Diapositives de la UD03 'Oleohidràulica'. Tecnologia Industrial II de 2n de Batxillerat

1. UD 03. Oleohidràulica
Introducció
Objectius Didàctics
Abans de començar...
Continguts
Oleohidràulica
Introducció
Comparativa vs Pneumàtica. Hidropneumàtica
Característiques dels líquids hidràulics
Principis bàsics d'oleohidràulica
Hidrostàtica. Principi de Pascal

2. UD 03. Oleohidràulica
Continguts (II)
Oleohidràulica (II)
Hidrodinàmica. Cabal i potència hidràulica
El circuit oleohidràulic
Introducció
La unitat oleohidràulica
Elements de potència: bombes
Introducció
Bombes rotatives d'engranatges externs
Bombes rotatives de paletes
Bombes rotatives de pistons

3. UD 03. Oleohidràulica
Continguts (III)
Elements de regulació i control
Introducció
Vàlvules distribuïdores o direccionals
Vàlvula unidireccional
Vàlvula distribuïdora 2/2
Vàlvula distribuïdora 4/2
Vàlvula distribuïdora 4/3
Vàlvules reguladores de cabal
Vàlvules reguladores de cabal variable
Vàlvules reguladores de pressió
Vàlvules reguladores
Vàlvules limitadores de pressió

4. UD 03. Oleohidràulica
Continguts (IV)
Servovàlvules i vàlvules proporcionals
Elements de treball: cilindres i motors
Cilindres
Motors hidràulics i oleohidràulics
Disseny de circuits oleohidràulics
Introducció
Simbologia hidràulica
Programari específic. Simuladors

5. UD 03. Oleohidràulica
Introducció
Objectius didàctics
Entendre la utilitat de la oleohidràulica
Comparar-la amb la pneumàtica
Entendre conceptes bàsics aplicats als fluids
Entendre i saber explicar cadascun els components d'un circuit
oleohidràulic
Conèixer i saber com funcionen les diferents bombes
Conèixer i entendre el funcionament dels elements de regulació i
control
Entendre la utilitat dels cilindres i motors.
Adquirir consciència de la importància de l'automatització a la
indústria

6. UD 03. Oleohidràulica
Introducció (II)
Objectius didàctics (II)
Adquirir coneixements sobre circuits oleohidràulics
Conèixer la simbologia
Conèixer un simulador de circuits
Abans de començar
Sabem què és el cabal?
Quines diferències podem intuir entre oleohidràulica i
pneumàtica?
Recordem les unitats de pressió?

7. UD 03. Oleohidràulica
Introducció
Recordem: un fluid pot cedir directament la seva energia
Ja sigui cinètica o potencial
Podem accionar màquines
No l'hem de transformar (com la química o l'elèctrica)
Clàssicament: l'aigua (hidràulica)
Posteriorment: l'aire (pneumàtica)
No es pot emprar per a esforços elevats (compressible)

8. UD 03. Oleohidràulica
Introducció (II)
Oleohidràulica: utilitza oli com a fluid transmissor
Neix al s.XX (olis minerals)
Millora lubrificació
No provoca oxidació
Disminueixen les fuites
En tenim d'especials: ininflamables, emulsions...
Però: no permeten l'emmagatzematge d'energia
Actualment: es busca biodegradabilitat

9. UD 03. Oleohidràulica
Comparativa vs Pneumàtica. Hidropneumàtica
Són les dues tècniques més emprades.
Regulació fàcil de la velocitat
L'oli és incompressible: podem variar de manera fàcil i precisa la
velocitat dels actuadors
Ho farem: regulant el cabal de subministrament (bomba) o amb
vàlvules de control de cabal
Transmissió de grans potències
Es poden suportat pressions més altes (superiors a 15 MPa)
Recordem: P = F/s

10. UD 03. Oleohidràulica
Comparativa vs Pneumàtica. Hidropneumàtica (II)
Control de la posició
Per la incompressibilitat: podem detenir l'actuador en qualsevol
posició (precisió)
La regulació del cabal és simple
Sistemes pneumàtics: no és possible dons l'aire: comprimible
Reversibilitat dels accionaments
Inversió de gir o sentit de desplaçament: amb bomba o vàlvula
Pneumàtica: pocs elements ho permeten
A més, s'han d'aturar completament abans

