Diseño De Sistemas Hidraulicos

SISTEMAS HIDRAULICOS

Uno de los sistemas más comunes y útiles del uso de la potencia de los fluidos es aquel en donde cilindros se extienden y retraen para transmitir fuerzas y presiones. Estos actuadores pueden ser usados para levantar, posicionar objetos y herramientas en una gran variedad de procesos de manufactura. Se estudiará un sistema que puede utilizar varios cilindros hidráulicos y como sistema cerrado, en donde una determinada cantidad de fluido líquido es utiliza en circuitos cerrados, los elevadores o montacargas, los brazos robóticos son ejemplos de sistemas cerrados. Por lo general en los sistemas neumáticos se utilizan circuitos o sistemas abiertos, ya que el aire es expulsado después de cumplir con la transmisión de la presión, el sistema de frenos de aire de los vehículos grandes es un ejemplo de estos sistemas abiertos. Ambos sistemas utilizan un cambio de energía del fluido de trabajo

A menudo cuando se habla de sistemas hidráulicos cerrados, nos referimos a uno en el cual el líquido es alimentado directamente detrás de la bomba de impulso del sistema. (Figura1)

1. Especificaciones del sistema

Los criterios de selección de un sistema hidráulico cerrado son:

a. Fuerza a ejercer por el pistón

b. Distancia a través de la cual la fuerza va a actuar

c. El tiempo de ciclo para completar la extensión y retracción del pistón

La secuencia de eventos por los cuales el pistón se extiende (Extensión) y luego se retrae (retroceso) a su posición original se denomina el ciclo de trabajo del sistema y el tiempo de ciclo es el tiempo requerido para un ciclo de trabajo. Un factor adicional para la escogencia de componentes del sistema es el costo, por eso la escogencia debe realizarse de manera que los costos totales sean un mínimo.

2. Características de los componentes:

Los componentes primarios que influyen en el comportamiento del sistema y sus características por las cuales se seleccionan son:

a. Cilindros hidráulicos: Recorrido y diámetros

b. Bomba: Rata de flujo y presión

c. Motor: Potencia

Ejemplo: Un sistema para separar los neumáticos (llantas) de los rines metálicos en los cuales están montados consiste de tres pistones que se extienden simultáneamente para deformar el ring y simplemente este sale de la llanta (Figura 2). Cada cilindro debe ser capaz de ejercer una fuerza de 38000 libras al extenderse en un recorrido de 13 pulgadas en un tiempo de ciclo de 11.5 segundos, según esto:

a. Seleccionar un pistón adecuado para este sistema

b. Determinar las características de la bomba necesaria

c. Determinar la mínima potencia e HP requerida para manejar este sistema

A continuación se relaciona una tabla mostrando tres cilindros hidráulicos típicos y sus dimensiones (tablas que se encuentran en los catálogos de proveedores de cilindros)

Cilindros Diámetro del Pistón D(in) Recorrido, s (in) Diámetro de retroceso Dr(in)

A 4.0 13 2.5

B 5.0 13 3.5

C 6.0 13 4.0

Tabla 1. Tipos de cilindras típicos comerciales

Solución:

a. Un cilindro que tenga un recorrido de 13 pulgadas se puede seleccionar de la tabla 1 y en la figura 3 se puede observar los detalles de la construcción de un cilindro. El pistón se desliza bajo la acción de un fluido con sellos al comienzo y al final para evitar fugas y pérdidas de eficiencia. En las tablas respectivas se encontrará la respuesta usando cada uno de los tipos de cilindro, usted deberá comprobar estos valores realizando la aplicación de las respectivas fórmulas dadas.

b. Determinación de las características de la bomba

Una vez se seleccione el cilindro, se calcula la presión requerida por el sistema para cada uno de los tipos de cilindro.

P = F/A = F /(0.7854 D2).

En la tabla 2 se muestran

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