miércoles, 22 de septiembre de 2010

LA hidraúlica, conceptos y aplicaciones en el campo automotriz


SIMBOLOGIA HIDRAULICA
Introducción a los Esquemas Hidráulicos
Los diagramas precisos de circuitos hidráulicos son esenciales para los técnicos que deben repararlos.
El diagrama muestra cómo interactúan los componentes. Muestra al técnico cómo funciona, que debería hacer cada componente y a dónde debería ir el aceite, lo cual es útil para diagnosticar y reparar el sistema.
DIAGRAMAS DE CIRCUITOS
Existen dos tipos de diagramas de circuitos.
A: Los Diagramas de circuito en corte transversal muestran la construcción interna de los componentes además de las rutas que sigue el flujo de aceite. Mediante colores, sombras o diversos patrones en líneas y pasos, puede mostrarse muchas condiciones diferentes de presión y flujo.






B: Los Diagramas de circuito esquemáticos se usan preferentemente para la solución de fallas por su capacidad de mostrar las funciones actuales y potenciales del sistema. Los diagramas esquemáticos están compuestos de símbolos geométricos que corresponden a los componentes y sus controles y conexiones




SIMBOLOGIA HIDRAULICA














1. Sistemas de símbolos esquemáticos
A: I.S.O = Organización Internacional de Estándares
B: A.N.S.I. = Instituto Americano Nacional de Estándares
C: A.S.A = Asociación Americana de Estándares
D: J.I.C. = Conferencia de Industrias Consolidadas

¿QUÉ ES LA PRESIÓN?

La presión es la fuerza que se aplica sobre una determinada superficie. Vamos a suponer que pusiéramos un peso-fuerza de 100 kg. Sobre una superficie de 10 cm2. Si hacemos un reparto uniforme de los100 kg. Nos damos cuenta que sobre cada cm2. Corresponden exactamente 10 kg. Esto se puede expresar en forma matemática de la siguiente manera: Presión en kg./cm.2 = Fuerza en kg. / Superficie en cm.2 (P = F/ S) Para simplificar las medidas reales tomamos como unidad: 1 bar = 1 kg. /cm.2


2.-CARACTERÍSTICA GENERAL DE LOS LÍQUIDOS





“toda presión ejercida en un punto cualquiera en la superficie de un líquido se transmite en todas direcciones y sin pérdida de su intensidad”. Principio de pascal. Debido a que los líquidos son incompresibles sirven perfectamente para la transmisión íntegra de un movimiento y de una fuerza.

Aplicación al mando de frenos







En el MANDO HIDRÁULICO, el esfuerzo ejercido sobre el pedal por el conductor es transmitido a los frenos por medio de una columna de líquido, el sistema consiste en una bomba llamada “CILINDRO MAESTRO” en la cual la presión es creada por el esfuerzo del conductor. Por medio de canalizaciones, esta presión es transmitida a los bombines de las ruedas que accionan los frenos.

Presión = fuerza / superficie

Esfuerzo sobre el pedal / sección del pistón de la bomba

Ventajas: fuerte multiplicación del esfuerzo y equilibrio perfecto.
v – la bomba
1.-la bomba simple




FUNCIONAMIENTO AL ACCIONAR EL PEDAL

1. Al frenar, la extremidad de la varilla de empuje bajo la acción del pedal va a apoyarse contra el fondo de su alojamiento en el pistón después de haber recorrido un corto trayecto, (alrededor de 1 mm.), que constituye la guarda del pedal.
2. Al seguir pisando, el pistón avanza ligeramente en la cámara y la copela primaria, después de una débil carrera, cierra el orificio de dilatación (H) aislando así la cámara del depósito de alimentación.

3. El orificio de dilatación está cerrado, el avance del pistón pone el líquido bajo presión, cuando esta presión sea superior a la válvula, está se abrirá y el líquido bajo presión será enviado por las canalizaciones hasta los cilindros de las ruedas.
Los pistones receptores aplican entonces las zapatas contra los tambores.

FUNCIONAMIENTO AL SOLTAR EL PEDAL

Cuando el pedal es liberado:

1. Bajo la acción de sus resortes las zapatas vuelven a su posición de reposo arrastrando ellas a los pistones de los cilindros de ruedas, el líquido retorna por las canalizaciones hacia la bomba principal.

