Unitat 03.indd - McGraw-Hill

OLEOHIDRÀULICA
En aquesta unitat treballarem l’oleohidràulica, una tècnica
semblant a la pneumàtica però amb algunes diferències
importants.
03
Sabries dir quin és el fl uid que acciona el cilindre de
l’eruga?
Per quins motius creus que no s’ha utilitzat aire
comprimit?

60 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
Fig. 3.1. Aplicació oleohidràulica (cilindre
hidràulic).
j 3.1 Oleohidràulica
El curs passat vam veure que un fl uid pot cedir directament la seva energia, cinètica o
potencial, a un dispositiu adequat per a l’accionament de màquines i mecanismes.
En les primeres aplicacions tècniques s’utilitzava l’aigua com a fl uid transmissor d’energia.
Aquesta tècnica, la hidràulica, s’utilitza des de l’antiguitat.
Però a banda de l’aigua, poden utilitzar-se altres fl uids. Quan el fl uid transmissor d’energia
és l’aire comprimit, parlem de pneumàtica, que ja vam estudiar el curs passat.
Quan necessitem actuadors que transmetin forces elevades, la utilització de l’aire com
a fl uid transmissor no és aconsellable, a causa del seu caràcter compressible. Per això,
quan cal un desplaçament dels cilindres o qualsevol altre actuador sense possibilitat
d’oscil·lacions ni moviments bruscos, cal utilitzar fl uids incompressibles. Els líquids
gaudeixen dels mateixos avantatges que els gasos en la capacitat de fl uir i transmetre
energia, però amb l’avantatge de ser pràcticament incompressibles. Aquest fet possibilita
la utilització de pressions de treball elevades i, en conseqüència, l’obtenció de
grans forces.
L’oleohidràulica o hidràulica de l’oli, tal com la coneixem actualment, neix el
segle XX amb la utilització d’olis minerals, en lloc d’aigua, que faciliten la lubricació
de les peces mòbils del mecanisme, disminueixen l’oxidació i minoren les fuites de
fl uid. Per a aplicacions específi ques també s’utilitzen fl uids especials: ininfl amables,
emulsions, etc. Cal tenir en compte que els sistemes oleohidràulics són essencialment
sistemes de transmissió d’energia, ja que no en permeten l’emmagatzematge.
L’oleohidràulica és el conjunt de tècniques basades en la utilització
d’oli com a fl uid transmissor d’energia per a l’accionament de màquines
i mecanismes.
El tipus d’oli que s’utilitza depèn de l’aplicació, però també d’altres factors, com la disponibilitat
o factors mediambientals. Cada vegada més es busca disposar de productes,
el funcionament dels quals presenti una agressió escassa per al medi ambient. Així,
encara que la majoria de sistemes utilitza oli d’origen mineral, s’està investigant l’ús
d’olis biodegradables (principalment d’origen vegetal) en components oleohidràulics
d’altes prestacions. Un dels grans reptes de l’oleohidràulica és, doncs, la utilització de
fl uids nets i de materials reciclables per a la seva fabricació.
Avantatges i inconvenients de l’oleohidràulica
respecte de la pneumàtica. Hidropneumàtica
L’oleohidràulica i la pneumàtica són les dues tècniques més emprades actualment en la
indústria per a la transmissió d’energia, encara que ambdós sistemes presenten característiques
ben diferenciades. Els principals avantatges dels sistemes hidràulics enfront
dels pneumàtics són:
Regulació fàcil de la velocitat. Com que l’oli és un fl uid incompressible, es pot variar
d’una manera fàcil i precisa la velocitat dels actuadors hidràulics o oleohidràulics (cilindres,
motors, etc.). Aquesta variació es pot fer regulant el cabal de subministrament
de la bomba o fent servir vàlvules de control de cabal, que és l’opció més freqüent.

OLEOHIDRÀULICA
Transmissió de grans potències. Els sistemes oleohidràulics permeten la transmissió
de potències més grans per unitat de volum i aconsegueixen un rendiment de transmissió
alt. Com que la força es calcula fent el producte de la pressió per la secció, en
components de mida reduïda és possible desenvolupar esforços més grans, ja que es
poden emprar pressions altes (superiors als 150 · 105
Pa = 15 MPa).
Control de la posició. Gràcies a la incompressibilitat del líquid, un actuador hidràulic
o oleohidràulic pot detenir-se en qualsevol posició amb un alt grau de precisió; la
regulació del cabal pot efectuar-se fàcilment. No passa així en els sistemes pneumàtics
a causa de la compressibilitat de l’aire.
Reversibilitat dels accionaments. En els sistemes hidràulics o oleohidràulics, la
inversió del sentit de gir o de desplaçament es pot efectuar instantàniament per
mitjà d’una vàlvula o d’una bomba adequades. Els dispositius de seguretat del sistema
protegeixen els components de la sobrepressió que es crea en el moment de
la inversió. En els pneumàtics, hi ha pocs elements d’accionament primaris que ho
permetin, i els que ho permeten necessiten aturar-se completament abans d’invertir
el sentit de la marxa.
Protecció del sistema. En una transmissió mecànica qualsevol sobrecàrrega pot produir
un trencament dels seus elements o, fi ns i tot, del mateix element d’accionament
(motor, …). En una transmissió hidràulica o oleohidràulica, en canvi, la vàlvula de
seguretat (limitadora de pressió) i els amortidors eviten que les sobrecàrregues puguin
ocasionar sobrepressions en el circuit i provocar danys als seus elements.
Possibilitat d’arrencada i aturada en càrrega. Els sistemes hidràulics i oleohidràulics
permeten el bloqueig brusc de qualsevol moviment, així com l’arrencada posterior
en càrrega. Un motor elèctric, en canvi, no podria treballar en aquestes condicions
de manera directa.
Els inconvenients, per contra, que presenten els sistemes oleohidràulics enfront dels
pneumàtics són:
Els accionaments oleohidràulics són més complicats, cars i lents.
Els sistemes oleohidràulics no permeten l’acumulació d’energia, només la transmissió,
mentre que els pneumàtics sí que poden acumular energia.
Cilindre
pneumàtic
Resposta ràpida lenta
Força petita elevada
Massa lleugera pesant
Control de posició difícil possible
Control de velocitat inadequat adequat
Pressió d’alimentació baixa alta
Rigidesa de posició intermèdia baixa alta
Cilindre hidràulic o
oleohidràulic
Sistema d’accionament senzill més complex
Preu baix alt
Taula 3.1. La taula mostra les característiques oposades entre un cilindre hidràulic o oleohidràulic
i un cilindre pneumàtic.
Fig. 3.2. Cilindre d’una grua.
03 61

