G0204: Funcionamiento y fallas tĂpicas en los sistemas oleohidrĂĄulicos de maquinaria pesada y agrĂcola.
UNIDAD 1: Técnicas para el análisis del funcionamiento de los sistemas oleohidráulicos aplicados en maquinaria pesada y agrícola. :
Unidad 1, parte 1: Sistemas oleohidráulicos de distintos modelos de equipos de maquinaria pesada y agrícola que presentan sistemas oleohidráulicos.
Material introductorio, parte 1.
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UNIDAD 1: Técnicas para el análisis del funcionamiento de los sistemas oleohidráulicos aplicados en maquinaria pesada y agrícola. :
Estimados alumnos, en este material se revisarán en profundidad los siguientes temas:
Tema 1: Sistemas oleohidráulicos de distintos modelos de equipos de maquinaria pesada y agrícola que presentan sistemas oleohidráulicos: - Transformaciones de energía. - Componentes de un sistema oleohidráulico.
- Función de los componentes de un sistema oleohidráulico. - Principio de funcionamiento de los componentes de un sistema oleohidráulico.
Le invitamos a revisar el documento.
MATERIAL INTRODUCTORIO INTRODUCTORIO UNIDAD UNIDAD11 MATERIAL
UNIDAD 1: Técnicas para el análisis del funcionamiento de los sistemas oleohidráulicos aplicados en maquinaria pesada y agrícola. :
La oleohidráulica constituye hoy en día el complemento ideal de la mecánica habitual en numerosos procesos industriales modernos. Durante años dichos procesos han sido resueltos mediante el empleo de la mecánica tradicional donde, con frecuencia y de forma muy ingeniosa, el movimiento rotatorio de un motor eléctrico convencional se ha transformado en otro movimiento rotatorio más lento, pero con mayor torque disponible, en un movimiento lineal continuo o discontinuo o en uno combinado complejo en cualquier dirección.
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Los procedimientos mecánicos para estos desplazamientos y giros siguen empleándose en muchos casos, ya que son insustituibles en determinadas operaciones industriales, pero con la incorporación relativamente reciente de estas tecnologías se ha conseguido simplificar mucho las máquinas y mecanismos, haciendo más sencillos los movimientos y permitiendo a la vez obtener de forma más sencilla cualquier nivel de automatización.
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TEMA 1: SISTEMAS OLEOHIDRÁULICOS DE DISTINTOS MODELOS DE MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA
1.1 Transmisión de potencia hidráulica
¿Qué entendemos por potencia hidráulica? En la figura se observa el proceso de transformación de la energía, la cual inicialmente es estregada por el eje estriado proveniente de alguna fuente de energía motriz, la bomba se encarga de transformar la energía mecánica en energía hidráulica compuesta por caudal y presión, la válvula direcciona la energía hacia el actuador, el cual vuelve a transformar la energía de hidráulica a mecánica para entregar movimiento a un balde, cuchara, brazo u otro elemento de trabajo de una maquina pesada o agrícola.
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1.1 Transmisión de potencia hidráulica
¿Cómo ocurre la transmisión de potencia hidráulica?
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La transformación de energía en un sistema hidráulico, se realiza entre el motor eléctrico o de combustión interna y una bomba oleohidráulica.
El motor de combustión entrega la potencia de accionamiento, dada por par motor y la velocidad angular, la bomba entrega el caudal, mientras el sistema y la carga generan la presión; el producto de estas entrega la potencia hidráulica o bien potencia útil.
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La central hidráulica entrega al sistema oleohidráulico la potencia útil, la que es el producto entre la potencia de accionamiento y el rendimiento total del sistema.
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1.1 Transmisión de potencia hidráulica
¿Cuáles son los componentes de un sistema oleohidráulico?
Los componentes pueden variar de acuerdo a las maquinarias, sin embargo, un estándar básico debe contener:
1. Aceite hidráulico
2. Depósito contenedor
3. Filtros hidráulicos
4. Bomba roto estática
5. Válvulas oleohidráulicas
6. Actuadores
7. Tuberías
8. Accesorios
9. Instrumentos
A continuación revisaremos algunos de ellos.
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1.1 Transmisión de potencia hidráulica
Componente de un sistema oleohidráulico: aceite hidráulico
¿Cuál es su función? Es el encargado de transmitir la energía. Esto es posible ya que los líquidos son virtualmente incompresibles.
