Fundamentos de hidráulica - labvolt.com · Unidad 3 Circuitos básicos Conexión y operación de circuitos hidráulicos prácticos y simples. Diseño y operación de una Válvula

Energía de Fluidos

Fundamentos de hidráulica

Muestra del material pedagógico30794-F2

Nº de artículo: 30794-02 Primera edición Actualización: 03/2015

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Símbolos de seguridad y de uso frecuente

Los siguientes símbolos de seguridad y de uso frecuente pueden encontrarse en este manual y en los equipos:

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

Invitamos a los lectores de este manual a enviarnos sus opiniones, comentarios y sugerencias para mejorarlo.

Por favor, envíelos a [email protected].

Los autores y Festo Didactic estamos a la espera de sus comentarios.

III

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 sistemashidráulicos

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 lossistemas hidráulicos

Examen de la Unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Muestra extraída de la guía del profesor Fundamentos de hidráulica

Unidad 2 Fundamentos de hidráulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

IV

V

Introducción

El Sistema de Entrenamiento en Hidraúlica de Lab-Volt es una presentaciónmodularizada de los principios de energía hidráulica y su aplicación controlada. LosSistemas de Entrenamiento en Hidráulica constan de un programa de entrenamientointroductorio y uno avanzado.

El programa introductorio está basado en dos manuales: Volumen 1, Fundamentosde la Hidráulica, que cubre los principios básicos en hidráulica; Volumen 2, ControlEléctrico de la Hidráulica, que cubre circuitos eléctricos y diagramas en escalerapara aplicaciones hidráulicas. Ambos manuales están enfocados para ser usadoscon el Sistema Didáctico en Hidráulica de Lab-Volt.

El programa de entrenamiento avanzado amplía el curso introductorio conaplicaciones hidráulicas demostrando, controladores programables, sensores,controles proporcionales y servocontroles. Las aplicaciones cubiertas están basadasen las que podemos encontrar en la industria. El programa introductorio es unrequisitivo previo para el programa avanzado.

VI

FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA


VII

Unidad 1 Introducción a la Hidráulica

Una introducción al circuito hidráulico. Reglas de seguridad a seguir enel uso del Sistema didáctico en hidráulica de Lab-Volt.

Ejercicio 1-1 Familiarización con elSistema didáctico en hidráulica de Lab-Volt

Identificación de los diferentes componentes del sistema.Reglas de seguridad a seguir en el uso del Sistemadidáctico en hidráulica de Lab-Volt.

Ejercicio 1-2 Demostración de la potencia hidráulica

Elevación de la fuente de alimentación hidráulica, con eluso 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 aplicandofuerza 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. Ladeterminación de la trayectoria de flujo de aceite en uncircuito, utilizando una válvula de alivio.

Ejercicio 2-2 Presión y fuerza

Verificación de la fórmula F = P x A, utilizando un cilindroy un resorte. Descubir qué le sucede al cilindro cuandopresiones iguales son aplicadas a cada lado del pistón.La distribución de presión en un cilindro en equilibrio defuerzas. Medir el peso de la fuente de alimentaciónhidráulica 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. Conexióny operación de la regulación de entrada, la regulación desalida y los circuitos de control de flujo de paso.



VIII

Ejercicio 2-4 Trabajo y potencia

Definición de términos de “trabajo” y “potencia”. Relaciónentre fuerza, trabajo y potencia. Calcular el trabajo,potencia y eficiencia del circuito utilizado para elevar lafuente de alimentación hidráulica.

Unidad 3 Circuitos básicos

Conexión y operación de circuitos hidráulicos prácticos y simples. Diseñoy 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 accionadapor palanca. Efecto de un cambio en la presión delsistema y la razón de flujo en la fuerza y velocidad de uncilindro.

Ejercicio 3-2 Cilindros en serie

Descripción de la operación de un circuito en serie.Arranque y paro de dos cilindros al mismo tiempoconectándolos en serie. Demostración de laintensificación 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 deregeneración en la velocidad y fuerza de un cilindro.

Unidad 4 Circuitos funcionales

Conexión y operación de circuitos hidráulicos funcionales, utilizandoacumuladores, motores hidráulicos, válvulas reductoras de presión yválvulas de alivio telecomandadas.

Ejercicio 4-1 Acumuladores

Descripción de los tipos generales de acumuladores.Cómo pueden ser usados los acumuladores en laalimentación auxiliar, la alimentación de emergencia y lacompensación de fugas y eliminación de choque.



IX

Ejercicio 4-2 Circuitos con motor hidráulico

Diseño y operación de un motor hidráulico. Cálculo delpar y velocidad de un motor hidráulico. Efecto de uncambio en la razón de flujo o presión en la operación delmotor.

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 unaválvula telecomandada para controlar el tonelaje delcilindro de presión.

Unidad 5 Detección y reparación de fallas

Desarrollo de un procedimiento para probar los principales componentesde un sistema hidráulico, basado en las especificaciones del fabricantey en los principios más importantes de la hidráulica. Observar los efectosde los cambios de temperatura en las características de operación de unsistema hidráulico.

Ejercicio 5-1 Bombas hidráulicas

Operación básica de una bomba hidráulica. Utilizaciónde las especificaciones del fabricante para probar unabomba. Los efectos de la temperatura del aceite en larazón 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, deacuerdo a la cantidad de fuga de flujo.

Ejercicio 5-3 Precisión de un caudalímetro

Verificar la precisión de un caudalímetro. Determinar elefecto de la temperatura en la precisión delcaudalímetro.



X

Ejercicio 5-4 Efectos de la temperatura sobreel funcionamiento del sistema

Los efectos de los cambios de temperatura sobre lacaída de presión y la razón de flujo del circuito.

Apéndices A Gráfica de utilización del equipoB Cuidado del Sistema didáctico en hidráulicaC Factores de conversiónD Símbolos gráficos de neumática e hidráulica

CONTROL ELÉCTRICO DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS


XI

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 controleléctrico.

Ej. 1-1 Familiarización con el equipo

Identificación de los componentes utilizados para el controleléctrico 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 conectardiagramas en escalera simples.

Ej. 2-1 Electricidad básica

Medición del voltaje, resistencia, y corriente en un circuito decontrol eléctrico. Conexión y operación de un circuito de controleléctrico. Reglas de seguridad a seguir cuando utiliza el EquipoDidáctico en Hidráulica de Lab-Volt.

Ej. 2-2 Diagramas en escalera

Definición de un diagrama en escalera. Descripción de cómoopera un diagrama en escalera y cómo se relaciona con elequipo hidráulico. Reglas para dibujar diagramas en escalera.Conexión y operación de diagramas en escalera básicosutilizando 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 deproximidad. Conexión y operación de un sistema de reciprocidadde un ciclo. Utilización de un contacto de relé de retención paramantener la corriente a una válvula direccional solenoidedespués de que el botón pulsador de INICIO es liberado.

Unidad 3 Sistemas funcionales

Conexión y operación de los sistemas hidráulicos controladoseléctricamente.



XII

Ej. 3-1 Secuencia hidráulica de los cilindros

Descripción y operación de una válvula de secuencia. Conexióny operación de un sistema de abrazadera y de trabajosecuenciado por una válvula de secuencia. Descripción yoperación de un interruptor de fin de carrera mecánico.

Ej. 3-2 Secuencia eléctrica de los cilindros

Descripción y operación de un presostato hidráulico. Conexióny operación de un sistema de abrazadera y de trabajocontrolado por medios eléctricos.

Ej. 3-3 Regulación de velocidad y frenado de los motoreshidráulicos

Descripción y operación de una válvula de control de flujocompensada. Conexión y operación de un sistema de regulaciónde velocidad que utiliza una válvula de control de flujocompensada para mantener una velocidad constante del motorconforme la posición del sistema cambia. Conexión y operaciónde un sistema de frenaje de motor que utiliza una válvulasecuencial para disminuir la velocidad de un motor antes dedetenerlo.