2. El pistón de la bomba principal es simultáneamente llevado por un resorte a su posición de partida, provocando así una caída de presión en el circuito.
En efecto, prácticamente se constata que el retorno del líquido, frenado por los frotamientos en las canalizaciones del circuito, no es tan rápido como el retorno del pistón bajo el efecto del resorte. Se produce entonces en la cámara una depresión que aspira el líquido alojado entre la pared del cilindro principal y el cuerpo del pistón. El líquido atraviesa entonces el pistón por los taladros practicados sobre su periferia, dirigiéndose hacia la cámara del cilindro y pasando entre la copela primaria y el cuerpo de la bomba, es la compensación.

Por otra parte, la fuerza del líquido que viene del circuito hacia el cilindro principal actúa sobre la válvula de doble efecto y comprime ligeramente el resorte, el líquido pasa entonces por la periferia de ella.

1. La depresión en la cámara de la bomba tiende a retener la copela primaria en su movimiento de retorno y deformar los labios.

2. Hay aspiración de líquido de freno del recipiente, que se aloja detrás de la cabeza del pistón, en el compartimento circular. Este líquido pasa ahora a través de los taladros del pistón, y de los bordes de la copela para llegar a la cámara.

3. En este movimiento el pistón está en la posición de reposo y el taladro de dilatación no está obstruido.

4.-El líquido de retorno de las canalizaciones, devuelve al recipiente el líquido de compensación.

Cuando termina el des frenado y el pistón viene a su posición de reposo, se encuentra en el circuito una cantidad de líquido más grande que la que ha sido bombeada la primera vez por la acción del pedal, esto explica que en caso de mal reglaje o desgaste, si el pedal se hunde del todo al primer pisotón y no hay frenada, la cantidad de líquido enviada es insuficiente para accionar los bombines, la carrera del pedal disminuye al 2º o 3er pisotón y es efectivo después de esta acción de bombeo.

PRESIÓN RESIDUAL

(Esta presión no es necesaria para ciertos tipos de copelas de bombines de freno de tambor)

1. Debido al equilibrio entre la presión del muelle y el líquido retornado, la válvula se aplica herméticamente sobre su apoyo, consiguiendo aislar la bomba principal de los cilindros receptores o bombines y sus canalizaciones.

2. Queda así en las canalizaciones y los bombines de las ruedas una ligera presión llamada “presión residual” del orden de 0,7 bares. Esto permite interceptar toda entrada de aire en el circuito. Si apareciera una fuga, se traduciría en una pérdida de líquido y no en una entrada de aire. Además esta presión residual permite mantener apoyados los labios de las copelas de los bombines.

3. El líquido sobrante que asegura la compensación retorna al recipiente por el taladro de dilatación.

2.-APLICACIÓN DEL SISTEMA HIDRÁULICO EN EL VEHÍCULO

El sistema de frenado con mando hidráulico debe permitir repartir el esfuerzo de frenado sobre las 4 ruedas. Para ello es necesario prever 4 elementos receptores.

Disposición general

El sistema se compone:
1.-De un depósito de líquido de frenos.
2.-De una bomba de mando del cilindro principal.
3.-De un mando mecánico de esta bomba o pedal de freno.
4.-De cilindros receptores que hacen el papel de levas del mando mecánico.
5.-De canalizaciones que unen los diferentes órganos.

Guarda del vástago

Existen entre la extremidad de la varilla de empuje que manda el pedal y el fondo del pistón del cilindro principal, una guarda de 0,8 a 1mm, reglada en origen por el constructor y que no debe, en principio, ser modificada. Algunas veces es necesario reglar este juego. Para ello se debe actuar sobre el tornillo del pedal, sobre la varilla de empuje o mediante calas previstas por el fabricante.



1. DESCRIPCIÓN
1. Pistón primario.
2. Pistón secundario.
3. Tornillo de ensamblaje del pistón primario y de la caja de posicionado del muelle.
4. Guía del muelle de recuperación.
5. Muelle de recuperación.
6. Muelle de recuperación.
7. Arandela de seguridad y copela primaria del circuito primario.
8. Arandela de seguridad y copela primaria del circuito secundario.
9. Copela secundaria del circuito primario.
10. Copela secundaria del circuito secundario.
11. Copela de estanqueidad entre circuito primario y circuito secundario.
12. Tornillo con junta de cobre.
13. Tope de reposo del pistón secundario.
14. Clip y arandela de tope.

2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIEMTO




FRENADA: Los dos pistones se deslizan:


1. Pistón primario mandado por el vástago del pedal.
2. Pistón secundario mandado por el pistón primario, su muelle y la presión engendrada en el circuito primario.
3. Las copelas obstruyen las canalizaciones de dilatación.
3. La presión reina simultáneamente en los circuitos.