62 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
Fixa-t’hi
Les característiques principals que
han de reunir els líquids hidràulics
són:
j Tenir un bon rendiment en la
transmissió d’energia.
j Tenir un bon comportament
amb la temperatura.
j Tenir poca compressibilitat.
j Ser un bon lubricant.
j No ser oxidant.
j Ser inalterable amb el temps.
j No ser tòxic.
j No ser inflamable.
Recorda
La pressió (p) és la relación entre
la força (F) i la unitat de superfície
(A) sobre la qual s’aplica:
E
p = (Pa)
A
1 Pa =
1 bar = 105 1 N
1 m
Pa
2
És relativament freqüent que en una instal·lació –les característiques generals de la
qual s’adapten bé a la pneumàtica– hi hagi alguna operació en particular que pugui
ser més ben resolta amb un sistema oleohidràulic, com ara la regulació de la
velocitat, l’obtenció d’una força important amb una secció petita o l’aturada d’un
cilindre en una posició intermèdia del seu recorregut. En aquests casos no es justifi
ca la instal·lació d’una central oleohidràulica, sinó que resulta més convenient
la conversió de l’energia pneumàtica en hidràulica mitjançant components hidropneumàtics
o oleopneumàtics: convertidors pneumaticohidràulics aire-oli i
cilindres oleopneumàtics.
Un exemple que no es pot resoldre satisfactòriament amb la pneumàtica es refereix als
casos en què l’esforç resistent canvia de signe, com ara l’accionament d’un mecanisme
tipus pèndol que ultra passi el punt mort. Si utilitzem un cilindre accionat per oli no
notarem els efectes de la compressió ni de l’expansió a causa que els olis, a efectes
pràctics, no canvien de volum en ser comprimits. No succeirà el mateix si fem servir un
cilindre pneumàtic.
Les raons que poden aconsellar utilitzar aquests sistemes mixtos són diverses:
Que resulti econòmicament més viable.
Mantenir un únic sistema de control per governar tota la màquina.
Si ja hi ha una xarxa pneumàtica, no necessitarem complicar la instal·lació afegint
una central hidràulica (motor, dipòsit, accessoris...).
Característiques dels líquids hidràulics
Els fl uids han de reunir tot un seguit de condicions:
Han de tenir propietats altament lubrifi cants perquè la fricció entre les parts mòbils
sigui la mínima possible.
Han de tenir una gran estabilitat química per resistir els efectes de l’oxidació. Els
olis amb un índex de viscositat elevat, que són els que habitualment es recomanen,
acostumen a tenir també una estabilitat química adequada. L’índex d’acidesa es recomana
que sigui inferior a 0,1.
Principis bàsics d’oleohidràulica
Hidrostàtica. Principi de Pascal
El principi fonamental de l’oleohidràulica és la llei de Pascal, que diu
que la pressió exercida sobre un punt d’un fl uid incompressible i en repòs
es transmet íntegrament en totes les direccions de la massa líquida, ja
que són pràcticament incompressibles, a diferència dels gasos que poden
comprimir-se considerablement.

OLEOHIDRÀULICA
Si apliquem el principi de Pascal podem comprovar que la força exercida sobre un
èmbol petit, d’àrea A 1 , produeix sobre l’èmbol una pressió p 1 = F 1 /A 1 , que es transmet
a tot el fl uid en totes les direccions (fi g. 3.3). Si considerem que no hi ha pèrdues i
que el sistema es troba en equilibri, aquesta pressió es transmet íntegrament al llarg
de la canonada, per mitjà del fl uid fi ns a l’èmbol de secció més gran, l’àrea del qual és
A 2 (fi g. 3.4). Llavors:
F F
p p
F F
A A
A
1 2
= = = → = ⋅
1 2
2 1
A
1
Aquesta expressió ens permet arribar a la conclusió que amb una força petita es pot
obtenir una força molt més gran. El principi demostrat en la fi gura 3.4 s’aplica a nombroses
aplicacions, com ara, els gats hidràulics.
Hidrodinàmica. Cabal i potència hidràulica
El cabal és la quantitat de fl uid que travessa una secció determinada per
unitat de temps.
Aquesta quantitat de fl uid podem expressar-la de dues maneres: en massa o en volum.
Per tant, es pot parlar de cabal màssic (qm ) i de cabal volumètric (qv ).
Aquests dos tipus de cabal estan relacionats per la densitat del fl uid, que en els gasos
és variable amb la pressió i la temperatura.
El cabal màssic, en el SI, s’expressa en kg/s; i el cabal volumètric, en m3 /s. A la pràctica
també es fa servir el L/s, L/min o el m3 /h.
Si considerem només líquids incompressibles (densitat constant) i amb fl ux laminar i
estacionari, el cabal volumètric de líquid que passarà per cada tram d’una conducció
amb diferents seccions, serà constant. Atès que el volum és l’àrea de la secció del tram
de conducció considerat multiplicada per la longitud d’aquest tram, i la velocitat mitjana
en un tram determinat és la longitud per unitat de temps, tenim que:
q
v
V A⋅ L
3
= = = A⋅ v [ m/s]
t t
en què q v = Cabal volumètric en m 3 /s.
V = Volum de líquid d’un tram de conducció en m 3 .
A = Àrea d’una secció transversal de canonada en m 2 .
L = Longitud del tram en m.
v = Velocitat mitjana normal a la secció considerada en m/s.
La potència hidràulica subministrada, per exemple, per una bomba, és
l’energia de pressió per unitat de temps.
2
2
1
F 1
A 1
Fig. 3.4. Equilibri hidràulic.
03 63
Fig. 3.3. Secció d’un cilindre en què es
mostra gràfi cament el principi de Pascal.
Recorda
F 2
A 2
La densitat és la massa per unitat
de volum:
ρ= m
(kg/m
V
3 )

64 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
EXEMPLE 1
Un circuit oleohidràulic està alimentat, a través d’una
canonada de diàmetre D = 10 mm, per una central que
subministra oli a una velocitat v = 2,5 m/s i una pressió
constant p = 10 MPa. Determina:
a) El cabal q v subministrat per la central hidràulica.
b) La potència absorbida P c si el rendiment total estimat
és η = 80 %.
Resolució
a) El cabal que circula per la canonada és:
2
π ⋅ D −3
3
q = A⋅ v = ⋅ v = 0, 196 ⋅10
m /s
v
4
ACTIVITATS
1> Què és l’oleohidràulica?
2> Quins són els principals avantatges dels sistemes
hidràulics o oleohidràulics?
3> Quins inconvenients presenten els sistemes oleohidràulics
enfront dels pneumàtics?
4> Fes una taula resum de les característiques oposades
entre un cilindre pneumàtic i un d’hidràulic.
5> Enumera alguna de les característiques principals
que han de reunir els olis hidràulics.
6> Quan pot ser aconsellable utilitzar un sistema mixt
hidropneumàtic?
Atès que el volum entre el temps és el cabal volumètric, tenim:
pV
P = p qv t
⋅ = ⋅ [ W]
en què P = Potència en W.
p = Pressió en Pa.
V = Volum en m3 .
t = Temps en s.
qv = Cabal volumètric en m3 /s.
La potència d’accionament o consumida, Pc , estarà en funció del rendiment de la
màquina η. Aquest rendiment té en compte totes les pèrdues de la bomba: internes i
mecàniques.
P
c
P p q
u
= ⇒ P = c
⋅
η η
v
[ ] W
b) La potència útil subministrada per la bomba és:
6 −3
3
P = p⋅ q = 10 ⋅10 Pa ⋅0, 196 ⋅ 10 m /s = 1960 W
u v
Si el rendiment és del 80 %, la potència absorbida val:
P
c
Pu
1960 W
= = = 2450 W
η 080 ,
7> Per què el control de posició en un cilindre pneumàtic
és difícil?
8> Per què l’oli és més adequat que l’aigua com a fluid
transmissor d’energia en sistemes hidràulics?
9> Un circuit oleohidràulic té les característiques següents:
diàmetre de la canonada D = 10 mm, velocitat
de l’oli v = 2 m/s a una pressió constant
p = 15 MPa. Determina:
a) El cabal q v que circula per la canonada.
b) La potència consumida P c pel motor de la central
hidràulica si el rendiment estimat és η = 85 %.

