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#Novedades de la industria
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¿Qué es la microhidráulica y dónde se utiliza?
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La microhidráulica permite una fuerza significativa de una fuente de energía mínima dentro de un espacio minúsculo - ideal para equipos médicos ortopédicos y protésicos, exoesqueletos y más
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Los sistemas de alimentación de fluidos se caracterizan por su alta densidad de potencia, lo que permite una elevada fuerza y par de salida de los componentes relativamente pequeños en comparación con los sistemas electromecánicos. La microhidráulica permite una cantidad significativa de fuerza de una fuente de energía mínima dentro de un espacio muy restringido. Por lo tanto, puede proporcionar una solución directa a problemas que a menudo están más allá de los límites de las opciones mecánicas tradicionales.
En muchos casos, estos sistemas son ideales para aplicaciones de gran alcance como equipos médicos ortopédicos y protésicos, elevadores de asistencia humana, exoesqueletos, herramientas manuales, robots de rescate, aviones y misiles, coches de carreras e instrumentación oceanográfica.
Los ingenieros podrían verse tentados a reducir el tamaño de los componentes comerciales típicos cuando surja la necesidad de controlar el movimiento y la fuerza en sistemas de potencia muy pequeños. Sin embargo, la realidad es un poco más compleja porque las leyes de escalamiento no son intuitivas, según los investigadores Jicheng Xia y William Durfee de la Universidad de Minnesota.
Por ejemplo, observan que en un cilindro, la fuerza es proporcional al área (L2) mientras que el peso es proporcional al volumen (L3). Por otro lado, el espesor y el peso de la pared de un cilindro necesario para contener una presión de fixed disminuye con el tamaño del agujero. Por lo tanto, el peso de un sistema hidráulico a pequeña escala no puede determinarse escalando proporcionalmente un sistema grande.
Además, los fundamentos asociados con el flow impulsado por presión dictan que se requieren altas presiones para permitir altas tasas de flow a través de canales de tamaño micro. En condiciones de flujo laminar, una disminución de orden de magnitud en el diámetro hidráulico de un canal aumenta en dos órdenes de magnitud la diferencia de presión necesaria para mantener constante la velocidad media flow
Otra barrera crítica para el aumento de la densidad de potencia hidráulica en efficiency razonable son las juntas. Los efectos superficiales como la fricción de las juntas y la fricción viscosa de los huecos se convierten en significant en pequeños orificios y eso afecta a efficiency en general. Demasiado apretado y la fricción domina; demasiado suelto y el fluid presurizado se filtrará más allá del sello. El coste y el consumo de energía también son consideraciones importantes. Afortunadamente, varios fabricantes han diseñado o rediseñado componentes hidráulicos para que funcionen a escala "en miniatura".
Por ejemplo, Bieri Hydraulik, una unidad de Hydac International con sede en Liebefeld, Suiza, fabrica seis versiones estándar de microbombas de pistones tipo AKP diseñadas con tres o cinco pistones. Por ejemplo, la bomba de 5 pistones de tamaño AKP36 mide sólo 1,4 pulg. (36 mm) de diámetro por 3,9 pulg. (99 mm) de largo. Presenta un desplazamiento de 0,36 cm3/revolución con una presión máxima de 250 bar y una velocidad máxima de 4.000 rpm.
El tamaño AKP103 mide 1,9 pulg. (50 mm) de diámetro x 3,8 pulg. (98 mm) de largo. Tiene 3 pistones, desplazamiento de 0,1 cm3/revolución, presión nominal máxima de 500 bar, y funciona a velocidades de hasta 5.000 rpm. Una versión de 5 pistones ofrece un desplazamiento de 0,3 cm3/rev.
Se dice que las unidades de funcionamiento silencioso ofrecen una alta eficiencia volumétrica incluso a una velocidad mínima de 100 rpm. Están controlados por válvulas en los lados de presión y succión, por lo que no son aptos como motores. Las unidades pequeñas se utilizan en aplicaciones offshore y de petróleo y gas, en sistemas de medición y en sistemas hidráulicos generales con pequeños desplazamientos.
Hydro Leduc (Azerailles, Francia) ofrece una gama completa de microbombas de desplazamiento fijo y variable; micromotores (velocidades de 350 a 6.500 rpm); válvulas de retención, de alivio de presión, solenoides y válvulas piloto; y paquetes completos de micropotencia para operar en ambientes de trabajo muy variados.