Ej. 3-4 Reciprocidad continua con período de detención

Descripción y operación de un relé temporizado. Conexión yoperación de un sistema de reciprocidad continua que utiliza unrelé temporizado para mantener (detener) un cilindro en unaposición predeterminada por un período de tiempo.

Unidad 4 Aplicaciones industriales

Conexión, diseño, y operación de los sistemas hidráulicos controladoseléctricamente.

Ej. 4-1 Sistema de taladrado

Descripción y operación de un interruptor fotoeléctrico. Lospasos que conforman un proceso de taladrado industrial.Conexión y operación de un sistema hidráulico controladoeléctricamente simulando la operación de una máquina detaladrado industrial.

Ej. 4-2 Circuitos de seguridad

El propósito y uso de los circuitos de seguridad en los sistemashidráulicos controlados eléctricamente. Circuitos de seguridadde dos manos. Conexión y operación de un circuito de seguridadde dos manos y un circuito de seguridad de dos manos sinsujeción.



XIII

Ej. 4-3 Conteo de ciclos del actuador

Descripción y operación de un relé temporizado. Extensión yretracción de un cilindro un número definido de veces utilizandoun contador eléctrico. Medición de la velocidad de rotación de unmotor hidráulico utilizando un contador eléctrico.

Ej. 4-4 Sistemas de presiones múltiples

Utilización de una válvula direccional accionada por solenoidecomo una válvula selectora de presión para elegir entre dos omás presiones de operación. Diseño de un sistema de nivel detres presiones simulando un sistema de desplazamiento de dosvelocidades.

Ej. 4-5 Sistemas de desplazamiento de dos velocidades

Extensión de un cilindro en dos diferentes velocidades endiferentes partes de su carrera. Diseño de un sistema de dosvelocidades simulando un sistema de desplazamiento de dosvelocidades.

Unidad 5 Detección y reparación de fallas

Técnicas básicas utilizadas en la detección y reparación de fallas en lossistemas hidráulicos controlados eléctricamente.

Ej. 5-1 Detección y reparación de fallas en los circuitos de controleléctrico

Descripción de los métodos del voltímetro y del óhmetro en ladetección y reparación de fallas en un circuito de controleléctrico. Ubicación de fallas insertadas por el instructor en lasección eléctrica de un sistema de taladrado hidráulicocontrolado eléctricamente.

Ej. 5-2 Detección y reparación de fallas en los sistemas hidráulicoscontrolados eléctricamente

Aprender un método eficiente de detección y reparación defallas para detectar fallas en un sistema hidráulico controladoeléctricamente. Detección de las fallas insertadas por elinstructor en las secciones hidráulicas y eléctricas de un sistemade abrazadera y de pulverizado controlado eléctricamente.



XIV

Apéndices A Gráfica de utilización del equipoB Cuidado del equipo didáctico en hidráulicaC Factores de conversiónD Símbolos gráficos de hidráulica y neumática

APLICIONES DE HYDRÁULICA – PLC


XV

Ejercicio 1 Repaso del autómata programable

Revisión de las instrucciones tipo relé del PLC. Introducción yevaluación de un programa que utiliza instrucciones tipo relé paracontrolar 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 instruccionesde temporizador activado para activar tres luces indicadoras en unorden programado y por un período de tiempo definido.

Ejercicio 3 Instrucciones del contador

Revisión de las instrucciones del contador del PLC. Introducción yevaluación de un programa que utiliza dos contadores en cascadapara activar una luz indicadora después de que otra luz indicadorase 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 instruccionesde comparación y de cierre controladas por contador para activaruna luz indicadora después de que otra luz indicadora hadestellado un número de veces definido.

Ejercicio 5 Control temporizado de los actuadores hidráulicos

Conexión y operación de un sistema hidráulico controlado por PLCque alterna continuamente un cilindro y detiene en dos posicionespredeterminadas por un período de tiempo

Ejercicio 6 Conteo de ciclos de un actuador hidráulico

Conexión y operación de un sistema hidráulico controlado por PLCque hace girar a un motor 1000 vueltas y después alterna uncilindro 10 veces.

Ejercicio 7 Control de seguridad de los actuadores hidráulicos

Conexión y operación de un sistema hidráulico controlado por PLCque utiliza un botón pulsador de PARO/REINICIO, un presostato,y una luz indicadora de alarma para proporcionar el control deseguridad de un cilindro de presión.

APLICIONES DE HYDRÁULICA – PLC


XVI

Ejercicio 8 Sistema de abrazadera y de trabajo controlado por PLC

Conexión y operación de un sistema de abrazadera y de trabajotipo industrial. Monitorear la presión aplicada detrás del pistón delcilindro abrazadera para asegurar que la pieza de trabajopermanezca firmemente sujetada mientras es trabajada.

Ejercicio 9 Detección y reparación de fallas

Detección de fallas insertadas por el instructor en las seccionesidráulica y de control del PLC del sistema de abrazadera y derabajo estudiado en el Ejercicio 8.

Ejercicio 10 Diseño de una punzonadora controlada por PLC

Diseño de una punzonadora controlada por PLC que punzonaorificios en placas de metal.

Ejercicio 11 Diseño de un sistema transportador controlado por PLC

Diseño de un sistema transportador controlado por PLC que hacecircular las piezas manufacturadas y las carga en una máquina deempaque.

Ejercicio 12 Diseño de una máquina de fundición controlada por PLC

Diseño de una máquina de fundición controlada por PLC usadapara producir rotores jaula de ardilla

Apéndices A Gráfica de utilización del equipoB Procedimientos de detección y reparación de fallasC Factores de conversiónD Símbolos gráficos de hidráulica y neumáticaE Formatos de direccionamiento de diferentes PLC

Muestra extraída del

manual del estudiante


3

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 válvulade alivio.Conectar y operar un circuito, utilizando una válvula de alivio.

DISCUSIÓN


La presión es la cantidad de fuerza ejercida contra una superficie determinada. Elflujo es el movimiento de un fluído, ocasionado por una diferencia de presión entredos puntos. Los fluídos siempre circulan de un punto de presión más alto a un puntode presión más bajo. La planta de agua de la ciudad, por ejemplo, ejerce unapresión mayor que la presión atmosférica en nuestros depósitos de agua. Comoresultado, cuando abrimos una llave de agua, el agua sale.

Cuando dos trayectorias de flujo paralelas están disponibles, el fluído siempreseguirá la trayectoria con menor resistencia. Un ejemplo de esto en nuestra vidadiaria sería una manguera de jardín que se divide en dos secciones como semuestra en la Figura 2-2. Una sección está bloqueada mientras la otra secciónpermite al agua moverse libremente en ella. Toda el agua fluirá a través de lasección que no se encuentra bloqueada, ya que ofrece menor resistencia que lasección obstruída. La presión de entrada aumentará solamente lo suficiente paraque el agua fluya a través de la sección que no se encuentra obstruída. La presiónen la sección obstruída no irá más allá del nivel requerido para lograr que el aguafluya en la sección que no se encuentra bloqueada. Los manómetros en laFigura 2-2, por lo tanto, indicarán presiones bajas iguales.


4

Figura 2-2. Trayectoria de flujo libre.

Ahora, ¿qué sucede si nosotros presionamos la sección que no está obstruída detal forma que el agua sea retenida pero no completamente, como se muestra en laFigura 2-3? Toda el agua fluirá a través de la sección presionada, ya que estátodavía menos restringida que la sección bloqueada. La presión de entradaalcanzará el nivel necesario para fluir a través de la trayectoria obstruída. La presiónen la sección bloqueada no irá más allá de las necesidades de la secciónpresionada. Los manómetros en la Figura 2-3, por lo tanto, indicarán presiones altasiguales.

Figura 2-3. Trayectoria de flujo restringida.

Así, nosotros observamos que la presión en la sección restringida nunca puede sermayor que la presión en la sección que no está obstruída. De hecho, estaspresiones siempre serán iguales. Si la sección restringida fuera completamentecerrada, reteniendo el agua en vez de solamente restringirla, la presión en ambassecciones sería igual a la máxima presión disponible en la entrada.


