Diseño y construcción de un banco de pruebas hidráulicas para un laboratorio de mecánica de fluidos

(1)

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E

INDUSTRIAS

CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS

HIDRÁULICAS PARA UN LABORATORIO DE MECÁNICA DE

FLUIDOS

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ

EDISON ANTONIO QUINTANILLA RICAURTE

DIRECTOR: MSc. LENIN VALENCIA MÉNDEZ

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PROYECTO DE TITULACIÓN

DATOS DE CONTACTO

CÉDULA DE IDENTIDAD: _172174426-4

APELLIDO Y NOMBRES: _{Quintanilla Edison Antonio}

DIRECCIÓN: _{Carcelen, Urb. La Josefina, Calles}

Esmeralda Lote N° 704 y Aguamarina.

EMAIL: _{[email protected]}

TELÉFONO FIJO: _{5 139 899}

TELÉFONO MOVIL: _0998106465

DATOS DE LA OBRA

TÍTULO: _{Diseño y construcción de un banco de}

pruebas hidráulicas para un laboratorio

de mecánica de fluidos

AUTOR: _{Edison Antonio Quintanilla Ricaurte}

FECHA DE ENTREGA DEL

PROYECTO DE TITULACIÓN:

6 de Enero del 2017

DIRECTOR DEL PROYECTO DE

TITULACIÓN:

MSc. Lenin Valencia Méndez

PROGRAMA _PREGRADO_X _POSGRADO

TITULO POR EL QUE OPTA: _{Ingeniero Automotriz}

RESUMEN: _{El desarrollo de este proyecto de}

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que soportan una presión de hasta los 22 Mpa, ya con estos elementos se realizaron cálculos y se obtuvo los siguientes resultados más relevantes: la fuerza de extensión máxima de los cilindros de simple y doble efecto es de 10945 [N] es decir que cada uno podría levantar una carga de hasta 1100 Kg lo que equivale al peso de un auto pequeño, y en retracción el cilindro de doble efecto genera una fuerza máxima de hasta 6670 [N] lo que funcionaria para levantar una carga de hasta 660 Kg, el caudal real que necesita cada cilindro para poder realizar una carrera es de mínimo 4 l/min, precisamente el proporcionado por la unidad hidráulica disponible, además en este equipo se pueden controlar parámetros de presión, caudal, monitorear permanentemente tres presiones al mismo tiempo, regular los tiempos de salida y retracción de los cilindros, simular sistemas que permiten mantener cargas suspendidas sin pérdidas de presión, y también controlar simultáneamente hasta dos sistemas totalmente independientes, conectados en paralelo, y un tercero que comanda la señal piloto del desbloqueo de una válvula antiretorno.

PALABRAS CLAVES: _{hidráulica, presión, fuerza, caudal,}

carga, válvula, parámetros, carrera

ABSTRACT: _{The development of this hydraulic project}

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DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS

Este logro tan importante en mi vida se lo dedico en primer lugar a mis padres Edison e Irma, ya que gracias a su amor, esfuerzo, trabajo y dedicación incondicionales, me he podido formar y forjar como un hombre de bien y productivo para nuestra sociedad.

A mis segundos padres Gonzalo y Bethy por su amor, preocupación y apoyo incondicionales.

A mis tíos queridos Antonio y Lorena por su gran apoyo.

Y a toda mi familia en general le dedico este triunfo tan importante en mi vida.

También se lo agradezco a mi Director de tesis, el MSc. Lenin Valencia por haber sido una guía a lo largo de la carrera y durante el desarrollo de mi proyecto de titulación también.

A aquellos docentes que no fueron soló maestros de las diferentes cátedras en el transcurso de la carrera, sino también lo fueron de la vida.

A mí enamorada Estefania por haberme brindado su apoyo incondicional en todo el transcurso de mi proyecto de titulación.