Por ejemplo, su microbomba de desplazamiento fijo PB32 tiene un diámetro del cuerpo de sólo 1,28 pulg. (32 mm) con un desplazamiento de tan sólo 0,0007 pulg. 3, una velocidad máxima de 5.000 rpm continuas y 6.000 picos, y una presión máxima de 4.350 psi continuas y 5.075 psi picos. Una versión PB33 HP ligeramente más grande tiene un desplazamiento de 0,0027 pulg.3 y una presión nominal continua máxima de 13.050 psi y un pico máximo de 14.500 psi (1.000 bar).
La Compañía Lee. (Westbrook, Connecticut) fabrica una serie de componentes de control de fluidos en miniatura y de alto rendimiento, incluyendo tapones de expansión Lee Plug, válvulas solenoides, limitadores de flujo, pantallas de seguridad, válvulas de alivio y de retención y válvulas de inversor. Los controles de flujo de la compañía, por citar un producto típico, ofrecen flujo medido en una dirección y flujo libre en la dirección opuesta. También se le llama restrictor unidireccional. En el tamaño más pequeño, el diámetro es de sólo 0,18 pulg. y la presión nominal del sistema es de hasta 3.000 psi. Otros productos de tamaño similar incluyen válvulas de retención estilo obturador que pueden fluir una GPM a 25 psid y tienen una presión nominal del sistema de hasta 4,000 psi; y válvulas de alivio de presión que tienen presiones de disparo de 20 a 100 psid y, en algunas versiones, manejan presiones nominales del sistema de hasta 5,000 psi. Algunos modelos de válvulas de retención y restrictivas en miniatura pueden incluso manejar presiones del sistema de hasta 8,000 psi.
Asimismo, las pantallas de seguridad de tan sólo 0,13 pulgadas de diámetro ayudan a proteger los orificios, las válvulas de alivio y otros componentes hidráulicos sensibles. Los componentes críticos son a menudo relativamente inmunes a los bajos niveles de contaminantes de pequeño tamaño, pero una sola partícula grande puede causar un fallo repentino, posiblemente con efectos catastróficos. Mientras que los filtros mantienen el fluido limpio durante la operación, las pantallas de seguridad proporcionan un nivel adicional de protección. Las unidades vienen con tamaños de orificios de 0,0008 a 0,062 pulg. y las versiones de alta presión no se rompen ni colapsan a presiones de 7.500 psid, incluso si están completamente obstruidas.
SFC Koenig (North Haven, Conn.) ofrece una gama de tapones, controles de flujo, válvulas de retención y componentes relacionados. Los tapones de expansión, por ejemplo, supuestamente sellan los orificios perforados con una fiabilidad excelente. Vienen en tamaños de 0,093 a 0,875 pulg. y tienen una presión nominal de 450 bar (6.500 psi) para las unidades tipo push y de 500 bar (7.200 psi) para las versiones pull.
Las unidades de restricción de acero inoxidable de la compañía proporcionan un control preciso del flujo en sistemas de fluidos y están disponibles en tamaños tan pequeños como 0,093 pulg. (4 mm) en los estilos de expansor y roscado, y presiones de mango de hasta 2.900 psi (200 bar). Se puede especificar el orificio para lograr los caudales deseados. Válvulas de retención, 0,216 pulg. (5.5 mm) de diámetro, con mango de flujo hacia adelante o hacia atrás, tienen una presión de disparo de 0.14 a 2 bar (2 a 29 psi) y una presión máxima de trabajo de 280 bar (4,352 psi).
Takako Industries, miembro del Grupo KYB con sede en Kyoto, Japón, afirma que fabrica la bomba de pistón axial más pequeña del mundo. La unidad de forma cuadrada TFH-040 mide sólo 1,18 pulg. (30 mm) de ancho por 3,0 pulg. (77 mm) de largo y está clasificado para una presión de trabajo máxima de aproximadamente 140 bar (2.030 psi). El desplazamiento es de 0,4 cc/revolución, la velocidad de entrada es de 2.000 rpm, con un caudal de 0,8 lpm.
La unidad forma parte de una familia de microbombas con un sistema de accionamiento híbrido que combina las ventajas de la hidráulica con la capacidad de control de un servomotor CA y un inversor para satisfacer una amplia gama de especificaciones con una bomba de pequeño volumen. Las aplicaciones típicas, según la compañía, incluyen una bomba para controles de válvulas, equipos de conmutación de moldes para máquinas formadoras, abrazaderas hidráulicas y prensas de prensado.
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