5

En un circuito hidráulico, el flujo es producido por la acción de una bomba, la cualconstantemente descarga el aceite en cierta razón de flujo. La presión no es creadapor la bomba en sí, sino por la resistencia del flujo de aceite. Cuando el aceite fluyesin resistencia a través de un circuito hidráulico, la presión en este circuito esteóricamente de cero. En cambio, cuando el flujo es frenado, la presión del circuitoaumenta 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 paralelasde flujo. El aceite de la bomba puede pasar a través de una válvula de alivio o através de un circuito hidráulico que consta de una válvula direccional accionada porpalanca 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 mangueraanteriormente descrito. Limita la presión máxima en el sistema, proporcionando unatrayectoria de flujo alterno hacia el depósito, de manera que el aceite fluya hacia elcircuito que está bloqueado, como cuando la válvula direccional está en la posicióncentral de bloqueo o como cuando el cilindro está completamente extendido oretraído.

La válvula de alivio está conectada entre la línea de presión de la bomba y eldepósito. Está normalmente en la posición de no paso. Está ajustada para abrir auna presión ligeramente más alta que la requerida por el circuito y desvía el aceitebombeado 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 circuitoproporciona una trayectoria más accesible que la válvula de alivio. Mientras el


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cilindro permanezca extendido, la presión alcanza sólo la cantidad necesaria parapresionar 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 cilindrocomienza a bloquearse y el aceite bombeado ya no puede fluir a través de él. Lapresión del sistema asciende a 3450 kPa (500 psi), después la válvula de alivio abrey el aceite es descargado nuevamente al depósito con la presión de la válvula dealivio 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 delmismo. La presión del circuito, por lo tanto, no puede ir más allá de los ajustes depresión 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 estasválvulas llamada válvula de alivio principal, está localizada dentro de la fuente dealimentación hidráulica. La otra válvula, llamada válvula de alivio secundaria, esproporcionada con su juego de componentes de hidráulica. Las dos válvulas sonidénticas. Sin embargo, sólo operará la válvula secundaria. La válvula principal tieneun ajuste de fábrica de mucho mayor presión que la válvula secundaria. Es utilizadacomo un dispositivo de seguridad adicional para respaldar la válvula secundaria. Nodebe ser reajustada o alterada.

La Figura 2-6 ilustra la válvula de alivio suministrada con su juego de componentesde hidráulica. Esta válvula es de tipo operada por piloto. El cuerpo de la válvulatiene tres partes: un orificio de presión (P), el cual debe ser conectado a la línea depresión de la bomba, un orificio tanque (T), el cual debe ser conectado al depósitoy un orificio de ventilación (V) el cual es utilizado para controlar la válvula desde unpunto remoto por una válvula externa. El uso del orificio de ventilación será discutidocon detalle en el Ejercicio 4-4. Cuando no utilice este orificio debe ser desconectado.


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Figura 2-6. Válvula de alivio operada por piloto.

Percibiendo la presión aguas arriba en el orificio P de la válvula, un carrete internocontrola el flujo del aceite a través de la válvula, actuando en un resorte grande. Elnivel de presión donde el carrete está ampliamente abierto y el aceite bombeadopasa a través de la válvula, es llamado presión de descarga o presión dedesahogo.

La presión de descarga puede ser ajustada, utilizando la perilla de ajuste en elcuerpo de la válvula. Girando la perilla en el sentido de las manecillas del relojaumenta la compresión del resorte pequeño, localizado arriba del carrete de la


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válvula, el cual aumenta la presión de descarga y permite que más altas presionesse generen en el circuito. Note que la perilla primero debe ser estirada antes de quepueda ser girada. Cuando la perilla es liberada, el resorte presiona la perilla paraadaptarse a una ranura fija. Esto previene las vibraciones y golpes al cambiar losajustes.

La presión en la cual la válvula de alivio comienza a abrir es llamada presión deapertura. Esta presión está por debajo de la presión de descarga de la válvula. Enla presión de apertura, la válvula abre solamente lo necesario para permitir que lasprimeras pocas gotas fluyan. La presión de transferencia es la diferencia depresión entre la presión de apertura y la presión de descarga.

Antes de encender la fuente de alimentación hidráulica, la válvula siempre debeestar completamente abierta (ajuste la perilla girándola completamente en elsentido contrario al de las manecillas del reloj) para permitir que la bomba comiencecon la carga más ligera y para prevenir que los componentes del sistema esténsujetos a oleadas de presión. Una vez que la fuente de alimentación hidráulica estáfuncionando, la válvula de alivio puede ser cerrada gradualmente hasta que lapresión deseada sea alcanzada.

MATERIAL DE REFERENCIA

Para información detallada de las válvulas de alivio operadas por piloto, consulte elcapítulo titulado Pilot Operated Pressure Control Valve en el manual IndustrialHydraulic Technology de Parker-Hannifin.

Resumen del procedimiento

En la primera parte del ejercicio, medirá la presión de apertura de la válvula de alivioproporcionada con su equipo de componentes de hidráulica. Ajustará la presión dedescarga de la válvula, modificando la compresión de su resorte.

En la segunda parte del ejercicio, experimentará el efecto de la limitación de presiónen un circuito de hidráulica básico.

EQUIPO REQUERIDO

Consulte el cuadro de utilización de equipo, en el Apéndice A de este manual, paraobtener 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 deconexión mostrado en la Figura 2-8 para realizar sus conexiones.

Nota: Como indica la Figura 2-7, el orificio de ventilación (V) dela válvula de alivio no es utilizado en este circuito. Por lo tanto,deje desconectado este orificio.


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Figura 2-7. Diagrama esquemático del circuito, ajustando la válvula de alivio.


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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 siguienteprocedimiento 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 lasmanecillas del reloj.

G 3. Active la fuente de alimentación hidráulica, ajustando su interruptor deenergía a la posición ON (ENCENDIDO). Ya que el flujo de aceite esbloqueado en el manómetro A, todo el aceite bombeado está ahora siendoforzado a través de la válvula de alivio.


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La lectura de presión del manómetro A es la mínima presión requerida paradesarrollar un flujo de aceite a través de la válvula (presión de apertura). Lecorresponde a la presión requerida contrarrestar la resistencia del resortedentro de la válvula. Registre a continuación la lectura de presión delmanómetro A.

Presión del manómetro A = kPa ó psi

Nota: Los manómetros del equipo didáctico proporcionan lecturaen “bar” y “psi”. Ya que bar es una unidad métrica de mediciónpara presiones, los estudiantes que trabajen con unidades delS.I. deben multiplicar la presión medida en bars por 100 paraobtener la presión equivalente en kilopascales (kPa).

G 4. Ahora, comprima el resorte de la válvula de alivio, girando su perilla deajuste 2 vueltas en el sentido de las manecillas del reloj. Utilice la escalavernier 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 resorteaumenta?

G 6. Gire la perilla de ajuste de la válvula de alivio, completamente en el sentidode 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 quépresión, la válvula de alivio comenzará a abrirse si la presión liberada esajustada a 3450 kPa (500 psi)?


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Limitación de la presión del sistema

G 9. Modifique el circuito existente con el fin de obtener el circuito mostrado enlas Figuras 2-9 y 2-10. Asegúrese de instalar el cilindro con diámetro interiorde 3,81 cm (1,5 pulg) en una posición en la cual su vástago puedaextenderse libremente.

Nota: Para facilitar la conexión, la válvula direccional accionadapor palanca, suministrada con su equipo didáctico en hidráulica,está atornillada a la placa secundaria, en la cual las manguerasdeben estar conectadas. El arrreglo de los orificios P, T, A y B enla placa secundaria de la válvula no corresponden al símbolo dela válvula direccional que aparece en la Figura 2-9 y en la placaprincipal del fabricante, en la parte superior de la válvula. Por lotanto, el orificio P realmente está frente al orificio B en la placasecundaria, mientras el orificio T está frente al orificio A. Por lotanto, siempre consulte las letras impresas en la placasecundaria, 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 laválvula de alivio completamente, girando su perilla de ajuste totalmentehacia el sentido de las manecillas del reloj.

G 11. Encienda la fuente de alimentación hidráulica.


