hidraulica neumatica

Hidráulica y Neumática

Modulo Nº 3 Traído para usted cortesía de:

Ing. Luis Portaluppi

ISFT Nº 196

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Tabla De Contenidos 1- Leyes físicas de la potencia hidráulica.........................................3 2- Fluidos.......................................................................................................8 2.1 Fluido hidráulico como lubricante..............................................................................................8 2.2 Fluido hidráulico como medio de transferencia de energía...........................................20 2.3 Fluido hidráulico como medio de transferencia de calor................................................25

3- Bombas hidráulicas...........................................................................30 3.1 Bombas de Engranajes.................................................................................................................. 30 3.2 Bombas de Paletas.......................................................................................................................... 31 3.3 Bombas de Pistón............................................................................................................................33 3.4 Actuadores.......................................................................................................................................... 35

4- Mantenimiento de equipos hidráulicos....................................40 4.1 Mantenimiento preventivo..........................................................................................................40 4.2 Mantenimiento predictivo...........................................................................................................42 4.3 Mantenimiento proactivo.............................................................................................................49 4.4 Mantenimiento hidráulico...........................................................................................................50 4.5 Gestión de Mantenimiento...........................................................................................................51 4.6 Mantenimiento correctivo...........................................................................................................56

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Capítulo 1 Leyes físicas de la potencia hidráulica Energía: la potencia hidráulica es otro método para transferir energía. Esta transferencia de energía se genera desde un motor eléctrico, o fuente de potencia de entrada, a un actuador o dispositivo de salida. Este medio de transferencia de energía, aunque no siempre es el más eficiente, cuando se aplica correctamente puede ofrecer un control de trabajo óptimo. La energía se puede definir como la capacidad de trabajo.

Trabajo: El trabajo se define como fuerza a través de distancia. Si levantamos 1000 kg a una distancia de 2 metros, hemos ejecutado trabajo. La cantidad de trabajo se mide en kgm. En nuestro ejemplo, hemos ejecutado 2000 kgm de trabajo.

Potencia: La potencia se puede definir como la velocidad de ejecución del trabajo, o trabajo en tiempo expresado en segundos. Si levantamos 1000 kg a 2 metros en 2 segundos, habremos obtenido 1000 unidades de potencia. Para obtener un significado relativo para la medición de potencia, debemos convertir esto a potencia en HP, o caballos de fuerza, que es una unidad para medir la energía.

Sistema Internacional (SI): Vatio, (W): Sistema inglés: caballo de fuerza o de potencia, horsepower en inglés, (hp): 1 HP = 550 ft . lb/s 1 HP = 745,787158224022 W

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Sistema técnico de unidades: kilográmetro por segundo, (kgm/s) 1 kgm/s = 9,806215 W Otras unidades: caballo de vapor, (CV) 1 CV = 75 kgm/s = 735,35375 W 1 kw = 1,3 HP HP hidráulico =

GPM x PSI 1714 x Efic. de la bomba

Calor: La ley de conservación de la energía establece que la energía no se puede crear ni destruir, pero puede cambiar su forma. La energía en un sistema hidráulico que no se utiliza para trabajo asume la forma de calor.

Fuerza torsional: La fuerza torsional es una fuerza de torsión.

Fuerza torsional (pulg-libras) = PSI x Despl. (pulg3/rev) 6,28 Fuerza torsional (pulg-libras) = HP x 63.025 RPM HP = fuerza torsional (pies-libras) x RPM 5252 BTU (por hora) = ΔPSI x GPM x 1,5 Para determinar el volumen (pulgadas cúbicas) requerido para mover un pistón a una distancia determinada, multiplique el área de la sección transversal del pistón (pulgadas cuadradas) por el recorrido (pulgadas).

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Volumen = A x L La velocidad del pistón de un cilindro depende de su tamaño (área del pistón) y del caudal de flujo dentro de él.

Velocidad (pulgadas/minuto) = Flujo (pulgadas cúbicas/minuto) Área (pulgadas cuadradas) Flujo El flujo en un sistema hidráulico se produce desde una bomba de desplazamiento positivo. Esto es distinto del caso de una bomba centrífuga, que no es de desplazamiento positivo. Existen tres principios importantes que se deben comprender relacionados con el flujo en un sistema hidráulico.

Primer principio: El flujo es lo que lo hace funcionar. Para que cualquier elemento en un sistema hidráulico se mueva, se debe suministrar flujo al actuador. Este cilindro se retracta. Sólo se puede extender si hay flujo dentro del puerto B. Si se desplaza la válvula de control direccional, esto hará que se envíe flujo, ya sea para extender o retractar el cilindro.

Segundo principio: El caudal del flujo es lo que determina la velocidad. El caudal del flujo generalmente se mide en galones por minuto o GPM. Los GPM son determinados por la bomba. Los cambios en el flujo de salida de la bomba cambian la velocidad del actuador.

Tercer principio: Con un caudal de flujo determinado, los cambios en el desplazamiento de volumen del actuador cambian la velocidad del actuador. Si hay menos volumen para desplazar, los ciclos del actuador serán más rápidos.

Por ejemplo, hay menos volumen para desplazar cuando se retracta, debido a que el vástago del cilindro ocupa espacio, reduciendo el volumen que se debe ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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desplazar. Observe la diferencia de velocidad entre la extensión y la retracción.

Presión: La presión en un sistema hidráulico proviene de la resistencia al flujo. Para ilustrar mejor este principio, piense en el flujo que se descarga desde una bomba hidráulica. La bomba produce flujo, no presión. Sin embargo, si empezamos a restringir el flujo desde la bomba, esto genera presión.

Ilustración 1: Sistema hidráulico básico

Esta resistencia al flujo es inducida por carga desde el actuador y también se genera a medida que el fluido pasa a través de los distintos conductores y componentes. Todos los puntos de resistencia, como por ejemplo, los recorridos largos de tuberías, codos y los diversos componentes son acumulativos en serie y contribuyen a la presión total del sistema.

La ley de Pascal se expresa de la siguiente manera: la presión que se aplica sobre un fluido confinado en reposo se transmite sin disminución en todas las direcciones y actúa con fuerza igual sobre áreas iguales y en ángulo recto con respecto a ellas. En el ejemplo siguiente, tenemos un recipiente lleno de un líquido no comprimible.

Presión Inducida por Carga: se define como la presión generada por la carga, ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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o la fuerza sobre el actuador. El área efectiva del pistón del cilindro es el área disponible para la generación de fuerza.

Caída de Presión: La presión que no se utiliza directamente para proporcionar trabajo se puede definir como caída de presión o presión resistiva. Es la presión requerida para empujar el fluido a través de los conductores hacia el actuador. Esta energía asume la forma de calor. Una caída excesiva de la presión puede contribuir a la acumulación excesiva de calor en el sistema hidráulico. Esta presión resistiva es acumulativa y se debe agregar a los requisitos generales de presión del sistema.

Ilustración 2: Caída presión en un sistema básico

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Capítulo 2 Fluidos El estudio de la potencia hidráulica implica la comprensión del mecanismo de transmisión de energía a través de un líquido confinado. El fluido hidráulico bien puede ser considerado como el componente más importante de un sistema hidráulico. Sirve como lubricante, como medio de transferencia de energía y como sellador.

Capítulo 2.1 Fluido hidráulico como lubricante En nuestro ejemplo de lubricación, el fluido hidráulico como lubricante permite que este bloque se deslice con menos fricción y desgaste de las piezas.

Ilustración 3: Fluido hidráulico como lubricante

Entonces, los aceites utilizados en el engrase de las piezas, tienen la misión de crear una película entre las superficies que deslizan, llenando el espacio existente entre ellas para mantenerlas separadas. Al no producirse contacto directo, no existe rozamiento ni desgaste de las mismas y se alarga la vida útil de las piezas.

El lubricante se adhiere a las superficies y el deslizamiento se produce entre las distintas capas del mismo, resultando de ello un rozamiento menor, con menor generación de calor, mayor suavidad y menor ruido.

El aceite lubricante debe cumplir los siguientes objetivos: ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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• Contribuir a lograr la estanqueidad de los sistemas.

• Mejorar el rendimiento al reducir el consumo de energía mecánica.

• Soportar las cargas y esfuerzos a los que está sometido sin ser desplazado, reduciendo las vibraciones, choques y ruidos entre las piezas.

• Soportar las elevadas temperaturas de funcionamiento.

• Mantener su viscosidad cuando el sistema está caliente para soportar la presión, y una buena fluidez con el sistema frío, para facilitar su arranque a bajas temperaturas.

• Absorber parte del calor de las piezas con las que está en contacto y evacuarlo de manera eficaz.

• Limpiar los residuos e impurezas que se generan de las superficies en deslizamiento y arrastrarlas hasta donde se depositan.

• Evitar la formación de lodos, barros y residuos que puedan atorar los conductos de engrase.