(10)

ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN 1

ABSTRACT 2

1. INTRODUCCIÓN 3

2. METODOLOGÍA 10

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 13

3.1. ANÁLISIS Y DETERMINACIÓN DE LAS

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL

SISTEMA 13

3.2. DETERMINACIÓN DE LA UNIDAD DE

ABASTECIMIENTO HIDRÁULICA 14

3.3 DISEÑO DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS 16

3.4. CÁLCULOS PARA DISEÑAR SISTEMAS

HIDRÁULICOS 17

3.4.1. CÁLCULO DE LA FUERZA MÁXIMA DE EXTENSIÓN DEL VÁSTAGO PARA EL CILINDRO DE SIMPLE EFECTO A 6

[MPA] 17

3.4.2. CÁLCULO DE LA PRESIÓN QUE EJERCE EL VÁSTAGO DEL CILINDRO DE SIMPLE

EFECTO 18

3.4.3. CÁLCULO DE LA FUERZA MÁXIMA DE EXTENSIÓN PARA EL CILINDRO DE

DOBLE EFECTO A 6 [MPA] 18

3.4.4. CÁLCULO DE LA PRESIÓN QUE EJERCE EL VÁSTAGO DEL CILINDRO DE DOBLE

EFECTO 19

3.4.5. CÁLCULO DE LA FUERZA MÁXIMA DE RETRACCIÓN PARA EL CILINDRO DE

DOBLE EFECTO A 6 [MPA] 20

3.4.6. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL

FLUIDO 21

(11)

ii PÁGINA

3.4.8. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE EXTENSIÓN DEL CILINDRO DE SIMPLE

EFECTO 22

3.4.9. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE EXTENSIÓN DEL CILINDRO DE DOBLE

EFECTO 22

3.4.10. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE RETRACCIÓN DEL CILINDRO DE DOBLE

EFECTO 23

3.4.11. CÁLCULO DEL CAUDAL MÍNIMO NECESARIO PARA EL CILINDRO DE

SIMPLE EFECTO 23

DOBLE EFECTO 24

DOBLE EFECTO EN RETRACCIÓN 27

3.4.14. CÁLCULO DEL CAUDAL REAL MÍNIMO NECESARIO PARA EL CILINDRO DE

SIMPLE EFECTO 27

DOBLE EFECTO 27

DOBLE EFECTO EN RETRACCIÓN 27

3.5. DESCRIPCIÓN DE TODOS LOS ELEMENTOS

HIDRÁULICOS DEL BANCO DE PRUEBAS 28

3.6. DISEÑO DEL BANCO DE SOPORTE 32

3.6.1. EL PANEL DE ALUMINIO Y

POLIETILENO 34

3.6.2. MONTAJE Y ETIQUETADO 34

3.7. ETIQUETADO CON COLORES A MANGUERAS 35

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 36

4.1. CONCLUSIONES 36

4.2. RECOMENDACIONES 37

5. BIBLIOGRAFÍA 38

(12)

ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA

Tabla 1. Características de los sistemas oleohidráulicos en comparación de los sistemas neumáticos

13

Tabla 2. Comparación entre la unidad de abastecimiento hidráulica requerida, y la de un almacén de hidráulica

14

Tabla 3. Características de la unidad de abastecimiento que se va a utilizar

15

Tabla 4. Resultados arrojados por el programa informático “FluidSIM® hidráulica 4.2”

16

Tabla 5. Dimensiones y superficies de los cilindros del sistema 17

Tabla 6. Descripción de cada elemento que contiene el banco de pruebas

28

Tabla 7. Materiales y características para armar la estructura del banco de pruebas

33

Tabla 8. Características técnicas del panel de “Alucubond” con espesor de 4 mm

34

(13)

iv

ÍNDICE DE FIGURAS

PÁGINA

Figura 1. Unidad de abastecimiento hidráulica con motor vertical y de bomba sumergida, con su respectiva simbología normalizada

8

Figura 2. Unidad de abastecimiento hidráulica requerida marca “Chungpa”

15

Figura 3. Fuerza que desarrolla el cilindro de simple efecto

en función de la presión que entrega el sistema 18

Figura 4. Fuerza que desarrolla el cilindro de doble efecto en

función de la presión que entrega el sistema 19

Figura 5. Fuerza que desarrolla el cilindro de doble efecto en retracción en función de la presión que entrega el sistema

21

Figura 6. Caudales mínimos necesarios que necesita el cilindro, en función de la velocidad a la que se desea que se desplace

24

Figura 7. Caudales mínimos necesarios que necesita el cilindro para realizar una carrera en extensión, en función de la velocidad a la que se desea que se desplace

25

Figura 8. Caudales mínimos necesarios que necesita el cilindro de doble efecto para realizar una carrera en retracción, en función de la velocidad a la que se desea que se desplace