13

G 12. Gire la perilla de ajuste de la válvula de alivio en el sentido de lasmanecillas del reloj, hasta que el manómetro A tenga una lectura de1400 kPa (200 psi).

G 13. Conserve limpio el vástago del cilindro. Mueva la palanca de la válvuladireccional accionada por palanca hacia el cuerpo de la válvula, la cualextenderá el vástago del cilindro. Después, retire la palanca del cuerpo dela 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 laválvula direccional hacia el cuerpo de la válvula para extender el vástagodel cilindro. ¿Cuál es la presión del manómetro A durante la carrera deextension del vástago?



14

G 15. ¿Cuál es la presión en el manómetro A cuando el cilindro estácompletamente extendido?


G 16. Aleje la palanca de la válvula direccional del cuerpo de la válvula pararetraer el vástago del cilindro.

G 17. Gire la perilla de ajuste de la válvula de alivio en el sentido de lasmanecillas del reloj, hasta que el manómetro A tenga una lectura de2100 kPa (300 psi).

G 18. Mientras observa la lectura del manómetro A, acerque la palanca de laválvula direccional hacia el cuerpo de la válvula para extender el vástagodel cilindro. ¿Cuál es la presión del manómetro A, durante la carrera deextensión del vástago del cilindro?


G 19. ¿Cuál es la presión en el manómetro A, cuando el vástago del cilindro estácompletamente extendido?


G 20. Aleje la palanca de la válvula direccional del cuerpo de la válvula pararetraer el vástago del cilindro.

G 21. Desactive la fuente de alimentación hidráulica. Abra completamente laválvula de alivio, girando la perilla de ajuste totalmente al sentido contrarioal de las manecillas del reloj.

G 22. Explique la razón por lo que las presiones registradas durante la extensióndel cilindro son casi idénticas, en los dos ajustes de presión de la válvulade alivio.


15

G 23. ¿Por qué la presión del circuito aumenta cuando el vástago del cilindro estácompletamente extendido?

G 24. Desconecte todas las mangueras. Puede ser necesario mover la palancade la válvula direccional hacia fuera y hacia adentro para aliviar la presiónestática; los conectores rápidos pueden ser removidos. Limpie cualquierresiduo de aceite hidráulico.

G 25. Retire todos los componentes de la superficie de trabajo y limpie cualquierresiduo de aceite hidráulico. Regrese todos los componentes a su lugar dealmacenamiento.

G 26. Limpie cualquier residuo de aceite hidráulico del piso y del equipodidáctico. Deseche adecuadamente cualquier toalla de papel y trapoutilizados para limpiar el aceite.

CONCLUSIÓN

En la primera parte del ejercicio, midió los ajustes de presión mínimos de unaválvula 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 suresorte interno, lo cual aumentó la presión del circuito.

En la segunda parte del ejercicio, comprobó el efecto de la limitación de presión enun circuito hidráulico básico. Aprendió que los cambios de presión dependen delmovimiento del aceite a través del circuito. Cuando el vástago del cilindro seextiende o se retrae, la presión del circuito se eleva sólo a la cantidad requerida paraconducir el aceite fuera del circuito, de regreso al depósito. Cuando el vástago delcilindro se encuentra completamente extendido o retraído, la presión del circuito seeleva 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 deentrada. Las válvulas de alivio operadas por piloto pueden también captar la presiónen otra parte del sistema o aún en un sistema remoto, por medio de una línea deventilación. Este tipo de operación es identificada como control remoto y esconseguida a través del uso del orificio de ventilación de la válvula de alivio. Elcontrol remoto de una válvula de alivio será descrito a detalle en el Ejercicio 4-4.


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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 dealimentación hidráulica y la válvula de alivio suministrada con su juego decomponentes 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 dealivio no está conectado al orificio de la línea de retorno de la fuente dealimentación?

5. Defina el término presión de apertura.

6. En el circuito de la Figura 2-11, ¿cuál será la lectura de presión del manómetroA, durante la extensión del cilindro y cuando el cilindro está completamenteextendido, si el ajuste de presión de la válvula de alivio es cambiado de3400 kPa (500 psi) a 6900 kPa (1000 psi)?

Nota: La presión requerida para extender el vástago del cilindroes de 600 kPa (85 psi).


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Figura 2-11. Circuito para la pregunta de revisión 6.



Control eléctrico de los

sistemas hidráulicos

21

Ejercicio 2-3

Sistema hidráulico básico controlado eléctricamente


• 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 extendidoy plegado automáticamente después de que un operador presione el botón pulsadorde INICIO . A esto se le llama reciprocidad de un cilindro, y un circuito de controleléctrico puede ser utilizado para ejecutar esta secuencia. Mientras el cilindroprovee la fuerza, o potencia, para hacer el trabajo, el circuito de control eléctricoprovee el control rápido y preciso de una válvula direccional para reciprocar elcilindro.

La reciprocidad implica un cambio en la dirección del cilindro. El automáticoreversible es logrado utilizando la señal eléctrica proporcionada por un dispositivosensible, tal como un interruptor magnético de proximidad, interruptor de fin decarrera mecánico o interruptor fotoeléctrico, para cambiar la válvula direccionalcuando 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 lareciprocidad de un ciclo de un cilindro hidráulico. Reciprocidad de un ciclo significaque cuando es iniciado por un operador, el vástago del cilindro se extiendecompletamente, automáticamente se retracta sin la atención del operador, y sedetiene, lo cual hace un ciclo completo.


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Figura 2-16. Reciprocidad de un ciclo de un cilindro.


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La retracción automática es lograda con una válvula direccional accionada porsolenoide activada por un interruptor magnético de proximidad, IMP1, colocado alfinal de la carrera de extensión.

a. En la condición normal del sistema, el vástago del cilindro es plegado, como seilustra en la Figura 2-16 a). La bobina de relé BR1 es desactivada por que unacondición de circuito abierto existe en el escalón 1 de la escalera por la condiciónabierta de contactos NA BP1 y BR1-A. Por lo tanto, el solenoide de la válvuladireccional SOL-A es desenergizado y la válvula está en la condición de flechascruzadas.

b. Cuando el botón pulsador BP1 es presionado, como se ilustra en laFigura 2-16 b), la corriente fluye de la terminal + de la fuente de alimentación, através de los contactos BP1 y IMP1 en el escalón 1, para energizar la bobina derelé BR1. Esto cierra los contactos de relé BR1-A y BR1-B. El contacto BR1-Ben el escalón 2 ocasiona que el solenoide SOL-A y la luz indicadora L1 seenergicen. Esto ocasiona que la válvula direccional cambie a la posición deflechas rectas y extienda el vástago del cilindro. El contacto BR1-A en elescalón 1 provee otra trayectoria en paralelo con el contacto BP1 para que lacorriente 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 trayectoriaalterna proporcionada por el contacto de retención BR1-A cerrado. Por lo tanto,el solenoide SOL-A permanece energizado y el vástago del cilindro continuaextendiéndose en su carrera completa.

d. Cuando el vástago del cilindro se extiende completamente, el interruptormagnético de proximidad IMP1 es activado por el pistón magnético dentro delcilindro. Esto es ilustrado en la Figura 2-16 d). Esto abre el contacto NC IMP1 enel escalón 1, desenergizando la bobina de relé BR1. Esto ocasiona que elcontacto de relé BR1-B en el escalón 2 se abra, desenergizando el solenoideSOL-A y la luz indicadora L1. Esto ocasiona que la válvula direccional regresea la condición de flechas cruzadas y que retracte el cilindro. Cuando el vástagodel cilindro está completamente plegado, se detiene y espera a que el operadorinicie otro ciclo.

Interruptores magnéticos de proximidad

En el circuito descrito arriba, el automático reversible del cilindro es logradoutilizando la señal eléctrica proporcionada por un interruptor magnético deproximidad para cambiar una válvula direccional cuando el vástago del cilindro seextiende completamente. Los interruptores magnéticos de proximidad sonampliamente utilizados en los sistemas hidráulicos industriales para sentir laposición del pistón del cilindro. Pueden ser fácil y rápidamente montados encualquier lugar dentro del margen de desplazamiento del pistón.