j 3.2 El circuit oleohidràulic
OLEOHIDRÀULICA
Un circuit oleohidràulic és un conjunt d’elements disposats de tal manera
que mitjançant un oli fa un treball o executa una sèrie d’accions destinades
a l’accionament de màquines o mecanismes.
Els elements d’un sistema oleohidràulic són el conjunt d’aparells i dispositius que conformen
l’equip i que en permeten un funcionament correcte, així com el seu control i
manteniment. Consten essencialment d’una central generadora de pressió (constituïda
bàsicament per un grup motobomba i els seus accessoris), conduccions (canonades
amb les seves unions), dispositius de regulació i control, i elements de treball.
Motor Bomba
Fig. 3.5. Diagrama de blocs d’un sistema hidràulic.
Elements
de transport
(canonades
i accessoris)
Els components principals que integren un sistema hidràulic poden dividir-se en quatre
grans grups:
Dispositius
de regulació
i control
Elements de potència. Són els elements que transformen l’energia mecànica
en hidràulica (grup o grups motobomba...).
Elements de regulació i control. Són els dispositius encarregats de regular
i controlar els paràmetres del sistema (pressió, cabal, sentit de circulació del
fl uid, temperatura, etc.).
Elements de treball. Són el conjunt d’actuadors (cilindres, motors, etc.) que
aprofi ten l’energia hidràulica del fl uid per tornar-la a convertir en mecànica i
així fer el treball.
Condicionadors i accessoris. Són la resta de components que confi guren el
sistema: dipòsits, fi ltres, manòmetres, pressòstats, intercanviadors de calor,
etc.
Per poder defi nir completament un sistema oleohidràulic haurem de conèixer les dades
següents:
Fluid emprat.
Característiques del motor d’accionament: potència, velocitat, parell, tensió,
etc.
Característiques de la bomba: pressió, cabal, regulació, etc.
Tipus i nombre de distribuïdors.
Longitud i diàmetre de les canonades.
Característiques dels actuadors hidràulics.
Esquema de connexions.
03 65
Actuadors
o elements
de treball

66 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
Fig. 3.6. Central hidràulica.
Fig. 3.8. Símbol del dipòsit.
ACTIVITATS
La unitat oleohidràulica
10> Fes un diagrama de bloc d’un sistema oleohidràulic
i indica’n els elements principals que formen cada
bloc.
11> Com agruparies els components principals que integren
un sistema oleohidràulic?
La unitat oleohidràulica, també anomenada grup oleohidràulic o central
oleohidràulica, és l’encarregada en un sistema oleohidràulic de la
producció i control de l’energia oleohidràulica.
P
R
5 4
6
3
8
1
2
M
7
Fig. 3.7. Representació esquemàtica
d’una central hidràulica.
És formada, principalment, per:
1. Recipient o dipòsit.
2. Motor d’accionament (normalment elèctric).
3. Bomba (habitualment d’engranatges o pistó).
4. Conducció de sortida d’oli a pressió (P).
5. Vàlvula de seguretat. Quan s’ultrapassa la pressió de regulació, l’oli és retornat al
recipient per mantenir la pressió de consigna al circuit.
6. Conducció de retorn de l’oli (R).
7. Filtre de retorn (arribada).
8. Filtre d’aspiració (sortida).
9. Altres elements auxiliars: manòmetre, indicador de nivell, sonda de temperatura,
radiador, etc.
Les característiques principals més usuals de les centrals oleohidràuliques estàndards
de cabal constant són: cabal de la bomba (0,3 L/min a 260 L/min), volum del dipòsit
(aproximadament 3 vegades el cabal de la bomba per minut), pressió nominal que cal
subministrar (fi ns a 200 · 105 Pa), potència del motor (de 0,2 a 22kW), fi ltre d’aspiració
de 160 μm i fi ltre de retorn de 15 μm, vàlvula de seguretat reglada a 1,1 la pressió de
servei, temperatura màxima de l’oli (70 °C).
12> Quines dades haurem de conèixer per poder definir
completament un sistema oleohidràulic?
13> Quina és la funció d’una central oleohidràulica?
Quins elements la componen?

j 3.3 Elements de potència: bombes
OLEOHIDRÀULICA
Les bombes hidràuliques són elements destinats a convertir l’energia
mecànica en hidràulica, provocant el moviment del fl uid al llarg de les
conduccions de la instal·lació.
Les característiques més importants de les bombes són:
Pressió de treball. És el valor nominal de pressió màxima contínua de treball
per a una velocitat determinada. Alguns fabricants també especifi quen la
pressió màxima punta. El valor de la pressió màxima de treball s’acostuma
a calcular per a una vida de 10 000 hores; la vida de la bomba augmentarà
considerablement si la pressió de treball real és molt inferior a la pressió
màxima admissible.
Cabal o desplaçament geomètric. En totes les bombes hidrostàtiques el
cabal de sortida teòric és el producte de la cilindrada o capacitat per cicle,
multiplicat pel nombre de cicles o revolucions per unitat de temps. El desplaçament
geomètric és el volum de líquid bombat en una volta completa.
Els catàlegs solen expressar-lo en cm3 ·min –1 . El cabal real és inferior al cabal
teòric a causa del rendiment volumètric de la bomba.
cabal (cm3 · min –1 ) = cilindrada (cm3 ) · velocitat (min –1
)
Tipus Cabal
[cm 3 · min –1 ]
Pressió màxima
contínua [bar (10 5 Pa)
a 1 500 min –1 ]
Pressió màxima
punta [bar (10 5 Pa)
a 1 500 min –1 ]
1D2 1,3 220 260 6 000
1D3 2,0 220 260 6 000
1D4 2,7 220 260 5 000
1D5 3,4 220 260 5 000
1D6 4,1 210 250 4 000
1D7 5,1 210 250 4 000
1D9 6,1 200 240 3 800
1D11 7,4 170 200 3 200
1D13 9,1 160 190 2 600
1D16 10,8 140 170 2 200
1D20 13,5 130 160 1 800
Taula 3.2. Característiques de bombes d’engranatge.
Rendiment volumètric i rendiment total. El rendiment volumètric és la relació entre
el cabal real i el cabal teòric. Oscil·la entre el 0,80 i el 0,99 i depèn del tipus de
bomba, de la seva construcció, de les toleràncies internes i de les condicions específi
ques de treball (velocitat, pressió, viscositat del fl uid, temperatura, etc.).
Pressió (· 10 5 Pa)
400
300
200
100
03 67
0 5 10 15 20 25 30
Milers d'hores
Fig. 3.9. Vida de les bombes en funció de la pressió.
Velocitat màxima
[min –1 ]

68 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
Fig. 3.11a. Bomba d’engranatges.
Entrada
de fluid
Símbol
Carcassa
Cambra
Sortida
de fluid
Engranatges
Fig. 3.11b. Secció d’una bomba d’engranatges
i símbol.
qv
real
η = v
qv
teòric
El rendiment total d’una bomba és el producte dels seus rendiments volumètric i mecànic.
Pot oscil·lar entre el 0,50 i el 0,90.
η = η ⋅η
total volumètric mecànic
Podem distingir dues classes de bombes: hidrodinàmiques i hidrostàtiques. Les primeres
s’utilitzen per al transvasament de líquids i les segones per a la transmissió d’energia. Les
bombes hidrostàtiques poden classifi car-se en dos gran grups, en funció del tipus de força
que se’ls ha d’aplicar per al seu funcionament: bombes oscil·lants i bombes rotatives.
Sortida del fluid
Fig. 3.10a. Bomba centrífuga.
Entrada del fluid
Fig. 3.10b. Bomba centrífuga.
Bombes hidrodinàmiques. No s’utilitzen en circuits oleohidràulics, només en els
hidràulics. Funcionen generalment mitjançant la força centrífuga; el fl uid entra per
l’eix i és expulsat cap a l’exterior per mitjà d’un element que gira a gran velocitat;
són bombes tipus turbina. S’utilitzen generalment per al transvasament de fl uids en
aplicacions on la resistència que s’ha de vèncer és petita, atès que la pressió de treball
és petita, tot i que poden moure grans cabals de líquid. No disposen de sistemes
d’estanquitat entre els orifi cis d’entrada i de sortida, això fa que pugui bloquejar-se
l’orifi ci de sortida sense cap risc.
Bombes hidrostàtiques. Són les que subministren la mateixa quantitat de líquid a cada
cicle o revolució de l’element de bombeig, independentment de la pressió del circuit.
Les bombes més utilitzades en aplicacions oleohidràuliques són les bombes rotatives
d’engranatges externs, les bombes rotatives de paletes i les bombes rotatives de pistons.
Bombes rotatives d’engranatges externs
Les bombes rotatives d’engranatges externs produeixen cabal en transportar el fl uid
entre les dents de dos engranatges perfectament acoblats. Un engranatge és accionat
directament per l’eix de la bomba (motriu), el qual fa girar l’altre engranatge.
És segurament el tipus de bomba més emprada en instal·lacions oleohidràuliques, en
especial en instal·lacions mòbils (maquinària d’obres públiques, de mineria...), per la
seva senzillesa i economia, malgrat ser les més sorolloses del mercat i tenir un rendiment
relativament baix (particularment a pressions baixes i cabals reduïts).
Són les menys sensibles als contaminants del fl uid. El rendiment volumètric només pot
arribar al 93 % en condicions òptimes. La pressió de servei pot arribar a 300 bar i la
velocitat màxima fi ns a 7 000 min –1 .

