Aplicaciones De Cilindros Telescópicos

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Aplicaciones De Cilindros Telescópicos | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C. V.

Al principio de su carrera, un cilindro telescópico tiene mucha fuerza pero es lento y al final de su carrera tiene poca fuerza pero es muy rápido. Para que un cilindro sea utilizado eficientemente es recomendable que sea utilizado en aplicaciones que tengan características de carga y velocidades similares; Por ejemplo una aplicación en dónde la mayor fuerza sea necesaria para mover la carga y que la velocidad se mantenga constante durante su trayectoria.

En la imagen de arriba podemos ver una aplicación en donde se levanta un brazo de bisagra desde un punto horizontal. Así la carga requiere un esfuerzo inicial máximo y después la carga va disminuyendo hasta cero cuando llega a su posición vertical.

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La aplicación que vemos arriba es como la de un camión de volteo, o un camión de descarga de material. Se requiere menos fuerza del cilindro mientras va levantando la carga ya que parte de la carga está siendo descargada al mismo tiempo.

Aplicación Pobre | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C. V.

La aplicación que se muestra arriba es muy pobre, ya que se requiere muy poca fuerza para iniciar el movimiento del brazo de carga y la resistencia se va aumentando mientras la fuerza del cilindro decrece.

Cilindros Telescópicos

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Cilindros Telescópicos | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C. V.

Los cilindros telescópicos son normalmente utilizados para aplicaciones en dónde un cilindro normal no tendría suficiente espacio para extenderse. Su costo es mucho más caro que un cilindro normal ya que requieren de más material para su construcción y un diseño más especializado. Solamente se utilizan para aplicaciones hidráulicas.

Los modelos que se encuentran actualmente en el mercado son fabricados de hasta cinco etapas, o sea, 5 bujes. El buje más grande se extiende primero, después el segundo buje más grande, y así consecutivamente.

Cada buje es más chico que el anterior, por esta razón la fuerza del cilindro crece y la velocidad aumenta cada vez que el cilindro pasa a la siguiente etapa.

Los cilindros telescópicos son construidos ya sea de simple acción o de doble acción, según que aplicación se les quiera dar.

Otros Tipos De Cilindros Hidráulicos

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Ariete Hidráulico de Simple Acción | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Ariete Tipo Desplazamiento

Este tipo de cilindros de alta presión o de alto tonelaje puede ser construido como ariete de acción sencilla, sin embargo solo proveen de fuerza cuando se extienden y no pueden retornar a su posición de arranque por su misma fuerza.

Solo requieren de un sello alrededor del pistón. El pistón debe ser pulido para incrementar la vida del sello pero el barril no tiene que ser honeado, puede tener un acabado normal.

Prensa Hidráulica de Simple Acción | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Ariete de Prensa Hidráulica

Este tipo de ariete es más fácil de fabricar y es más barato que los de doble acción de la misma capacidad de tonelaje ya que el interior del barril no tiene que ser honeado. Este tipo de ariete se instala horizontalmente en una posición de trabajo «hacia abajo» y algunos medios externos deber ser instalados para jalarlo a su posición inicial. En la imagen de arriba esos medios externos son los cilindros de jalar de doble acción.

Sincronización Mecánica De Dos Cilindros Hidráulicos

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Sincronización mecánica de dos cilindros con válvulas divisoras de flujo | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Sincronización mecánica de dos cilindros | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Muchas veces es preferible utilizar medios mecánicos para mantener balanceada la velocidad de los dos cilindros. En la imagen de arriba se muestra como la velocidad de los dos cilindros es balanceada por medio del uso de un yugo que en cierta forma distribuye la diferencia entre las cargas. El yugo en realidad transfiere algo de la carga más pesada a la carga más ligera y así los dos cilindros comparten el peso total de las dos cargas.

Se pueden utilizar más medios mecánicos para balancear las cargas y por lo tanto balancear la velocidad, algunos ejemplos son: utilizar una barra de torsión, utilizar piñones, utilizar guías largas y resistentes.