• Neutralizar los ácidos, aire, agua y sustancias corrosivas debidas al funcionamiento, descomposición del propio lubricante, etc., protegiendo el sistema.

• Para alcanzar estos objetivos los fabricantes de aceites lubricantes ofrecen productos a los que se les aplican severas especificaciones de los organismos de homologación.

• Además, cada día aumenta el período de cambio de aceite con mayor cantidad de horas de uso, lo que obliga a mejorar la calidad de los lubricantes para asegurar que cumplirán perfectamente con su misión.

2.1.1 Propiedades de los aceites lubricantes Los aceites lubricantes, para alcanzar los objetivos descritos anteriormente, deben reunir una serie de propiedades que garanticen la máxima protección del sistema. Estas propiedades deben ser conocidas, para determinar cual es el aceite lubricante más idóneo. Son las siguientes: ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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✔ Color. Cuando observamos un aceite lubricante a través de un recipiente transparente, el color nos puede dar idea del grado de pureza o de refinamiento del mismo. ✔ Densidad. La densidad de un aceite lubricante, se mide por comparación entre los pesos de un volumen determinado de ese aceite, y el peso de igual volumen de agua destilada, que se toma como unidad a igualdad de temperatura que normalmente es de 15º C. ✔ Untuosidad. La untuosidad o adherencia del aceite mide la mayor o menor capacidad de los aceites lubricantes a adherirse a las superficies que impregna manteniendo entre las superficies en movimiento una lubricación constante. Se manifiesta cuando el espesor de la película de aceite se reduce al mínimo, sin llegar a la lubricación límite. ✔ Punto de inflamación. El punto de inflamación de un aceite lo determina la temperatura mínima a la cual desprende vapores inflamables que se encienden en presencia de una llama o de un punto incandescente. Este punto debe se lo más alto posible para evitar que el aceite se incendie al estar en contacto con zonas del motor a altas temperaturas. ✔ Punto de combustión. Se alcanza el punto de combustión si prolongamos el ensayo de calentamiento hasta sobrepasar el punto de inflamación.

Notaremos que el aceite se incendia de un modo más o menos permanente, ardiendo durante unos segundos. ✔ Punto de congelación. Es la temperatura más baja a partir de la cual el aceite pierde sus características de fluido para comportarse como una sustancia sólida. Este punto debe ser lo más bajo posible para que el aceite mantenga la fluidez suficiente a bajas temperaturas.

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✔ Acidez. Los aceites minerales utilizados presentan, una cierta acidez que debe ser mínima para que no ataque la superficie de las piezas con las que está en contacto, sobre todo los cojinetes de material antifricción, El grado de acidez de los aceites está limitado al 0,03%. También el aceite a elevadas temperaturas forma ácidos que atacan las superficies produciendo la corrosión de las mismas. ✔ Índice de basicidad T.B.N. Es la propiedad que tiene el aceite de neutralizar los ácidos formados por la combustión de los motores. El T.B.N. (total base number), indica la capacidad básica que tiene el aceite. Si analizamos un aceite usado, el T.B.N. residual nos puede indicar el tiempo en horas que podemos prolongar los cambios de aceite de motor. ✔ Demulsibilidad. Es la mayor o menor facilidad con que el aceite se separa del agua, esto es, lo contrario de la emulsibilidad. ✔ Estabilidad química. El aceite lubricante se encuentra en constante movimiento, arrastra las partículas formadas por el desgaste propio de las piezas y se contamina con: partículas de polvo, agua, combustible y gases.

Por esta razón, debe tener una gran estabilidad química, de lo contrario, se degradará con rapidez y formará compuestos agresivos para el sistema, como lodos de alta y baja densidad. ✔ Acción detergente. Esta característica permite que los conductos del sistema se encuentren siempre limpios, evitando la formación de lodos.

Una forma de determinar si el aceite utilizado es de tipo detergente, es que al usarlo, después de un cierto tiempo cambia de color. ✔ Carencia de volatilidad. Esta característica es importante porque evita que el lubricante se evapore y se pierda cuando se incrementa la temperatura del sistema. ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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✔ Bajo poder corrosivo y oxidante. El aceite a altas temperaturas se combina con el oxígeno y se oxida generando productos contaminantes que atacan las superficies produciendo la oxidación y corrosión de las mismas. ✔ Gran resistencia pelicular. Ayuda a evitar el desgaste y pérdida de material de las piezas de metal. ✔ Resistencia a las altas presiones. Ayuda a evitar el contacto entre metal y metal. ✔ Resistencia a la formación de espuma. La espuma disminuye la cantidad de lubricante que se suministra a las diferentes áreas que requieren la lubricación y puede provocar daños a componentes como la bomba de aceite.

2.1.1.1 Viscosidad Es una de las propiedades más importantes de los aceites lubricantes y se define como la resistencia que un aceite lubricante opone a cualquier movimiento interno de sus moléculas, o al deslizamiento de una capa de aceite sobre otra, dependiendo por tanto, del mayor o menor grado de cohesión entre ellas. En nuestro caso, mide la resistencia interna del aceite a circular por tuberías o a fluir a una determinada temperatura. Cuanta más resistencia ofrezca, más viscosidad tiene el aceite.

La viscosidad se mide en Centistokes (mm 2/seg) o también en centipoises (centistokes/densidad) según el sistema internacional. Antiguamente, se media la viscosidad en segundos Saybolt universales pero el sistema está actualmente en desuso. ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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Un aceite con una viscosidad alta (espeso), forma una película de lubricante que es capaz de soportar grandes cargas sin ser desplazado impidiendo el contacto directo de las piezas.

Este tipo de aceite tiene el inconveniente de que circula mal por los conductos de engrase, y la bomba consume una mayor cantidad de energía mecánica para llevar el aceite hasta los lugares a lubricar. El sistema tendrá mayor dificultad para arrancar y el aceite tardará más tiempo en llegar a las zonas de engrase.

Por el contrario, un aceite con baja viscosidad (fluido), circulará bien por los conductos de engrase, consumiendo poca energía mecánica de la bomba de aceite, pero formará una película que será fácilmente desplazada cuando se someta a las cargas y esfuerzos a los que está sometido el mecanismo. En este caso, puede producirse el efecto de lubricación límite.

El motor arrancará con mayor facilidad, y el aceite llegará a los lugares de engrase en un tiempo muy corto, garantizando el engrase de las piezas en este instante en el que se producen los mayores desgastes. Si el aceite es demasiado fluido, podría entrar al interior de la cámara de combustión y quemarse.

Se debe llegar a un equilibrio en la viscosidad del aceite que permita obtener las ventajas de un aceite fluido de circular por los conductos de engrase y consumir poca energía y ser lo suficientemente espeso para soportar las cargas a las que está sometido en el motor y mantener las superficies separadas.

El índice de viscosidad es un valor que indica la variación de la viscosidad respecto de la temperatura. La viscosidad y la temperatura del lubricante son inversamente proporcionales: • Al elevar la temperatura disminuye la viscosidad y el aceite se hace más ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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fluido.

• Al bajar la temperatura aumenta la viscosidad y el aceite se hace más espeso.

Como los sistemas se encuentran funcionando desde temperaturas muy bajas en el momento del arranque en invierno (inferiores a 0º C) hasta la temperatura de funcionamiento (80º a 90º C), la viscosidad del aceite lubricante debe mantenerse estable con los cambios de temperatura.

Si el aceite está muy caliente, se vuelve muy fluido y no es capaz de actuar como lubricante. Por el contrario, si está muy frío, le costará mayor trabajo arrancar y su circulación es más difícil, llegando con dificultad a los lugares de engrase.

2.1.2 Clases de aceites lubricantes Actualmente se utilizan como aceites lubricantes tres tipos de aceites que se diferencian entre sí por su origen: a) Aceites minerales. b) Aceites sintéticos. c) Aceites semisintéticos.

2.1.2.A Los aceites minerales Los aceites minerales son aquellos que proceden de la destilación fraccionada del petróleo crudo, y son elaborados a través de múltiples procesos en las refinerías, de los que se obtienen productos adecuados para formar el aceite base. ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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Los aceites minerales están formados por hidrocarburos parafínicos, nafténicos y aromáticos. En general, el aceite base más utilizado, está formado por la mezcla de todos ellos en distinta proporción, predominando los aceites de tipo parafínico con un 75 % de su composición y un 25 % de nafténicos y aromáticos. No suelen utilizarse aceites base de tipo nafténico.

Los aceites base obtenidos, no se usan tal y como se obtienen de la refinería, sino que posteriormente, se someten a una operación denominada Blending, que consiste en mezclar estos aceites de propiedades conocidas, momento que se aprovecha para incorporar al aceite base, una serie de aditivos, que mejoran algunas de sus propiedades o aportan otras nuevas, en función del uso al que se destine. Los aceites obtenidos después de este proceso, son los que se encuentran en el mercado a disposición del consumidor.