DESFRENADA:

 Tras la desaparición del esfuerzo los dos pistones retroceden a su posición bajo el efecto de los muelles de recuperación.



3.- CAÍDA DE PRESIÓN EN LOS CIRCUITOS.EN CASO DE AVERÍA:

1.-En el circuito primario:
- Solamente el pistón primario avanza hasta el tope.
- Mando mecánico del pistón secundario.
- Presión normal en el secundario.
- No hay presión en el primario.

FRENADA MENOS EFICAZ. CARRERA AUMENTADA EN PEDAL.

2.-En el circuito secundario:
- Los dos pistones avanzan.
- No hay presión tras los pistones.
- El pistón secundario llega a su tope mecánico.
- El pistón primario continúa avanzando, la presión aparece en el circuito primario.
- No hay presión en el secundario.

FRENADA MENOS EFICAZ. CARRERA AUMENTADA EN EL PEDAL

LIMITADOR DE FRENADA

1.-EXPOSICIÓN

Para decelerar un vehículo de una forma eficaz, es necesario aplicar sobre las ruedas un par resistente importante sin bloquear las ruedas. La adherencia de las ruedas al suelo es, como vimos, función del estado del suelo, de los neumáticos y de la carga aplicada sobre las ruedas. Consideramos solamente la carga aplicada sobre las ruedas ya que las otras características son semejantes en las cuatro ruedas. Cuando se frena bruscamente un vehículo se observa que se “clava el morro”, es decir, la fuerza viva del vehículo gravita sobre las ruedas delanteras mientras que las traseras se encuentran ligeradas, proporcionalmente a la velocidad del vehículo y a la intensidad de frenada. Tenemos pues una carga importante aplicada sobre el tren delantero con relación a la carga aplicada sobre el trasero.

Como la adherencia es función de la carga, ésta aumentará en las ruedas delanteras en detrimento de las traseras al aumentar el esfuerzo de frenado.
Por lo tanto para obtener un frenado óptimo en eficacia y seguridad, es necesario hacer variar en la misma proporción el esfuerzo de frenado ejercido sobre las ruedas traseras en relación a las delanteras.

2. REPARTIDOR DE DOBLE EFECTO




PRINCIPIO HIDRAULICOS
El principio de funcionamiento de los frenos en general es el mismo; por medio de los mecanismos adecuados el conductor tiene la facultad de aplicar por medio del pedal de frenos, una acción desaceleradora al vehículo. Para esto al aplicar el pedal de frenos se hace ejercer sobre los conductos una presión, la que se trasmite a los receptores para transformar dicha presión en un movimiento mecánico. Es este movimiento mecánico el que hace rozar sobre tambores y/o discos a los segmentos de freno, produciéndose el roce necesario para desacelerar al vehículo. El roce ejercido produce calor, que el sistema se encarga de disipar a la atmósfera.

Existen dos principios físicos fundamentales que rigen el comportamiento de un circuito hidráulico:
IMCOMPRESIBILIDAD DE LOS FLUIDOS
Significa que los fluidos a diferencia de los gases, aunque sean sometidos a presión no es posible reducir su tamaño.

LEY DE PASCAL:
PASCAL, físico francés enunció su teoría de los líquidos alrededor de 1665. Esta ley indica que al ejercer presión sobre un fluido en un sistema cerrado, la presión es ejercida igualmente en todas las direcciones. Es la aplicación práctica de esta ley la que en conjunto con la propiedad de incompresibilidad de los fluidos es la base para el estudio y funcionamiento del sistema de frenos hidráulicos.

Principio de transferencia y amplificación de fuerzas en sistema hidráulico.