Bombes rotatives de paletes
Representa un altre tipus de bomba hidràulica hidrostàtica, i pot
ser de cabal fi x o variable. La gamma d’utilització de cabals és molt
àmplia, oscil·la entre 2,5 L/min i 300 L/min. Aquesta classe de
bombes treballen a baixa pressió, entre 0 i 140 bar, a velocitats
que varien entre 500 i 3 000 min –1 .
El principi de funcionament es basa en un rotor en el qual s’allotgen
unes paletes mòbils que giren en un estatge o anell. Les cambres
de bombeig es formen entre les paletes, el rotor i l’allotjament
dins una cambra.
Bombes rotatives de pistons
OLEOHIDRÀULICA
Són bombes hidrostàtiques rotatives que utilitzen el principi de les bombes oscil·lants
per produir cabal. En lloc de tenir un sol cilindre, aquestes bombes disposen de molts
conjunts de pistó-cilindre. Part del mecanisme de la bomba gira al voltant d’un eix motriu
que genera el moviment oscil·lant del pistó dins el cilindre, i fa que aquest aspiri
el fl uid cap a l’interior del cilindre en el recorregut d’expansió i que, posteriorment,
l’expulsi en la seva cursa de compressió, la qual cosa produeix el cabal de fl uid.
Molla
Sortida
de fluid
Rotor
Estator
Entrada
de fluid
Pistons
Excentricitat
Símbol
Fig. 3.13a. Símbol i secció d’una bomba de pistons radials.
Hi ha dues classes de bombes de pistons: les de pistons axials i les de pistons radials.
La principal diferència rau en la disposició dels pistons respecte de l’eix de la bomba.
Poden ser de cilindrada fi xa o variable.
Aquestes bombes ofereixen generalment pressions de treball més elevades i una varietat
de cabals més gran que les bombes d’engranatges o paletes. El rendiment també sol ser
millor.
14> En una instal·lació oleohidràulica, quins components
formen bàsicament els elements de potència?
Quina és la seva funció?
15> Quines són les característiques més importants de
les bombes hidràuliques?
Entrada
del fluid
Paleta
Rotor
Fig. 3.12. Símbol i secció d’una bomba de paletes.
Fig. 3.13b. Bomba de pistons.
03 69
Carter
Sortida
del fluid
ACTIVITATS
16> Fes un esquema amb els tipus de bombes hidràuliques
més importants, i assenyala’n les seves característiques
principals.
17> Quin tipus de bomba hidràulica ofereix millor
rendiment?
Símbol

70 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
j 3.4 Elements de regulació i control
El fl uid subministrat per la bomba a una pressió determinada, un cop introduït en el
circuit hidràulic, caldrà controlar-lo, regular-lo i distribuir-lo segons les nostres necessitats.
Per fer aquesta funció de govern del nostre sistema hidràulic es fan servir les
vàlvules.
Les vàlvules permeten regular i controlar els paràmetres de pressió i cabal,
així com dirigir, distribuir o bloquejar el pas del fl uid per accionar
els elements de treball (cilindres, motors, etc.).
Es poden classifi car en tres grans grups, atesa la funció que duen a terme:
Vàlvules distribuïdores o direccionals.
Vàlvules reguladores de cabal.
Vàlvules reguladores de pressió.
De la mateixa manera que en pneumàtica, els òrgans interns de les vàlvules poden
adoptar diverses posicions (dues, tres o més posicions) i cada posició es representa
mitjançant un quadrat. Les vies o conduccions internes s’assenyalen mitjançant fl etxes
en els quadrats. La localització dels orifi cis és similar a l’explicada en la unitat pneumàtica
del primer curs.
Les vàlvules oleohidràuliques tenen una representació simbòlica, normalitzada en els
esquemes (normes ISO 1219 i CETOP RP3), semblant a les pneumàtiques. Tanmateix,
en oleohidràulica cal disposar de conductes de retorn per fer retornar l’oli al dipòsit.
Per evitar representar en els esquemes les conduccions de retorn, s’indica al costat de
l’escapament el símbol de dipòsit o tanc.
Vàlvules distribuïdores o direccionals
Les vàlvules distribuïdores o vàlvules de control direccional (o simplement
vàlvules direccionals) són components hidràulics que obren i
tanquen el pas i dirigeixen el fl uid a través de les diferents conduccions
de la instal·lació, i fan possible el govern dels elements de treball.
El seu funcionament és similar al de les vàlvules distribuïdores pneumàtiques, així com
les seves característiques funcionals i la seva representació gràfi ca. Les vàlvules distribuïdores
més usuals són les de 4 vies i 3 posicions. També podem trobar amb certa
freqüència les de 4/2 i 2/2.
Vàlvula unidireccional
Les vàlvules unidireccionals són un tipus particular de vàlvules direccionals; són les
que permeten el fl ux del fl uid en un únic sentit, i les que eviten el pas del fl uid en sentit
invers. Poden ser de dos tipus: vàlvula antiretorn i vàlvula antiretorn pilotada.

OLEOHIDRÀULICA
Les vàlvules antiretorn, molt utilitzades en sistemes oleohidràulics, són les unidireccionals
més senzilles de funcionament i construcció. Es tracta d’una vàlvula normalment
tancada per mitjà d’un con o d’una bola associats a una molla (fi g. 3.14). En
un sentit, el fl uid venç la força de la molla i deixa el pas lliure. En el sentit contrari,
la força de la molla se suma a la pressió del fl uid i tanca el pas.
Fig. 3.14a. Vàlvula antiretorn (oberta i tancada).
La vàlvula antiretorn pilotada solament permet, en condicions normals, el fl ux del
fl uid en un sentit. Malgrat això, mitjançant l’acció d’un pilotatge extern, pot permetre
el fl ux en sentit invers.
Vàlvula distribuïdora 2/2
És la més senzilla de les vàlvules. Pot ser normalment oberta o normalment tancada i
serveix per governar el pas del fl uid, és a dir, com una simple clau de pas. L’accionament
d’aquestes vàlvules es pot dur a terme mitjançant diferents sistemes: mecànic, elèctric
i pilotat (oleohidràulic).
De vegades, també s’utilitzen per pilotar altres vàlvules dins el circuit oleohidràulic, les
quals requereixen més esforç per governar-les.
Fig. 3.16. Vàlvula distribuïdora 2/2.
03 71
Fig. 3.14b. Vàlvula antiretorn.
Molla
Entrada
Sortida
Drenatge
Símbol
Fig. 3.15. Vàlvula antiretorn pilotada.