26

Figura 9. Banco de pruebas hidráulicas del laboratorio de la

Universidad Tecnológica Equinoccial. 32

Figura 10. Banco de pruebas hidráulicas del laboratorio del

Instituto Tecnológico Superior Central Técnico 33

Figura 11. Estructura del banco de pruebas ₃₄

Figura 12. Montaje de elementos hidráulicos en el banco de

(14)

ÍNDICE DE ANEXOS

PÁGINA

ANEXO 1. Lenguaje de símbolos para la interpretación de

sistemas hidráulicos 40

ANEXO 2. Guía de Práctica N°1 46

ANEXO 3. Guía de Práctica N° 2 50

ANEXO 4. Guía de práctica N° 3 54

(15)

1

RESUMEN

El desarrollo de este proyecto de hidráulica sirvió para confirmar la teoría con la práctica, y determinar los parámetros de algunos componentes hidráulicos del sistema, como por ejemplo: presiones, fuerzas, caudales y velocidades, en función de la unidad de abastecimiento que se disponía, la presión máxima de servicio que otorgaba esta unidad hidráulica era de 6 Mpa, debido a ello se dispuso de una gama muy amplia de elementos hidráulicos que podían trabajar con esa presión, ya que en su mayoría están diseñados para soportar presiones más elevadas, como por ejemplo las mangueras y los acoples que soportan una presión de hasta los 22 Mpa, ya con estos elementos se realizaron cálculos y se obtuvo los siguientes resultados más relevantes: la fuerza de extensión máxima de los cilindros de simple y doble efecto es de 10945 [N] es decir que cada uno podría levantar una carga de hasta 1100 Kg lo que equivale al peso de un auto pequeño, y en retracción el cilindro de doble efecto genera una fuerza máxima de hasta 6670 [N] lo que funcionaria para levantar una carga de hasta 660 Kg, el caudal real que necesita cada cilindro para poder realizar una carrera es de mínimo 4 l/min, precisamente el proporcionado por la unidad hidráulica disponible, además en este equipo se

pueden controlar parámetros de presión, caudal, monitorear

permanentemente tres presiones al mismo tiempo, regular los tiempos de salida y retracción de los cilindros, simular sistemas que permiten mantener cargas suspendidas sin pérdidas de presión, y también controlar simultáneamente hasta dos sistemas totalmente independientes, conectados en paralelo, y un tercero que comanda la señal piloto del desbloqueo de una válvula antiretorno.

(16)

ABSTRACT

The development of this hydraulic project allow to confirm the theory within the practice, to determine the parameters of some hydraulic components of the system, such as: pressures, forces, flows and speeds, it depending on the unit of supply that was available, The maximum service pressure provided by this hydraulic unit was 6 MPa, due to it a very wide range of hydraulic elements were available that could work with that pressure, since mostly designed to withstand higher pressures, such as hoses and couplings which withstand a pressure of up to 22 MPa, and with these elements calculations were performed and the following most relevant results were obtained: the maximum extension force of the single and double acting cylinders is 10945 [N] ie each could lift a load of up to 1100 kg which equivalents the weight of a small car, and in retraction the double acting cylinder generates a maximum force of up to 6670 [N] which would work to lift a load of up to 660 kg, the real flow required by each cylinder in order to perform a stroke is at least 4 l/min, precisely the one provided by the available hydraulic unit, also in this equipment can be controlled pressure parameters, flow rate, permanently monitor three pressures at the same time, regulate the times of output and retraction of the cylinders, simulate systems that allow to maintain suspended loads without loss of pressure, and also simultaneously control up to two totally independent systems, connected in parallel, and a third one that commands the pilot signal of the unlocking a non-return valve.

(17)

(18)