¿Cómo lo efectúa? Es posible ya que los líquidos son virtualmente incompresibles, a pesar de existir un porcentaje de compresibilidad la cual normalmente se desprecia. A medida que se bombea el fluido por todo el sistema, se ejerce la misma presión sobre todas las superficies, definido esto por la ley de Pascal.
Recordemos… El principio de Pascal (s. XVII) dice que si se aplica una fuerza sobre un líquido confinado, se incrementa la presión siendo igual en todos los puntos y actuado con una fuerza perpendicular a la superficie que lo contiene.
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1.1 Transmisión de potencia hidráulica
Componente de un sistema oleohidráulico: contenedor y filtros hidráulicos
¿Cuál es la función del contenedor?
Es contener el líquido hidráulico para garantizar que el sistema tenga siempre un amplio suministro de aceite. Además el depósito debe proteger el fluido del medio ambiente, tener el tamaño apropiado para disipar calor, segregar el agua y dar el tiempo suficiente para decantar particulado y sedimento.
¿Cuál es la función del filtro? Retienen los contaminantes del aceite, de esta manera se evita que los componentes sufran daños y se asegura el funcionamiento correcto del sistema. La ubicación y los tipos de filtros son variados. Según su ubicación se tienen filtros de presión, retorno, llenado, aspiración y off line, con respecto a los tipos celulosa, metálicos, fibra, de alta y baja presión, con carcasa incorporada o solo cartuchos.
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1.1 Transmisión de potencia hidráulica
Componente de un sistema oleohidráulico: bomba oleohidráulica
¿Cuál es su función? Convierte la energía mecánica en energía hidráulica, en forma de flujo.
¿Cómo lo efectúa? Es impulsada por una forma externa de energía que proviene normalmente de un motor eléctrico o de combustión interna.
En estricto rigor la bomba es la que genera el flujo volumétrico en el sistema, la presión es un fenómeno que se genera por la restricción del caudal que entrega la bomba, el producto del caudal y la presión son la energía transformada por la bomba.
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1.1 Transmisión de potencia hidráulica
Componente de un sistema oleohidráulico: válvulas
¿Cuál es función de la válvula de ¿Cuál es la función de la válvula de distribución? distribución? La válvula de distribución o bien control La válvula de distribución o bien control direccional determina el curso que recorre el direccional determina el curso que recorre el fluido por el sistema oleohidráulico, ya sea en fluido por el sistema oleohidráulico, ya sea en líneas de presión, trabajo, retorno y pilotaje líneas de presión, trabajo, retorno y pilotaje, entre otras. entre otras. Existen de mando manual, mecánico, Existen de mando manual, mecánico, eléctrico, electrohidráulico, electrónico, etc. eléctrico, electrohidráulico, electrónico, etc. Este es el medio que emplea el operador Este es el medio que emplea el operador para controlar la máquina. para controlar la máquina.
¿Cuál es la función de la válvula de control de presión? Las válvula de control de presión son las encargadas de controlar, regular, limitar, reducir, aliviar la presión del sistema oleohidráulico, también utilizadas como válvulas de seguridad, la válvula de control de presión abre o cierra según sea el caso, si la presión supera desciende de un valor preestablecido.
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1.1 Transmisión de potencia hidráulica
Componente de un sistema oleohidráulico: válvulas
¿Cuál es la función de la válvula de control de caudal? La válvula de control de caudal o bien reguladora de caudal es la que se encarga de controlar el suministro de fluido en el sistema, regula velocidades de actuadores lineales o rotatorios o bien tiempo de señales de pilotaje. Cuando no es compensada con respecto a la presión, se le denomina estrangulador y cuando si es compensada se denomina reguladora.
¿Cuál es la función de la válvula de bloqueo? La válvula de bloqueo cumple diversas funciones dentro de un sistema oleohidráulico, como retención, bloqueo, anti retorno, unidireccionalidad del flujo hasta de bypass de filtros oleohidráulicos, entre otras. La válvula de bloqueo deja pasar en forma libre en un sentido y se opone al paso en sentido contrario, en algunos casos permite el paso en otro sentido si se cumplen algunas condiciones.
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1.1 Transmisión de potencia hidráulica
Componente de un sistema oleohidráulico: actuador
¿Cuál es su función? Convierte la energía hidráulica en energía mecánica para realizar un trabajo.