72 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
Vàlvula distribuïdora 4/2
Aquesta vàlvula s’utilitza per governar cilindres hidràulics de doble efecte. Permet el pas
del fl uid en ambdós sentits. Quan la vàlvula és en repòs, la via d’entrada P està connectada
amb la d’utilització A, mentre que l’altra via d’entrada B està connectada amb
la d’escapament T. En accionar la vàlvula, les vies canvien de posició, el fl uid circula de
P cap a B i de A cap a T.
(a)
A B
a b
P T
Símbol
(b)
T B P A T B P A
Fig. 3.17. Vàlvula distribuïdora 4/2.
Vàlvula distribuïdora 4/3
Fig. 3.18a. Vàlvula distribuïdora 4/3. Fig. 3.18b. Vàlvula distribuïdora 4/3.
Fig. 3.19. Vàlvula distribuïdora rotativa 4/3.
De la mateixa manera que la vàlvula 4/2, serveix per governar cilindres de doble efecte.
Amb tot, tenen una posició intermèdia que permet diferents possibilitats de funcionament,
com ara bloquejar l’element de treball en posicions intermèdies del seu recorregut.
També s’utilitzen per a l’accionament de motors oleohidràulics.
Encara que la majoria de vàlvules distribuïdores utilitzades siguin les d’inversió axial o
de corredora, hi ha un altre tipus de vàlvules d’inversió radial. La fi gura 3.19 mostra
un exemple de vàlvula rotativa de 4 vies i 3 posicions.
Símbol

Vàlvules reguladores de cabal
OLEOHIDRÀULICA
Per modifi car la velocitat dels elements de treball s’utilitzen les vàlvules
reguladores de cabal, que permeten variar la velocitat dels actuadors
oleohidràulics i regular el cabal d’alimentació, és a dir, delimitar el volum
de líquid per unitat de temps.
Si atenem a la possibilitat de poder regular el cabal que passa a través de la vàlvula,
aquestes es poden classifi car en dos tipus: vàlvules reguladores de cabal fi x i vàlvules
reguladores de cabal variable.
Vàlvules reguladores de cabal variable
La vàlvula reguladora de cabal variable més senzilla és la vàlvula reguladora de cabal
per caragol o vàlvula d’agulla, en la qual, a mesura que s’obre el comandament de
regulació, el cabal que passa a través seu s’incrementa. Tanmateix, aquest tipus tan
senzill de vàlvules reguladores de cabal no estan compensades, la qual cosa implica
que la retenció que produeix es transforma en calor. Per aquest motiu, són vàlvules poc
utilitzades a causa de la generació de temperatura.
En aquest tipus de vàlvula el cabal regulat depèn també de la pressió del circuit, ja
que en augmentar la pressió també augmentarà el cabal que passa a través de la vàlvula,
encara que amb una pèrdua de càrrega més gran.
Les vàlvules reguladores de cabal compensades són les més utilitzades en assegurar
una velocitat més estable dels actuadors, ja que mantenen el cabal constant independentment
de la pressió del fl uid.
Orifici
de regulació
Al dipòsit Vàlvula de seguretat
Entrada
Corredora
Cabal
regulador
Fig. 3.22. Vàlvula reguladora de cabal compensada.
Les vàlvules reguladores de cabal, tant compensades com no compensades, poden portar
incorporat un antiretorn que fa que la regulació del cabal es dugui a terme només en
el sentit de la circulació del fl uid, i que no tingui efecte en sentit contrari.
p1
A B
Símbol
03 73
p2
Fig. 3.20. Vàlvula reguladora de cabal fi x.
p 1
A B
Símbol
Fig. 3.21. Vàlvula reguladora de cabal per
caragol.
A
A
(a)
A B
Símbol
(b)
p
p 2
Fig. 3.23. Vàlvula reguladora de cabal amb
antiretorn.
B
B

74 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
Fig. 3.24. Vàlvula reguladora (reductora)
de pressió amb descàrrega.
Vàlvules reguladores de pressió
Les vàlvules reguladores de pressió són elements que condicionen la
pressió a un valor constant de treball. Lògicament, són vàlvules reductores
que mantenen pressions inferiors a les del sistema en una conducció
determinada.
En podem distingir diferents tipus: vàlvules reguladores de pressió (pròpiament dites),
vàlvules limitadores de pressió, vàlvules de seqüència, vàlvules de contrapressió i vàlvules
de descàrrega.
Vàlvules reguladores de pressió
Tenen com a objectiu reduir la pressió d’entrada fi ns a un valor inferior regulable de
sortida. Són vàlvules de dues vies, normalment, obertes gràcies a la força de la molla,
les quals redueixen la pressió quan el valor en la sortida supera el de regulació, i tanquen
el pas mitjançant un pistó o corredora. N’hi ha de dos tipus: les d’acció directa i
les pilotades.
En una vàlvula reguladora de pressió pilotada, la reducció de pressió s’efectua hidràulicament
en equilibrar la corredora per la pressió de sortida. Ofereixen regulacions més
ajustades.
Les vàlvules reguladores de pressió de dues vies tenen, però, alguns desavantatges:
Necessiten una vàlvula limitadora de pressió addicional per a les sobrecàrregues
(cops d’ariet) provinents dels actuadors oleohidràulics.
Si no hi ha circulació del fl ux per part de l’actuador, no poden ajustar-se a una pressió
més baixa.
Vàlvules limitadores de pressió
Són un dispositiu de protecció i de seguretat dels circuits oleohidràulics contra les
sobrepressions i les sobrecàrregues. Tenen per objecte limitar o assegurar una pressió
màxima de treball. S’anomenen també vàlvules de seguretat. S’acostumen a col·locar
immediatament després de la bomba, amb la fi nalitat de limitar la pressió màxima del
circuit i evitar, així, possibles accidents.
Tancada
Oberta
Símbol
Fig. 3.25. Vàlvula limitadora de
pressió.

Servovàlvules i vàlvules proporcionals
OLEOHIDRÀULICA
Són un tipus especial de vàlvules en què el desplaçament de la corredora s’efectua amb
sufi cient precisió per regular el cabal o la pressió del circuit. Avui dia, aquests components
són cada cop més freqüents en els sistemes oleohidràulics.
Les servovàlvules són vàlvules direccionals de més d’una via que en
funció del senyal de realimentació subministrat per un transductor que
controla la posició de l’actuador, efectuen funcions de regulació de cabal
o de pressió amb gran sensibilitat.
El desplaçament de la corredora es du a terme mitjançant d’un motor elèctric que regula
amb precisió la seva posició.
Les vàlvules proporcionals són aquelles que regulen el cabal o la pressió
de manera proporcional al senyal elèctric que reben.
El control es fa mitjançant l’acció d’un solenoide proporcional. Ofereixen una gran precisió
a baix cost, ja que són més econòmiques que les servovàlvules. N’hi ha algunes que
tenen incorporada la realimentació elèctrica per poder fer una regulació més exacta.
Fig. 3.26. Vàlvula direccional proporcional.
Solenoide
18> Com es poden classificar les vàlvules atesa la funció
que duen a terme? Per què s’utilitzen en un
circuit hidràulic o oleohidràulic?
19> Quina és la vàlvula distribuïdora més utilitzada?
Segons el teu parer, per què? Dibuixa’n el símbol.
20> Per què és necessari emprar, en la majoria de circuits
oleohidràulics, vàlvules reguladores de cabal?
21> Què és una vàlvula proporcional? I una servovàlvula?
03 75
Solenoide
(electroimant)
ACTIVITATS
22> Quina funció duen a terme les vàlvules limitadores
de pressió en un circuit oleohidràulic? On solen
col·locar-se?
23> Quina diferència hi ha entre una vàlvula reguladora
de pressió d’acció directa i una de pilotada?
24> Per què serveix una vàlvula distribuïdora 2/2?
25> Què són les vàlvules antiretorn? Posa un exemple
en el qual quedi clarament reflectida la seva utilitat
en un circuit oleohidràulic.

