Cálculo del tiempo necesario para elevar una carga con un cilindro hidráulico

Determinar el tiempo necesario para elevar una carga de 1000kg a una altura de 25mm utilizando un cilindro hidráulico (sin rozamiento) con las siguientes características.

-Presión: P=100bar.

-Caudal: Q=0,5 l/min.

SOLUCIÓN:

Partiendo de la expresión: Q=V/t, t=V/Q.

Y sabiendo que el volumen es: V=A x h. Se desconoce el área, pero, aplicando la expresión, se obtiene que: P=F/A, A=F/P. Se adaptan las unidades: F=1000Kg x 9,8m/s²=9800N. P=100bar=100 x 10⁵ N/m².

Se calcula el área: A=F/P=9800N/100 x 10⁵ N/m²=9,8 x 10⁻⁴ m².

A partir del área, se puede considerar el diámetro del pistón: A=π x d²/4, d=√(4 x A/π). d=√(4 x 9,8 x 10⁻⁴/ π)=0,035m=35mm.

Se calcula el volumen: V=A x h =9,8 x 10⁻⁴ x 25 x 10⁻³= 2,45 x 10⁻⁵ m³. El caudal se tiene en l/min e interesa tenerlo en m³/s, para ello se adapta: Q=0,5, 1/min x 1m/60s x 1m³/1000L=8,33 x 10⁻⁶ m³/s. Sustituyendo, finalmente: t=V/Q=(2,45 x 10⁻⁵)/ 8,44 x 10⁻⁶= 2,94 s.

Establece el caudal necesario en L/min para que un émbolo o pistón de 50mm de diámetro se desplace 25mm en 8s.

SOLUCIÓN: Partiendo de la expresión: A=π x d²/4, A=π x d²/4=π x(50 x10⁻³)²/4=1,96 x 10⁻³m². Como el volumen es: V=A x L=1,96 x 10⁻³m² x 25 x 10⁻³m=4,91 x 10⁻⁵m³. Se calcula el caudal: Q=V/t=(4,91 x 10⁻⁵m³)/ 8s= 6,13 x 10⁻⁶m³/s. Como se necesita en L/min, se transforma: Q=6,13 x 10⁻⁶ (m³)/s x 1000L/ 1m³ x 60s/ 1min= 0,368 L/min.

Circuitos hidráulicos

Los circuitos hidráulicos tienen bastantes similitudes con los circuitos neumáticos estudiados anteriormente. Como fuente de energía, se tiene en neumática la unidad de mantenimiento que proporciona el aire adecuado para la instalación y, en hidráulica, se tiene la unidad de bomba que proporciona el aceite al sistema. Los elementos de control de los fluidos, es decir, las válvulas distribuidoras, son similares y lo mismo ocurre con los actuadores (cilindros, motores, etcétera). Respecto a las canalizaciones, en los sistemas neumáticos, una vez que el aire ha realizado su trabajo, se libera al ambiente, pero en las instalaciones hidráulicas, el aceite se devuelve al tanque o depósito para que vuelva a ser reutilizado.

Filtros

El filtrado es una de las operaciones de mantenimiento más importantes en las instalaciones hidráulicas. El aceite, durante sus ciclos de trabajo, acumula suciedad y partículas, generalmente metálicas arrancadas del interior de las tuberías y otros elementos, que deben eliminarse, ya que pueden acabar desgastando las partes móviles de la instalación, acortando su vida útil de funcionamiento y en casos extremos, provocando una avería. Para solucionar estos problemas, se emplean filtros. Atendiendo a su lugar de instalación, se tienen los siguientes tipos:

• Filtros de aspiración: se instalan en el primer filtrado de salida de aceite, dentro del depósito para eliminar las partículas de menor tamaño antes de llegar a la bomba.
• Filtro de impulsión o de presión: se instalan aguas arriba de la bomba y, por tanto, trabajan con aceite a presión. Están destinados a eliminar partículas de pequeño tamaño y se instalan, en especial, delante de aquellos elementos más sensibles que requieran un aceite lo más limpio posible. Son de fácil mantenimiento, puesto que están en un lugar visible de la instalación. Debido a la operación de filtrado, se produce una pérdida de carga y calentamiento del aceite hidráulico.
• Filtro de retorno: se instalan a la salida de los actuadores (cilindros y motores) en la canalización de retorno del aceite hacia el depósito.
• Filtro aireador: es el filtro que se emplea para el llenado del depósito de aceite y que, además, sirve como orificio aireador que asegura que la presión dentro del depósito es la atmosférica. Impide la entrada al depósito de partículas externas a la instalación del aceite de llenado inicial y rellenado de mantenimiento, así como de las procedentes del ambiente del lugar de trabajo.