UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS Y ADMINISTRACIÓN

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

Motores Hidráulicos

Profesor : Rene CifuentesAlumnos: Ricardo Zurita S.

Cesar Valenzuela Asignatura : Mandos y Control

INTRODUCCION

Un motor hidráulico es básicamente un Actuador Hidráulico. Funciona a la inversa de una bomba hidráulica en donde se le comunica energía al fluido. Esto quiere decir que en un motor hidráulico es el fluido que inyectado a presión produce un movimiento con una determinada velocidad, fuerza, o bien velocidad angular y momento a partir de la perdida de presión de un determinado caudal del fluido en cuestión. Estos están clasificados dentro del grupo de actuadores rotativos

Actuadores

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas.

Existen tres tipos de actuadores:

• Hidráulicos • Neumáticos • Eléctricos

Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión. Existen tres grandes grupos: 1. cilindro hidráulico 2. motor hidráulico 3. motor hidráulico de oscilación

Modo de funcionamiento En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es generado por la presión del fluido. Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos: El primero es uno de tipo rotatorio en el que los engranes son accionados directamente por aceite a presión, y el segundo, de tipo oscilante, el movimiento rotatorio es generado por la acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia. A continuación se muestra la clasificación de este tipo de motores

Motor de engranaje Tipo Rotatorio Motor de Veleta

Motor Hidráulico Motor de Piston Axial Pistón

Tipo Oscilante Motor de Piston Radial

Características de los motores hidráulicos:

• Son dispositivos simples y robustos.

• Elevada capacidad de carga y relación potencia-peso.

• No presentan problemas de refrigeración.

• Soportan sobrecargas sin consecuencias posteriores.

• La velocidad de rotación es regulable en los dos sentidos.

• La inversión de giro es simple.

Esquema de funcionamiento básico

Las variables principales de un motor son el momento de rotación, la presión, y el desplazamiento. El momento de rotación y posiciones de presión indican cuanta carga un motor puede manejar. El desplazamiento indica cuánto flujo se requiere para una vuelta (una unidad de disco) esto es expresado en pulgadas cúbicas por revoluciones. El desplazamiento es la cantidad del aceite que debe ser bombeado en un motor para girarlo una revolución. La mayor parte de los motores son de desplazamiento fijo; sin embargo, también existen motores de pistón de desplazamiento variable. Los tipos principales de motores son de engranaje, de paleta, y de pistón. Ellos pueden ser unidireccionales o reversibles. (La mayor parte de motores diseñados para equipos móviles son reversibles.)

Tipo rotatorio

Motor de Engranaje.

El aceite a presión fluye desde la entrada que actúa sobre la cara dentada de cada engranaje generando torque en la dirección de la flecha. La estructura del motor es simple, por lo que es muy recomendable su uso en operaciones a alta velocidad.

En la figura se muestra un motor de tipo de engranaje. Conducen ambos engranajes, pero sólo uno esta conectado al eje de salida. La operación es esencialmente al revés de una bomba de engranaje. El flujo de la bomba entra en la cámara y fluye en la dirección alrededor de la superficie interior de la cubierta, forzando los engranajes a girar según el movimiento indicado. Este movimiento rotatorio está entonces disponible para ser transformado en trabajo en el eje de salida.

Motor de veleta o paleta

El flujo de la bomba se dirige a la entrada, fuerza al rotor y a las paletas a girar, y pasa hacia fuera por la salida. La rotación de motor hace que el eje de salida gire. No existe fuerza centrífuga hasta que el motor comienza a girar con carga.Los motores de paleta son equilibrados hidráulicamente para prevenir que el rotor se cargue a un lado del eje. El eje es apoyado por dos cojinetes de bolas. El momento de rotación es desarrollado por una diferencia de presión. La cámara que conduce la paleta esta sujeta a la presión de salida que es muy inferior. La diferencia en la presión ejerce la fuerza sobre la paleta es tangencial al rotor.

Los motores de paleta proporcionan un buen rendimiento, pero no tan alto como ael de los motores de pistón. Sin embargo, los motores de paleta generalmente cuestan menos que los motores de pistón de la misma potencia.

Tipo oscilante

Motores radiales de pistón

Tienen un barril de cilindro conectado a un eje conducido; el barril contiene un número de pistones que corresponden en calibres radiales. El pistón externo termina contra un anillo de empuje. El empuje de pistones contra el anillo de empuje y las fuerzas de reacción hace girar el barril.

El desplazamiento del motor se puede variar cambiando el bloque de diapositiva lateralmente para cambiar el golpe del pistón. Cuando el centro de línea del barril del cilindro y el alojamiento coincide, no hay ningún flujo de fluido y por lo tanto las paradas de barril de cilindro. Moviendo la diapositiva el centro pasado invierte la dirección de rotación de motor.

Los motores radiales de pistón son muy eficientes. Aunque el alto grado de precisión requerida en la fabricación de motores radiales de pistón levante gastos iniciales, ellos generalmente tienen una vida larga. Ellos proporcionan un alto momento de rotación a velocidades de eje relativamente bajas y excelente operación a baja velocidad con alto rendimiento; pero están limitados en cuanto a capacidades de alta velocidad.

Motor con pistón eje inclinado (Axial) Los motores axiales de pistón también usan el principio de movimiento de pistón que corresponde para hacer girar el eje de salida, pero el movimiento es axial, más que radial. Sus características de eficacia son similares a aquellos de motores radiales de pistón. En general, los motores axiales de pistón tienen excelentes capacidades a alta velocidad a diferencia de los motores radiales de pistón que son limitados a operaciones a baja velocidad

EL aceite a presión que fluye desde la entrada empuja el pistón contra la brida y la fuerza resultante en la dirección radial hace que el eje y el bloque del cilindro giren en la dirección de la flecha. Este tipo de motor es muy conveniente para usos a alta presión y a alta velocidad. Es posible modificar su capacidad al cambiar el ángulo de inclinación del eje.