En la mayoría de los casos o si no en todos, la sincronización mecánica funciona mejor que la división de flujos.

Sincronizar Dos Cilindros Con Válvulas Divisoras De Flujo

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Sincronizando dos cilindros con válvulas divisoras de flujo | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Este método se utiliza solamente en cilindros hidráulicos. Se instala en el sistema una válvula divisora de flujo que divide el flujo que recibe de la válvula direccional y lo envía en dos direcciones diferentes. Una parte del flujo va hacia el cilindro con la carga ligera y otra parte del flujo va hacia el cilindro con la carga pesada. La velocidad del cilindro se mantiene aún si hay cambios en la carga.

Sincronizando Dos O Más Cilindros

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Sincronizando Dos Cilindros | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Si dos cilindros trabajan con el mismo suministro de fluido que proviene de la misma válvula direccional, va a haber diferencias en las velocidades en las que levantan su carga si están levantando cargas con diferentes pesos. La carga más ligera va a viajar más rápido porque hay mucha menos resistencia para que fluya el fluido. En algunos casos, una de las cargas es muy pesada, entonces el sistema va a tomar mucho tiempo en levantarla y la carga ligera va a tener que esperar hasta que se levante la carga pesada.

Sincronizando dos cilindros con válvulas de control de flujo | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

En la imagen de arriba una válvula de control de flujo es instalada en la línea de escape de cada cilindro y cada una de ellas se ajusta hasta conseguir el mejor balance de velocidad. Si la carga varía una vez que las válvulas ya fueron ajustadas, es necesario volver a ajustarlas con la carga actual para que se logre la velocidad deseada.

Control De Velocidad Para Cilindros Hidráulicos

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Control De Velocidad Para Cilindros Hidráulicos | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

La mayoría de sistemas para cilindros hidráulicos son controlados solamente en dirección del movimiento de carga. En esta imagen se puede ver como un sistema hidráulico ha sido diseñado para permitir que después de haber sido accionado y extraerse se pueda contraer libremente pasando por la válvula de control de flujo. De esta manera el sistema hidráulico se hace más eficiente ya que el cilindro regresa a su posición inicial rápidamente y puede ser accionado de nuevo para mover o levantar la carga.

La imagen que se muestra arriba es de un sistema hidráulico conectado en serie para medición de salida.

Cilindro De Doble Acción Utilizando Válvulas De Control De Flujo

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Cilindro de Doble Acción Utilizando Válvulas de Alivio | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Los cilindros de doble acción pueden utilizar válvulas de control de flujo en su línea de entrada y en su línea de salida. Al utilizar éstas válvulas la velocidad de extensión y de retracción del cilindro pueden ser reguladas al abrir más o al cerrar más el la perilla que tienen.

Este tipo de instalación es fácil de hacer, sin embargo para cilindros hidráulicos, en la mayoría de las aplicaciones no es necesario tener una válvula de control de flujo en la línea de retorno (V2), ya que la velocidad de retorno está limitada por el volumen del flujo de la bomba.

Cilindro De Simple Acción Utilizando Válvulas De Control De Flujo

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Cilindro de Simple Acción Utilizando Válvulas de Alivio | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Un cilindro de simple acción es un cilindro que es accionado al dirigir la fuerza en una sola dirección para levantar o mover la carga y para que regrese a su posición inicial es necesario que el peso o algún resorte haga que el flujo se mueva a la dirección de retorno.

La velocidad de extensión de este tipo de cilindros puede ser regulada por medio del uso de válvulas de control de flujo. Éstas válvulas (V1) reducen o incrementan la cantidad de flujo que pasa en dirección al cilindro y de esta forma logran regular la velocidad final del cilindro. En la imagen de arriba se muestra un ejemplo de cómo se instalan este tipo de válvulas, se instalan entre la línea de flujo del cilindro a la válvula de control direccional.

Para regular la velocidad de retracción del cilindro se puede instalar otra válvula de control de flujo (V2) en la dirección contraria al cilindro. Al regular cuanto flujo pasa por ella la velocidad de retracción del cilndro podra aumentarse o disminuirse como se deseé.