2.1.2.B Los aceites sintéticos Los aceites sintéticos son productos que no proceden del petróleo, sino que son creados por subproductos petrolíferos combinados en procesos de laboratorio, mediante un proceso de sinterización con complejas reacciones químicas para modificar la estructura molecular de sus componentes. Tras muchos estudios y pruebas se obtiene un compuesto con mejores propiedades que los aceites minerales. Su elaboración es más larga y compleja, por lo que en el mercado también son más caros.

Los aceites sintéticos se pueden clasificar en: • • • •

Oligomeros olefínicos.

Esteres orgánicos.

Poliglicoles.

Fosfato esteres.

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• Polialfaoleifinas.

En la actualidad, los aceites sintéticos cumplen con las últimas exigencias de lubricación de los sistemas de altas prestaciones, más modernos y potentes, y pueden ser utilizados en temperaturas extremas y condiciones de trabajo muy exigentes, solicitadas por los fabricantes de vehículos a nivel mundial. Los aceites minerales no cubrían de forma satisfactoria estas necesidades.

2.1.2.C Los aceites semisintéticos Entre los dos tipos de aceites anteriores, se encuentran los llamados aceites semisintéticos, cuya base es una combinación de aceites minerales y de sintéticos en diferente proporción, a los que se añaden distintos aditivos para mejorar sus cualidades lubricantes y adaptarlos a cada tipo de motor.

Los aceites sintéticos frente a los minerales ofrecen las siguientes ventajas: • Mayor vida útil. Los aceites sintéticos tienen menor coeficiente de fricción interna, se reducen los rozamientos, se minimizan los desgastes y se alarga la vida útil del sistema.

• Viscosidad más estable. Los aceites sintéticos mantienen más estable su viscosidad en todo el margen de temperaturas.

• Reducen el consumo de aceite. Estos aceites son menos volátiles que los aceites minerales, reduciendo así los consumos de aceite por evaporación a altas temperaturas.

• Ahorran energía mecánica. La disminución de rozamientos, junto con su gran fluidez, hacen que los esfuerzos sean menores en todo momento, por lo que se reduce el consumo de energía. ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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• Contaminan menos. La menor cantidad de aditivos necesarios para su fabricación, supone una menor cantidad de residuos generados en el aceite usado.

• Mayor vida útil del catalizador. La reducción de partículas contaminantes que supone el uso de los aceites sintéticos, repercute directamente en la mayor duración del catalizador, ya que este elemento se contamina fácilmente con las impurezas que se generan en la combustión, por ejemplo.

2.1.3 Los aditivos Son productos químicos añadidos a los aceites base obtenidos del petróleo que mejoran algunas de sus propiedades, agregan otras que no tienen o reducen el efecto de otras que son perjudiciales, para lograr un aceite lubricante que cumpla perfectamente con la misión, prestaciones y necesidades que debe realizar el sistema.

Son formulaciones que se obtienen con la realización de muchas pruebas y estudios, aplicando una química avanzada, que cumplen con las últimas exigencias de lubricación, solicitadas por los fabricantes de vehículos de todo el mundo, por ejemplo.

Los aditivos se añaden a los aceites lubricantes base en muy diversas proporciones, desde partes por millón hasta un 20 % en peso, de algunos aceites de motor, aumentando su número en función de las características exigidas en las especificaciones del lubricante.

Cada aditivo tiene una o varias misiones que cumplir, clasificándose como unifuncionales o multifuncionales. Con ellos se pretenden alcanzar varios ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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objetivos: ✔ Limitar el deterioro del lubricante a causa de fenómenos químicos ocasionados por razón de entorno o actividad. ✔ Proteger la superficie lubricada de la agresión de ciertos contaminantes. ✔ Mejorar las propiedades físico-químicas del lubricante o aportar otras nuevas. ✔ Aumentar la protección del sistema, alargando su vida útil. ✔ Mantiene durante más tiempo el rendimiento mecánico del sistema. ✔ Permite el ahorro de energía.

Los aditivos comunes añadidos a los aceites lubricantes son: Antidesgaste. La finalidad de cualquier lubricante es evitar la fricción directa entre dos superficies que están en movimiento relativo. Este aditivo es una sustancia química que se añade a los aceites, de forma que se adhiere a la superficie de las partes en movimiento, y forman una película de aceite protectora, que evita el desgaste de ambas piezas.

Anticorrosivos. Estos aditivos de naturaleza alcalina neutralizan las sustancias corrosivas que se forman en el interior del motor por azufre del combustible, la combustión, el agua y la propia degradación del aceite cuando éste se encuentra a elevadas temperaturas, ya que estas sustancias forman ácidos que atacan las superficies de las piezas con las que están en contacto deteriorándolas.

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Detergentes. Su función es limpiar los conductos de engrase y las superficies lubricadas, que se ensucian por las partículas metálicas, impurezas, residuos, carbonilla, etc., que entran a estas partes del sistema y no formen depósitos sólidos o lodos. También puede ayudar a eliminar depósitos formados anteriormente.

Dispersantes. Este aditivo pone en suspensión en el seno del aceite, las partículas de los depósitos que el aditivo detergente ha limpiado y han sido arrastradas hasta el depósito. Las disipa en millones de partes sin dejarlas que formen grumos que pueden atorar los conductos de engrase, hasta que son evacuadas con el cambio del aceite.

Antioxidantes. Estos aditivos son inhibidores de la oxidación y están diseñados para que mantengan la estabilidad ante la oxidación del aceite.

Permite al aceite soportar temperaturas más altas durante mayores periodos de funcionamiento.

Mejoradores de la adherencia. Estos aditivos permiten que las piezas en movimiento se deslicen más rápidamente, permitiendo menos fricción y, en consecuencia, importantes ahorros de energía.

Antiespumantes. Estos aditivos impiden la formación de espuma ya que ésta reduce la cantidad de lubricante que se manda a las diferentes áreas que requieren la lubricación y puede provocar daños a los componentes del circuito.

Demulsificadores. Estos aditivos evitan que el agua se mezcle con el aceite y sea aspirada por la bomba.

Anticongelantes. Estos aditivos bajan la temperatura de congelación de los aceites para que éstos no pierdan sus características de fluidez. ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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Mejoradores del índice de viscosidad. Estos aditivos mejoran y estabilizan la viscosidad del aceite lubricante de forma que el aceite sea fluido durante el arranque en frío, y suficientemente espeso a elevada temperatura, para mantener la película lubricante entre las piezas sin romperse.

Mejoradores del T.B.N. aportan un alto poder alcalino para neutralizar el ácido que se produce debido al contenido en azufre del combustible, por ejemplo.

Mejoradores de la estabilidad química. El constante movimiento del lubricante arrastra las partículas formadas por el desgaste, así como agua, polvo y combustible que lo degradan y forman compuestos agresivos para el sistema. Por este motivo, se mejora la estabilidad química del lubricante para impida la formación de lodos.

Carencia de volatilidad. Evitan que se pierda lubricante por las altas temperaturas alcanzadas en el sistema.

Mejoradores de la resistencia pelicular. Evitan el desgaste de las piezas mecánicas.

Capítulo 2.2 Fluido hidráulico como medio de transferencia de energía Para que un fluido pueda ser empleado como líquido del circuito de un sistema hidráulico, éste deberá presentar las siguientes propiedades: ✔ Ser un fluido incompresible para un rango amplio de presiones; ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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✔ Ofrecer una buena capacidad de lubricación en metales y gomas; ✔ Buena viscosidad con un alto punto de ebullición y bajo punto de congelación (el rango de trabajo debe oscilar entre -70ºC hasta +80ºC); ✔ Presentar un punto de autoignición superior, al menos a los 100ºC; ✔ No ser inflamable; ✔ Ser químicamente inerte y no corrosivo; ✔ Ser un buen disipador de calor, al funcionar también como refrigerante del sistema; ✔ Presentar buenas condiciones en cuanto a su almacenamiento y manipulación.

Los fluidos hidráulicos presentes en el mercado se pueden agrupar, en general, en tres grandes grupos: Fluidos sintéticos de base acuosa: son resistentes a la inflamación. A su vez, se subdividen en dos tipos: • Emulsiones de agua y aceite. En este tipo de fluidos, además del aceite de base mineral emulsionable se emplean aditivos que le confieren propiedades antioxidantes, antidesgaste, etc.

• Soluciones de agua-glicol. Mezclas de 40% glicol y 60% agua, más aditivos especiales.

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Fluidos sintéticos no acuosos: son compuestos sintéticos orgánicos (fosfatos ésteres simples o clorados, hidrocarburos clorados y silicatos ésteres). Son caros, pero presentan un punto de inflamación muy alto.