El embrague hidráulico es de un funcionamiento sencillo, consta básicamente de una bomba y una turbina, la bomba mueve un fluido, de un modo similar a como lo haría un ventilador, y la turbina enfrentada directamente a él recoge la energía del fluido el cual la arrastra del mismo modo que un molinillo gira cuando recibe una corriente de aire. El fluido es aceite , y para cerrar el circuito del mismo la forma de la turbina y la bomba se encuentran enfrentadas de forma que el aceite que sirve de fluido describe una trayecto de forma toroidal, su diseño evita que el arrastre sea grande a revoluciones bajas, del orden de 500 rpm, de esa forma a ralentí cuando el aporte de par es bajo la turbina no se ve arrastrada.
Cuando se demanda carga al motor, la no existencia de un par resistente eleva las revoluciones de este, acelerando la bomba del embrague y arrastrando la turbina del mismo, esta pasa el par aportado a la caja y comienza el movimiento, el régimen del motor sube lo suficiente como para comenzar a producir un arrastre significativo, y llegado este, el aumento de carga en el motor se traduce en un incremento de par del mismo no en una subida de régimen de revoluciones.
Este sencillo elemento evita cualquier calado del motor por bajo régimen, o por una aporte de par reducido, permitiendo a su vez que cuando se le demanda mayor esfuerzo al motor en marchas largas, se traduzca en un deslizamiento en el embrague que le permita subir el régimen del motor a un valor de mayor aporte de par.
El abuso del embrague acarrea un mayor consumo, precisamente por ese deslizamiento, y tiene el defecto de no poder aumentar el par de salida frente al de entrada, eso significa que ante demandas excesivas podría calentarse innecesariamente su fluido.
El convertidor de par es una evolución del propio embrague hidráulico, básicamente son iguales, salvo por una corona llamada estator o reactor que va intercalada entre la bomba y la turbina, su misión es que cuando las revoluciones de la bomba (cigüeñal) son bajas, inferiores a 2000 rpm se bloquea en una posición respecto de la carcasa donde desvía el flujo de aceite que sale de la bomba haciendo incidir el aceite sobre la turbina con mayor velocidad, permitiendo que el par de salida del mismo sea incluso mayor que el de entrada, es de notar que no viola ninguna ley de conservación de la energía , simplemente aumenta el rendimiento evitando que el resbalamiento entre la turbina y bomba se traduzca en un mayor calentamiento del fluido, y transforma mayores velocidades de la bomba en menores en la turbina pero con mas par disponible.
El estator rebasadas el nivel de revoluciones de bajo aporte de par queda libre no oponiéndose a la libre circulación del fluido, ni cambiando su trayectoria, quedando como un simple embrague para revoluciones superiores.
Con esta sencilla mejora, que sería al embrague como la geometría variable al turbo, se consigue un mayor aprovechamiento de la energía aportada por el motor, reduciendo las perdidas energéticas en calentamiento del fluido.
Las mejoras que introduce son del tipo de conseguir una multiplicación de par llegando a duplicar el de salida frente a la entrada, por lo que es como si ser dispusiera de una pareja de engranajes a la entrada de la caja aunque de relación variable.
La suavidad de transmisión de movimiento es otra de la característica de este tipo de embrague frente a los tradicionales de disco, lo cual implica una unión rígida.
Esta suavidad tiene un precio a pagar, el cual consiste en un resbalamiento continuo aunque muy bajo cuando se circula a altas vueltas, este es el responsable de los malos consumos de los vehículos dotados de cajas automáticas.
Como nota importante habría que considerar, que someter las cajas con convertidor a deslizamientos permanentes, pueden llevar a un calentamiento excesivo del aceite, esto de soluciona elevando el giro del motor en casos de arrastras un peso, (una caravana) en vez de mantener regímenes mas bajos en una marcha más larga.
En los coches se extendió la costumbre de bloquear mecánicamente el convertidor de par en marchas largas para reducir el consumo, así como los tiempos de aceleración, esto permite circular al vehículo con una unión rígida, este sistema se aplica en la marcha superior o como mucho en la inmediatamente inferior, ya que se supone que en las primeras velocidades el convertidor aporta una ventaja al multiplicar su par quitando trabajo al motor.


DIRECCION HIDRAULICA DE CREMALLERA





Partes:



1-        Cremallera
2-        Carcaza
3-        Tornillo sin fin
4-        Válvula interna de tornillo sin fin
5-        Líneas de fluido (tubería)
6-        Pistón (división de cámaras de carter)
7-        Bush

La caja de dirección hidráulica tiene la finalidad de aportar un esfuerzo que venga a añadirse al que el conductor efectúa, sobre el volante, permitiendo una menor desmultiplicación en el mecanismo de mando y un volante de menor diámetro, con lo que resulta una dirección más sensible y la conducción más cómoda. Este sistema tiene la función de canalizar a alta presión (60 a 100 bar) procedente de una bomba accionada por el motor, haciéndolo llegar a uno u otro lado del embolo de un cilindro de trabajo, según el sentido de giro del volante.



Bomba de sistema de dirección:

Una parte importante de las cajas de dirección hidráulicas es la bomba de asistencia del líquido hidráulico. La bomba de asistencia es la encargada de generar la alta presión del aceite necesaria para el funcionamiento de la caja. El movimiento lo recibe del cigüeñal por medio de poleas y correa; en ocasiones, una correa única hace girar a la bomba de asistencia, a la bomba de agua y al alternador.
El tipo de bomba más utilizado es el de paletas. Lleva un regulador el cual regula la presión de y caudal a unos 80 bar.


