Unidad Diuacr

t-unciones y Compos Grupo Hidráulico (1)

Programa de Formación Abierta y Flexible O FPE - FONDO FORMACI~N

Dirige FPE - FONDO FORMAC~ON Subdirección de Desarrollo y Relaciones Institucionales Servicio de Producción Didáctica

Coordinación general Equipo Proyecto MUALFORM

Equipo Técnico Javier Maestro (COORDINADOR) de Redacción Víctor Expósito

Carlos J. Charro Luis M. LLorente Mónica Suárez Ma Jesús Camporro M" Jesús Fernández Eduardo González Montserrat González Pertenecientes al Centro de Formación de Nuevas Tecnologías de Gijón. Delegación de Asturias.

Corrección de Estilo Nieves Alvarez

Diseño, Maquetación, SERVICIO DE PUBL~CAC~ONES DEL F. P. E. - FONDO FORMACI~N Ilustración e Impresión Ctra. Carbonera s/n 332 1 1 GIJÓN

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ISBN 84-8 145-394-3 ISBN Obra Completa 84-8 145-392-7

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Unidad ~idádca Funciones y Composición de un Gmpo Hidráulico (1)

Está claro que para usar un fluido a presión es necesa- rio generar previamente esa presión en el fluido. Ello hace preciso el conocimiento de las caracterkticas del jluido y de los elementos mecánicos que lo van a con- trolar. El conocimiento de estas caracterkticas nos faci- litará la interpretación del sistema y de sus posibilidades.

Los pequeños grupos hidráulicos siruen para la produc- ción y puesta a disposición de la e n q í a de presión. El movimiento de rotación y el par de giro del motor de accionamiento se convieierten en caudal y presión con una bomba de apukión.

Un grupo hiddulico está compuesto por ciatos elernen- tos, unos necesarios y algunos optativos, que hacen posi- ble que la instalación hidráulica trabaje sin pmblemas.

En esta unidad se tratarán los siguientes apartados:

Grupo hidráulico.

Bombas hidráulicas.

Aceite hidráulico.

Depósitos.

Tuberías hidráulicas.

Válvulas de seguridad.

Manómetros.

Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico ( 1 ) 3

Tus objetivos

Al final de esta unidad serás capaz de:

Reconocer los aceites utilizados generalmente en un sistema hidráulico.

Establecer las funciones principales de un depósito.

Describir y determinar la construcción y tamaño de un tanque básico.

Diferenciar entre tubos gas, tubos milimétricos y mangueras flexibles.

Describir la misión de una válvula limitadora de presión.

Diferenciar entre limitadoras simples y compuestas.

Esauema de estudio

b DEP~SITOS Tamaño del depósito.

L

VALVULAS DE Válvulas de seguridad simples. SEGURIDAD Válvulas de seguridad compuestas.

L L

Manómetros Bourbon. Manómetros Schrader.

4 Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico (1)

Un sistema hidráulico se compone de una serie de elementos conectados entre s l de forma que transformen la energía hidráu- lica en energla mecánica en los procesos industriales.

Para desarrollar esta labor es necesaria una bomba para impulsar el fluido. También son precisos los cilindros para transmitir la potencia del sistema. Además de la bomba y los cilindros, se necesitan válvulas para controlar el caudal, un depósito para con- tener el aceite y suministrarlo a la bomba, líneas de conexión y varios accesorios hidráulicos.

Una parte muy importante de todo sistema hidráulico es el grupo hidráulico. Este equipo es una combinación de diversos elemen- tos que forman una unidad. Los elementos que forman parte de un grupo hidráulico son:

Bomba (accionada mediante un motor eléctrico). Depósito. Válvula limitadora.

o Manómetro. Tuberías. Filtro.

La combinación y el montaje puede ser diferente según la aplica- ción a la que vaya destinado, aunque se pueden establecer reglas de construcción comunes a todos los equipos.

En la siguiente figura se muestra el diseño y el esquema de un grupo hidráulico básico.

Fig. 1 : Grupo hidrdulico.

Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico (1) '

a) Bomba hidrodinámica de tipo axial.

b) Bomba hidrostática de tipo helicoidal.