Tipología Existen actuadores lineales y rotatorios, los actuadores lineales se denominan cilindros y producen un movimiento lineal utilizado para operar baldes, hojas, plumas y otros implementos de máquinas; los actuadores rotatorios producen movimiento angular y son utilizados normalmente para tracción o implementos que necesiten de giro para su utilización.
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1.1 Transmisión de potencia hidráulica
Componente de un sistema oleohidráulico: tuberías y actuador
¿Qué son? Las tuberías son mangueras o tubos por los cuales se mueve el aceite hidráulico. Función Las mangueras flexibles permiten el movimiento, absorben la vibración y son fáciles de conectar.
La tubería proporciona conexiones más rígidas, tendido compacto y una mejor disipación del calor.
Intercambiador de aceite El intercambiador de calor o comúnmente denominado enfriador, se encarga de disipar el calor del aceite provocado por el trabajo a alta presión y las pérdidas de energía por fricción viscosa y por cambio de dirección del aceite en el sistema oleohidráulico. Con el enfriador se logra el aumento de la vida útil de los componentes y del mismo aceite.
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1.1 Transmisión de potencia hidráulica
Componente de un sistema oleohidráulico: acumuladores y manómetro
Acumuladores Es el elemento que se encarga de acumular energía, además de amortiguar los golpes y peak de presión a los cuales son propensos los sistema oleohidráulicos de los equipos y/o máquinas. Generalmente son de vejiga y amortiguan con nitrógeno (N2).
Intercambiador de aceite Es un instrumento para medir la presión relativa o manométrica del fluido que recorre los sistemas oleohidráulicos, además para medir presión absoluta se utilizan los barómetros y las depresiones se miden con los vacuómetros. Los manómetros normalmente trabajan bajo el principio de Bourdon. Para proteger al manómetro de los peak o golpes de presión, utilizan glicerina.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Los sistemas oleohidráulicos se conforman por diversos componentes, los cuales se mencionaron en el punto anterior. En esta etapa se definirá brevemente su función específica en los sistemas oleohidráulicos de equipos y maquinaria pesada y agrícola.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Función de la bomba oleohidráulica Las bombas oleohidráulicas o también conocidas como bombas roto estáticas o de desplazamiento positivo, esta última designación se debe a su principio de funcionamiento ya que el fluido es impulsado por la bomba, la cual no deja que este se devuelva, por lo tanto solo entregando flujo en forma positiva la bomba proporciona caudal; la presión de trabajo se obtiene dependiendo de la carga y las restricciones del sistema (la presión es un fenómeno que ocurre cuando se restringe el caudal).
Están definidas por tres parámetros característicos, los cuales son la cilindrada, la presión máxima de
trabajo y el rendimiento volumétrico. Para definir el caudal de una bomba oleohidráulica, es necesario conocer la cilindrada de esta (cilindrada es el caudal que entrega por vuelta la bomba, se mide en centímetros cúbicos por revolución (cm3/rev)).
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Función de la bomba oleohidráulica La presión máxima de trabajo de una bomba oleohidráulica se denomina peak de presión o bien la presión máxima que soporta antes de la ruptura. En el sistema oleohidráulico existe la presión de trabajo, la cual se encuentra en el punto óptimo de operación del equipo o máquina, la presión máxima de trabajo a la cual está regulada la válvula de control presión del sistema, en este punto ya no hay movimiento de los componentes, es decir, el equipo está a máxima carga.
Luego existe la presión de seguridad que normalmente es 20% sobre la máxima presión de trabajo, la cual es controlada por la válvula de control de presión de seguridad.
