La primera prensa hidráulica puede haberse inventado en el siglo III a.C., pero el universo de la energía de fluidos se ha vuelto un poco mas complicado desde entonces. Los cilindros hidráulicos actuales, que esencialmente convierten la presión y el flujo del fluido en fuerza y movimiento lineal, son dispositivos complejos que incorporan una amplia gama de componentes individuales disponibles en una multitud de dimensiones, configuraciones y materiales.
Hidráulica vs Neumática.
Aunque los sistemas neumáticos son en algunos aspectos mas simples, generalmente son incapaces de lograr la transferencia de cargas y fuerzas mas altas. Los cilindros hidráulicos también tienen la ventaja de un movimiento mas suave y controlable ya que carecen de la acción de resorte asociada con la liberación de medios fluidos gaseosos. Como beneficio adicional, los sistemas hidráulicos pueden realizar funciones auxiliares tales como lubricación y enfriamiento.
Sin embargo, dado que la disponibilidad de energía y medios es un factor no negociable en el diseño del sistema de energía de fluidos, debe tenerse en cuenta que un sistema neumático de tamaño y diseño adecuado puede lograr un mayo rendimiento cuando no se requiere una huella compacta.
Factores de diseño en la especificación de un cilindro hidráulico.
Especificar cilindros hidráulicos es esencialmente un acto de equilibrio ya que cada factor de diseño influye en una o mas de las muchas otras consideraciones de diseño.
Aunque las normas NFPA y las pautas que cumplen con ISO son un excelente punto de partida para el diseño de sistemas hidráulicos, muchas industrias tienen sus propias pautas.
Trabajar con un fabricante de ingeniería con experiencia en todos estos estándares puede acelerar el proceso de diseño.
Los fabricantes de cilindros pueden ofrecer una gama de opciones capaces de lograr el alcance más amplio de requisitos de rendimiento que aumenta la probabilidad de que los componentes estándar cumplan con los criterios de diseño de una aplicación.
Los principales factores que considerar al especificar cilindros hidráulicos incluyen:
- Capacidad: Los sistemas de servicio mediano representan la mayoría de las aplicaciones industriales y generalmente tienen 1000 PSI, los cilindros hidráulicos estándar de servicio pesado son capaces de manejar presiones de 3000 PSI, que generalmente requieren para prensas hidráulicas, aplicaciones automotrices y otras aplicaciones industriales relacionadas.
- Requisitos de carrera: Aun cuando carreras arriba de 3.05 m son posibles. La presión puede ser una preocupación. El diámetro de la barra debe determinarse para manejar la carga.
- Velocidad: Los sellos de cilindros hidráulicos estándar pueden manejar fácilmente velocidades de hasta 3.28 ft/seg, el umbral de tolerancia para los amortiguamientos estándar es aproximadamente 2/3 de esa velocidad. Con frecuencia, un sello estándar de baja fricción es la mejor opción para aplicaciones de alta velocidad.
- Temperatura: Los sistemas de cilindros hidráulicos que usan componentes estándar pueden diseñarse para cumplir con temperaturas de aplicación tan altas como 260°C y tan frías como -54°C. Las aplicaciones que requieren temperaturas extremas en uno o ambos extremos del espectro de temperatura requieren un amplio conocimiento de la interdependencia de los componentes individuales para lograr el mejor equilibrio de las expectativas de rendimiento a corto y largo plazo.
- Estilos de montaje: Hay 3 tipos a) montajes fijos que absorben la fuerza a lo largo de la línea central de un cilindro. b) Montajes fijos que no absorben la fuerza a lo largo de la línea central, y c) Montaje Pivotantes que impulsan una carga en una trayectoria fija.
- Diámetro de la camisa: El tamaño de la camisa esta relacionado con la presión de funcionamiento, para determinar el diámetro de camisa se requiere la fuerza de empuje y tracción requerida.
- Tamaño de vástago: Los ingenieros de diseño OEM probablemente soliciten la personalización de los tamaños del vástago con mas frecuencia que cualquier otro componente del cilindro hidráulico. Recuerda siempre considerar que empujar o tirar nunca es independiente de la longitud de la carrera al determinar el tamaño de la barra.
- Configuradores de cilindro: Para aplicaciones que requieren una presión de fuerza igual en ambos lados del pistón, una configuración de cilindro de doble efecto estándar que usa presión para extender y retraer el cilindro, combinado con una válvula de control direccional de cuatro vías para dirigir la presión hacia la cabeza o la tapa.
- Extremos y rosca de barras: Las roscas estándar se pueden hacer en pulgadas o en formato métrico, la personalización rara vez se necesita o se justifica debido a incrementos en costos, en incapacidad para montar accesorios.
- Cuerpo del cilindro: Los cuerpos de cilindro estándar son de acero liso o cromado y podrán manejar la mayoría de las aplicaciones. El uso de aceros aleados, aceros inoxidables o materiales de latón son frecuentes en aplicaciones especiales como un ambiente acuoso.
- Tubo tope: El tubo tope se usa generalmente para alargar la distancia entre el buje del vástago y el buje del pistón para reducir la carga del buje en los cilindros de carrera de empuje cuando el cilindro esta completamente extendido. El tubo tope es especialmente critico para cilindros montados horizontalmente donde ayuda a restringir la posición extendida de la varilla.
- Sellos: Los fabricantes experimentados de sistemas hidráulicos ofrecerán sellos para cumplir con un rango completo de temperaturas y tipos de fluidos y pueden ayudar a guiar las especificaciones de un ingeniero para cumplir con los requisitos de aplicación precisos.
Consideraciones adicionales.
Cada aplicación industrial es única, hay muchos componentes auxiliares involucrados en las especificaciones del cilindro hidráulico.
Los amortiguamientos, circuitos regenerativos, puertos sobredimensionados o de menor tamaño, todo esto y mas contribuyen a optimizar el rendimiento de los sistemas hidráulicos, según los requisitos de rendimiento especifico de cada aplicación.
Al igual con la especificación de los componentes básicos al agregar accesorios la especificación puede cambiar. Por ejemplo, los amortiguamientos están destinados a retrasar la fuerza de movimiento, sin embargo, los diseñadores llegan a pasarlo por alto según el comportamiento de los fluidos, así mismo las consideraciones para elegir un cilindro atirantado o sin tirantes requieren la revisión puntual de cada aplicación.
Ciertamente hay aplicaciones para las cuales especificar el cilindro correcto para el trabajo correcto requiere cierta personalización, ya sea en el tamaño del componente, tipo de material o configuración. Sin embargo, la mayoría de las veces asociarse con una fabricante experimentado de soluciones de sistemas hidráulicos le ahorrar tiempo y dinero, al tiempo que garantiza que el sistema realice sus tareas asignadas de la manera mas eficiente posible durante el mayor tiempo posible.
Esta publicación de blog fue aportada por Jim Hauser, ingeniero de aplicaciones senior de Parker Cylinder Division.
Si usted esta ubicado en México y desea conocer más de esta tecnología, por favor contacte a Ricardo Baez, Gerente de producto de Hidráulica en Parker Hannifin de México.
Fuente: https://www.parker.com/portal/site/PARKER/menuitem.223a4a3cce02eb6315731910237ad1ca/?vgnextoid=949b342ba375e210VgnVCM10000048021dacRCRD&vgnextfmt=ES