Motor oscilante con pistón axial

Tiene como función, el absorber un determinado volumen de fluido a presión y devolverlo al circuito en el momento que éste lo precise.

Ejemplo de cálculo de un motor hidráulico

Como un ejemplo de como calcular el tamaño hidráulico de motor para emparejar un uso, considere lo siguiente: un uso pide 5 hp en 3,000 revoluciones por minuto, con una presión de suministro disponible de 3,000 psi, y una presión de línea de vuelta de 100 psi; el cálculo diferencial de presión es 2,900 psi. El momento de rotación teórico requerido es calculado de :

T = (63,0252 3 caballo de fuerza)/N donde: T = momento de rotación, en libras N =velocidad, en revoluciones por minuto. Para la condición T = 105 libras El desplazamiento de motor es calculado como:

D = 2 T π ÷ PeM donde: D= desplazamiento, cm3 P =cálculo diferencial de presión, psi, eM es la eficacia mecánica, el %. Si la eficacia mecánica es el 88 %, entonces D = 0.258 cm3 Cálculo del flujo requerido:

Q = DN/231eV, Q= flujo, gpm, eV =eficacia volumétrica, el %. Si la eficacia volumétrica es el 93 %, entonces Q = 3.6 gpm.

La presión en estas ecuaciones es la diferencia entre la presión de salida y la entrada. Así, cualquier presión en el puerto de salida reduce la salida de momento de rotación de un motor fluido. El factor de eficacia para la mayor parte de motores será limpiamente constante manejando de medio - a la presión llena nominal, y sobre la parte media de la gama de velocidad nominal. Como la velocidad se acerca el uno o el otro extremo, disminuciones de eficacia. Presiones más abajo de operaciones causan la eficacia inferior total debido a las pérdidas de giro fijas internas que son características de cualquier motor fluido. El desplazamiento que reduce del máximo en motores de desplazamiento variable también reduce la eficacia total.

Algunos datos utiles Potencia de Entrada = Presión x Caudal Potencia Entregada en el Actuador = Variación de Presión x Caudal. Esta variación de presión deberá computarse entre la entrada y la salida del actuador. En estas expresiones no consideramos las pérdidas por rozamiento que existen y no se debe dejar de tenerlas en cuenta para las realizaciones prácticas. La potencia mecánica de salida estará dada en los actuadores lineales por: Potencia de Salida = Fuerza x Velocidad Y en los actuadores rotativos por: Potencia de Salida = Momento Motor ( Torque ) x Velocidad Angular Es evidente que las perdidas entre la potencia de entrada y salida serán las pérdidas por rozamiento.

Tabla comparativa Distintos tipos de Actuadores

Seleccionar un motor hidráulico

El uso del motor hidráulico generalmente lo dictan los caballos de fuerza requeridos y la gama de velocidad de motor, aunque la velocidad real y el momento de rotación requerido a veces pueden variar siempre que se mantengan los caballos de fuerza requeridos. El tipo de motor seleccionado depende de la fiabilidad requerida, la vida, y el funcionamiento.

Una vez que el tipo de fluido es determinado, la selección de tamaño real está basada en la vida esperada y la economía de la instalación total sobre la máquina. Un motor fluido que funciona en menos que la capacidad normal proporcionará

una extensión de vida de servicio más que proporcional a la reducción de la operación debajo de la capacidad normal. Los caballos de fuerza máximos producidos por un motor se logran cuando se

alcanza la máxima presión del sistema y dan como resultado la máxima velocidad del eje. El motor debe siempre ser manejado en estas condiciones, y asi su costo de operación será el mínimo.

Causas de mal funcionamiento en motores hidráulicos La mayoría de los problemas del motor se encuentran en estas categorías: El fluido impropio El motor no es diferente de otros componentes que utilicen algún sistema hidráulico y por lo tanto debe tener el fluido limpio, con el suministro adecuado, de la calidad apropiada y la viscosidad necesaria El mal mantenimiento Un programa de mantenimiento pobre contribuye en las fallas del motor. Un buen programa debería incluir : Comprobar y reparar líneas y conexiones para parar escapes; conexiones defectuosas pueden permitir que entre suciedad y aire en el sistema, produciendo caídas de presión, y operación errática. Verificar que el motor esta instalado correctamente. La desalineación de eje de motor puede causar perdidas considerables de rendimiento. Un eje desalineado también puede reducir el momento de rotación, aumento de la fricción y de la temperatura hasta causar la falla del eje. Encontrar la causa de un mal funcionamiento de motor. Si un motor falla, siempre busque la causa del fracaso. Obviamente, si la causa no es corregida, el fracaso se repetirá. Operación impropia Exceder los límites de operaciones de un motor promueve la falla del mismo. Cada motor tiene limitaciones de diseño sobre la presión, la velocidad, el momento de rotación, el desplazamiento, la carga, y la temperatura. La presión excesiva puede generar calor debido a la baja del motor, y puede hacer que el motor exceda los límites de momento de rotación. La velocidad excesiva puede causar un calentamiento de partes internas. El momento de rotación excesivo puede causar fatiga y desalineamiento en el eje de motor, sobre todo sobre cuando el uso requiere la inversión frecuente del motor. La carga excesiva puede crear la fatiga de eje .Y, finalmente, la temperatura excesiva puede causar la pérdida de rendimiento porque el aceite se adelgaza, y puede producir la usura rápida debido a la carencia de lubricación.