1. INTRODUCCIÓN

Gracias al gran avance científico y tecnológico que han tenido hoy en día todas las industrias al implementar la automatización, es indispensable para cualquier estudiante de una Ingeniería técnica, aprender y entender sobre los principios y aplicaciones reales que posee la hidráulica, pero el problema es que muchas de las veces ese conocimiento se queda a medias debido a que no se enseña la parte práctica de esta ciencia, ya que en la mayoría de laboratorios no existe un equipo adecuado en el cual los estudiantes puedan aplicar los conocimientos teóricos en la práctica, es ahí cuando el docente se ve en la difícil tarea de ingeniárselas para transmitir esos principios y conceptos a una aplicación real utilizando métodos rudimentarios, entonces es por este motivo que se hace totalmente indispensable la implementación de un banco de pruebas hidráulicas en un laboratorio de mecánica de fluidos, para que se le facilite el trabajo al docente y para que los estudiantes puedan alcanzar ese nivel óptimo en sus conocimientos al poder armar sus propios sistemas hidráulicos reales, en el equipo más adecuado, diseñado y construido especialmente para ese aprendizaje. Entonces para empezar a desarrollar este proyecto como principal objetivo se plantea el siguiente, diseñar y construir un banco de pruebas hidráulicas para un laboratorio de mecánica de fluidos, para ello primero se debe de, determinar los fundamentos de la hidráulica y las aplicaciones que pueden tener en un banco de pruebas, identificar los diferentes elementos mecánicos e hidráulicos que incluirán en el sistema para un funcionamiento seguro y confiable, diseñar y seleccionar los sistemas mecánico e hidráulico que incluirá este proyecto con la ayuda de cálculos y programas de simulación informáticos, y elaborar las guías de prácticas, para normar los diferentes sistemas hidráulicos que se vayan a desarrollar en el banco de pruebas.

(19)

4 diferencia de el peso que es la fuerza con la que el fluido es atraído hacia el centro de la Tierra a consecuencia de la gravedad.

La densidad es la cantidad de masa que posee una sustancia por cada unidad de volúmen. “Su magnitud depende del número de moléculas de agua que ocupan el espacio en una unidad de volúmen” (Simon, 1992), y se la puede expresar de la siguiente forma matemática, ecuación 1.

ρ = [1]

Donde:

ρ: densidad del fluido

m: masa

V: volúmen

Densidad del agua = 1 Kg/

El peso específico es la cantidad de peso W por cada unidad de volúmen de una sustancia, y se lo expresa de la siguiente forma matemática, ecuación 2.

Υ= W_V [2]

Donde:

Υ: Peso específico

W: Peso

V: Volúmen

La viscosidad es la facilidad con la que un fluido fluye a través de un conducto, los que tienen una mayor resistencia a fluir poseen una viscosidad relativamente alta, y los que fluyen con facilidad en su defecto poseen una resistencia relativamente baja.

La presión es la relación entre la fuerza y la superficie sobre la que dicha presión actúa, su representación matemática es de la siguiente forma, ecuación 3.

P = [3]

Donde:

P: Presión

F: Fuerza

(20)

Posee la siguientes características:

 Actúa de manera uniforme en todas las direcciones sobre un cuerpo pequeño sumergido en un fluido”.

 La presión actúa de forma perpendicular a las paredes de fluido confinado en un recipiente sólido.

Para saber la fuerza que se aplica, se pueden utilizar la siguiente unidad de presión;

 Sistema Internacional: 1 N/ = 1 Pa

“La Hidráulica significa la creación de fuerzas y movimientos mediante fluidos sometidos a presión. Estos fluidos son el medio para la transmisión de la energía” (Valencia Méndez, 2005), se los puede estudiar tanto en reposo como en movimiento, en la hidrostática el fluido no es sometido a ninguna aceleración, esto quiere decir que no existen movimientos ni de rotación, ni de traslación de las partículas, encambio en la hidrodinámica las partículas del fluido se encuentran en movimiento, y si estas partículas se mueven esto quiere decir que adquieren aceleraión, velocidad, rotación y algunos otros fenómenos que se asocian a un fluido en movimiento, en ambos casos se aplican ciertos principios que es importante tomar en cuenta como por ejemplo, el principio de Pascal que dice que al aplicarle una fuerza a un fluido confinado en un recipiente, la presión dentro de este se transmitira con igual intensidad y de forma perpendicular a cualquier punto de las paredes del recipiente, encambio para un fluido en movimiento el caudal es la cantidad de fluido que pasa a través de la sección de un conducto en un tiempo determinado, su expresión matemática es de la siguiente forma, ecuación 4.