- -

1 Bombas hidráulicas

Las bombas constituyen el elemento fundamental del grupo hidráulico, ya que su misión consiste en transformar la energCa obtenida por un motor eléctrico en energía hidráulica impulsando el fluido hacia el circuito.

La bomba hidráulica va colocada en el interior del grupo hidráu- lico y es accionada normalmente mediante un motor electrice acoplado a ella. La bomba impulsa el fluido hidráulico aumen- tando la presión de este hasta alcanzar la presión necesaria para desarrollar el trabajo. Esta presión se genera por la resistencia que el fluido encuentra durante su desplazamiento a lo largo del cir- cuito.

La elección de la bomba está determinada por la presión a soportar y el caudal que es capaz de aportar a determinadas revoluciones.

Existen gran cantidad de bombas hidráulicas, que se pueden clasi- ficar en hidrodinámicas e hidrostáticas.

Las bombas hidrodinámicas están formadas por un rodete o hélice. El fluido entra por el centro de la bomba y se desplaza hacia la salida por efecto de la fuerza centrífuga causada por la hélice.

Las bombas hidrostáticas son las más utilizadas en los circuitos hidráulicos. En ellas se desplaza una cantidad de fluido en cada ciclo o vuelta del elemento móvil de la bomba. Las bombas hidrostáticas más utilizadas son: helicoidales, de engranajes, de pistones, de paletas, etc.

Fig. 2: Bombas hidráulicas.

6 Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico (1)

Aceite hidráulico

Aunque las primeras prerisas y aun algunos equipos actuales utili- zan agua como fluido, generalmente se aprovechan las ventajas de lubricación de los aceites minerales derivados del petróleo. El aceite es muy poco compresible, ya que para una reducción del 0,5% del volumen requiere una presión de unos 70 kp/cm2.

Las características o propiedades de los aceites minerales depen- den de:

El tipo de crudo utilizado. Los aditivos empleados. El grado y el método de refinamiento.

En general, estos aceites poseen excelentes cualidades lubricantes, protegen contra la oxidación, disipan fácilmente el calor y se man- tienen fácilmente limpios por filtración o por gravedad. Su princi- pal inconveniente es la inflamabilidad, por lo que en algunos casos se han de utilizar otros líquidos. Algunos de estos Iíquidos son:

Agua-glicol. Es un fluido formado por un 35 a un 40% de agua, un glicol (generalmente etileno o propileno glicol) y un espesante soluble en agua para mejorar la viscosidad. Tambien contienen aditivos antiespumantes, antioxidantes, etc. La concentración de estos componentes se debe controlar, ya que sufre modificacio- nes por efecto de la evaporación, temperatura, etc.

Al pasar a trabajar con este tipo de fluido en un sistema hidráu- lico, es preciso realizar una profunda limpieza y analizar la com- patibilidad de los materiales del circuito. El zinc, el cadmio y el aluminio suelen ser atacados si no están tratados previamente.

Emulsiones agua-aceite. Se trata de fluidos difícilmente infla- mables*, más económicos, a base de agua y aceite en distintos porcentajes, a los que se añaden emu~sionadores, estabilizado- res y otros aditivos.

Estas emulsiones son, generalmente, compatibles con todos los metales y juntas que se encuentran en los sistemas que trabajan con aceites minerales. En cualquier caso, es aconsejable consultar antes a la firma suministradora acerca de las compatibilidades.

Fluidos sintéticos. Son productos químicos sintetizados en el laboratorio, tales como esterfosfatos, hidrocarburos clorados o combinaciones de estos y otros aditivos. No son compatibles con las juntas usualmente utilizadas, lo que obliga a desmontar todos los componentes para cambiarlas.

Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico ( 1 ) 7

Normas de manipulación:

Para evitar errores que podrian resultar costosos, podemo tener en cuenta las siguientes reglas:

Almacenar los bidones tumbados y, si es posible, en un luga cubierto y lejos de focos de calor.

Mantener los bidones debidamente identificados.

Antes de abrirlos, proceder a la limpieza de éstos para evita la precipitación de suciedad en el tanque hidráulico.

Utilizar un filtro en el tubo de llenado.