Aceites minerales o sintéticos: son hidrocarburos extraídos del petróleo a los que se le añaden aditivos químicos, que les confiere unas buenas prestaciones a un coste relativamente bajo. Son los más usados comercialmente.

La forma de denominar a los fluidos hidráulicos está regulada según la norma DIN 51524 y 51525. Así, los fluidos hidráulicos siguiendo esta normativa se denominan todos con la letra H a la que se le añaden otras letras, para indicar el tipo de aditivos o propiedades del fluido. A continuación, se muestra la designación de los fluidos hidráulicos según su tipo: Aceites minerales o sintéticos: • HH: si se trata de un aceite mineral sin aditivos; • HL: si se trata de un aceite mineral con propiedades antioxidantes y anticorrosivas; • HP (ó HLP): aceite tipo HL con aditivos que mejoran la resistencia a cargas; • HM (ó HLM): aceite mineral tipo HL que incluye además aditivos antidesgaste; • HV: aceite tipo HM que además incorpora aditivos que mejoran su índice de viscosidad.

En ocasiones, a las siglas anteriores se les agrega un número que indica el ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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coeficiente de viscosidad según DIN 51517 (clasificación de viscosidad según ISO). Ejemplo, HLP 68, que indica: • H: se trata de aceite hidráulico; • L: con aditivos para protección anticorrosivas, con propiedades antioxidantes; • P: posee aditivos que mejora la carga; • 68: código de viscosidad, según DIN 51517.

Fluidos sintéticos de base acuosa: • HFA: emulsión de aceite en agua (contenido de agua: 80-98%); • HFB: emulsión de agua en aceite (contenido de agua: 40%); • HFC: solución de poliglicoles (contenido de agua: 35-55%); • HFD: líquidos anhídricos (contenido de agua: 0-0,1%).

Fluidos sintéticos no acuosos: • HFD-R: aceite a base de esterfosfatos; • HFD-S: aceite a base de hidrocarburos halogenados; • HFD-T: aceite a base de mezcla de los anteriores. ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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Por otro lado, la propiedad que más distingue un fluido hidráulico de otro es la medida de su viscosidad. La norma DIN 51524 define los siguientes grados para la llamada viscosidad cinemática, según la tabla siguiente: ISO Grados de viscosidad

Viscosidad cinemática (mm2/s) a 40 ºC Mín.

Máx.

ISO VG 10

9

11

ISO VG 22

19,8

24,2

ISO VG 32

28,8

35,2

ISO VG 46

41,4

50,6

ISO VG 68

61,2

74,8

ISP VG 100

90

110

Decir que la viscosidad cinemática es el cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad del fluido. En el S.I. su unidad es el m 2/s, mientras que en el sistema C.G.S. su unidad es el cm2/s, que se denomina stokes (St).

Por otro lado, la unidad en el S.I. de la viscosidad dinámica o absoluta es el kg/ (m.s) ó Pa.s. En el sistema C.G.S., la unidad de la viscosidad absoluta es g/ (cm.s), que se denomina poise (P).

La viscosidad del aceite lubricante se expresa con un número SAE, definido por la Society of Automotive Engineers. Los números SAE están definidos como: 5W, 10W, 20W, 30W, 40W, etc. En la siguiente tabla se indica la correlación SAE-ISO:

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Capítulo 2.3 Fluido hidráulico como medio de transferencia de calor Las ventajas del uso de estos aceites son las altas temperaturas (250 a 350°C) con presiones bajas, lo que nos trae altas capacidades de producción, eliminándose el tratamiento de agua, el mantenimiento a trampas de vapor y la línea de condensados (corrosión).

Entre las desventajas, podemos citar que se tiene una capacidad de calor muy alta en movimiento, que requiere de bombas recirculadoras y válvulas especiales, así como un alto grado de aislamiento térmico. Además de degradación con el tiempo del aceite térmico. La exigencia que no deben existir por ningún motivo fugas de aceite térmico. Existe peligro de fuego, contaminación y envenenamiento. Y por último, el costo alto del aceite térmico y control excesivo necesario del aceite térmico (degradación). ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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Existen diversos tipos y fabricantes de aceites térmicos: para bajas temperaturas (250°C), medias (310°C) y altas temperaturas (360°C).

La selección correcta, se debe hacer de acuerdo a la temperatura máxima del film y no de acuerdo a la temperatura promedio.

Un calentador multitubular, reparte sus cargas en un múltiplo de tubos en paralelo en forma uniforme. Su temperatura máxima del film, es menor a la de un calentador de uno o dos tubos en paralelo. Al acercarse la temperatura máxima recomendada por el fabricante, a la temperatura máxima del film se degrada el aceite térmico, perdiendo su vida, carbonizándose y tapando a los tubos del calentador. Por lo anterior, un calentador de aceite térmico, requiere del control semestral del estado del aceite térmico. Cualquier aumento de caída de presión a través del mismo, nos indica el comienzo de la degradación del aceite térmico y por lo consiguiente de una posible carbonización o incrustación del mismo.

Aplicaciones casi ilimitadas en: • Recomendable para procesos que requieran de altas temperaturas y procesos industriales de alta productividad.

• Secado: pinturas, tintas, cerámicas, tabacos, textiles, papel, etc.

• Ramas textiles.

• Fabricación en serie de madera prensada.

• Freidoras industriales: papas fritas, etc.

• Reactores químicos.

• Tanques de petróleo.

• Hule, plástico, fibra, etc.

• Generación de vapor sin quemador.

Existen en el mercado una serie de diferentes marcas de líquidos térmicos. ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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Los líquidos térmicos fueron introducidos en el mercado en los años 1930. La composición de los líquidos térmicos está basada en mezclas eutécticas, óxidos de diphenyl, diphenyles, etc.

Los líquidos térmicos (aceites) tienen puntos de ebullición altos, y algunos de ellos, puntos de congelamiento a temperaturas relativamente altas. Sus usos prácticos se encuentran en la fase líquida en los rangos de 200ºC hasta 300ºC (algunos de ellos hasta 400ºC).

A continuación enlistamos los líquidos térmicos más comúnmente usados en la industria:

MARCA

Temp. Máxima recomendable (en film)

Rangos de Temperatura recomendados por el fabricante de líquido térmico

°F

°C

°F

°C

Therminol 55º

675

357

hasta 600

315

Therminol 66

705

373

hasta 630

332

Therminol VP1

800

426

hasta 725

385

Dowtherm A

825

440

hasta 755

401

Dowtherm G-40

725

385

hasta 655

346

Dowtherm E

932

500

hasta 862

461

Mobiltherm 603

625

329

hasta 555

290

Marlotherm S

698

370

hasta 625

329

Los aceites térmicos tienen una vida útil (aproximadamente de 3 a 5 años).

Normalmente, los que soportan una mayor temperatura son también los que tienen una mayor vida útil en condiciones normales. (Uno de ellos que se ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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distingue por una vida útil larga es el Therminol 66 de Monsanto).

Se van degradando con el tiempo y uso. Cuando se degradan, pierden sus características originales, se carbonizan y se incrustan dentro de los tubos, poniendo en peligro la vida útil del calentador de aceite.

Es recomendable llevar a cabo un estricto control sobre la calidad de los mismos, sacando muestras del aceite en circulación constante (no del tanque de expansión) y mandándolas analizar semestralmente con el proveedor del mismo, para que nos indique el grado de pureza del mismo.

Con este control semestral del aceite térmico, se podrá uno percatar de la necesidad del cambio necesario de aceite térmico.

Cuando llega el momento de cambio, será necesario una limpieza total del sistema, eliminando cualquier rasgo de humedad (sopleteo con un gas inerte).

Recordemos que los aceites térmicos no son compatibles entre sí, por lo que no se deben mezclar.

Cualquier residual de carbonización o incrustación dentro del sistema debe ser eliminado cuidadosamente por medio de una limpieza química agresiva con recirculación con una bomba de acero inoxidable por parte de personal especializado y altamente calificado en este tipo de limpiezas.

Un sistema de calentamiento con aceite térmico, para su mejor entendimiento, tiene un comportamiento similar al del cuerpo humano.

El serpentín multitubular de transferencia de calor es similar a las venas y arterias de nuestro cuerpo. La bomba recirculadora de aceite térmico es el corazón. El aceite térmico vendría siendo nuestra sangre. El quemador del ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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calentador junto con su ventilador equivalen al sistema digestivo y respiratorio del cuerpo.

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Capítulo 3 Bombas hidráulicas Aunque existen varios tipos de bombas hidráulicas, el único propósito de las bombas es proporcionar flujo al sistema hidráulico. En esta sección aprendere mos sobre los tres tipos básicos de bombas hidráulicas: bombas de engranajes, bombas de paletas y bombas de pistón. Es importante comprender las diferencias y similitudes entre estos tipos de bombas, sus capacidades de desplazamiento de fluidos y su aplicación correcta en un sistema hidráulico.