Su Equipo Didáctico en Hidráulica incluye dos interruptores magnéticos deproximidad del tipo de Lámina. Como lo muestra la Figura 2-17, cada interruptorconsta de dos láminas mecánicas (puntos de contacto) que se abren y se cierrantocando y separando, y de una bobina de relé interna controlando un juego decontactos NA y NC del tipo unipolar de dos vías (UPDV). Las terminales + y en la


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parte superior del interruptor deben ser conectadas a una fuente de alimentación decc 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, elcampo magnético atrae entre si las láminas del interruptor permitiendo que lacorriente fluya de la terminal + del interruptor para energizar la bobina de reléinterna. Esto ocasiona que los contactos UPDV del interruptor se activen. Elcontacto NA se cierra mientras que el contacto NC se abre.

Cuando el pistón magnético se aleja del interruptor, las láminas del interruptor seseparan nuevamente, desenergizando la bobina de relé. Esto ocasiona que loscontactos del interruptor regresen a su estado normal desactivado.


En este ejercicio, ensamblará y evaluará el sistema de reciprocidad de un ciclodescrito en la sección de PRINCIPIOS del ejercicio.

– En la primera parte del ejercicio, sujetará el cilindro de diámetro interior de3,8-cm (1,5-pulg.) en la superficie de trabajo y montará un interruptor magnéticode proximidad al final de su carrera de extensión.


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– En la segunda parte del ejercicio, verificará que el circuito de control eléctricoopere apropiadamente. El propósito de esta verificación es aislar problemas talescomo errores de cableado en una manera sistemática, controlada antes deactivar la fuente de alimentación hidráulica. La verificación del circuito de controleléctrico es particularmente importante cuando se trabaja en los sistemashidráulicos controlados eléctricamente porque las funciones ejecutadas por estecircuito pueden no ser fácilmente aparentes para el operador, y el movimientoimpredecible 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, paraobtener 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 suubicación de almacenamiento. Sujete el cilindro a la superficie de trabajo.Conecte los dos puertos del cilindro al puerto de la línea de retorno de lafuente de alimentación hidráulica a través de un colector.

G 2. Obtenga un interruptor magnético de proximidad de su ubicación dealmacenamiento. Monte el interruptor en el cilindro de diámetro interior de3,8-cm (1,5-pulg.) para que el interruptor esté activado cuando el vástagodel cilindro esté completamente extendido. Para hacerlo, ejecute lossiguientes pasos:

– Retracte manualmente por completo el vástago del cilindro.

– Afloje el tornillo opresor en el interruptor magnético de proximidad hastaque la abrazadera esté lo suficientemente suelta para deslizarse sobreel vástago del cilindro. Posicione el interruptor en el extremo vástagodel cilindro, después ajuste el tornillo opresor.

– Conecte el circuito mostrado en la Figura 2-18. Note que el interruptormagnético de proximidad, IMP1, debe estar cableado normalmenteabierto. También, note que el interruptor + y las terminales debenestar conectadas a las terminales de la fuente de alimentación de cc de24-V.

– Active la fuente de alimentación de cc de 24-V. La lámpara piloto L1debe estar desactivada, indicando que el Interruptor magnético deproximidad está desactivado.

– Extienda manualmente el vástago del cilindro por completo. La lámparapiloto L1 debe ahora estar activada, indicando que el interruptormagnético de proximidad está activado. Si la L1 está desactivada, afloje


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el tornillo opresor en el interruptor y vuelva a posicionar el interruptorhasta 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 plegadomanualmente, el estudiante tendrá que accionar el vástago delcilindro hidráulicamente. Para hacerlo, desconecte los dospuertos del cilindro del puerto de la línea de retorno de la fuentede alimentación hidráulica, después conecte un circuito dereciprocidad del cilindro simple utilizando una válvula direccionalaccionada por palanca (N/P 6320) y la válvula de alivio(N/P 6322). Con la presión de la válvula de alivio ajustada almínimo (perilla girada completamente en el sentido contrario alde las manecillas del reloj), active la fuente de alimentaciónhidráulica. Ejecute los pasos de arriba para posicionar elinterruptor de fin de carrera, utilizando la palanca de la válvuladireccional para extender y retractar el vástago. Cuando elinterruptor este correctamente posicionado, desactive la fuentede alimentación hidráulica y desconecte las mangueras, despuésproceda con el ejercicio.

Figura 2-18. Montaje de un interruptor magnético de proximidad en el extremo vástago del cilindrode diámetro interior de 3,8-cm (1,5-pulg.).


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G 3. Desconecte el circuito y almacene todas las mangueras y cables deconexión 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 delcilindro y del interruptor magnético de proximidad (IMP1). Note que el IMP1está ahora por ser cableado normalmente cerrado. Las terminales + y deeste interruptor están por ser conectadas a las terminales correspondientesde 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 estáconectada al contacto de relé BR1-B y qué terminal del solenoideestá conectada a la terminal de la fuente de alimentación de ccde 24-V. De cualquier forma, el solenoide aun se energizará ycambiará la bobina de la válvula.


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Figura 2-19. Diagrama esquemático de un sistema de reciprocidad de un ciclo.


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Evaluación de un circuito de control eléctrico

G 5. Active la fuente de alimentación de cc de 24-V. No active la fuente dealimentación 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 dela válvula direccional está energizado. ¿Es esta su observación?

G Sí G No

G 7. Verifique que el solenoide SOL-A de la válvula direccional esté energizado.Obtenga su multímetro de su ubicación de almacenamiento y configurelopara leer voltios de cc. Conecte las puntas de prueba del multímetro através de las terminales + y del solenoide. La lectura del voltaje en elmultímetro debe ser aproximadamente de 24 V, indicando que el solenoideestá energizado. ¿Lee 24 el multímetro?

G Sí G No

G 8. Deje las puntas de prueba del multímetro conectadas a través delsolenoide. Desactive la fuente de alimentación de cc de 24-V. Remueva elcableado eléctrico conectando el contacto del interruptor NC IMP1 al lado+ de la bobina de relé BR1. Esto simulará la activación del Interruptormagnético de proximidad IMP1. Active la fuente de alimentación de cc.Debe observar que la luz indicadora L1 está desactivada y que el voltaje através del solenoide sea 0 V. ¿Está desactivada la luz indicadora L1 y lalectura del voltaje es 0 V?

G Sí G No

G 9. Cuando todas las condiciones de arriba son conocidas, el circuito de controleléctrico 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 bobinade relé BR1, como lo muestra la Figura 2-19. Active la fuente dealimentación de cc de 24-V, después proceda a la siguiente parte delejercicio.

¡ADVERTENCIA!

No proceda con el ejercicio si no se ha alcanzado ningunode los requerimientos de arriba. Mejor desactive la fuente dealimentación de cc de 24-V y verifique las conexiones delcircuito, después active la fuente de alimentación de cc dey evalúe la operación del circuito.


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Evaluación del sistema de reciprocidad de un ciclo

G 10. Antes de iniciar la fuente de alimentación hidráulica realice el siguienteprocedimiento de iniciación:

a. Asegúrese de que las mangueras hidráulicas estén firmementeconectadas.

b. Verifique el nivel de aceite en el depósito de la fuente de alimentaciónhidráulica. El aceite debe cubrir, pero no rebasar, la línea negra dearriba del indicador de nivel de temperatura/aceite en la fuente dealimentación 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 hidráulicadentro de la toma de corriente de ca.

e. Abra completamente la válvula de alivio girando completamente superilla de ajuste en el sentido contrario al de las manecillas del reloj.

¡ADVERTENCIA!

Asegúrese de que los componentes y cables de conexióneléctricos y no estén colocados en una posición donde seacuñen o confinen entre las partes rígidas del equipodidáctico cuando el vástago del cilindro se extienda, porqueel 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 enla condición de flechas cruzadas y el aceite de la bomba está dirigido alextremo vástago del cilindro. Ya que, sin embargo, el vástago del cilindroestá completamente plegado, el aceite bombeado está bloqueado en elpistón del cilindro y está ahora siendo forzado a través de la válvula dealivio. Ajuste la perilla de ajuste de la válvula de alivio para que la presióndel sistema en el manómetro A sea 1400 kPa (200 psi).