76 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
Fig. 3.27. Cilindre hidràulic.
Fig. 3.28a. Cilindre de simple efecte.
(a)
(b)
Avanç
Retrocés
Símbol
Símbol
Fig. 3.28b. Cilindre hidràulic de doble
efecte.
j 3.5 Elements de treball:
cilindres i motors
Els elements de treball o actuadors són els components que desenvolupen la força i el
moviment necessaris en la instal·lació per dur a terme el treball requerit pel sistema,
mitjançant la transformació de l’energia hidràulica o oleohidràulica, obtinguda per la
bomba i regulada i controlada pels diferents elements de distribució i regulació, en
energia mecànica.
En funció del moviment i del treball que facin, els actuadors es classifi quen en: lineals
(cilindres) i rotatius (motors hidràulics i oleohidràulics).
Cilindres
Els cilindres són actuadors que transformen l’energia hidràulica o oleohidràulica
en una força lineal.
Podem distingir-ne, de la mateixa manera que en pneumàtica, dos tipus: cilindres de
simple efecte i cilindres de doble efecte.
En els cilindres de simple efecte el fl uid entra i surt per una única cambra, per tant,
la força lineal es duu a terme en un únic sentit. La recuperació o moviment en sentit
contrari s’efectua per molla o per forces externes al mateix sistema (gravetat, forces
mecàniques, etc.).
Malgrat que els cilindres de simple efecte són prou utilitzats, la majoria dels cilindres
dels sistemes hidràulics és de doble efecte. En els cilindres de doble efecte, a diferència
dels anteriors, el treball es fa tant en l’avanç com en el retrocés. Quan el fl ux del
fl uid entra en la cambra posterior i el contingut de la cambra anterior s’evacua, la tija
surt i s’efectua la cursa d’avanç del cilindre. En invertir l’entrada del fl ux a la cambra
anterior, mentre el fl uid contingut en la cambra posterior s’evacua al tanc, la tija entra
i el cilindre efectua la cursa de retrocés.
En el mercat hi ha una gran varietat de models i tipus de cilindres. Així, en hidràulica
també es troben cilindres especials, com ara cilindres de doble tija, cilindres cecs, cilindres
telescòpics, etc.
Fig. 3.29. Cilindres de doble tija, cec i telescòpic.

OLEOHIDRÀULICA
EXEMPLE 2
Determina les característiques d’un cilindre (diàmetre normalitzat del cilindre
i de la seva tija d’acord amb la taula adjunta) per poder efectuar una força mínima
F = 104 N en la cursa d’avanç. El grup hidràulic subministra una pressió
constant al circuit de p = 100·105 Pa = 10 MPa. Suposa unes pèrdues totals
del 8 %.
∅ cilindre (mm) 32 40 50 63 80 100 125 160 200
∅ tija (mm) 14 18 22 28 36 45 56 70 90
Resolució
Per compensar les pèrdues per fricció del 8 % (rendiment = 92 %), el cilindre
haurà de ser capaç d’efectuar una força mínima de:
10000 N
F = = 10869, 6 N
092 ,
Per determinar el diàmetre teòric apliquem l’expressió següent:
2
π ⋅ D
F = p⋅ A = p⋅
→ D =
4
⋅ F
⋅ p
=
4 4 ⋅10869,
6 N
= 0, 0372 m= 37, 2 mm
5
π π ⋅100 ⋅10
Pa
Per tant, el cilindre normalitzat serà de ∅ = 40 mm i ∅ tija = 18 mm.
EXEMPLE 3
Calcula la velocitat d’avanç v a i de retrocés v r d’un cilindre hidràulic de doble
efecte de ∅ = 80 mm de diàmetre interior (∅ tija = 36 mm), alimentat per un
cabal d’oli q v = 25·10 –5 m 3 /s.
Resolució
La velocitat d’avanç és:
q q ⋅ q
v v v
v = = = =
A ⋅ D ⋅ D
⋅ ⋅
−5
4 4 25 10
2 2
2
π π π⋅008
, m
4
3
m/s
2
= 0, 0497
La velocitat de retrocés, en canvi, és sensiblement més gran:
−5
q q 4 ⋅ q
v v v 4⋅25⋅10 m
v = =
=
=
2 2 2 2
A π⋅( D −d
) π⋅(
D −d
)
4
3
/s
2 2
π⋅(, 0 080 −0,
036 ) m
2
m/s
= 0, 0624 m/s
03 77

78 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
Fig. 3.30c. Motor hidràulic per un camió
de transport de formigó
Motors hidràulics i oleohidràulics
Els motors hidràulics i oleohidràulics són els elements que transformen
l’energia hidràulica en energia mecànica rotativa.
Símbol
Pistons
Fig. 3.30a. Motor hidràulic de pistons axials.
Fig. 3.30b. Motor hidràulic de pistons.
Funcionen de manera inversa a les bombes. Els més utilitzats són: els motors de pistons,
els motors d’engranatges i els motors de paletes. La seva confi guració és semblant a la
de les bombes de la mateixa denominació.
Els motors de pistons són els més utilitzats gràcies a les seves excel·lents prestacions.
També són bastant emprats els motors d’engranatges ja que són senzills, econòmics,
de mida reduïda i de fàcil acoblament.
ACTIVITATS
26> Quina vàlvula direccional utilitzaries per governar un cilindre de simple
efecte?
27> Per què creus que són més utilitzats els cilindres de doble efecte en
sistemes hidràulics o oleohidràulics?
28> Podria emprar-se una bomba com a motor hidràulic?
29> Calcula la velocitat d’avanç va i de retrocés vr d’un cilindre hidràulic de
doble efecte de ∅ = 63 mm de diàmetre interior ( ∅ = 28 mm),
ali-
tija
mentat per un cabal d’oli qv = 175·10 –6 m3 /s.
30> Determina les característiques d’un cilindre (diàmetre normalitzat del
cilindre i de la seva tija d’acord amb la taula adjunta) per poder efec tuar
una força mínima F = 15 000 N en la cursa d’avanç. El grup hidràulic
subministra una pressió constant al circuit p = 120·105 Pa = 12 MPa.
Suposa unes pèrdues totals per fricció del 10 %.
∅ cilindre [mm] 32 40 50 63 80 100 125 160 200
∅ tija [mm] 14 18 22 28 36 45 56 70 90

OLEOHIDRÀULICA
j 3.6 Disseny de circuits oleohidràulics
La fase de disseny d’un circuit hidràulic comporta, d’una banda, el càlcul i la defi nició
concreta dels components en funció de les necessitats del sistema (pressió, cabal...) i,
de l’altra, la confecció del croquis o esquema del circuit.
Com ja hem vist, per trobar la millor solució a un procés industrial determinat, és fonamental
conèixer el mecanisme que cal accionar i les seves característiques funcionals
(velocitats, forces, temps, cicles, etc.), així com les limitacions que presenta (potència
disponible, espais, tipus d’energia, etc.).
En la concepció d’un circuit oleohidràulic cal determinar primer quins elements
col·locarem i com els interconnectarem perquè el circuit treballi segons la seqüència
prevista. En aquesta fase és fonamental el coneixement de les funcions dels diferents
components disponibles al mercat. A continuació, hem de dimensionar els components
d’acord amb els requeriments del sistema i les lleis de la mecànica de fl uids.
Els diagrames de seqüències de treball i representacions gràfi
ques més importants que fem servir per al disseny de circuits
pneumàtics serveixen també per als circuits hidràulics
o oleohidràulics.
L’esquema hidràulic d’una aplicació real ha de ser complet i
dibuixar-se de manera clara i precisa per tal de facilitar la
seva interpretació. Encara que no és l’objecte d’aquesta unitat
arribar a aquest nivell d’aprofundiment i detall, en una
aplicació oleohidràulica real resulta convenient adjuntar
una memòria resumida del funcionament del circuit i de les
prescripcions tècniques necessàries per al seu muntatge i
posada en marxa. També cal fer una llista que tingui en
compte les característiques més signifi catives dels components
del circuit: referència, model, descripció, nombre
d’unitats, etc.
Així, per exemple, en una bomba hauríem de defi nir i concretar
el tipus, la velocitat de funcionament, la cilindrada,
la pressió de treball, etc.; en un cilindre, en canvi, la longitud
de la cursa, el diamètre interior, el diàmetre de la tija,
la gruixària de les parets, etc.
Element de
regulació
Un exemple de circuit oleohidràulic podria ser un sistema empenyedor de peces, que
consta bàsicament, com a element actuador, d’un cilindre oleohidràulic de simple efecte.
Un circuit elemental oleohidràulic per comandar directament el cilindre de simple
efecte del nostre exemple és el que es mostra en la fi gura 3.31, molt similar al d’un
cilindre pneumàtic, a excepció del grup d’accionament que proporciona el cabal del fl uid
i d’algun altre element auxiliar de seguretat.
Com podem observar en l’esquema de la fi gura 3.32, en el circuit hi ha muntada una
vàlvula limitadora de pressió, a fi i efecte que la pressió del sistema hidràulic no ultrapassi
el valor admissible, i un manòmetre per llegir la pressió. Per comandar el cilindre
de simple efecte es fa servir una vàlvula distribuïdora 3/2 (tancada en posició de repòs)
amb comandament manual. En accionar-la, es comunica P amb A (posició b), i la tija del
cilindre de simple efecte avança fi ns al fi nal del seu recorregut. En deixar de prémer, es
comunica A amb T, i el líquid a pressió surt del cilindre cap al tanc o dipòsit. La tija del
cilindre retrocedirà immediatament fi ns a la seva posició inicial si el cilindre té retorn
per molla, o bé ho farà quan actuï la força exterior que el fa retrocedir.
p 1
a b
Fig. 3.31. Comandament d’un cilindre de simple efecte.
A
P
p 2
T
03 79
Element de
comandament
Grup de pressió
Rodets
M
Fig. 3.32. Croquis d’un sistema empenyedor
de peces.