Capítulo 3.1 Bombas de Engranajes Las bombas son componentes del sistema hidráulico que convierten la energía mecánica transmitida desde un motor eléctrico a energía hidráulica. Las bombas de engranajes son compactas, relativamente económicas y tienen pocas piezas móviles. Las bombas de engranajes externas se componen de dos engranajes, generalmente del mismo tamaño, que se engranan entre sí dentro de una carcasa.

El engranaje impulsor es una extensión del eje impulsor. Cuando gira, impulsa al segundo engranaje. Cuando ambos engranajes giran, el fluido se introduce a través del orificio de entrada. Este fluido queda atrapado entre la carcasa y los dientes de rotación de los engranajes, se desplaza alrededor de la carcasa y se empuja a través del puerto de salida. La bomba genera flujo y, bajo presión, transfiere energía desde la fuente de entrada, que es mecánica, hasta un actuador de potencia hidráulica.

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Ilustración 5: Vista interior de una bomba hidráulica a engranajes Ilustración 4: Vista exterior de una bomba hidráulica a engranajes

Capítulo 3.2 Bombas de Paletas 3.2.1 No Balanceadas: La parte giratoria de la bomba, o el conjunto del rotor, se ubica fuera del centro del anillo de leva o carcasa. El rotor está conectado a un motor eléctrico mediante un eje. Cuando el rotor gira, las paletas se desplazan hacia afuera debido a la fuerza centrífuga y hacen contacto con el anillo, o la carcasa, formando un sello positivo.

El fluido entra a la bomba y llena el área de volumen grande formada por el rotor descentrado. Cuando las paletas empujan el fluido alrededor de la leva, el ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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volumen disminuye y el fluido se empuja hacia afuera a través del puerto de salida.

Ilustración 7: Vista externa de una bomba a paletas

Ilustración 6: Bomba hidráulica a paletas no balanceada

3.2.2 Balanceadas: En la bomba de paletas no balanceada, que se ha descrito anteriormente, una mitad del mecanismo de bombeo se encuentra a una presión inferior a la atmosférica, mientras que la otra mitad está sometida a la presión total del sistema. Esto da como resultado una carga en los costados sobre el eje mientras se encuentra bajo condiciones de alta presión. Para compensar esto, la forma del anillo en una bomba de paletas balanceada cambia de circular a forma de leva. Con este diseño, los dos cuadrantes de presión se oponen entre sí. Dos puertos se encargan de la entrada del fluido y otros dos bombean el fluido hacia afuera. Los dos puertos de entrada y los dos puertos de descarga están conectados dentro de la carcasa. Como se encuentran ubicados sobre lados opuestos de la carcasa, la fuerza excesiva o la acumulación de presión sobre uno de los lados es neutralizada por fuerzas equivalentes pero opuestas sobre el otro lado. Cuando las fuerzas se equilibran, se elimina la carga en los ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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costados del eje.

Ilustración 9: Vista interior de una bomba hidráulica a paletas balanceada

El flujo se crea de la misma manera que se ha descrito en el ejemplo Ilustración 8: Funcionamiento correspondiente a la bomba de paletas no balanceada; la única diferencia es que las cavidades de descarga y de succión son dos en lugar de una. Se debe tener en cuenta que las bombas de paletas de desplazamiento positivo y volumen constante que se utilizan en los sistemas industriales son generalmente de diseño balanceado.

Capítulo 3.3 Bombas de Pistón Las bombas de pistón axial convierten el movimiento giratorio de un eje de entrada en un movimiento axial de vaivén, que se produce en los pistones. Esto ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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se logra por medio de una placa basculante que es fija o variable en su grado de ángulo. Cuando el conjunto del barril de pistón gira, los pistones giran alrededor del eje con las zapatas de los pistones haciendo contacto con y deslizándose sobre la superficie de la placa basculante.

Con la placa basculante en posición vertical, no se produce ningún desplazamiento ya que no hay movimiento de vaivén. A medida que el ángulo de la placa basculante aumenta, el pistón se mueve hacia adentro y hacia fuera del barril siguiendo el ángulo de la placa basculante.

En el diseño real, el barril del cilindro está equipado con varios pistones.

Durante una mitad del círculo de rotación, el pistón se mueve hacia fuera del barril del cilindro y genera un aumento del volumen. En la otra mitad de la rotación, el pistón se mueve hacia adentro del barril del cilindro y genera una disminución del volumen. Este movimiento de vaivén succiona fluido y lo bombea hacia fuera.

Ilustración 11: Corte de una bomba a pistón axial Ilustración 10: Vista exterior de bomba hidráulica a pistón axial

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Capítulo 3.4 Actuadores El actuador es el componente de interfaz que convierte la potencia hidráulica en potencia mecánica. Un actuador puede ser un cilindro que produce un movimiento lineal o un motor hidráulico que produce un movimiento rotativo.

3.4.1 Cilindros Los cilindros son actuadores lineales. Su fuerza de salida, o movimiento, se produce en línea recta. Su función es convertir la potencia hidráulica en potencia lineal mecánica. Entre sus aplicaciones de trabajo se incluyen empujar, arrastrar, inclinar y ejercer presión. El tipo y el diseño del cilindro dependen de las aplicaciones específicas.

El ariete hidráulico es quizás el más simple de los actuadores. Tiene una sola cámara de fluido y ejerce fuerza en una sola dirección. Se utiliza en aplicaciones en las que se necesita estabilidad sobre cargas pesadas.

Un solo cilindro activo se presuriza en un extremo solamente. El extremo opuesto se ventila hacia el depósito o la atmósfera. Han sido diseñados de tal manera que la carga o un dispositivo, como por ejemplo, un resorte interno, hace que se retracten.

El cilindro de doble acción es el cilindro más común que se utiliza en la hidráulica industrial. Se puede aplicar presión en cualquiera de los puertos, suministrando potencia en ambas direcciones. Estos cilindros también se clasifican como cilindros diferenciales debido a las áreas de exposición desigual durante las operaciones de extensión y retracción. La diferencia en el área efectiva se debe al área del vástago que reduce el área del pistón durante la retracción. La extensión es más lenta que la retracción debido a que se ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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requiere una mayor cantidad de fluido para llenar el lado del pistón del cilindro. Sin embargo, se puede generar más fuerza en extensión debido a que el área efectiva es mayor. En retracción, la misma cantidad de flujo de bombeo retracta el cilindro más rápidamente debido al volumen reducido desplazado por el vástago.

Sin embargo, se genera menos fuerza debido a un área efectiva menor.

Ilustración 12: Esquema de cilindro hidráulico

El conjunto del cilindro consta de un cabezal de acero de extremo de la tapa, un conjunto de barril de acero, un cabezal de acero del extremo del vástago, un cojinete de vástago, un pistón y un vástago de pistón. Se utilizan vástagos de tensión y tuercas para mantener unidos los cabezales y el conjunto del barril.

Los sellos estáticos mantienen la presión conjunta. Se suministra un limpiador de vástago para impedir que cualquier material extraño se introduzca en el ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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área del cojinete y del sello. El sellado de las superficies móviles es suministrado por el sello del vástago, que impide que se produzca una fuga de fluido más allá del vástago, y los sellos del pistón, que evitan que el fluido se desvíe del pistón. El fluido es dirigido hacia y desde el cilindro mediante el puerto de extremo de vástago y el puerto del extremo de la tapa.

Un cilindro de doble vástago se considera como un cilindro de tipo no diferencial. Las áreas en ambos lados del pistón son iguales, suministrando de este modo la misma fuerza en ambas direcciones. Este tipo de cilindro se utilizaría, por ejemplo, para acoplar una carga a ambos extremos o cuando se necesita una misma velocidad en ambas direcciones.

Ilustración 13: Cilindro de doble vástago

3.4.2 Motores Los motores hidráulicos se clasifican como actuadores giratorios. Los motores se asemejan a las bombas en lo que se refiere a su construcción. Sin embargo, en lugar de empujar el fluido como lo hace la bomba, el fluido ejerce presión sobre el área interna de la superficie del motor, desarrollando fuerza torsional.

La resistencia desde la carga se produce cuando el flujo de la bomba genera un movimiento de rotación continuo. Como los puertos de entrada y salida pueden estar presurizados, la mayoría de los motores hidráulicos se drenan externamente.

Los cuatro tipos más comunes de motores hidráulicos son de engranaje, de paletas, de pistón y de eje acodado.

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Ilustración 14: Motor hidráulico a engranaje

Ilustración 16: Motor hidráulico a pistones

Ilustración 15: Motor hidráulico a paletas

Los motores hidráulicos se clasifican principalmente según el desplazamiento y la fuerza torsional.