Cambiar el fluido antes de que se descomponga.

Mantener el depósito con el nivel adecuado para favorecer li disipación del calor y evitar que la humedad se condense er. las paredes interiores.

I Vigilar y reparar inmediatamente las fugas.

Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a. En hidráulica se utiliza el aceite por su gran compresibilidad. 1 Q Q

b. El principal inconveniente del aceite mineral es la inflama- 1 bilidad.

c. Las emulsiones agua-aceite son fluidos dificilmente infla- ma bles.

d. Es aconsejable almacenar los bidones de aceite tumbados I

y lejos de los focos de calor.

8 Funciones y Composición de un Grupo' Hidráulico ( 1 )

El depósito es una pieza fundamental en un circuito hidrdulico. Las funciones de un depósito son:

Almacenar el fluido requerido por el sistema.

Proporcionar un lugar donde se sedimenten los contaminantes en suspensión.

Mantener la temperatura del fluido en unos valores determina- dos eliminando el calor generado.

Disipar el aire disuelto en el fluido o la espuma formada en el sistema.

i rampiiia ae limpieza con visor de nivel

drenaje I

Tubo de Filtro aspiración

Fig. 3: Depósito para fluido hidráulico.

En general, estos depósitos se fabrican con planchas de acero. Las planchas han de estar exentas de óxido y recubiertas en su interior de pintura antioxidante compatible con el fluido a utilizar.

Para facilitar la limpieza, el fondo debe estar ligeramente incli- nado, con un tapón de drenaje en la zona más baja. También es deseable que disponga de una compuerta practicable, además de un visor de nivel y un tapón de llenado con filtro. Si el depósito no está presurizado, ha de disponer de un respiradero dotado de filtro de aire.

Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico (1) 9

En el interior del depósito se dispone de una placa deflectora* cuya función es evitar que se establezca una corriente directa entre el orificio de aspiración y el de retorno (fig. 4). De esta forma, se facilita el enfriamiento del fluido de retorno, la sedi- mentación de contaminantes y la separación del aire del fluido.

Hacia la bomba Unea de retorno

Placa deflectora'

Fig. 4: Circulación del fluido en el depósito.

Tamaño del depósito

En la industria, el tamaño de los depósitos no es un problema. Es deseable que el tanque sea razonablemente grande. Dada la misión de decantación y enfriamiento de este elemento, ha de tener un tamaño que contenga todo el fluido necesario para el fun- cionamiento del sistema, y su volumen debe equivaler a un valor de tres a cinco veces la capacidad de la bomba en litros por minuto.

1 ~Cudl crees que serfa el efecto de las turbulencias en la tuberla de aspiración? I

10 Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico ( 1 )

1 Tuberías hidráulicas

El fluido hidráulico se debe canalizar desde el punto de origen hasta el elemento de trabajo. Para este cometido recurrimos a las tuberías. Tubería es el termino generico que engloba a todas las líneas de conducción y las conexiones precisas para realizar las uniones.

Las tuberías pueden clasificarse en:

Tubos gas. Estos tubos se fabrican con tres espesores diferen- tes. El diámetro exterior se mantiene invariable, por lo que la variación de espesor afecta solzmente al diámetro interior del tubo. Es recomendable el uso de tuberías de acero sin solda- dura, pues proporcionan un interior exento de óxido y cascarilla que, en otro caso, serían arrastrados por el fluido.

En Europa, las dimensiones de estas tuberías vienen determina- das por las normas DIN 2440,2441 e ISO R-65.

En estos tubos, las roscas son cónicas, del tipo denominado "de cierre seco". Las bases y crestas ajustan antes que los flancos para evitar las fugas por la holgura en espiral que se produce en las roscas convencionales.

Fig. 5: Rosca de cierre seco.

Tubos milimétricos. Sori tubos de acero sin soldadura que tie- nen la ventaja de que pueden doblarse evitando la necesidad de accesorios en curvas y ángulos, y son más fáciles de trabajar. Estos tubos son más caros que los tubos gas. Aguantan más presión y permiten mayor caudal a igual peso.

