). Y tienen funciones de medición, control y acondicionamiento. Depósitos. El depósito de un sistema hidráulico es el recipiente destinado a almacenar el fluido necesario para el funcionamiento normal del sistema; sin embargo, el depósito, debe también realizar otras funciones como la de facilitar la disipación del calor fluido, o la separación del aire que este pueda contener. Acumuladores. Son componentes destinados a almacenar fluido presurizado para liberarlo bajo demanda del sistema. Filtros. Son los elementos acondicionadores del fluido que tienen como misión principal la de eliminar los contaminantes que éste arrastra. La contaminación de los fluidos es una de las principales causas de averías de los sistemas hidráulicos. Intercambiadores de calor. Elementos destinados a acondicionar la temperatura del fluido Medidores Caudalímetros, manómetros, etc.

Acondicionadores y accesorios

Control del sistema hidráulico Los sistemas hidráulicos han sido automatizados, mediantes secuencias eléctricas, realizadas mediante electroválvulas accionadas por relés, finales de carrera, etc. Las nuevas técnicas y el desarrollo de la tecnología han hecho viable realizar soluciones hidráulicas más precisas y con un número menor de elementos. Hoy en día un PLC (autómata programable) es capaz de realizar de manera sencilla cualquier programa de automatización por complejo que este sea.

Aplicaciones Laminación, máquinas de inyección, prensas, etc. Hidráulica industrial. Laminación, máquinas de inyección, prensas, etc. Construcciones fluviales Esclusas, compuertas, puentes, etc. Sector móvil Grúas, excavadoras, automóvil, ferrocarril, etc. Técnicas especiales Accionamiento de antenas, tren de aterrizaje, etc. Marina Timones, arrastre de redes, etc.

Aplicaciones Cilindros hidráulicos

Aplicaciones Entrada fluido hidráulico Cilindro doble efecto

Aplicaciones Motor hidráulico