El rendimiento volumétrico de la bomba el cual está dado con respecto al caudal que debería entregar, según su capacidad y estructura y el caudal que realmente entrega en el punto de operación, en condiciones de trabajo con o sin carga. El rendimiento no es una constante sino que depende de las condiciones de operación del equipo o máquina, el máximo rendimiento se encuentra en el punto óptimo de trabajo de estas. La potencia de trabajo de la bomba oleohidráulica está dada por las condiciones de presión y caudal en el punto de operación, por lo tanto tampoco es un valor constante, pero si existirá una máxima potencia dependiendo de la presión y caudal máximo.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Función del aceite hidráulico La funciones que debe cumplir un aceite hidráulico en un sistema, son transmitir la potencia que es el producto del flujo de aceite y la presión a la cual se encuentra, lubricar las partes móviles de cada uno de los componentes del sistema oleohidráulico, disipar el calor generado por las pérdidas en el sistema, llevándolo al intercambiador de calor, proteger los componentes contra el desgaste, la oxidación y la corrosión, además sellar holgura de estos componentes. Para esto los aceites poseen ciertas propiedades para cumplir con esta función, entre ellas las más importantes son la viscosidad, el índice de viscosidad, el grado de limpieza, la untuosidad y los poderes antioxidante, anticongelante, antiemulsionante, anticorrosivo, antiespumante y uno de los más importantes, el poder antidesgaste.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Depósito contenedor de aceite La función principal de los depósitos de aceite hidráulico es garantizar que el sistema tenga siempre un amplio suministro de aceite, normalmente se recomienda que el volumen del depósito contenga de 3 a 4 veces el caudal que entrega la bomba. Además, las paredes de los depósitos disipan el calor que se acumula en el aceite. Los deflectores o placas divisoras que poseen los depósitos de aceite hidráulico, son para generar dos cámaras dentro del depósito, una de retorno y la otra de aspiración.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Depósito contenedor de aceite En la cámara de retorno el aceite está contaminado con agua, sedimento y particulado, teniendo un cierto tiempo de permanencia para separar el aire y el agua del aceite, además de decantar algunos contaminantes que se asientan en el fondo del depósito, desde donde se pueden extraer. El aceite de la cámara de aspiración estará limpio y libre de agua, aire y contaminantes.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Depósito contenedor de aceite Los sistemas hidráulicos móviles utilizan dos tipos de depósitos: los ventilados y los presurizados. Los depósitos ventilados respiran, permitiendo la compensación de presión cuando se producen cambios en los niveles de aceite. Los depósitos presurizados están sellados a la atmósfera, evitando que penetre en ellos la suciedad y humedad. La presión interna empuja el aceite hacia la bomba, evitando su cavitación.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Válvula direccional Proporcionan el medio principal para controlar la operación de los actuadores y otros componentes del sistema, dirigiendo el caudal de aceite hacia el circuito deseado. La mayor parte de las válvulas de control direccional tienen un carrete (spool) que se desliza hacia delante y hacia atrás en el interior de la válvula. El carrete tiene amplios diámetros, llamados resaltos, que pueden abrir o bloquear las entradas y salidas.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Válvula caudal Las válvulas de control de flujo se utilizan para regular la velocidad de los actuadores o para dividir el flujo entre dos o más circuitos. La válvula de control de flujo permite predeterminar el caudal máximo de aceite que puede penetrar en un circuito, desviando el exceso de aceite hacia el depósito. Está constituida por un orificio restrictor, una válvula de descarga y un resorte ligero. Estas válvulas pueden controlar el flujo con un alto grado de precisión.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Válvula de bloqueo La función de las válvulas de bloqueo es controlar el flujo solo en un sentido, esta se utiliza normalmente como complemento de otras válvulas o accesorios del sistema oleohidráulico. La más común de las válvulas de bloqueo o también llamadas válvulas de retención, válvulas unidireccionales o simplemente válvulas check, es la que consiste en un embolo o bola y un resorte o muelle.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Actuador rotatorio La función de los actuadores rotatorios es transformar la energía hidráulica, debido a la presión y el flujo de fluido en energía mecánica por un momento de torsión o par motor y un movimiento angular. Los motores oleohidráulicos trabajan con grandes momentos de torsión y a muy baja velocidad.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Enfriadores de aceite Como los componentes en los sistemas hidráulicos trabajan a alta presión, el calor se va acumulando en el aceite. Si las temperaturas aumentan demasiado, pueden dañarse los componentes. Los enfriadores de aceite son intercambiadores de calor, enfrían el aceite de los sistemas oleohidráulicos por medio de aire o agua.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Acumulador Las funciones de un acumulador oleohidráulico son, entre otras, compensar variaciones de flujo en distintos sistemas hidráulicos de las máquinas y equipos, mantener la presión constante en el sistema, absorber los impactos, golpes de presión o peak, para proteger los componentes del sistema, además