Las especificaciones se refieren al diámetro exterior. Sus dimen- siones aumentan, desde 118' (un octavo de pulgada) hasta 1 ' (una pulgada), con incrementos de 111 6". A partir de 1 " los incrementos pasan a ser de 114". Con dimensiones metricas se encuentran entre 4 y 80 mm de diámetro.

Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico (1 ) 1

Los tubos milimétricos también disponen de varios espesores de pared. Su unión no se hace por rosca, sino mediante varios accesorios (fig. 6).

Fig. 6: Accesorios para montaje de un tubo rnilirn&trico.

Mangueras flexibles. Las mangueras flexibles están formadas por varias capas (mínimo tres). De ellas, al menos una está for- mada por malla trenzada, que puede ser metálica, y que le con- fiere resistencia a la presión. La capa interior debe ser de un material compatible con el fluido a emplear. Se utiiizan cuando las conexiones están sometidas a movimiento y para evitar o reducir la transmisión de vibraciones.

Las mangueras están dotadas con terminales que permiten su acoplamiento de forma similar a los acoplamientos de las tu berías rigidas.

Capa exterior de caucho Yntetico

Capa de alambre l o tejido trenzado Capas trenzadas

Fig. 7: Manguera flexible.

compatible con el fluido

1 ¿Por que piensas que una tuberia de acero galvanizado no deberla usarse en una linea hidráulica? vm-.-.m . .*.- ,atr-\i"m "/.- %-+.e 1 ..- , - I + ~ - - Y . .

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12 Funciones y 'Composición de un Grupo Hidráulico (1 )

Cuando una bomba hidráulica envía fluido a un circuito, lo hace ininterrumpidamente. Si el fluido no tiene salida, la presión se incrementa hasta que el motor de accionamiento de la bomba se bloquea o algún elemento del circuito, incapaz de resistir la pre- sión generada, se rompe. Esto hace preciso instalar un elemento de seguridad que evite la subida de presión por encima de unos valores preestablecidos. Estos elementos se llaman válvulas de seguridad o válvulas limitadoras de presión.

Para limitar la presión en un circuito debemos permitir que, cuando esta alcance un valor determinado, todo el aceite que envCa la bomba pueda retornar al tanque a través de la válvula de seguridad. Tambien se puede dejar de suministrar aceite al cir- cuito para no sobrepasar el límite de presión.

1. Válvulas de seguridad simples

Las válvulas de seguridad simples, tambien denominadas de accionamiento directo, consisten en un elemento obturador que impide la salida del fluido hacia el tanque a traves de un orifi- cio. La fuerza de obturación se determina por un muelle, normal- mente de tensión regulable (fig. 8).

Fig. 8: Válvula de seguridad de accionamiento directo.

Cuanto mayor sea el orificio del asiento, mayor ha de ser la fuerza del muelle. Si bien esta solución es adecuada en neumática, en hidráulica nos encontramos con presiones muy elevadas, lo cual hace necesario el uso de muelles difícilmente manipulables. El uso de las válvulas de accionamiento directo es, por tanto, limitado.

Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico (1)

2. Válvulas de seguridad compuestas

a) Válvula piloto. b) Válvula principal. c) Estrangulamiento. d) Elemento de cierre.

Cuando el caudal a liberar es excesivo para un orificio de pequeño tamaño, se hace preciso recurrir a una válvula de accio- namiento indirecto.

Estas válvulas están compuestas por una válvula piloto, de seguri- dad simple, y una válvula principal, constituida por un elemento de cierre controlado por la válvula piloto.

Fig. 9: Válvula de seguridad con válvula piloto.

Como vemos en la figura 9, la presión actúa sobre el elemento de cierre (en este caso una válvula de asiento) manteniéndolo en equilibrio.

La alimentación de la válvula piloto se realiza a través de una res- tricción o estrangulamiento. Al ceder el muelle de la válvula piloto, ésta se abre y, debido a la restricción, se produce una caída de presión en ese lado de la válvula principal que comunica con la válvula piloto. De esta forma, se origina el desplazamiento del elemento de cierre, que se separa de su asiento dejando paso libre al fluido.