G 13. Inicie el ciclo del cilindro presionando momentaneamente el botónpulsador 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 deun ciclo?


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G 15. Inicie otro ciclo presionando momentaneamente el BP1. ¿Es la retracciónautomática cuando el vástago del cilindro se extiende completamente?¿Por qué? Explíquelo consultando el diagrama en escalera en la seccióneléctrica de la Figura 2-19.

G 16. Inicie otro ciclo presionando momentaneamente el BP1. ¿Continua elcilindro extendiéndose cuando libera el BP1? ¿Por qué? Explíqueloconsultando el diagrama en escalera en la sección eléctrica de laFigura 2-19.

G 17. ¿Qué le sucedería a la operación del circuito si el contacto de relé BR1-Aen el escalón 1 fuera removido? ¿Podría todavía extender el cilindro?Explique.

G 18. Desactive la fuente de alimentación hidráulica. Abra completamente laválvula de alivio girando completamente su perilla de ajuste en el sentidocontrario 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 conexióneléctricos. Limpie cualquier residuo de aceite hidráulico.

G 21. Remueva y almacene todo componente hidráulico y eléctrico. Limpiecualquier 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 paralimpiar el aceite.


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CONCLUSIÓN

En este ejercicio, evaluó la operación de un sistema de reciprocidad de un ciclo.Observó que un cilindro puede hacerse para retractarse automáticamente utilizandoun interruptor magnético de proximidad. Aprendió que un contacto de relé puede serutilizado para mantener un circuito cerrado a una carga de salida, permitiendo queun botón pulsador actue como un interruptor de contacto mantenido.

También aprendió que es buena práctica evaluar el circuito de control eléctrico antesde poner todo el sistema en operación. Esto es particularmente importante cuandotrabaja en sistemas hidráulicos controlados eléctricamente ya que las funcionesrealizadas por un circuito de control puede no ser aparentes fácilmente para eloperador, 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 sistemade reciprocidad de un ciclo?

3. En el diagrama en escalera de la Figura 2-19, ¿cuál es el propósito del contactode 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 contactoNC 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 contactoNA BR1-B en el escalón 2 de la escalera es cambiado por un contacto NC? Explique.



Aplicaciones de hidráulica – PLC

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Ejercicio 6

Conteo de ciclos de un actuador hidráulico


• Conectar y evaluar un sistema hidráulico controlado por PLC que hace girar a unmotor 1000 vueltas y después alterna un cilindro 10 veces.

DISCUSIÓN

El conteo de ciclos de un actuador hidráulico es requerido cuando una porción delsistema debe ser activada o desactivada después de que un actuador hacompletado un número definido de ciclos. Una aplicación típica es una máquinaautomatizada de empaque que apila y cuenta los artículos de producción en grupos.El método usual es que un cilindro se extienda y retracte continuamente, levantandoy apilando un artículo en cada ciclo, y que un contador cuente el número de ciclosque ha realizado el cilindro. Cuando el conteo requerido es alcanzado, una señal deinterrupción causa que otro cilindro aparte lo apilado.

El conteo de ciclos del actuador hidráulico también es requerido para la planeacióndel mantenimiento de la máquina. El PLC lo tiene informado de cuando cada partede la máquina debe ser reemplazada basada en el número de artículos quemanufactura.

Las instrucciones del contador del PLC son apropiadas para contar el número deciclos del contador realizados por un actuador. Permiten el monitoreo automático delas máquinas de producción a porcentajes más altos de eficiencia.


En este ejercicio conectará un sistema hidráulico controlado por PLC que hace girara 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, paraobtener 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 áreade almacenamiento. Instale el volante de inercia dentro del eje del motor yajuste el tornillo opresor. Asegúrese de que el tornillo opresor estécompletamente atornillado en su orificio.


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¡ADVERTENCIA!

Asegúrese de que el volante de inercia esté firmementesujetado al eje del motor.

G 2. Obtenga el interruptor fotoeléctrico de reflexión difusa de su área dealmacenamiento y sujételo a la superficie de trabajo. Coloque el motorhidráulico en frente del interruptor fotoeléctrico de reflexión difusa a unadistancia de 10 cm/4 en (2 hileras de perforaciones) de éste, alinie el eje delmotor con el haz del interruptor. Sujete el motor en su lugar.

G 3. Conecte el sistema hidráulico controlado por PLC mostrado en laFigura 6-1. Monte los interruptores magnéticos de proximidad IMP1 y IMP2de manera que se activen cuando el vástago del cilindro se extienda yretracte completamente, como lo muestra la Figura 6-1 a).


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Figura 6-1. Sistema hidráulico controlado por PLC a conectar.

G 4. Introduzca su programa en escalera del PLC en la Figura 6-2.


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Figura 6-2. Programa en escalera del PLC usado para hacer girar un motor 1000 vueltas ydespués alternar un cilindro 10 veces.


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G 5. Antes de iniciar la fuente de alimentación hidráulica, realice el siguienteprocedimiento de inicio:

a. Asegúrese de que las mangueras hidráulicas estén conectadasfirmemente.

b. Verifique el nivel de aceite del depósito de la fuente de alimentaciónhidráulica. El aceite debe cubrir, pero no rebasar la línea negra sobreel indicador de temperatura/aceite en la fuente de alimentaciónhidráulica. 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 noestén colocados en una posición donde se acuñen oconfinen entre partes rígidas del equipo didáctico cuando elvástago del cilindro se extienda o el motor gire, porque elequipo didáctico se puede dañar.

G 6. Cierre completamente la válvula secuencial.

G 7. Active la fuente de alimentación hidráulica. Después, active la fuente dealimentación 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 deverificación:

a. Presione momentaneamente el botón pulsador de INICIO, BP1. Elmotor debe empezar a girar, mientras el vástago del cilindro debepermanecer inmóvil.

b. Monitoree la instrucción del contador del PLC C:0 en el escalón 3 de laescalera. Cuando el valor acumulado del contador alcanza 1000, elmotor se debe detener, mientras el vástago del cilindro debe empezara reciprocar (extender o retractar).

c. Cuando el vástago del cilindro ha reciprocado 10 veces, se debedetener en la posición completamente plegada, permitiendo que unnuevo ciclo sea iniciado.

No proceda con el ejercicio si cualquiera de las condiciones de arriba no fuealcanzada. En lugar de eso verifique las conexiones del circuito y el


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programa del PLC. Realice las modificaciones requeridas, despuésverifique que el sistema opere correctamente.

G 11. Cicle el sistema unas cuantas veces y monitoree el programa del PLCconforme es ejecutado. ¿Qué causa que el motor empiece a girar cuandoBP1 es presionado? Explíquelo consultando el programa en escalera delPLC en la Figura 6-2.

G 12. ¿Qué causa que la instrucción del contador C:0 en el escalón 3 incrementesu valor acumulado cuando el motor gira? Explique.

G 13. ¿Qué causa que el motor se detenga y que el vástago del cilindro empiecea reciprocar cuando el valor acumulado de la instrucción del contador C:0alcance 1000? Explique.

G 14. ¿Qué causa que la instrucción del contador C:1 en el escalón 8 incrementesu valor acumulado cada vez que el vástago del cilindro se extiendecompletamente?

G 15. ¿Qué causa que el vástago del cilindro se detenga en la posicióncompletamente plegada después de que ha reciprocado 10 veces?Explique.


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G 16. Inicie el sistema presionando BP1, después presione BP2 mientras el motorestá girando. ¿El motor se detiene inmediatamente cuando BP2 espresionado? ¿Por qué?

G 17. Inicie el sistema presionando BP1, después presione BP2 mientras elvástago del cilindro se está extendiendo y a media carrera. ¿El vástago seregresa a la posición INICIAL (completamente plegada) antes dedetenerse? ¿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.