¿Cómo Funciona Una Válvula De Control De Flujo?

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¿Cómo Funciona Una Válvula De control De Flujo? | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos De México S.A. de C.V.

Una válvula de control de flujo controla el rango de flujo que entra o sale de un cilindro hidráulico. Éstas válvulas son generalmente hechas de una barra de acero sólido con un hueco enmedio en donde hay una válvula de aguja que restringe la entrada o salida de flujo y en dónde también hay una válvula de retención que restringe el paso al flujo por el lado izquierdo haciendo que éste tenga que pasar por la apertura de la válvula de aguja. La imagen de arriba muestra las partes de una válvua de control de flujo.

¿Cómo funciona?

El flujo que entra por la izquierda de la válvula de flujo es detenido por la válvula de retención y solo puede pasar por la apertura de la válvula de aguja si ésta está abierta. El flujo que entra por el lado derecho de la válvula puede pasar sin restricciones por la válvula de retención y así regresar al tanque o a dónde esté destinado el flujo en esa dirección.

¿Cómo Se Calcula La Velocidad de Un Cilindro?

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¿Cómo Se Calcula La Velocidad De Un Cilindro? | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México, S.A. de C.V.

Para calcular la velocidad de un cilindro es necesario utilizar la siguiente fórmula:

Velocidad (pulgadas por minuto) = Volumen ÷ Área

En la imagen de arriba se muestra un cilindro que recibe de la bomba un flujo de 8 GPM. Para convertir estos 8 GPM (Galones por minuto) a CIM (pulgadas cúbicas por minuto) se multiplica por 231. El CIM entonces es de: 1,848.

El cilindro de arriba tiene un diámetro de 3″ por lo tanto su área es de 7.06 pulgadas cuadradas (π x r2).

Con estos dos datos se puede saber la velocidad a la cual se extenderá el cilindro. Se dividen las pulgadas cúbicas por minuto, 1,848, entre el área del pistón, 7.06.

1,848 ÷ 7.06 = 261.7 pulgadas por minuto de velocidad

La velocidad de este cilindro es de 261 pulgadas por minuto, o lo que es igual, 4.36 pulgads por segundo.

Cilindro Trabajando Con Ángulo De Carga

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Cilindro Trabajando En Ángulo Con La Carga | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Si la carga que se quiere levantar o mover de un cilindro no está en la misma línea del pistón del cilindro, solamente una parte de la fuerza total del cilindro será efectiva.

En la imagen de arriba el cilindro está girando una palanca. La fuerza del cilindro va cambiando según el ángulo al que esté la palanca relativo al eje del cilindro. En la tabla de abajo se muestran los factores de potencia según el ángulo en grados.

Ángulo Grados	Factor de Potencia
10º	0.174
20º	0.342
30º	0.500
40º	0.643
50º	0.766
60º	0.867
70º	0.940
80º	0.985
90º	1.000

Ejemplo: Un cilindro de 3″ que va a trabajar a 100 PSIG de presión va a producir 707 lbs. de fuerza en su eje. Pero si el perno del pistón de este cilindro va a trabajar a 50º, utilizando la tabla de arriba podemos calcular su fuerza total en ese ángulo, la cual será de (707 x .766) = 541 lbs.

Cilindro Con Perno De Pistón Vencido

Si el ángulo de trabajo produce demasiado esfuerzo para el perno del pistón del cilindro, éste puede llegar a vencerse como se muestra en la imagen de abajo.



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¿Cómo Se Calcula La Fuerza De Un Cilindro?

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Cómo calcular la fuerza de un cilindro | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S. A. de C.V.

La presión para operar un cilindro hidráulico debe ser más grande que la presió mínima para igualar la resistencia de la carga. De otra forma el cilindro no podrá levantar la carga o moverla.

