Multiplicador de la presión en hidráulica.

La semana pasada, dando vueltas por Internet encontré un artículo interesante acerca ce como multiplicar la presión de un sistema hidráulico.

El esquema es el que se presenta seguidamente,

Paso a describir el funcionamiento.

EL AVANCE
Al accionar la electroválvula hacia la posición 1 (posición de flechas paralelas) empezamos a inyectar aceite que empieza a circular hacia las válvulas de paso C y B.
La entrada por C es libre y por lo tanto entrará aceite directamente hacia el el cilindro D.
Cuando el cilindro D encuentra un obstáculo, se incrementa la presión hasta que llega a los 1400psi (presión regulable por la válvula D) a partir de esta presión empieza a inyectarse aceite en el cilindro E. Este cilindro es el que multiplica la presión de gracias a la diferencia de sección que hay entre las dos caras del émbolo.

El principio físico es simple. Si el émbolo tiene una sección de 100mm2, cuando tengo una presión P en la sección de entrada, transmitimos una fuerza al émbolo de Px100.
Esta fuerza se transmite en presión hacia el émbolo y este  lo convertirá de nuevo en presión hacia el otro lado. Si en el lado contrario se tiene una sección de 50mm2 esta misma fuerza se convertirá en presión según la fórmula P'=F/50. Como las fuerzas que se ejercen en ambos lados son iguales, P * 100=P' * 50 por lo que P'= 2*P .

Este incremento de presión cerrará la válvula antirretorno de C por lo que todo el aceite entrará directamente en el pistón D a una presión 2*P.

Lógicamente disminuiremos a la mitad la velocidad del pistón D. Esta disminuición de velocidad será siempre inversamenteproporcional  al incremento de presión.

También es importante señalar que la válvula C está pilotada (se abre) cuando hay presión en el pistón D en su retorno, por lo que mientras se avanza, la presión en ese lado es cero y la válvula C permanecerá cerrada.

EL RETORNO
El retorno es mas sencillo. Activamos la electroválvula hacia la posición cruzada (posición 2). Inyectamos aceite en el pistón y hacemos retroceder primero ambos cilindros porque B tiene salida libre siendo la velocidad de E doble que la de D y posteriormente cuando E llega a tope, aumenta la presión  y empieza a circular por C el aceite haciendo retroceder el cilindro D hasta el final.


Toda esta maniobra la podemos hacer a través de unas electroválvulas (que sustituyan a B y C) pilotadas por un PLC que se abran a nuestra voluntad o una señal de un final de carrera.

Ficheros excel para trabajar.

Muchas veces me interesa tener herramientas de cálculo que son difíciles de encontrar en internet.
Por ello añadí em mi página WEB un apartado con posibles herramientas para realizar diferentes cálculos.

Hace poco que he empezado y por lo tanto hay pocos ficheros pero espero que poco a poco se vaya llenando con otros muchos mas.

La dirección es http://www.eacim.es/Descargas.htm

Si alguien tiene sugerencias las aceptaré encantado.

Sobre como nervar una pieza de plástico

El otro día en el trabajo un diseñador me hizo una pregunta que me resultó muy interesante.

Estábamos desarrollando una pieza cuyas dimensiones y funcionalidad obligaban a asegurarnos de que fuera bastante robusta. Lógicamente, al ser la pieza de plástico, necesitábamos añadir unos nervios interiores que la hicieran lo suficientemente consistente.
En este momento vino la pregunta, ¿Como han de hacerse las paredes de los nervios? Normalmente éstas siempre son oblicuas a las paredes, pero ¿Por qué?

Yo jamás me había preguntado porque han de ponerse los nervios oblicuos a las paredes, pero la respuesta es bastante obvia, cuando existe un momento flector en la pieza (normalmente paralelo o perpendicular a las paredes exteriores) ,trabajarán ambos nervios, en el otro caso solamente trabajarán aquéllos que son perpendiculares a dicho momento flector.

Por regla general no me suelo quedar satisfecho con mis respuestas si no que busco herramientas que lo demuestren.

Para ello hice un estudio FEM en ambos casos, y en las siguientes imágenes se muestran los resultados.

En el estudio, he desarrollado una pieza de 250x 100x 20 mm nervada, en un caso con nervios paralelos y en el segundo con norvios a 45º de las paredes.

En el estudio FEM he empotrado la pieza por uno de los lados cortos (de 100mm que se ve en el extremo superior de la imagen) y por el otro extremo he aplicado un esfuerzo de 200N (Extremo inferior de la imagen)

Haciendo un análisis comparativo de ambas situaciones se observa que los nervios de la primera trabajan mucho mas que en el segundo caso. Esto es debido a que en la segunda distribución, el esfuerzo queda repartido entre los nervios que se reparten en ambas direcciones mientras que en el primer caso son solo los longitudinales los que soportan todo el esfuerzo.

Sin embargo, ha resultado interesante realizar este estudio porque en el segundo caso, aparecen ciertas concentraciones de tensiones que se tienen que resolver para que aumente la vida de la pieza y no acabe rompiéndose por fatiga.

Para ello, redondeamos un poco los cantos en aquellos puntos mas críticos quedándonos el siguiente resultado;

Como se observará, hemos reducido considerablemente la concentración de tensiones por lo que el resultado definitivo es mucho mas satisfactorio que el primer caso que hemos estudiado.

Finalmente,  y aunque no se vea excesivamente bien, tenemos un par de imágenes que muestran la deformación sufrida por ambas piezas. El primer estudio corresponde a nervios paralelos a las paredes y el segundo a nervios oblicuos.

Mientras que en el primero la deformación máxima es de 20 mm, en el segundo (nervios oblicuos) es de 15mm, es decir, mejoramos la eficiencia del diseño en un 25% en el segundo con respecto al primero.

Como conclusión, podemos decir que un refuerzo oblicuo tiene mayor eficacia sin embargo es importante revisar las posibles concentraciones de tensiones producidas en la pieza y que pudieran disminuir su vida útil.