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G 19. Modifique su programa del PLC para que el sistema opere como sigue:

– Presionando el botón pulsador de INICIO causa que el vástago delcilindro empiece a reciprocar, mientras el motor permanece detenido.

– Cuando el vástago ha reciprocado 10 veces, éste se detiene, mientrasel motor empieza a girar.

– Cuando el motor ha girado 1000 vueltas, se detiene y el sistema quedalisto para un nuevo ciclo.

Dibuje el programa modificado en la Figura 6-4. Introduzca su programa yevalúe la operación del sistema.

G 20. Cuando haya terminado, desactive la fuente de alimentación hidráulica, elPLC, y la fuente de alimentación de cc de 24-V. Desactive la computadoraprincipal, si la hay.

G 21. Desconecte todas las mangueras y cables eléctricos. Remueva todos loscomponentes de la superficie de trabajo. Regrese todas las mangueras,cables, y componentes a su área de almacenamiento.


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Figura 6-4. Nuevo programa modificado.

CONCLUSIÓN

En este ejercicio, conectó un sistema hidráulico controlado por PLC que hace girara un motor 1000 vueltas y después recíproca un cilindro 10 veces. Observó que lainstrucción del contador del PLC es incrementada para las transiciones del escalónde falso a verdadero del escalón del contador. Estas transiciones del escalón soncausadas por eventos ocurridos en el sistema, tal como un pistón de cilindro pistóndesplazándose más allá de un interruptor magnético de proximidad o de un volantede inercia activando un interruptor fotoeléctrico. Después de que un número de


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eventos ha ocurrido, el bit de terminación del contador se activa, el cual activa odesactiva 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 ciclosdel actuador.

3. ¿Cómo puede ser usada la instrucción del contador del PLC para activar unsolenoide de válvula direccional después de que un cilindro ha reciprocado unnúmero definido de veces?

4. En el programa en escalera del PLC en la Figura 6-2, ¿qué propósito es servidopor 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 servidopor la instrucción del contacto N. C. B:0 en el escalón 4?

Otra muestra extraída del


Control eléctrico

de los sistemas hidráulicos

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Examen de la unidad

1. De acuerdo con la Ley de Ohm,

a. la caída de voltaje es igual a la corriente multiplicada entre la resistencia;b. la corriente es igual a la caída de voltaje dividida entre la resistencia;c. la resistencia es igual a la caída de voltaje dividida por la corriente;d. Todas las de arriba.

2. Si la corriente fluyendo a través del solenoide de la válvula direccional es 2 Ay la caída de voltaje a través del solenoide es 10 V, entonces la potenciaconsumida por el solenoide es

a. 40 Wb. 200 Wc. 20 Wd. 5 W

3. ¿Cuál de las siguientes es la forma correcta de medir la corriente fluyendo através de un componente?

a. Conectar un voltímetro o multímetro en modo voltímetro a través de lasterminales del componente y después activar la fuente de alimentación decc.

b. Conectar un óhmetro o multímetro colocado en modo óhmetro en serie conel componente con la fuente de alimentación de cc de desactivada.

c. Conectar un amperímetro o multímetro colocado en modo amperímetro enserie con el componente y después desactivando la fuente de alimentaciónde cc.

d. Conectar un amperímetro o multímetro en modo amperímetro en serie conel 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 travésdel componente es 2 A, entones la resistencia del componente es

a. 24 b. 6 c. 48 d. 4

5. ¿Cuál de las siguientes es una regla general para dibujar diagramas enescalera?

a. Las líneas verticales en los lados izquierdo y derecho del diagramarepresentan las terminales + y de la fuente de alimentación.

b. Las cargas de salida son dibujadas en el lado derecho del diagrama enescalera.

c. Cada dispositivo en el diagrama en escalera debe ser identificado con unaabreviatura representativa.

d. Todas las de arriba.

Examen de la unidad (cont.)

48

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 secierran;

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 enserie, ¿cuál es la condición requerida para que la carga de salida se energice?

a. Ambos interruptores deben ser desactivados.b. Uno de los interruptores debe ser activado.c. Uno de los interruptores debe ser desactivado.d. 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 botónpulsador de INICIO sea presionado.

b. mantiene un circuito cerrado a la carga de salida después de que el botónpulsador de INICIO es liberado.

c. mantiene un circuito abierto para la carga de salida después de que elbotón pulsador de INICIO sea liberado.

d. mantiene un circuito abierto para la carga de salida antes de que el botónpulsador de INICIO sea presionado.

9. Reciprocidad de un ciclo significa que cuando es iniciado por un operador, elvástago del cilindro

a. se extiende completamente y luego se detiene.b. se extiende y retracta dos veces.c. se extiende y retracta una vez.d. se extiende y retracta indefinidamente.

10. El automático invertido de un cilindro puede ser logrado utilizando la señaleléctrica proporcionada por un dispositivo sensible tal como un

a. Interruptor de fin de carrera mecánico;b. Interruptor magnético de proximidad;c. Interruptor fotoeléctrico;d. Todos los de arriba.

Muestra extraída de la

guía del professor



51

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 aceiteproporcionado por la Válvula de alivio más restrictiva, a fin de que la bombadeba aplicar más presión se doblegue ante la resistencia.

G 6. No. Tan pronto como la configuración de presión de la Válvula de alivio sevuelva más alta que 6200 kPa (900 psi), la Válvula de alivio principal dentrode la Fuente de alimentación hidráulica, que está configurada a 6200 kPa(900 psi), proporciona una trayectoria de menos resistencia, a fin de quetodo 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 22. Durante la extensión del cilindro, el Manómetro A mostró la presiónnecesaria para doblegar la resistencia de los sellos del pistón y que elaceite fluyendo de nuevo al depósito. La presión no cambia por que estasresistencias no son afectadas por las configuraciones de la Válvula dealivio.

G 23. La presión del circuito aumenta cuando el cilindro está completamenteextendido por que la resistencia del cilindro se vuelve muy alta. Elmovimiento adicional requeriría el vástago del pistón haga “estallar” elcilindro. La presión del sistema en este punto es determinada por la Válvula


52

de alivio que permite a todo el aceite proveniente de la bomba regresardirectamente 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 lapresión del sistema máxima. Sin embargo, la Válvula de alivio principal en laFuente de alimentación hidráulica es configurada de fábrica a una presión másalta que la Válvula de alivio secundaria proporcionada con el Equipo didácticode Hidráulica. Es utilizada como un dispositivo de seguridad adicional pararespaldar la Válvula de alivio secundaria. No debe usarse para reajustar oforzar.

3. Una Válvula de alivio accionada por piloto.

4. La Válvula de alivio será ineficaz por que no limitará la presión del sistema. Lapresión del sistema se elevará a la configuración de presión de la Válvula dealivio principal, si la hay. De otro modo, la presión se elevará hasta que el aceitese 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 Válvulade 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 delsistema debería elevarse a 6900 kPa (1000 psi) en lugar de 3400 kPa (500 psi).

EJERCICIO 2-2 PRESIÓN Y FUERZA


G 1. Unidades S.I.:

Unidades inglesas:

G 2. Af = 11.4 cm2 (1.77 in2)


53

G 3.

PRESIÓN APLICADA EN ELÁREA COMPLETA DEL

PISTÓN

FUERZA TEÓRICA DELCILINDRO

FUERZA REAL DELCILINDRO

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 porla caída de presión a lo largo de los conectores y la precisión a razón delresorte. Sin embargo, los valores reales y teóricos deben estar dentro del20% 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 delpistón es más bajo que la fuerza generada en el lado de la cubierta. Ladiferencia en fuerza es ocasionada por la diferencia en el área efectiva delos dos lados del pistón. El área del pistón disponible para la que presiónactúe en su más baja en el lado del vástago debido a que el vástago delcilindro cubra una porción del pistón.

G 24. El Manómetro B indicará la presión en sumo grado. Debido a que Af esmayor que Aa, Pa debe ser mayor que Pf para que la ecuaciónPf x Af = Pa x Aa sea verdadera.


54

G 25.