= ∗ [4]

Donde:

: Caudal

: Área

: Velocidad

(21)

6 hidráulica es utilizada por los elementos de trabajo para transformarla en energía mecánica; dentro de sus posibles aplicaciones existen las siguientes:

 Todo tipo de máquinas de producción y montaje

 Vías de transporte

 Equipos de elevación y transporte

 Prensas

 Máquinas para moldear por inyección

 Laminadoras

 Elevadores

 Máquinas para la construcción

 Volquetas, palas mecánicas, plataformas de carga

 Sistemas de elevación y transporte

 Máquinas para la agricultura

Dentro de sus principales características se encuentran las siguientes:

 Sensibles a las oscilaciones de temperatura, peligro de incendio en caso de fugas

 Resistente a sobre cargas si el sistema tiene presiones elevadas de hasta 600 bar, es posible generar fuerzas muy grandes de hasta unos 3000 KN

 Rigidez buena ya que el aceite no se comprime, y niveles de presión muy altos

 Sistemas muy exactos de hasta aproximadamente unos 0.001 milésimas de milímetro de margen de error, dependiendo de la sofisticación del sistema

 Altos costos por consumo de energía (dependiendo de la potencia del sistema oleohidráulico)

 Muy rápido en el transporte de energía oleohidráulica

Dentro de sus ventajas se tienen las siguientes:

 Posicionamiento exacto

 Arranque desde cero con carga máxima

 Trabajos y conmutaciones suaves

 Condiciones térmicas favorables

 Buenas características de mando y regulación

 Movimientos homogéneos e independientes de la carga, ya que los fluidos apenas se comprimen y porque pueden utilizarse válvulas reguladoras.

 Transmisión de fuerzas considerables con elementos de pequeñas dimensiones, lo que se traduce en un elevado rendimiento

(22)

 Dependencia de la temperatura (cambios en la viscosidad)

 Sensibilidad a la suciedad

 Contaminación del entorno por fugas de aceite (peligro de incendio y accidentes)

 Grado limitado de eficiencia

 Peligro ocasionado por las altas presiones (chorros cortantes)

El aceite es el encargado de transmitir la energía oleohidráulica a los diferentes componentes del sistema, dentro de sus principales funciones se encuentran las siguientes:

 Proteger a los diferentes componentes del sistema contra la oxidación y corrosión

 Transmitir la energía a los elementos de trabajo del sistema.

 Disipar el calor de los componentes.

 Lubricar partes móviles del sistema

Un fluido posee dos propiedades muy importantes, régimen laminar y régimen turbulento, las cuales describen la forma de la trayectoria de las partículas en relación a las paredes del conducto.

 Régimen laminar: es la velocidad máxima a la que el fluido puede viajar antes de que sus partículas dejen de describir una trayectoria lineal y paralelas a las paredes de las tuberías.

 Régimen turbulento: es cuando el fluido sobrepasó la velocidad máxima de régimen laminar o también llamada velocidad crítica y sus capaz y partículas empiezan a entremezclarse, las trayectorias se complican, dando lugar a la aparición de remolinos.

El tipo de flujo se puede preveer si es laminar o turbulento aplicando la siguiente fórmula, ecuación 5.

= ∗ ∗ [5]

Donde:

: Número de Reynolds

: Densidad del fluido (Kg/ )

(23)

8 El fluído será laminar si el número de Reynolds es aproximadamente menor de 2000 y turbulento si se sobrepasa los 3000, si el número de Reynolds se encuentra entre estos dos valores el fluido variará entre laminar y turbulento.

Los elementos generadores de energía en un sistema oleohidráulico son aquellos encargados de generar la potencia necesaria, para transmitir el fluido a través de todo el sistema, en el caso de la hidráulica esta energía la genera una bomba, ya sea accionada a través de un motor eléctrico o de un motor de combustión interna.

La unidad de abastecimiento hidráulica como se observa en la figura 1, se encarga de almacenar, presurizar, distribuir y acondicionar al fluido hidráulico del sistema. Sus principales componentes son, un motor el cual puede ser eléctrico monofásico o trifásico, o también de combustión interna, acoplado a una bomba, un depósito para almacenar el fluido oleohidráulico, filtros, un manómetro para monitorear la presión en la unidad, un distribuidor hidráuilco en algunos casos, el tanque de almacenamiento, y una válvula limitadora de presión.

Figura 1.Unidad de abastecimiento hidráulica con motor vertical y de bomba sumergida, con su respectiva simbología normalizada

(Aragón, Canales, & León, 2014)

(24)

desplaza hasta su límite móvil, la presión que se genera en la bomba dependerá de la oposición que le genera la carga, cuando el desplazmiento de un actuador llega a su límite y ya no hay más cavida para más fluido en su interior, no importa la bomba siempre intentará generar la presión necesaria para inyectar más fluido, lo cual podría generar daños en el sistema y hasta un potencial riesgo para los operadores, es por eso que los sistemas de potencia hidráulica están provistos de válvulas de seguridad, como por ejemplo una válvula de alivio y descarga que crea un bypass para que ese exceso de presión retorne al tanque de la unidad sin inconvenientes, a diferencia de una válvula reductora de presión con la cual es posible alimentar un actuador a una presión menor a la que otorga la bomba de la unidad.