En la imagen de arriba se muestra un cilindro que tiene un área de pistón de 4″. Si se utiliza la fórmula para conocer la superficie del área del pistón (π D2 ÷ 4) el resultado es: 12.57 pulgadas de superficie. Si se multiplica la presión a la que está funcionando el cilindro por la superficie en pulgadas (en este caso 80 x 12.57 = 1,005.6 libras) se obtiene la fuerza que tiene el cilndro para intentar levantar la carga. En este ejemplo las libras de fuerza que el cilindro tiene son 1,005.6 y la carga es de 1,005.6 libras, por lo tanto el cilindro está en un estado de balance con la carga. La carga no va a subir, pero tampoco va a bajar.

Para hacer que la carga suba hay que adicionar presión al cilindro hidráulico. Generalmente, y como regla de experiencia se adiciona un 25% de presión más sobre la presión de balance de la carga para que la carga se mueva suavemente sin que haya problemas causados por velocidad muy rápida. Sí en este ejemplo se le adicionarán 20 PSI más a la presión del cilindro (25% más) la carga se movería suavemente hacia arriba. Sin embargo puede haber aplicaciones que requieran mayor o menor velocidad.

¿Cómo Se Calcula La Superficie Del Pistón De Un Cilindro?

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¿Cómo Se Calcula La Fuerza De Un Cilindro? | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

La magnitud de fuerza que se ejerce en un cilindro se calcula multiplicando la presión (PSI) a la cual se está trabajando por el área en pulgadas cuadradas de la superficie del área total del pistón contra la cual se está haciendo presión.

El área de la superficie total del pistón puede ser calculada con la siguiente fórmula:

A = π D2 ÷ 4

Donde «D» es el díametro y π es una medida estándar matemática que es 3.1416. Con ésta fórmula se calcula el área total del pistón. Para calcular el área de red del pistón, se utiliza la misma fórmula solo que hay que restarle el área del vástago.

Áreas De Trabajo Importantes En Un Cilindro Hidráulico

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Área Total Del Pistón De Un Cilindro Hidráulico | ASHM, Aceros y Sistmas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Un cilindro hidráulico tiene dos áreas de trabajo que son muy importantes:

1.- Área Total del Pistón – Es el área total del pistón del cilindro, tal como se muestra en la imagen de arriba.

2. Área de Red – Es el área que rodea al vástago del pistón como se muestra en la imagen de abajo.

Área Total Del Pistón De Un Cilindro Hidráulico | ASHM, Aceros y Sistmas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Ya que el área de pistón es mayor que el área de red, el cilindro va a producir mucho más fuerza cuando se extienda que cuando se contraiga.

¿Cómo Se Produce Movimiento En Un Cilindro Hidráulico?

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Movimiento De Un Cilindro Hidráulico | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Usualmente para producir movimiento en un cilindro de doble acción se tiene que ejercer presión en uno de los lados para que el pistón de éste se mueva ya sea hacia afuera o hacia adentro. En la imagen de arriba se muestra como el flujo con presión entra desde el extremo ciego del cilindro empujando el pistón hacia el extremo del vástago del cilindro. Para hacer que el cilindro regrese a su posición inicial el flujo a presión tiene que entrar desde el extremo del vástago. Hacer que el cilindro se mueva de un lado a otro requiere de válvulas de control de direccional de flujo.

Movimiento De Un Cilindro Hidráulico | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Cilindros Para Fuerza Fluida

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Cilindro Para Fuerza Fluida | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

La fuerza fluida debe ser convertida a fuerza mecánica por medio de un actuador para poder transmitir la fuerza. Para hacer posible esta conversión se necesita un «actuador». Los actuadores pueden ser cilindros de acción sencilla, de acción doble, motores hidráulicos y osciladores rotatorios. En este caso veremos los cilindros que para transmitir fuerza proveen un movimiento lineal jalar-empujar. Cuando el fluido está bajo presión dentro de un cilindro se puede genear movimiento ya se para jalar una carga o para empujar una carga. El movimiento lineal del cilindro puede ser convertido a movimiento rotatorio por medio del uso de palancas, piñones o cremalleras.

¿Cúales Son Las Partes de Un Cilindro?