Lo primero que se debe tener en cuenta es la fuerza torsional. Los motores hidráulicos se clasifican en pies-libras o en pulgadas-libras de fuerza torsional por un valor dado en psi, generalmente pulgadas-libras por 100 psi. La fuerza torsional es igual a la carga multiplicada por el radio.

Los motores de desplazamiento grandes normalmente tienen un radio de mayor tamaño sobre el que el fluido hidráulico ejerce presión; por lo tanto, generan mayor fuerza torsional a una presión determinada.

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Un motor hidráulico que está clasificado a 1 pulgada-libras de fuerza por 1 psi hace girar un cabrestante con un radio de 4 pulgadas. La carga es de 500 libras.

La fuerza torsional requerida es de 2000 pulgadas-libras. En base a la clasificación de fuerza torsional del motor, la presión operativa es de 2000 psi.

El segundo punto que se debe tener en cuenta es el desplazamiento. Esto es necesario para determinar la cantidad de flujo requerido para hacer girar el motor hidráulico a las revoluciones por minuto requeridas.

PT = Pm + Pp PT = N x C x pe + N x C x ps = N x Cyl x (pe + ps) 600 600 600 PT potencia total Pm potencia del motor Pp potencia de la bomba pe presión de entradaI ps presión de salida N número de vueltas C cilindrada

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Capítulo 4 Mantenimiento de equipos hidráulicos El inicio del mantenimiento se da en el siglo XX, en los Estados Unidos a las soluciones a fallas y paradas imprevistas de equipos y maquinas, estos problemas que se presentaban se solucionaban por medio del mantenimiento correctivo, de ahí en utilidades.

El mantenimiento es un sustantivo que corresponde al verbo mantener, el oficio concreto del mantenimiento es sostener la funcionalidad de un equipo o sistema, para así generar un bienestar y/o servicio. Cada vez más el mantenimiento tiene que transformarse, porque son cada vez mas diferentes los medios y las necesidades que se presentan. Es claro que las bases del mantenimiento no se pueden dejar a un lado, como lo es el mantenimiento preventivo, las 5S1, TPM2, técnicas predictivas y entre otros.

Los diferentes métodos o tácticas para llevar a cabo un mantenimiento en una empresa, maquina, equipo o sistema, depende de cual se acomode mejor y de óptimos resultados, es decir, se debe estudiar cual generara mas confiabilidad, disponibilidad y menores gastos.

Capítulo 4.1 Mantenimiento preventivo La herramienta del mantenimiento preventivo se orienta a evitar averías, fallas 1 Técnica de Mantenimiento de Ordenar, Clasificar, Mantener Disciplina, Limpiar y Normalizar 2 Mantenimiento o Gerencia Productiva Total.

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y defectos, la idea es que periódicamente se realicen unas tareas de inspección, restauración, limpieza, etc. Según un cronograma de actividades con el fin de que todo funcione perfectamente. Esto ayuda a que se puede controlar y prevenir fallas o averías a futuro.

Un plan de mantenimiento preventivo puede estar acompañado por diferentes metodologías, el más frecuente es el mantenimiento predictivo, se realizan programas y decisiones preventivas con técnicas predictivas, esto con la idea de mejorar un sistema y ser más exactos en un mantenimiento preventivo.

Las acciones preventivas pueden ser desde la más simple hasta la más detenida, pueden ser actividades técnicas hasta llegar a las más sencillas, como una inspección visual. Hay varios niveles que constituyen un mantenimiento preventivo, cada nivel muestra el grado de importancia.

4.1.1 Niveles de acciones preventivas • Nivel 1: Observación diaria. La lleva a cabo el operario. Implica la observación del funcionamiento de la máquina herramienta en su ciclo normal de trabajo comprobando todas sus funciones.

• Nivel 2: Observación semanal. La realiza el encargado de lubricación durante la operación semanal. Incluye actividades del nivel 1, con observaciones adicionales de la presión del aceite, el funcionamiento de los dispositivos de lubricación, y las fugas de aceite.

• Nivel 3: Inspección menor. A cargo de un empleado de mantenimiento especialmente entrenado, con buenos conocimientos de maquinas herramientas y sistemas eléctricos e hidráulicos de control. Las inspecciones son tales que no es necesario parar la maquina. Incluye los niveles 1 y 2. ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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• Nivel 4: Inspección general. Incluye los niveles 1,2 y 3, y requiere el Stop de máquina. Se comprueban, el nivel de la maquina, el juego del cojinete del eje principal, el paralelismo de la guías respecto a la línea de centros.

También incluye el ajuste de embragues y frenos, chavetas y cojinetes, recambio de piezas desgastadas, sustitución de correas, etc. Cada dos años suele hacerse una inspección general, o bien cada año o cada 6 meses en dos turnos, según el tipo de máquina. Debe planificarse con producción el paro de la maquina. Este nivel da bastante idea de la calidad actual de la maquina y de su fiabilidad. Si alguna de las pruebas indica condiciones incorrectas, se recomienda que la inspección de control de calidad (Nivel 5) se haga para dar información detallada sobre las condiciones de la máquina.

• Nivel 5: Inspección de control de calidad. Suele ser cada año o cada tres años, al instalar una maquina nueva o reconstruida, o bien por solicitud. Es decir con este nivel se observa el nivel de eficiencia de la grúa, es importante.

Capítulo 4.2 Mantenimiento predictivo El principal objetivo es anticipar, pronosticar una posible falla o avería, para dar tiempo a una eventual corrección, algunos de los propósitos es no parar la producción de una maquina sin una programación.

Estos exámenes pueden llevarse a cabo de forma periódica o continúa, para esto se utilizan instrumentos de diagnóstico, aparatos y pruebas no destructivas, como análisis de lubricantes, análisis de vibraciones, líquidos ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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penetrantes, termografías para la comprobación de temperatura de equipos eléctricos, entre otros.

La mayoría de los estudios que se realizan no son destructivos, es decir que no afectan, deterioran o dificultan el funcionamiento del sistema y menos la producción, esto ayuda a reducir los tiempos de parada no programados, disminuye el personal de mantenimiento, ayuda a detectar con un poco mas de exactitud la prevención de alguna posible falla, permite realizar estudios estadísticos de algún sistema, con fin de ver cómo se comporta y entre otros.

En síntesis lo que hace un plan de mantenimiento predictivo es pronosticar “el punto futuro de falla de un componente de una maquina, de tal forma que dicho componente pueda reemplazarse, con base en un plan, justo antes de que falle”.

4.2.1 Inspección visual La inspección visual es unas de las técnicas predictivas más antiguas y no destructivas, por medio de esta técnica uno puede tener información rápidamente, del estado superficial de la maquina o equipo.

La técnica de IV3 es actualmente la más utilizada, anteriormente se ayudaban con algún medio óptico como la lupa, anteojos, entre otros. En la actualidad se siguen realizando este mismo método pero con diferentes dispositivos, como es la boroscopia4.

El personal debe estar calificado, es decir, saber de materiales, tipos de irregularidades o de imperfecciones y lo más importante como aplicar la técnica y cuál es la más apta.

4.2.2 Análisis de vibraciones y ultrasonido 3 Inspección Visual 4 dispositivo de inspección óptica sin contacto, consiste un tubo rígido o flexible con un ocular extremo

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La técnica consiste en la identificación de las amplitudes sobresalientes de las vibraciones detectadas en pieza o máquina, “la determinación de las causas de la vibración”, y las correcciones de los problemas se presentan.

Las consecuencias de las vibraciones son el aumento de los esfuerzos y las tensiones, pérdidas de energía, desgaste de materiales, daños por fatiga de los materiales, los parámetros para estas vibraciones con frecuencia, desplazamiento, velocidad y entre otros.

El orientación del análisis de vibraciones es la detección anticipada de los problemas, que permitan una mayor disponibilidad de la maquina o sistemas.

Un buen programa de análisis de vibraciones llevado con un buen plan de mantenimiento, puede detectar diferentes problemas en un sistema hidráulico y un subsistema como desalineamiento, desbalance, resonancia, solturas mecánicas, rodamientos dañados, problemas en bombas, problemas eléctricos asociados a motores entre otros.

Las ondas de sonido estudian las ondas de baja frecuencia, producidas por los equipos que no son perceptibles por el oído humano. El ultrasonido pasivo es producido por mecanismos rotantes, fugas de fluido, pérdidas de vacío, entre otros, el ultrasonido permite la detección de fricción en maquinas rotativas, detección de fallas y/o fugas en válvulas, detección de fugas de fluidos, pérdidas de vacío etc.

El análisis de sonido ayuda a sistemas hidráulicos para detectar si hay algún problema en la bomba y motores, esta técnica permite anticipar desgastes de piezas y la longevidad del equipo. Esta técnica es de gran ayuda en los motores eléctricos del circuito hidráulico y de las bombas del mismo.