11. UD 03. Oleohidràulica
Comparativa vs Pneumàtica. Hidropneumàtica (III)
Protecció del sistema
Sobrecàrregues: poden provocar trencaments
Vàlvules de seguretat (limitadora de P)
Amortidors
Exemple: en inversió de gir (P↑↑)
Possibilitat d'arrencada i aturada en càrrega
Es permet un bloqueig brusc en qualsevol moment
També: arrencada posterior en càrrega
Això: no ho podria fer un motor elèctric directament

12. UD 03. Oleohidràulica
Comparativa vs Pneumàtica. Hidropneumàtica (IV)
Inconvenients dels sistemes oleohidràulics
Més complicats, cars i lents
No permeten l'acumulació d'energia, només la transmissió
De vegades fem servir circuits mixts
Imaginem que tenim sistema pneumàtic, pero es necessita en
un punt determinat
Força important en secció petita
Aturar un mecanisme a la meitat del seu recorregut
Emprem convertidors pneumaticohidràulics aire-oli i cilindre
oleopneumàtics

13. UD 03. Oleohidràulica
Comparativa vs Pneumàtica. Hidropneumàtica (V)
De vegades fem servir circuits mixts (II)
Avantatges
Pot resultar econòmicament més viable
Amb un únic sistema de control ho governem tot
Si ja disposem de xarxa pneumàtica, no cal complicar-ho
Característiques dels líquids hidràulics
Tenir un bon rendiment en la transmissió de l'energia
Tenir bon comportament amb T
Tenir poca compressibilitat

14. UD 03. Oleohidràulica
Característiques dels líquids hidràulics (II)
Ser un bon lubrificant
Fricció mínima entre components
No ser oxidant
Es recomana índex d'acidesa baix
Ser inalterable amb el temps (no oxidable, per exemple)
No ser tòxic ni inflamable

15. UD 03. Oleohidràulica
Principis bàsics d'oleohidràulica
Hidrostàtica. Principi de Pascal
Pressió exercida sobre fluid incompressible i en repòs: es
transmet íntegrament en totes les direccions
p1 = p2 = F1/A1 = F2/A2 → F2 = F1 · A2/A1
Amb una força petita aconseguim una de més gran
Gat hidràulic, frens de disc de cotxe...

16. UD 03. Oleohidràulica
Hidrodinàmica. Cabal i potència hidràulica
Cabal: quantitat de fluid que travessa una secció per unitat
de temps
Es pot expressar en massa (cabal màssic) o volum (volumètric)
Kg/s i m3/s (SI). També: L/s, L/min o m3/h
Si considerem líquids incompressibles amb flux laminar
qv = V/t = A · L / t = A · v [m3/s]
Potència hidràulica: energia de pressió per unitat de t
Per exemple: la subministrada per una bomba
P = p·V/t = p·qv [W]
P: potència [W]. p= Pressió [Pa], V= volum [m3], t= temps [s], qv =
cabal volumètric [m3/s]

17. UD 03. Oleohidràulica
Hidrodinàmica. Cabal i potència hidràulica (II)
Potència hidràulica (II)
Potència d'accionament o consumida: depèn del rendiment
Aquest rendiment (η) té en compte totes les pèrdues de la bomba
Pc = Pu /η → Pc = p·qv/η [W]
El circuit oleohidràulic
Conjunt d'elements que, mitjançant un oli fa un treball o
executa accions per accionar màquines o mecanismes
Essencialment: Central generadora de pressió, conduccions,
dispositius de regulació i control i elements de treball

18. UD 03. Oleohidràulica
El circuit oleohidràulic (II)
Entrant una mica en detall
Elements de potència
Transformen Em en hidràulica: grup o grups motobomba
Elements de regulació i control
Regulen i controlen paràmetres del sistema: P, q, T, sentit...
Elements de treball
Conjunt d'actuadors: cilindres, motors
Aprofitem l'energia hidràulica i fan treball (conversió a Em)
Condicionadors i accessoris
Resta de components: dipòsits, filtres, manòmetres, pressòstats,
intercanviadors de calor...

19. UD 03. Oleohidràulica
El circuit oleohidràulic (III)
La unitat oleohidràulica
També anomenada central o grup oleohidràulic
Produeix i controla l'energia oleohidràulica
1: Dipòsit
2: Motor d'accionament
3: Bomba
4:Conducció sortida
5:Vàlvula seguretat
Retorn a dipòsit
6: Conducció retorn
7 i 8: Filtres
9: Altes (manòmetre, T...)