TRANSMISION HIDRAULICA


FUNDAMENTO DEL MANDO HIDRÁULICO
PRESIÓN Y FUERZA:
Una ventaja importante de un sistema hidráulico cerrado, es el mantenimiento de la presión igual en todo el sistema. Esto permite la aplicación de fuerzas desiguales en puntos determinados y bajo ciertas circunstancias
La cantidad de fuerza aplicada a un área específica, medida en centímetros cuadrados, es “Presión”.

Pasando esta información en una fórmula “Presión por Área igual a fuerza aplicada”. o sea P x A =F




La aplicación de este principio es la base para un importante aspecto del sistema de frenos “ la fuerza de frenado aplicada a las ruedas puede ser variada cambiando el área del pistón del cilindro de rueda”. Las velocidades de transmisión, en todo caso no deben ser demasiado altas para no crear turbulencias que generan pérdidas de carga,. Existen tablas de velocidades de transmisión de fluidos, las que indican los ductos recomendados para fluidos y aceites de la cual sus fórmulas entregaran el cálculo adecuado de conductos.



UNIDADES DE CONVERSIÓN FACTORES DE CONVERSION DE UNIDADES EN HIDRAULICA

Factores de conversión más usadas entre unidades estándar y métricas en Hidráulica.

LONGITUD

1 mm = 0.0394” 1” = 25.4 mm
1 cm = 0.394” 1” = 2.54 cm
1 m = 39.4” 1” = 0.0254 m
1 pie = 12” 1” = 0.083 pies

AREA

1 mm2 = 0.00155 in2 1 in2 = 645.2 mm2
1 cm2 = 0.155 in2 1 in2 = 6.452 cm2
1 m2 = 1552.4 in2 1 in2 = 0.000645 m2
1 pie2 = 144 in2 1 in2 = 0.00694 pie2

VOLUMEN

1 mm3 = 0.0000612 in3 1 in3 = 16387.06 mm3
1 cm3 = .0612 in3 1 in3 = 16.38 cm3
1 m3 = 61163 in3 1 in3 = 0.00001638 m3
1 litro = 1000 cm3 1 cm3 = 0.001 litros
1 gal = 3.785 litros 1 litro = 0.264 gal
1 gal = 231 in3 1 in3 = 0.00432 gal

FUERZA

1 Kg = 2.204 Lbs 1 Lbs = 0.454 Kg
1 Ton = 2204 Lbs 1 Lbs = 0.000453 Ton
1 Kg = 9.8 Nt 1 Nt = 0.102 Kg
1 Nt = 0.225 Lbs 1 Lbs = 4.44 Nt

PRESION

1 kg/mm2 = 1422 psi 1 psi = 0.000703 kg/mm2
1 kg/cm2 = 14.22 psi 1 psi = 0.0703 kg/cm2
1 Atm = 14.7 psi 1 psi = 0.68 Atm
1 Bar = 14.5 psi 1 psi = 0.69 Bar
1 Mpascal = 145 psi 1 psi = 0.00689 Mpascal
1 pascal = 0.000145 psi 1 psi = 6886 pascal

VACIO (PRESION NEGATIVA)

1 Atm = 76 cm Hg 1 cm Hg = 0.0131 Atm
1 Atm = 29.92 in Hg 1 in Hg = 0.0334 Atm
1 cm Hg = 0.193 psi 1 psi = 5.17 cm Hg
1 in Hg = 0.4912 psi 1 psi = 2.036 in Hg

VELOCIDAD

1cm/seg = 0.394 in/seg 1 in/seg = 2.54 cm/seg
1 m/seg = 3.283 pies/seg 1 pie/seg = 0.304 m/seg
1 Km/hora = 0.6214 millas/hora 1 milla/hora = 1.613 km/hora

POTENCIA

1 Kw = 1.341 HP 1 HP = 0.746 Kw
1 BTU/min = 0.0236 HP 1 HP = 42.44 BTU/min
1 BTU/min = 0.0176 Kw 1 Kw = 56.82 BTU/min

TEMPERATURA

Grados F = 1.8 oC + 32 Grados C = (oF - 32)/1.8
Nt = Newton
Atm = Atmósfera
cm Hg = cm Mercurio
In Hg = in Mercurio
HP = Horse Power (Caballos de Fuerza)
Kw = Kilo Watts (Kilovatios)
Grados F = Grados Farenheith
Grados C = Grados Centígrado



TABLA DE CONVERSION



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Elaborado: por Abel Mauricio Mojica
Sena Regional Arauca

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