4.2.3 Análisis de lubricantes ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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El aceite transporta y contiene toda una información sobre los contaminantes y partículas de desgaste del fluido. El análisis de lubricantes (aceites) efectúa medidas de propiedades físicas y químicas, que suministra información con respecto al fluido, la salud del lubricante, contaminación, desgastes del mismo y de la maquina.

Este tipo de análisis permite monitorear el estado de desgaste del sistema, detectar fallas incipientes y además establecer una programa de lubricación.

El análisis de aceite para la localización del punto a tomar la muestra debe ser el adecuado, normalmente las pruebas son tomadas en los tanques o en puertos de drenado, obteniendo una información que no sea representativa de las condiciones de operación del sistema, lo ideal es instalar o colocar puertos de muestro secundarios, por ejemplo mediante un dispositivo fijo, donde el lubricante este en movimiento, a condiciones normales de operación, en zonas de flujo turbulento, antes de los filtros, después de los componentes de la maquinaria, con la misma frecuencia, registrando las horas de operación del aceite, entre otros.

Los procesos de muestras son inexcusables que sean estables, consistentes, de manera que la información resultante sea la mejor y pueda convertirse en datos de tendencia y así conocer y analizar su comportamiento en un período.

Los circuitos hidráulicos, como los que trabajan en grúas telescópicas, carros, aviones, etc. Las pruebas que normalmente se deben realizar son: • Espectroscopia de Metales: Hierro, Cobre, Plomo, Aluminio, Cromo, y Níquel • Espectroscopia de Silicio ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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• Medida de Viscosidad cinemática • Contenido de Agua • Oxidación • Conteo de partículas Las estadísticas prueban que del 75 al 85% de todas las fallas en sistemas hidráulicos son, resultado directo de la contaminación del fluido. Los contaminantes transportados en el aceite perturban a los distintos componentes el circuito; bombas, motores, válvulas, y cilindros hidráulicos por la corrosión producida por los ácidos que se generan debido a la oxidación del aceite y la contaminación con agua.

Nota: Este proyecto es fundamental en análisis de lubricantes, porque permite en qué estado se encuentra el aceite y poder realizar cuanto es el promedio de disponibilidad vs horas trabajadas del aceite.

4.2.4 Termografía Esta técnica permite medir a distancia y sin ningún contacto, esto consiste visualizar temperaturas de superficie con precisión a través de una cámara, es de gran utilidad esta herramienta, ya que en la industria muchas piezas sufren trasformaciones rápidas por los cambios de velocidad tan constantemente, esto ayuda a que se pueda medir en tiempo real como se comporta las partes de un equipo, maquina o sistema.

Las ventajas de que brinda el análisis por Termografía es que ayuda análisis sin detención del maquina sin impedir su proceso o trabajo, determinación ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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exacta de puntos deficientes de una función, reduce el tiempo de reparación por localización precisa de la falla, entre otros.

Este análisis debe llevarse acompañado con otras técnicas, como análisis de aceites, análisis de vibraciones y otros. Con el propósito de dar un mejor resultado del equipo o maquina. En este caso de un sistema hidráulico.

4.2.5 Análisis por partículas magnéticas La técnica de partículas magnéticas es una técnica no destructiva, basada en la propiedad de algunos materiales en convertirse en imán. El método utiliza esencialmente corriente eléctrica, para crear un flujo magnético en una pieza y al aplicarse una cierta cantidad de polvo ferromagnético que genera la indicación, donde existe distorsión en las líneas de flujo.

La clasificación de materiales están clasificados en: • Diamagnéticos: Se magnetizan pobremente.

• Paramagnéticos: No se magnetizan.

• Ferromagnéticos: Se magnetizan fácilmente.

Los tipos de discontinuidades pueden ser superficiales, subsuperficiales como poros grietas, entre otros. Esta técnica puede aplicarse en piezas, en uniones de piezas por cordón soldadura, entre otros. Esta técnica es de vital importancia en este proyecto, por las múltiples uniones que hay por cordón de soldadura.

Esta técnica ayuda al comportamiento de los cordones de soldadura, la gran desventaja es que se debe tener una superficie limpia y para paredes o ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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espesores muy grandes no es el más recomendado, para este caso la técnica más apropiada es el análisis por ultrasonido, que permite diagnosticar cual es el estado al interior de las piezas y/o uniones.

2.4.6 Análisis líquidos penetrantes La técnica de LP5 se utiliza generalmente para evidenciar discontinuidades superficiales sobre casi todos los materiales NO porosos6, como metales, cerámicos, vidrios, plásticos, entre otros.

Las etapas para un ensayo de LP es limpieza previa de la pieza, secado, inspección ocular previa, aplicación del tinte, esperar tiempo determinado según el líquido, remoción del exceso penetrante, aplicación del líquido revelador, esperar tiempo determinado, inspección y limpieza final de la pieza.

Ilustración 17: Proceso de ensayo de líquidos penetrantes

La técnica LP puede ser repetida para asegurar un buen resultado, esto permite estar lo más cerca a la realidad. Se debe proceder de la misma manera pero con una limpieza más detallada, para que no altere el análisis.

5 Líquidos Penetrantes 6 capacidad de un material de no absorber líquidos y/o gases

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El líquido penetrante debe tener estas características como, habilidad para penetrar orificios o aberturas muy pequeñas, permanecer en aberturas extensas, mantener el color o la fluorescencia, resistencia a la evaporación, fácil remoción de la superficie, atoxico 7, inoloro, no corrosivo, anti-inflamable, entre otros.

El estudio de esta técnica ayuda ampliamente para analizar cual es estado de la maquina, en especial en las uniones por soldadura, esta técnica estará acompañada con análisis por partículas magnéticas, con el fin de obtener el mejor resultado y el más favorable económicamente.

Capítulo 4.3 Mantenimiento proactivo La fundamentación del mantenimiento proactivo está dirigida principalmente a la detección y corrección de las causas que generan desgaste y que llevan a la falla de la maquinaria, después que se hayan localizado cuales son las causas que generan estas fallas, luego de que se localicen estas fallas no se permiten que se extiendan porque su vida útil y su desempeño se ven reducidos.

La metodología consiste en realizar diagnósticos y la tecnología del mantenimiento predictivo son utilizados para lograr crecimiento en la vida útil de los equipos y disminuir significativamente las tareas del mantenimiento.

En los sistemas mecánicos que trabajan con la protección de lubricantes, controlar cinco causas de fallas plenamente reconocidas, puede llevar a la prolongación de la vida de los componentes, hasta de ochos veces a 7 que no es o no sea toxico

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comparación de las operaciones actuales, las causas críticas a controlar son: partículas, agua, temperatura, aire, combustible o compuestos químicos.

Capítulo 4.4 Mantenimiento hidráulico Las funciones de los lubricantes son controlar la fricción, el desgaste, la corrosión, la temperatura, la contaminación y trasmitir potencia en los casos de circuitos hidráulicos.

Los grandes elementos a considerar para el mantenimiento de los sistemas hidráulicos son la prevención, la detección, y la inspección.

La prevención es evitar la contaminación, puede que algunos componentes estén expuestos al polvo, arena, a la sal del mar, que por resultante pueden entrar al sistema hidráulico y causar un desgaste anticipado, si logramos controlar esta contaminación podría conservar la eficiencia del sistema y corregir los problemas antes de que se conviertan en costosas averías.

La detección de sistemas hidráulicos, estos sistemas son cerrados lo que significa que la mayor parte del deterioro de los componentes se generan internamente, para detectar el desgaste y otros problemas que se crean dentro del sistema, no hay otra herramienta más efectiva que el análisis de aceites frecuentemente.

La inspección es la observación diaria de la maquina, la búsqueda de fugas y el control de la maquina, ayudan a detectar cantidades de problemas antes de que manden a una parada no programada del sistema.

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Adicionalmente para un buen funcionamiento de un sistema hidráulico no debe exceder las presiones de operación aprobadas por el fabricante, mantenerse limpio los componentes del sistema, usar vías filtrantes, para evitar que el aceite contaminado desgaste las partes internas del mismo, provocando fugas de aceite, realizar periódicamente un lavado al sistema, también revisar nivel de aceite del tanque y verificar que no haya mangueras dobladas o tapadas, realizar un análisis de lubricante periódicamente para observar en qué estado se encuentra el fluido.

Algunas de las técnicas más usadas en diferentes sistemas hidráulicos es precalentar el aceite o recircular el aceite antes de que comience la operación de trabajo, para que así aumente o llegue al punto ideal de la eficiencia del lubricante.

Capítulo 4.5 Gestión de Mantenimiento El cuestionario pretende conocer en cual punto o estado están los diversos tipos y técnicas de mantenimiento en sus actividades profesionales, contéstelo, marcando con X la situación que se asemeja a su respuesta; y enviélo por correo electrónico: Nº

Pregunta

Respuesta Si

1

¿Dispone el departamento de la No estructura óptima?