20. UD 03. Oleohidràulica
Elements de potència: bombes
Introducció
Converteixen energia mecànica en hidràulica
Pressió de treball
Valor nominal de P màxima contínua de treball a una v determinada
També es pot especificar la P màxima punta
S'acostuma a calcular per una vida de 10.000 hores
Si treballem a P inferior, la vida útil s'allarga

21. UD 03. Oleohidràulica
Elements de potència: bombes (II)
Introducció (II)
Cabal o desplaçament geomètric
Cabal de sortida teòric: cilindrada per nombre de cicles per unitat de
temps
Desplaçament geomètric: líquid bombat en una volta
Expressat en cm3·min-1
Cabal real és inferior: pel rendiment volumètric de la bomba
Rendiment volumètric i rendiment total
Relació entre cabal real i cabal teòric
Oscil·la entre 0,80 i 0,99
Dependrà: tipus de bomba, toleràncies, condicions de treball...

22. UD 03. Oleohidràulica
Elements de potència: bombes (III)
Introducció (III)
Rendiment volumètric i rendiment total (II)
Respon a la fórmula: ηv = qv real / qv teòric
Rendiment total: producte entre volumètric i mecànic
Sol oscil·lar entre 0,50 i 0,90
Fórmula: ηtotal = ηvolumètric · ηmecànic
Podem distingir dos tipus de bombes
Hidrodinàmiques (per al transvasament de fluids)
Hidrostàtiques (per a la transmissió d'energia)
Segons mètode de funcionament: oscil·lants i rotatives

23. UD 03. Oleohidràulica
Elements de potència: bombes (IV)
Introducció (IV)
Bombes hidrodinàmiques
No emprades en circuits oleohidràulics, només en els hidràulics
Funcionen per força centrífuga → fluid entra per l'eix i és expulsat a
l'exterior per element rotatiu
Són tipus turbina
Per transvasar líquids amb resistència a vèncer petita
Grans cabals, però
Sense estanquitat entre entrada i sortida

24. UD 03. Oleohidràulica
Elements de potència: bombes (V)
Introducció (V)
Bombes hidrostàtiques
Subministren igual quantitat de líquid a cada cicle
Independentment de la pressió del circuit
Les més emprades: bombes rotatives d'engranatges externs, bombes
rotatives de paletes i bombes rotatives de pistons
Bombes rotatives d'engranatges externs
Transporten el líquid entre dos engranatges acoblats
Un d'ells és accionat directament per l'eix de la bomba i fa girar l'altre

25. UD 03. Oleohidràulica
Elements de potència: bombes (VI)
Bombes rotatives d'engranatges externs (II)
El tipus més emprat en instal·lacions oleohidràuliques
Especialment en instal·lacions mòbils
Preu molt reduït i poc sensibles a contaminació del fluid
Però: molt sorolloses i de baix rendiment volumètric
Rendiment màxim: 93%
Fins a 300 bar i 7000 min-1 de velocitat com a màxim
Bombes rotatives de paletes
Bomba hidràulica hidrostàtica
De cabal fix o variable
Entre 2'5 i 300 L/min

26. UD 03. Oleohidràulica
Elements de potència: bombes (VII)
Bombes rotatives de paletes (II)
Treballen a baixa pressió: De 0 a 140 bar
Velocitats: entre 500 i 3000 min-1
Principi de funcionament:rotor amb paletes mòbils
Giren dins d'un anell
Cambres de bombeig: entre les paletes, el rotor i les parets de la cambra

27. UD 03. Oleohidràulica
Elements de potència: bombes (VIII)
Bombes rotatives de pistons
Bombes hidrostàtiques rotatives
Disposen de molts conjunts pistó-cilindre
Part del mecanisme gira al voltant d'un eix
De manera excèntrica
Està més a prop o més lluny de l'estàtor: els cilindres pugen o baixen
Si Baixen: compressió. Si pugen: aspiració
Les tenim de dos tipus: de pistons axials i radials
En funció de la posició dels pistons vs l'eix
Generen P i rendiment més elevats
Respecte bombes d'engranatges o paletes

28. UD 03. Oleohidràulica
Elements de regulació i control
Vàlvules: controlem, distribuïm i regulem fluid
Controlen: P, q i dirigeixen o bloquegen pas del fluid
Tres tipologies de vàlvules
Distribuïdores o direccionals
Reguladores de cabal
Reguladores de pressió
Representació: igual que en pneumàtica
Cada posició possible és un quadrat
Vies: fletxes als quadrats
Normalitzat: ISO 1219 i CETOP RP3
Circuit de retorn de fluid (necessari) representat per símbol de tanc