Esto hace que la presión se comunique con el tanque en tanto permanezca abierta la válvula piloto. Esta construcción permite controlar grandes caudales con muelles de dimensiones reducidas.

14 Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico ( 1 )

En la figura 10 vemos una forma constructiva en donde el ele- mento de cierre es una corredera.

/ corredera

Fig. 10: Válvula de seguridad de corredera.

Los fabricantes construyen una gran variedad de este tipo de vál- vulas que dependiendo de cómo se conecten se pueden aplicar de diferentes maneras.

f ompieta el texto con las @labras siguientes:

directoI tanque, limitadora, indirectoI sobrepresidn, piloto, principal

La válvula de seguridad o válvula ................................. de presión impide que la presión sobrepase el valor soportado por los elementos del sistema.

La válvula de accionamiento ................................... tiene un uso limitado en hidráulica, ya que se trabaja con presiones muy elevadas. Por eso, se utilizan más las válvulas de accionamiento ...................................... Estas válvulas están compuestas por una válvula ........................................ que, al producirse una ........................................ se abre, provocando una caída de presión en un

Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico (1) 15

Aguja de control

~bertura estrangulada

1 Manómetros 1

Son instrumentos de medida necesarios para poder conocer la presión existente en el circuito.

Es aconsejable aislar el manómetro del sistema mediante una vál- vula para conectarlo solamente en momentos precisos y evitar someterlo a las constantes oscilaciones y puntas de presión, que repercuten en su duración. En caso de no hacerlo así, debemos colocar una restricción en el paso de alimentación del manómetro que actúe como amortiguador (fig. 11).

Se construyen principalmente en dos variantes: manómetros Schrader y manómetros Bourbon.

Fig. 11 Amortiguación por restricción 1 m Manometros Schrader de paso.

En estos manómetros, la presión actúa sobre un pistón a cuyo movimiento se opone un muelle. Su desplazamiento se transmite a una aguja, que lo refleja en una escala.

La escala de estos manómetros suele estar calibrada en kp/cm2, aunque tambien se utiliza la calibración en p.s.¡. (libras por pul- gada cuadrada);

Fig. 12: Manómetro Schrader.

16 Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico (1)

2. Manómetros Bourbon

Están formados por un tubo cerrado en forma de arco, que recibe en su interior al fluido, y que, por efecto de la presión, tiende a enderezarse. Un acoplamiento adecuado transmite este desplaza- miento a una aguja que nos refleja la presión en una escala.

Fig. 13: Manómetro Bourbon.

Si consideras que has concluido el estudio de esta unidad, intenta responder a las siguientes cuestiones de autoevaluación.

Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico ( 1 ) 17

p1 Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a. La presión del depósito se mantiene a la presión atmos- ferica. Ll C3

b. En una instalación hidráulica, el tanque del depósito debe tener una capacidad, al menos, igual al caudal de la bomba. IJ

c. La única misión que tiene el depósito es la de almacenar el fluido requerido por el sistema. u t l

d. Para facilitar el enfriamiento del aceite se dispone de una placa deflectora en el interior del depósito, que separa la corriente de aspiración con la de retorno. m a

11 ¿Que ventaja presentan los tubos milimetricos respecto a los tubos gas? ¿Dónde se utilizan principalmente las mangueras flexibles?

13 Cita los llquidos utilizados normalmente en un sistema hidráulico.

18 Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico (1)

1 ¿Cuál es la misión de una válvuia de seguridad en un circuito hidráulico?

11 Cita los dos tipos de manómetros más utilizados en un circuito hidráulico.

Funciones y Composición de un Grupo Hidrbulico (1 )

1 Res~uestas a las actividades

- a. Falsa: Precisamente una de las cualidades del aceite es que es muy poco compresible.

b. Verdadera.

c. Verdadera.

I d. Verdadera. .

Las turbulencias en la tubería de aspiración impedirán a los contami- nantes y las burbujas de aire separarse del fluido. Entonces el fluido las arrastará conduciéndolas hacia la bomba, aumentando el riesgo de daños en el equipo.

Las tuberías no pueden fabricarse de acero galvanizado porque el gal- vanizado puede desprenderse en partículas y ser arrastrado a través del sistema causando daños en la instalación.