Los cilindros de doble acción tienen varias partes que hacen que funcione de la forma en la que funciona. Dentro de ellos hay un pistón que está encerrado dentro de un barril que se puede mover hacia adelante y hacia atrás. Éste pistón tiene acoplado un vástago que puede llevar la fuerza hacia afuera del barril. El barril es generalmente un tubo honeado de acero grado 1026 que es muy resistente a las presiones altas y por dentro ha sido rectificado y pulido para poder proporcionar un sellado perfecto y para poder minimizar el desgaste de los sellos. A continuación se muestra una imagen con las diferentes partes de los cilindros hidráulicos:

Partes de Un Ciliindro Hidráulico | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Otros Fluidos Hidráulicos

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Otros Fluidos Hidráulicos | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S. A. de C. V.

El agua fue el primer fluido hidráulico que se utilizó porque en esos tiempos no existían otros tipos de fluidos hidráulicos y porque el agua era fácil de encontrar y tenía un precio aceptable. Cuando se descubrió el aceite del petróleo se empezó a utilizar para sistemas hidráulicos ya que brindaba una excelente lubricidad y porque tenía una gravedad específica muy baja.

Se han intentado crear varios sustitutos sintéticos al aceite hidráulico pero ninguno de ellos ha sido tan eficiente. Todos los sustitutos al aceite hidráulico han mostrado tener muchas desventajas. Por ejemplo: No operan tan bien a presiones altas, su gravedad específica es más alta que la del aceite hidráulico lo que causa pérdida de presión en el sistema, están limitados a temperaturas de 4ºC. a 50ºC. Pueden llegar a requerir materiales especiales para los acabados del sistema, tienen una tendencia mayor a hacer espuma, fugan mucho más y muchas desventajas más.

El aceite hidráulico es el más utilizado para sistemas hidráulicos y al parecer continuará siendo por mucho tiempo. Sin embargo la tecnología para sustitutos de aceite hidráulico avanza y tal vez ya existan algunos que puedan ofrecer algunas ventajas dependiendo del tipo de sistema hidráulico.

Limpieza del Aceite Hidráulico

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Limpieza del Aceite Hidráulico | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S. A. de C. V.

Se pueden hacer pruebas simples para saber si el aceite está muy contaminado o no. Después de que el sistema ha estado trabajando por un tiempo, se puede tomar una muestra de él y ponerlo en un recipiente de vidrio que esté limpio. Ya que se disipe la espuma se debe ver el color del aceite, si el color es demasiado oscuro, quiere decir que el aceite está ya muy contaminado.

Otra forma de probar el aceite es al tocarlo. Hay personas que tienen las yemas de los dedos muy sensibles, estas personas pueden tocar el aceite con sus dedos y detectar un cierto tipo de arenilla. Si al tocar el aceite se puede sentir esta arenilla, entonces es necesario cambiar el aceite.

Contaminantes En El Aceite Hidráulico

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Contaminantes En El Aceite Hidráulico | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

El aceite después de mucho uso o de un inapropiado filtrado puede llegar a estar contaminado. Cuando el aceite se contamina mucho llega a ser inutilizable. Los contaminantes sólidos pueden ser partículas de suciedad que fueron dejadas en el sistema hidráulico ya sea al momento de haber sido construido, o causadas por desgaste normal de partes móviles, o pudieron haber penetrado desde el exterior. Este tipo de contaminantes sólidos pueden ser removidos por filtros apropiados.

Existe otro tipo de contaminación en el aceite la cual es causada por reacciones químicas dentro del aceite al agregarle ciertos contaminantes solubles. Cuando esto sucede, el aceite debe ser reemplazado porque como estos contaminates ya fueron disueltos en el aceite, ya son parte de él. Existen métodos más refinados para filtrar el aceite aún cuando sucede esto, pero no es recomendable utilizar estos métodos porque no es práctico. Lo mejor que se puede hacer cuando se contamina el aceite de esta forma es reemplazarlo.

Es importante remover los contaminantes de los sistemas hidráuilcos porque puede haber válvulas, bombas, motores hidráulicos u otros componentes del sistema que no funcionen adecuadamente cuando el aceite esté contaminado.

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