29. UD 03. Oleohidràulica
Elements de regulació i control (II)
Vàlvules distribuïdores o direccionals
Obren i tanquen el pas i dirigeixen el fluid cap on convingui
Possibiliten el govern dels elements de treball
Funcionament semblant a pneumàtiques
Les més habituals: 4 vies i tres posicions
També trobem: 4/2 i 2/2
Vàlvula unidireccional
Només permeten el pas del fluid en un sentit únic
De dos tipus: antiretorn i antiretorn pilotada
Antiretorn
Les més senzilles. Normalment tancada per con o bola i molla associada
En un sentit: venç la molla. En l'altre: fluid i molla tanquen el pas

30. UD 03. Oleohidràulica
Elements de regulació i control (III)
Vàlvules distribuïdores o direccionals (II)
Vàlvula unidireccional (II)
Antiretorn pilotada
Amb pilotatge extern pot permetre la circulació en sentit contrari
En condicions normals: en un sol sentit
Vàlvula distribuïdora 2/2
Pot ser NT o NO
Actua com a simple clau de pas
Accionament: mecànic, elèctric, i pilotat (oleohidràulic)
De vegades: emprades per governar altres vàlvules

31. UD 03. Oleohidràulica
Elements de regulació i control (IV)
Vàlvules distribuïdores o direccionals (III)
Vàlvula distribuïdora 4/2
Emprada per governar cilindres de doble efecte
Permet pas del fluid en els dos sentits
Vàlvula en repòs
Entrada P connectada a utilització A
Via d'entrada B connectada amb escapament T
Accionem vàlvula: P→B i A→T

32. UD 03. Oleohidràulica
Elements de regulació i control (V)
Vàlvules distribuïdores o direccionals (IV)
Vàlvula distribuïdora 4/3
També governen cilindres de doble efecte, però tenen una posició
intermèdia → per exemple per bloquejar el cilindre a mig recorregut
Les més emprades: inversió axial
Però: també inversió radial (com la rotativa)

33. UD 03. Oleohidràulica
Elements de regulació i control (VI)
Vàlvules reguladores de cabal
Emprades per modificar la velocitat dels elements de treball
Permeten variar velocitat d'actuadors
Permeten regular el cabal d'alimentació
Reguladores de cabal fix
Reguladores de cabal variable
Vàlvules reguladores de cabal variable
Vàlvula reguladora per caragol o d'agulla
A mesura que obrim el comandament, incrementem el cabal
Vàlvula no compensada: increment de T
Cabal: depèn de P del circuit
Increment de P: cabal creix, amb pèrdua de càrrega superior

34. UD 03. Oleohidràulica
Elements de regulació i control (VII)
Vàlvules reguladores de cabal (II)
Vàlvules reguladores de cabal variable (II)
Vàlvules reguladores de cabal compensades
Mantenen cabal independent de la pressió del circuit
Asseguren velocitat constant dels actuadors
Pot portar sistema antiretorn (la de caragol també)

35. UD 03. Oleohidràulica
Elements de regulació i control (VIII)
Vàlvules reguladores de pressió
Condicionen la pressió a un valor constant de treball
Són reductores (P > P sistema)
Sota aquesta tipologia podem diferenciar
Vàlvules reguladores de pressió (pròpiament dites)
Vàlvules limitadores de pressió
Vàlvules de descàrrega...
Vàlvules reguladores de pressió
Redueixen P d'entrada fins un valor regulable de sortida
Vàlvules de dues vies
Obertes gràcies a la força d'una molla
Redueixen P quan P sortida > P regulació (amb pistó o corredora)

36. UD 03. Oleohidràulica
Elements de regulació i control (IX)
Vàlvules reguladores de pressió (II)
Vàlvules reguladores de pressió (II)
N'hi ha de dos tipus: d'acció directa i pilotades
Pilotades: reduïm P hidràulicament (equilibrem corredora per P sortida)
Permeten regulacions més ajustades
Tenen, però, alguns desavantatges
Necessiten vàlvula limitadora de P addicional (per sobrecàrregues)
Cops d'ariet dels actuadors
Si no hi ha circulació des de l'actuador, no poden ajustar-se a P inferior
Vàlvules limitadores de pressió
Dispositiu de protecció i seguretat
Asseguren P màxima de treball
També anomenades de seguretat
En general després de la bomba)