No sabe, no contesta

2

¿Están claramente definidas las No quedan claras

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Sólo en algunos casos Existe una definición exacta de las funciones de todos los integrantes funciones de cada uno de los del departamento? integrantes del departamento No sabe, no contesta No se realiza

3

Se lleva a cabo un mantenimiento ¿Se realiza un mantenimiento preventivo, aunque con resultados preventivo de forma sistemática y no satisfactorios eficaz?

Se lleva a cabo y con buenos resultados No sabe, no contesta

4

¿Es coherente con la actividad industrial la relación entre el tiempo destinado a mantenimiento correctivo y el tiempo destinado a mantenimiento preventivo?

Es mayor el tiempo destinado a mantenimiento correctivo Es mayor el tiempo destinado a mantenimiento preventivo Hay un equilibrio en el tiempo destinado a cada uno de ellos No sabe, no contesta El personal está desmotivado Sólo en algunos casos

5

¿Dispone el departamento de un El personal está motivado pero no personal motivado y eficaz siempre se consiguen resultados resolviendo las averías? óptimos en la resolución de problemas No sabe, no contesta ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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No se ofrece ningún tipo de formación 6

¿Se realiza una formación No está sistematizada, sólo en planificada al nuevo personal algunos casos se da esta formación incorporado al departamento?

Siempre se forma al nuevo personal No sabe, no contesta

7

¿Se realiza un presupuestario y de exhaustivo de las instalaciones?

En ningún caso se realiza un control presupuestario y de plazos, aunque control no siempre se cumplen los objetivos plazos propuestos nuevas Siempre se realiza un control presupuestario y de plazos No sabe, no contesta No disponemos de programas informáticos específicos

8

Disponemos de un programa ¿Dispone de un programa informático concreto, aunque no informático que ayude a la gestión cubre todas las necesidades global del departamento?

Disponemos de un programa informático específico que cubre todas las necesidades No sabe, no contesta

9

No se promueve dentro del ¿Se promueve y realiza la mejora departamento continua dentro del propio Se promueve la mejora continua departamento? aunque no está sistematizado el proceso ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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Si se promueve y realiza la mejora continúa sistemáticamente No sabe, no contesta No se utilizan habitualmente 0

¿Se usan indicadores de gestión Se utilizan habitualmente específicos por parte de los Se utilizan indicadores de gestión responsables del departamento? específicos, siempre No sabe, no contesta

Existe una mala gestión en la ¿Se gestiona eficazmente el almacén gestión de stocks 11 de recambios de las instalaciones y Se gestiona eficazmente en la maquinarias? mayoría de los casos No sabe, no contesta Las averías en las líneas de producción han ido aumentando Las averías en las líneas de ¿Se ha reducido la aparición de producción se han mantenido 12 averías de las líneas de producción últimamente en los últimos tiempos?

Se han reducido las averías en la línea de producción en los últimos tiempos No sabe, no contesta Existe un mal entendimiento entre ¿Son apropiadas las relaciones entre ambos departamentos 13 los departamentos de Producción y La relación es apropiada, aunque Mantenimiento? falla el proceso de comunicación en ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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algunos momentos Hay una buena entendimiento

relación

y

No sabe, no contesta No existe un canal de comunicación establecido con otros departamentos Hay canales de comunicación ¿Existen suficientes canales de previstos con algunos comunicación entre el departamentos 14 departamento de mantenimiento y Existen canales de comunicación el resto? previstos y que funcionan correctamente con el resto de departamentos No sabe, no contesta No existe ninguna metodología que permita conocer los costos del departamento ¿Se conocen y gestionan los costos Se conocen y gestionan en algunas 15 del departamento por parte de los situaciones responsables del mismo?

Se conocen y gestionan en su totalidad No sabe, no contesta ¿Han mejorado los gastos del departamento en los últimos años 16 teniendo en cuenta la actividad industrial?

Los gastos han ido creciendo en los últimos años Los gastos se han mantenido con el tiempo

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Los gastos han ido disminuyendo No sabe, no contesta Las distintas técnicas de mantenimiento que hay en la actualidad no son implementados y conocidos, no hay una fuerte tendencia en mejorar la maquina, no hay una estructura adecuada para una excelente implementación.

Capítulo 4.6 Mantenimiento correctivo Este tipo de mantenimiento correctivo es el más frecuente y/o el que más se utiliza, por diferentes motivos, entres ellos no poseer un plan y programa de mantenimiento, no tener las herramientas adecuadas para una función en especial, no tener un stock de almacén, no contar con técnicas correctivas adecuadas, de no implementar nuevos estándares de seguridad y de mantenibilidad de las instalaciones y de los equipos.

Se realiza una serie de preguntas sobre la gestión de mantenimientos, con la idea de ubicar como se encuentra el departamento y así poder trabajar desde un punto adecuado, esto ayuda a evitar trabajos sobre el mismo punto y de implementar técnicas de mantenimiento.

4.6.1 Tipos de fallas y/o averías mas reincidentes y criticas en la maquina: Fallas Circuito Hidráulico de las estabilizadoras y Boom: • Motor: Presenta altas vibraciones, por mala instalación del equipo, recalentamiento, por falta de aireación, no ostenta un mantenimiento ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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preventivo.

Bombas: Desgaste excesivo de las partes, como los piñones, los ochos, empaques, sellos camisa.

Tanque: Escape de aire es obstaculizado por diferentes elementos, no está señalizado.

Actuadores Telescópico: Altamente contaminado por las diferentes partículas que recoge el mismo cilindro cuando opera, empaques, sello y retenedores desgastados, vástago deteriorado lo que aumenta las fugas de aceite.

Bloque de Válvulas Direccionales: Mala instalación del bloque de válvulas, desgaste del resorte, sellos mal fabricados, mala limpieza, deterioro del pistón y en ocasiones del cuerpo de la válvula.

Medidores de Control: Altamente deteriorados o des-calibrados por falta de revisión y mala señalización del funcionamiento.

Válvula de Control de Presión y Caudal: Mala instalación de los empaques y de piezas como resorte y pistón y conexiones, falta de limpiezas.

Mangueras: Extremas rupturas por el exceso trabajo, las causas son la elongación y contracción de los actuadores, esto genera que los racores, uniones trabajen al máximo, falta de inspecciones ayuda a fugas del sistema.

Filtro: Desgastados, obstaculizados por la falta de limpieza rutinaria.

Varias fugas por mala instalación de los compones y de piezas, uso excesivo del aceite.

Estructura: • Tornamesa: Fricción con chasis por falta de lubricación.

• Estructura Telescópica: Desnivelación en el brazo y pandeos por soporte de chasis y brazo.

• Trasmisión: Engranajes reventados y escapes de lubricación.

• Cardan: Deterioro en las uniones, y falta de lubricación. ©Copyright 2016  Hidráulica y Neumática  Todos Los Derechos Reservados

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• Poleas y Cable: Desgastes En General: • Batería: Descargada por no tener una inspección rutinaria.

• Motor Combustión: Fugas, rupturas de resortes, uso de exceso del lubricante, anillos deteriorados, pistones y camisas desgastadas.

• Intercambiador: Obstruido por diferentes partículas.

• Frenos: Desgaste de bandas.

• Alternador, cables eléctricos: Desconfiguración y cortes por diferentes operaciones.

• Panel de Control: Falta de lubricación de los mandos.

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Trabajo Práctico Nº 3 Tecnicatura Superior en Mantenimiento Industrial Asignatura: Hidráulica y Neumática Profesor: Ing. Luis Portaluppi Especificaciones técnicas: Tipo y tamaño de letra: Arial 12 Tamaño de hoja: A4 Interlineado: 1,5 Realización: individual o grupal hasta 2 (dos) personas Fecha de entrega: 29 de octubre de 2018 Por email: 25/10/18 (luis.portaluppi@yahoo.com) Impreso: 29/10/18 (Aclaración: si no hubiere clases por algún motivo, este trabajo se debe entregar vía email en la fecha mencionada) Integrantes del grupo de Trabajo: Aclarar Nombre y Apellido de forma visible EJES TEMÁTICOS A DESARROLLAR 1. Identificación de un sistema hidráulico Acceda en su lugar de trabajo o cercano a su residencia, a un sistema hidráulico. Describa sus compenentes con sus marcas, modelo y características técnicas. Puede acompañar la descripción con fotografías.

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2. Plano del sistema hidráulico Confeccione el plano esquemático del sistema hidráulico seleccionado mediante el uso de la simbología de normas DIN. 3. Diagnóstico del estado del sistema neumático seleccionado Realice el diagnóstico del estado del sistema hidráulico seleccionado mediante su bitácora, historial de mantenimiento ó por observación directa.

4. Plan de mantenimiento Confeccione un Plan de mantenimiento del sistema neumático seleccionado por un plazo mínimo de 1 (uno) año, basado en el diagnóstico realizado.

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