43--"l La válvula de seguridad o válvula limitadora de presión impide que la presión sobrepase el valor soportado por los elementos del sistema.

La válvula de accionamiento directo tiene un uso limitado en hidráu- lica, ya que se trabaja con presiones muy elevadas. Por eso, se utilizan más las válvulas de accionamiento indirecto. Estas válvulas están 'com- puestas por una válvula piloto que, al producirse una sobrepresión, se abre, provocando una caída de presión en un lado de la válvula princi- pal, que hace que ésta se abra y el líquido se descargue al tanque.

20 Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico (1)

a. Verdadera.

b. Falsa: La capacidad del depósito debe ser de tres a cinco veces el caudal de la bomba en litros por minuto.

c. Falsa: Además de almacenar el fluido, en el depósito tiene lugar la sedimentación de los contaminantes, la regulación de la temperatura del líquido y la disipación del aire, y la espuma del fluido.

d. Verdadera.

Los tubos milimétricos no necesitan accesorios en las conexiones 1 con curvas, ya que pueden doblarse fácilmente.

Las mangueras flexibles se utilizan en aquellas conexiones en las que las partes sean móviles y se necesite reducir vibraciones.

El liquido más utilizado en hidráulica es el aceite mineral. En casos en que se necesiten líquidos menos inflamables, se utilizan agua- glicol, emulsiones agua-aceite y fluidos sintéticos.

La válvula de seguridad tiene la misión de impedir que la presión L del sistema sobrepase el valor máximo que pueden soportar los demás elementos del circuito.

Los dos manómetros más utilizados son el Bourbon y el Schrader.

Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico ( 1 )

Resumen de Unidad

Grupo hidráulico El grupo hidráulico se compone de una serie de elementos desti- nados a obtener la presión del Iíquido y utilizarla conveniente- mente para desarrollar un determinado trabajo. Los elementos básicos de todo grupo hidráulico son:

Fluido hidráulico Es el líquido empleado para transmitir la presión en el sistema. Generalmente se utiliza el aceite mineral. Algunos de los líquidos utilizados son: agua-glicol, emulsiones agua-aceite, fluidos sintéti- cas.

Depósito Se utiliza para almacenar el fluido hidráulico. En el depósito sedi: mentan los contaminantes o partículas en suspensión que apare- cen en el sistema y se disipa el calor generado.

En el interior del depósito se dispone de una placa deflectora que evita la corriente directa entre la tubería de aspiración y la de retorno, de forma que facilite el enfriamiento del fluido de retorno y, a la vez, la separación del aire y contaminantes deposi- tados en el Iíquido.

Tuberías' Son las encargadas de transportar el fluido desde el depósito hasta los elementos de trabajo. Pueden ser tubos gas, tubos milimétricos o mangueras flexibles.

Válvulas de seguridad Son elementos conectados al circuito que limitan la presión a un valor determinado, de forma que permite descargar el líquido sobrante cuando se produce un aumento excesivo de presión, evi- tando daños en la instalación.

Se utilizan dos tipos de válvulas de seguridad:

Simples o de accionamiento directo.

Compuestas o de accionamiento indirecto. Éstas disponen de una válvula piloto

Manómetros Son instrumentos de medida empleados para conocer la presión existente en el circuito en cualquier momento. Se utilizan princi- palmente dos variantes:

Manómetros Bourbon.

Manómetros Schrader.

22 Funciones y Composición de un Grupo Hidráulico ( 1 )

Vocabulario

Difícilmente inflamables: referido a fluidos que presentan un periodo de tiempo bas- tante elevado desde un estado muy caliente hasta el comienzo de la combustión.

Placa deflectora: es una placa que se extiende a lo largo del centro del depósito y tiene normalmente 213 de la altura que alcanza el nivel de aceite. Se usa para separar la Iínea de entrada de la bomba de la Iínea de retorno, de forma que el mismo fluido no pueda recircular continuamente. Con ello se consigue evitar las turbulencias del aceite dentro del depósito, depositar las materias extrañas en el fondo, separar el aire que pueda llevar *el aceite y permitir el enfriamiento del fluido antes de volver a la bomba.

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