80 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
Fig. 3.33. Plataforma elevadora.
p 1
Fig. 3.36. Comandament d’un cilindre de
doble efecte amb regulació de la velocitat.
Q
A B
a b
P
T
Fig. 3.37. Sistema d’elevació de càrregues.
M
Imaginem ara que volem dissenyar el circuit oleohidràulic d’una plataforma elevadora
com la de la fi gura 3.33, accionada per un cilindre de doble efecte.
Fig. 3.34. Comandament d’un cilindre de
doble efecte mitjançant una vàlvula 4/2.
A
P
B
a b
T
M
p 1
Fig. 3.35. Comandament d’un cilindre de
doble efecte mitjançant una vàlvula 4/3.
El circuit elemental del comandament del cilindre de doble efecte és semblant al circuit
anterior. La diferència rau en el fet que per comandar-lo fem servir una vàlvula distribuïdora
4/2. En repòs, P es comunica amb A i B amb T, la qual cosa fa que el fl uid a
pressió ocupi la cambra anterior del cilindre i aquest romangui amb la tija entrada. En
accionar la vàlvula distribuïdora manualment, el cilindre avança ja que B es comunica
amb P i A amb T (posició b).
En algunes aplicacions ens pot interessar poder aturar el cilindre en posicions intermèdies
del seu recorregut. Per poder-ho fer necessitem comandar el cilindre per mitjà
d’una vàlvula distribuïdora 4/3, la qual disposa d’una posició intermèdia O, amb dos
orifi cis tancats (A i B) i dos interconnectats (P i T), això provoca que el cilindre s’aturi
i que el líquid que procedeix de la bomba s’evacuï sense pressió cap al dipòsit, sense
escalfar-se i sense necessitat de passar per la vàlvula limitadora de pressió. El funcionament
de les posicions a i b, així com de la resta del circuit, és similar al circuit
anterior.
Sovint és necessari poder regular la velocitat dels cilindres. Considerem que volem
regular la velocitat d’elevació del sistema de l’exemple anterior. El procediment més
simple de control de la velocitat, semblant a l’explicat per a sistemes pneumàtics, és
mitjançant l’ús d’un regulador de cabal a l’entrada o a la sortida del cilindre. La fi gura
3.36 mostra l’esquema hidràulic del comandament directe d’un cilindre de doble efecte
amb regulació de la velocitat en avanç. El regulador de cabal unidireccional, col·locat a
l’entrada, només estrangula el fl ux d’oli en sentit d’avanç, ja que porta incorporada una
vàlvula antiretorn que permet que el fl uid circuli lliurement en sentit contrari.
En nombroses aplicacions, aquest circuit tan elemental de regulació de la velocitat d’un
cilindre no és utilitzat, ja que presenta problemes de batzegades més o menys fortes
durant el desplaçament de la tija. Les causes per les quals succeeix això són diverses:
fricció variable produïda pel lliscament, adherència de l’èmbol, resistències de treball
variables, pes de la càrrega, etc.
Aquest fenomen es presenta de manera molt acusada quan l’èmbol és empès pel líquid
a pressió, i també, quan l’èmbol és empès pel pes de la càrrega o bé quan les velocitats
d’arrencada són lentes i la resistència de treball és variable. Suposem un sistema d’elevació
de càrregues com el de la fi gura 3.37.
A
a
P
B
o
T
b
M

OLEOHIDRÀULICA
Per solucionar aquest problema en l’avanç del cilindre, cal introduir petites variacions
al circuit anterior i col·locar una vàlvula limitadora de pressió a la sortida de la cambra
anterior del cilindre.
En actuar sobre el comandament manual de la vàlvula distribuïdora 4/2, el fl ux del
líquid circula cap a la cambra posterior del cilindre, i actua sobre l’èmbol amb una
pressió p2 i fa que aquest avanci. La pressió p2 pot arribar fi ns a la pressió p1 . La vàlvula
limitadora de pressió col·locada a la sortida produeix una contrapressió p3 , i evita que
l’èmbol es desplaci a batzegades o que la càrrega l’estiri.
Aquest sistema de regulació de la velocitat o algun altre d’equivalent és utilitzat, per
exemple, en màquines eines per aconseguir un avanç uniforme de l’eina sense sotragades.
El resultat és un acabat de millor qualitat i una vida més llarga de l’eina.
Simbologia hidràulica
Dipòsit
Clau de pas
Filtre
Fig. 3.39
p 1
p 3
Grup de pressió
A B
a b
P
T
Grup de pressió
amb regulació
Vàlvula reguladora
de cabal amb
antiretorn
Programari específi c. Simuladors
M
p 2
Fig. 3.38. Comandament d’un cilindre de
doble efecte amb sistema millorat de regulació
de velocitat 4/2.
Vàlvula limitadora
de pressió
Vàlvula reguladora
reductora de pressió
amb descàrrega
Vàlvula de
seqüència
Cilindre doble efecte Cilindre doble efecte telescòpic
Al mercat hi ha diversos programes informàtics de disseny i simulació de circuits hidràulics,
com ara FluidSIM o Automation Studio, els quals representen una eina de gran
ajuda a l’hora de dissenyar i implementar aplicacions hidràuliques. També són de molta
utilitat per a l’ensenyament i l’aprenentatge de la hidràulica. A Internet podem trobar
versions demostració d’alguns d’aquests programes, encara que amb limitacions d’ús,
però amb els quals podrem dur a terme la simulació de circuits hidràulics senzills.
Cilindre simple efecte
03 81
Distribuidor 4/3 amb
accionament per palanca

82 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
ACTIVITATS
31> Dissenya l’esquema oleohidràulic de l’aplicació de
la figura per mitjà d’un cilindre de doble efecte
governat directament per una vàlvula distribuïdora
accionada manualment per polsador.
Fig. 3.40
32> Confecciona l’esquema del dispositiu hidràulic de
la figura utilitzat per governar el moviment d’obertura
i de tancament de les dues portes. En prémer
el polsador d’obertura, les portes s’han d’obrir i
restar obertes fins que es premi el polsador de tancament.
La velocitat d’obertura i tancament de les
portes s’ha de poder regular.
Fig. 3.41
33> Dissenya el circuit hidràulic de la plataforma elevadora
de la figura utilitzant un cilindre de doble
efecte. El sistema ha de possibilitar que la plataforma
s’aturi en qualsevol posició del seu recor-
regut, tant de pujada com de baixada, així com
poder regular la velocitat de desplaçament.
Fig. 3.42
34> Elabora l’esquema hidràulic del dispositiu de la figura
utilitzat per accionar una tapa de protecció
d’una màquina.
En actuar manualment sobre una vàlvula distribuïdora
la tapa ha de baixar i romandre en aquesta
posició fins que es torni a actuar sobre la mateixa
vàlvula. En dissenyar el circuit s’ha d’evitar que el
cilindre presenti problemes de batzegades en fer
baixar la tapa de protecció.
Fig. 3.43
35> Per mitjà d’un programa informàtic de simulació
hidràulica que hi hagi a la teva escola o institut, o
d’alguna versió demostració que pots descarregarte
d’Internet, fes la simulació del comandament
directe i indirecte d’un cilindre de simple efecte i
d’un de doble efecte. També pots simular el funcionament
dels circuits oleohidràulics de les activitats
anteriors.