37. UD 03. Oleohidràulica
Elements de regulació i control (X)
Servovàlvules i vàlvules proporcionals
Tipus especials de vàlvules: regulació amb precisió de P o q
Servovàlvules: direccionals de més d'una via. Regulen cabal en funció de
senyal de realimentació per part de l'actuador (transductor)
Transductor: controla posició de l'actuador
Desplacem la corredora amb motor elèctric
Vàlvules proporcionals: regulen q o P proporcionalment al senyal rebut
Control: amb solenoide proporcional

38. UD 03. Oleohidràulica
Elements de treball: cilindres i motors
Introducció
Desenvolupen força i moviment necessaris
Duen a terme el treball al sistema
Segons moviment i treball
Lineals: cilindres
Rotatius: motors hidràulics i oleohidràulics
Cilindres
Actuadors que transformen energia hidràulica (o oleohidràulica)
en una força lineal
També distingim els de simple efecte i els de doble efecte

39. UD 03. Oleohidràulica
Elements de treball: cilindres i motors (II)
Cilindres (II)
Cilindres de simple efecte
El fluid entra i surt per una única cambra
La força lineal s'exerceix en un sentit únic
La recuperació s'efectua per molla o forces externes (gravetat...)
Cilindres de doble efecte
El treball es fa tant en l'avanç com en el retrocés
El fluid entra en la cambra anterior o posterior
Tipologies: doble tija, cecs, telescòpics...

40. UD 03. Oleohidràulica
Elements de treball: cilindres i motors (III)
Motors hidràulics i oleohidràulics
Transformen energia hidràulica en mecànica rotativa
Funcionen de manera inversa a les bombes
Veure vídeo de bomba de pistons
Veure animació bomba de pistons
Els més emprats: de pistons, d'engranatges i de paletes

41. UD 03. Oleohidràulica
Disseny de circuits oleohidràulics
Implica càlculs, definició dels components en funció de les
necessitats (P, q...)
Necessitem saber quins mecanismes accionarem
I les seves característiques: velocitats, forces...
Per fer el circuit: determinar elements a col·locar i
interconnexió
Després: dimensionament
Farem servir seqüències de treball, representacions
gràfiques del circuit...

42. UD 03. Oleohidràulica
Disseny de circuits oleohidràulics (II)
L'esquema hidràulic: complet, clar i precís
Potser ha de ser interpretar per altres persones
També convé adjuntar-hi una memòria explicativa
De funcionament, característiques tècniques, posada en marxa...
Llistat detallat de components (referència, descripció...)
Bomba: cilindrada, velocitat de funcionament, P de treball...
Cilindre: cursa, diàmetre interior, diàmetre de tija...

43. UD 03. Oleohidràulica
Disseny de circuits oleohidràulics (III)
Exemple 1: Sistema empenyedor de peces
Cilindre oleohidràulic de simple efecte com a actuador
Vàlvula limitadora de P i manòmetre per llegir-la
Vàlvula distribuïdora 3/2 de comandament (manual)
P es comunica amb A (posició b):
Avança el cilindre
Deixem de prémer: A es comunica amb T
Retorn del cilindre

44. UD 03. Oleohidràulica
Disseny de circuits oleohidràulics (IV)
Exemple 2: Plataforma elevadora
Comandada per cilindre de doble efecte
Semblant al circuit anterior però: retorn del cilindre per injecció
del fluid
Si volem únicament dues posicions: vàlvula 4/2

45. UD 03. Oleohidràulica
Disseny de circuits oleohidràulics (V)
Exemple 2: Plataforma elevadora (II)
Podem demanar que s'aturi en alguna posició intermèdia
Vàlvula 4/3
Posició intermèdia
P i T connectats: el líquid subministrat per la bomba
torna al dipòsit

46. UD 03. Oleohidràulica
Disseny de circuits oleohidràulics (VI)
Exemple 2: Plataforma elevadora (III)
Si volem regular la velocitat
Regulador de cabal
Amb vàlvula antiretorn: no actua en sentit contrari
Només volem regular velocitat de pujada
Cambra anterior del cilindre: limitador de P
Evita batzegades del sistema
Allarga vida de l'eina

47. UD 03. Oleohidràulica
Disseny de circuits oleohidràulics (VII)
Simbologia hidràulica
Programari específic. Simuladors
FluidSIM o Automation Studio
Útils: aprenentatge, i ajuda a l'hora del disseny
Certes limitacions respecte la realitat