PARTE A

PRESIÓN DEENTRADA APLICADA

EN EL ÁREA DELPISTÓN LLENO

PRESIÓN DEENTRADA EN ELMANÓMETRO A

(Pf)

PRESIÓN DE SALIDAEN EL MANÓMETRO B

(Pa)

PROPORCIÓN DEPRESIÓN DE

ENTRADA/SALIDA(Pf/Pa)

RECIPROCIDADDEL ÁREA

PROPORCIONAL(Aa/Af)

1400 kPa (200 psi) 1800 kPa (260 psi) 0,770,61

2100 kPa (300 psi) 2800 kPa (400 psi) 0,75

PARTE B

PRESIÓN DEENTRADA APLICADA

EN EL ÁREAANULAR

PRESIÓN DEENTRADA EN EL

MANÓMETRO A (Pa)

PRESIÓN DE SALIDAEN EL MANÓMETRO B

(Pf)

PROPORCIÓN DEPRESIÓN DE

ENTRADA/SALIDA(Pa/Pf)

RECIPROCIDADDE LA

PROPORCIÓNDEL ÁREA (Af/Aa)

400 kPa (200 psi) 800 kPa (110 psi) 1,821,64

100 kPa (300 psi) 1100 kPa (160 psi) 1,88

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 enlos lados del vástago y de la cubierta aumentarán hasta que las fuerzasejercidas en ambos lados del pistón sean exactamente iguales. Debido aque el pistón anular es más pequeño que el área del pistón total, la presiónanular requerida debe ser más grande que la presión del área total paraobtener el equilibrio de las fuerzas.

G 35. En teoría, la proporción de presión de entrada/salida debe ser igual a lareciprocidad de la proporción del área. Sin embargo, los valores medidospueden diferir ligeramente debido a que la caída de presión a lo largo de lasmangueras y los conectores.


G 46. Unidades S.I.:

Unidades inglesas:


55


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.:


56

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 émbolodel cilindro es pasado por un lado al depósito a través de la válvula de


57

retención dentro de la Válvula de control de flujo. Por lo tanto, el tiempo deretracción es determinada por el flujo de la bomba total, y no por laconfiguración de la Válvula de control de flujo.

G 14.

RAZÓN DEFLUJO PARA EL

CILINDRO

TIEMPOTEÓRICO DE

LA EXTENSIÓN

TIEMPO REALDE LA

EXTENSIÓN

MANÓMETROA

MANÓMETROB

P(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% eluno del otro. Si los tiempos de extensión real son mayores que los tiemposteóricos, esto es probable debido a que las razones de flujo requerido paraeste experimento fueron ajustadas a una temperatura inferior a 38 C(100 C). El Caudalímetro del equipo didáctico está diseñado para leer conexactitud la razón de flujo a 38 C (100 F). Bajo esta temperatura, el aceitees más espeso, colocando presión extra en las piezas internas delCaudalímetro y ocasionando que la lectura del Caudalímetro sealigeramente 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 presióndisminuye debido a que la resistencia de la válvula al flujo de aceitedisminuye. Esto incrementa el flujo al cilindro y disminuye el flujo a laVálvula de alivio.

G 26. Si.

G 27. No.


58

G 29.

RAZÓN DE FLUJODESDE ELCILINDRO

TIEMPO DEEXTENSIÓN

MANÓMETROA

MANÓMETROB

P (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)


3,1 s @ 38 C(100 F)

2000 kPa(290 psi)

0 kPa (0 psi) 2000 kPa (290 psi)


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 depresión disminuye debido a que la resistencia de la válvula al flujode aceite disminuye. Esto incrementa el flujo al cilindro y disminuyeel flujo a la Válvula de alivio.

G 34. Si, por que la resistencia de la Válvula de control de flujo para unarazón de flujo es fija. La presión requerida para doblegar estaresistencia, por lo tanto, es fija, si la válvula es posicionada antes odespués del cilindro.

G 40. No. El vástago del pistón se extiende a menos que la velocidad totaldebido a que la Válvula de control de flujo desvía algo del flujo deaceite 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 DEFLUJO

TIEMPO DEEXTENSIÓN

MANÓMETROA

MANÓMETROB

P (MANÓMETRO A MANÓMETRO B)


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)


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.


59

G 46. El tiempo de extensión se incrementa conforme la apertura de laválvula de control se incrementa, debido a que más flujo esdesviado al depósito y menos va hacia el cilindro.

G 48. Las caídas de presión en el circuito de control de flujo de paso sonmucho más bajas que en los circuitos de regulación de salida yregulación de entrada debido a que el aceite extra es desviado aldepósito 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 vástagodel cilindro, debido a que la Válvula de control de flujo está cerrada.

G 60. La Fuente de alimentación hidráulica debe suavemente regresar alsuelo debido a que la Válvula de control de flujo restringe el flujo delaceite regresando al depósito, que disminuye la velocidad de laFuente de alimentación hidráulica.

G 61. La velocidad de elevación no es controlada por la Válvula de controlde flujo. Durante la retracción del vástago del cilindro, todo el aceitede la bomba va al extremo vástago del cilindro, a través de laválvula de retención dentro de la Válvula de control de flujo. Por lotanto, el cilindro se pliega a velocidad total.


1. La velocidad del vástago del pistón disminuirá. Esto es por que lavelocidad de un vástago de pistón es inversamente proporcional al áreadel pistón. Entre más grande el diámetro del pistón, entonces, más bajala velocidad del vástago será.

2. La extensión del vástago y las velocidades de retracción pueden serdisminuidas disminuyendo la razón de flujo dentro del cilindro. La razónde flujo puede ser fácilmente disminuida por el uso de una válvula decontrol de flujo en el sistema. Un segundo método para disminuir lavelocidad de un vástago de cilindro es utilizando un cilindro de grantamaño 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 Válvulade control de flujo es regresada al depósito a través de la Válvula dealivio.


60

5. Regulación de entrada.

6. Regulación de salida.

7. El circuito de control de flujo de paso es energía más eficiente que loscircuitos de regulación de entrada y salida debido a que el flujo extra esregresado al depósito en la presión de carga en lugar de que en lapresión de la Válvula de alivio. Sin embargo, este circuito es menosexacto porque no provee control directo del flujo activo al cilindro.

EJERCICIO 2-4 TRABAJO Y POTENCIA


G 10.

TIEMPO DERETRACCIÓN

(PLIEGAMIENTO)

PRESIÓNANULAR

FUERZADESARROLLADA

TRABAJODEL

CILINDRO

POTENCIADEL

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).


61

G 23.

PRESIÓN DELCIRCUITO

(MANÓMETRO A)RAZÓN DE FLUJO PRESIÓN EN EL

MANÓMETRO B

SALIDA DEPOTENCIA DE

LA BOMBA

POTENCIADISIPADA PORLA 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.


62

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 delcircuito, debido a la filtración interna. Conforme la presión del sistema seincrementa, la cantidad de filtración interna se incrementa, lo cual reducela razón de flujo de la bomba actual. La relación entre la razón de flujo dela 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, labomba debe desarrollar más potencia para doblegar la resistencia delcircuito incrementado.


63

G 31. Si. Conforme la apertura de la Válvula de control de flujo es disminuida, lacaída de presión a lo largo de la válvula se incrementa, ocasionando máspotencia 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 hidráulicaes 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 DELA BOMBA

POTENCIA DE SALIDA DELCILINDRO EFICIENCIA

118,3 W (0,159 hp) 86,5 W (0,116 hp) 73,0%

Tabla 2-11. Eficiencia del circuito.

G 37. No, porque algo de potencia se perdió así como el calor por la fricción dela resistencia de las mangueras, de la válvula direccional y los sellos delcilindro.


1. La potencia disipada se duplica.

2. Ambos cilindros lograron la misma cantidad de trabajo.

3.

4. 1 hp = 745,7 WPotencia del cilindro = 6,8 hpEficiencia del sistema = 75%

Entrada de potencia eléctrica =

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Fundamentos de hidráulica - labvolt.com · Unidad 3 Circuitos básicos Conexión y operación de circuitos hidráulicos prácticos y simples. Diseño y operación de una Válvula