La hidràulica i l’oleohidràulica
La hidràulica no és una tècnica recent. Cap a l’any 250 aC,
Arquímedes ja havia investigat alguns dels principis de
la hidràulica, les tècniques de la qual ja s’utilitzaven feia
temps, principalment a sistemes de regadiu i de distribució
d’aigua per ciutats. Tanmateix, la primera descripció
d’una roda hidràulica a Occident és obra de l’enginyer
romà Vitruvi del segle I aC. Posteriorment, es continuaren
utilitzant i, en l’actualitat, encara se’n conserven algunes.
A partir de llavors, van ser els àrabs els que van desenvolupar
grans projectes i tècniques en aquest camp.
Fig. 3.44. Elevador hidràulic reproduït
a l’obra De Re Metallica
de Georgius Agricola.
Ara bé, es pot considerar el francès Blaise Pascal com
el gran precursor de la hidràulica. L’any 1653 descobrí
el principi que porta el seu nom i que es considera un
dels principis fonamentals de la hidrostàtica, segons el
qual la pressió exercida en qualsevol punt d’un fl uid,
que omple totalment l’espai que el limita, es transmet
íntegrament en totes direccions.
Des de llavors es començaren a desenvolupar tècniques
de transmissió mitjançant fl uids confi nats a recipients i
canonades, i controlats per vàlvules i accessoris que es
van desenvolupar posteriorment.
El primer mecanisme hidràulic basat en el principi de
Pascal que es va construir va ser una premsa hidràulica,
ideada pel mecànic britànic Joseph Bramah el segle XVIII.
Es tractava d’una premsa que utilitzava aigua com a líquid
transmissor d’energia i que era accionada mitjançant
una bomba manual.
OLEOHIDRÀULICA
Ciència, tecnologia i societat
03 83
Actualment, amb l’oleohidràulica o tècnica de l’oli, basada
en els mateixos principis, funcionen un gran nombre
de màquines i dispositius. No solament de l’àmbit
industrial, sinó també en maquinària d’elevació, d’obres
públiques, com excavadores, camions, etc.
Fig. 3.46
Fig. 3.45. Premses hidràuliques, sistema Pfeiffer,
d’inicis del segle XX.

84 BLOC 1. SISTEMES MECÀNICS
03
Activitats fi nals
Qüestions
1> Els sistemes oleohidràulics són essencialment:
a) Sistemes de producció d’energia.
b) Sistemes de regulació i control.
c) Sistemes de transmissió d’energia.
d) Cap de les anteriors.
2> Quins tipus de fluids es fan servir en els sistemes
hidràulics?
a) Olis minerals i olis vegetals.
b) Líquids sintètics.
c) Líquids de base aquosa.
d) Tots els anteriors.
3> Quina de les característiques següents no suposa
un avantatge dels sistemes oleohidràulics respecte
dels pneumàtics?
a) Fàcil regulació de la velocitat.
b) Transmissió de grans potències.
c) Control de la posició.
d) Moviments ràpids.
4> Quina de les afirmacions següents no representa un
paràmetre característic dels sistemes pneumàtics?
a) Senzillesa.
b) Precisió de la posició.
c) Acumuladors d’energia.
d) Econòmics.
5> Quines de les afirmacions següents són correctes?
a) Cilindre pneumàtic lent; cilindre hidràulic ràpid.
b Força del cilindre pneumàtic petita; força del
cilindre hidràulic gran.
c) Control de posició del cilindre hidràulic difícil.
d) El cilindre hidràulic és adequat per efectuar un
control de la velocitat.
6> Algunes de les raons que poden aconsellar utilitzar
un sistema mixt oleopneumàtic són:
a) Simplificar la instal·lació.
b) Mantenir un únic sistema de control per governar
tota la màquina.
c) Que resulti econòmicament viable.
d) Reduir espai.
7> Quina de les característiques següents dels líquids
hidràulics no és adequada?
a) Tenir bon rendiment en la transmissió d’energia.
b) Tenir bon comportament amb la temperatura.
c) Ésser un bon lubricant.
d) Tenir molta compressibilitat.
8> El treball que pot desenvolupar un sistema oleohidràulic
depèn fonamentalment:
a) De la pressió de l’oli.
b) De l’espai que pot recórrer l’oli per les canonades.
c) Del cabal d’oli.
d) Només de la potència del motor d’accionament.
Exercicis
1> Determina les característiques d’un cilindre (diàmetre
normalitzat del cilindre i de la seva tija
d’acord amb la taula adjunta) per poder efectuar
una força mínima F = 25 000 N en la cursa d’avanç.
El grup hidràulic subministra una pressió constant
al circuit p = 150·10 5 Pa = 15 MPa. Suposa unes
pèrdues totals del 10 %.
∅ cilindre [mm] 32 40 50 63 80
∅ tija [mm] 14 18 22 28 36
∅ cilindre [mm] 100 125 160 200
∅ tija [mm] 45 56 70 90
R: ∅ = 50 mm; ∅ = 22 mm
cilindre tija
2> Dissenya l’esquema oleohidràulic de l’aplicació de
la figura per mitjà d’un cilindre de doble efecte governat
directament per una vàlvula distribuïdora accionada
manualment per polsador. El sistema ha de
possibilitar regular la velocitat d’avanç del cilindre.
Fig. 3.47

1> Descriu algun exemple on la calor es transformi en
treball útil i a l’inrevés.
2> Per què en una màquina o en un procés reversible
l’entropia de l’Univers no varia?
3> Un equip oleohidràulic treballa a una pressió de
12 MPa. Quin serà el diàmetre més adequat del
cilindre per efectuar una força mínima en avanç
de 12 000 N?
a) ∅ cilindre 25 mm.
b) ∅ cilindre 32 mm.
c) ∅ cilindre 40 mm.
d) Cap de les anteriors.
4> (juny 2002) Un motor funciona correctament per
a una velocitat de rotació n del seu eix tal que
800 min −1 ≤ n ≤ 4 000 min −1 i en aquest marge de
velocitats el parell Γ m del motor és pràcticament
independent de la velocitat, Γ m = 10 N·m.
a) Determina la potència mínima i màxima que
desenvolupa el motor.
b) Dibuixa, indicant les escales, la corba velocitatpotència
del motor.
Aquest motor acciona una màquina que té un parell
resistent Γ màq = k 1 + k 2 n, on k 1 = 3 N·m i
k 2 = 2·10 −3 N·m min −1 .
Avaluació del bloc 1
c) Dibuixa, indicant les escales, la corba característica
de la màquina velocitat-parell resistent
en el marge de funcionament del motor.
d) Determina la velocitat de funcionament, en
min −1 , en règim estacionari del conjunt motor i
màquina.
5> (juny 2000) El cilindre hidràulic de la figura és alimentat
per una bomba que subministra un cabal q.
P o = 20 Mpa
q = 0,18 L/min
∅ èmbol = 25 mm
∅ tija = 8 mm
Ø 25/8x30
1 2
Fig. 1
a) Determina la velocitat de la tija, en mòdul i
sentit, segons si l’alimentació està connectada
a l’entrada 1 o a l’entrada 2.
b) Dibuixa el gràfic, indicant les escales, de la velocitat
de la tija segons el cabal de la bomba si
l’alimentació està aplicada a l’entrada 1.
c) Determina la potència hidràulica de la bomba si
la pressió que proporciona és P o = 20 MPa.
BLOC
1
85