debe
proporcionar presión y flujo de emergencia para diversos sistemas, por ejemplo sistema de dirección, sistemas de frenos, levante, volteo y otros.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Bombas de engranajes Las bombas de engranajes son de caudal positivo y fijo. Su principio de funcionamiento se debe a dos piñones, uno conducido y el otro motriz, el fluido es conducido desde la entrada S hasta la salida P por medio de las cámaras que se forman entre los piñones y la carcasa de la bomba.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Bombas de pistones axiales Las bombas de pistones axiales funciona transformando la energía por medio de pistones dispuestos en un tambor en forma axial. Los tipos de bombas son de cabezal inclinado y placa inclinada. El fluido ingresa al tambor como indica la flecha, el movimiento angular del tambor y la inclinación del plato que soporta los pistones, produce la salida del fluido del tambor tal cual lo indica la flecha roja.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Válvula direccional La válvula direccional es la que distribuye o direcciona el fluido, por medio de un spool o carrete, el cual se desplaza de un lado a otro conectando los distintos ductos. El fluido entra por el ducto P y sale por el ducto B, el fluido que retorna por A se dirige al ducto T, cuando la válvula recibe señal por el pilotaje Y las condiciones cambian y de P pasa hacia A y de B se dirige a T.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Válvula de control de caudal Esta válvula controla el caudal de fluido que entrega la bomba, el caudal regulado es el que pasa por el orificio de control hacia la salida de flujo controlado, el embolo se desplaza por el exceso de fluido venciendo al resorte y derivando el exceso de caudal al depósito, de esta forma controlando el caudal.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Válvula de control de presión Esta válvula de control de presión es de mando directo el fluido que proviene de la bomba por el punto 1, si la presión sube lo suficiente para vencer la tensión del resorte, el fluido se dirigirá al depósito por el punto 3, de esta forma aliviando la presión del sistema.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Válvula de bloqueo Esta válvula de bloqueo deja pasar el fluido en un sentido y no en el otro, cuando el fluido entra por la derecha empuja la bola hasta vencer la tensión del resorte, dejando pasar el fluido cuando entra por la izquierda bloqueando por medio de la bola.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Actuador lineal La figura muestra el funcionamiento de un cilindro de doble efecto, en la figura superior el vástago se mantiene en la posición adentro ya que ingresa fluido por el lado anular del cilindro, en cambio en la figura de abajo el vástago se encuentra en la posición afuera, debido a la entrada de fluido al área total del embolo.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Enfriador de aceite La función de enfriar el aceite del sistema oleohidráulico la tiene el intercambiador de calor. El aceite caliente proveniente del sistema oleohidráulico ingresa al intercambiador de calor, bajando su temperatura por medio de agua que ingresa fría al intercambiador, saliendo a mayor temperatura, con esto le retira parte de calor al aceite, disminuyendo su temperatura de salida del intercambiador, volviendo al sistema oleohidráulico.
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1.2 ¿Cuál es la función de los componentes de un sistema oleohidráulico?
Acumulador
La imagen muestra un acumulador de vejiga con carga de nitrógeno. En la figura A la vejiga se encuentra sin carga; en la figura 2 se carga el acumulador con nitrógeno, bajando la válvula para evitar el degollamiento de la vejiga; en la figura 3 se carga con flujo hidráulico el acumulador, el nitrógeno alcanza la presión del aceite del sistema; en la figura D el acumulador aporta con energía acumulada al sistema.
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CONCLUSIONES En la unidad se estudiaron las partes componentes básicas de un sistema oleohidráulico de maquinaria pesada y agrícola, partiendo desde el depósito de aceite, el encargado de contener el aceite hidráulico, la bomba oleohidráulica, roto estática o simplemente bomba volumétrica que desplaza el flujo de aceite por el sistema, pasando por las válvulas que controlan presión, caudal y direccionan el fluido, hasta los actuadores, estos últimos se encargan de los movimientos lineales y rotatorios, para generar trabajo en baldes, brazos, cucharas, palas y otros elementos que constituyen la maquinaria pesada y agrícola. Se describió la función de cada uno de los elementos constitutivos de los sistemas oleohidráulicos, donde se detalló claramente dónde y cómo se efectúa su función dentro del sistema oleohidráulico. Finalmente, detallada la función en el sistema y cómo la efectúa, se está en condiciones de pasar al siguiente tema, donde se indicará el principio de funcionamiento de cada uno de los componentes oleohidráulicos de maquinaria pesada y agrícola.
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BIBLIOGRAFÍA
Gildemeister www.mgildemeister.cl
Maquinarias.
Mannesmann Rexroth. (1980). Hidráulico (vol.1). ISBN-3-8023-0619-8.
Training
Potter Merle, C. (1998). Mecánica de los fluidos. (2ª. ed). México: Editorial Prentice Hall. ISBN 970-17-0196-8 Sewobe. www.case.com.es
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