(25)

(26)

2. METODOLOGÍA

Para el desarrollo y ejecución de este proyecto se utilizo una metodología experimental, la cual consiste en demostrar que la modificación de una variable independiente, ocasiona un cambio predecible en otra variable dependiente, es decir que al realizar pruebas/error con este método, se sabe con total certeza el efecto que tiene una causa en una prueba, entregando como resultado información, que pueden ser, las características propias del diseño del sistema, la recopilación, confirmación o eliminación de datos, y el descarte de diseños previos a las pruebas.

A continuación se describe el proceso de ejecución del proyecto.

Se analizó y determinó las características generales del sistema.

Se determinó la unidad de abastecimiento hidráulica, comparando las características técnicas de lo que ofrecía el mercado vs a la que se requiere en un laboratorio, tomando en cuenta que la presión sugerida que debe de tener una unidad de abastecimiento hidráulica en un laboratorio, puede llegar a ser de hasta los 6 MPa y un caudal de hasta 4 l/min.

Se realizó los cálculos para diseñar sistemas hidráulicos.

Como en este caso el banco de pruebas es para una aplicación netamente didáctica, no se va a desplazar ni levantar ningún tipo de carga, sin embargo se realizó algunos cálculos para el diseño de sistemas hidráulicos, como por ejemplo se calculó las fuerzas de extensión y retracción de los cilindros con las siguientes fórmulas, ecuaciones 6, y 7, en función de la presión máxima a la que va a trabajar el sistema.

= ∗ ∗₄2∗ 0.9 [6]

= ∗ ∗( )∗ 0.9 [7]

Donde:

: Fuerza de extensión del émbolo [N] : Fuerza de retracción del émbolo [N]

: Presión de trabajo [MPa]

: Diámetro interior del cilindro [mm]

: Diámetro del vástago [mm]

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11 Se calculó la presión que ejerce el vástago de los cilindros en una carrera sobre una superficie, con la ecuación 8.

P = [8]

A continuación con las ecuaciones 9, y 10 se calculó la velocidad del fluido, y el caudal que flúye a través de una maguera en 1 minuto respectivamente.

= ∗ ∗_{∗ ´ ∗} [9] Donde:

: Velocidad del fluido hidráulico dentro de una manguera de diámetro interior “d” [m/s]

: Caudal de fluido hidráulico proporcionado por la bomba [l/s]

´ : Diámetro interior de una tubería “d” [mm]

´ = ∗ ∗ ∗ [10]

Donde:

´: Caudal de fluido hidráulico que flúye a través de una manguera en 1 min [l/min]

: Velocidad efectiva del fluido hidráulico dentro de una tubería de diámetro interior “d” [mm/s]

También se calculó la velocidad de salida del vástago, y los caudales necesarios y reales de cada cilindro para realizar una carrera en un tiempo determinado, con las siguientes, ecuaciones 11, 12 y 13.

= [11]

= ∗ [12]

= [13]

Donde:

(28)

: Tiempo que tarda el vástago en terminar una carrera (varía en función del caudal)

: Caudal mínimo necesario para realizar una carrera en función de la velocidad de desplazamiento del cilindro [l/min]

: Superficie del cilindro [ ]

: Caudal real mínimo necesario para realizar una carrera en función de la velocidad de desplazamiento del cilindro [l/min]

: Rendimiento volumétrico del 0.95 (se toma en cuenta fugas)

Se determinó los elementos hidráulicos de los que debía componerse el banco de pruebas.

Se diseñó el banco de soporte.

(29)

(30)

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1. ANÁLISIS Y DETERMINACIÓN DE LAS

CARACTERÍSTIC-AS GENERALES DEL SISTEMA

.

Para saber de los pros y contras de trabajar con este tipo de sistemas hidráulicos primero se realizó una comparación con los sistemas neumáticos, que se estudian previamente, como se observa a continuación en la tabla 1,

Tabla 1.Características de los sistemas oleohidráulicos en comparación de los sistemas neumáticos

Sistemas

oleohidráulicos

Sistemas neumáticos

Movimiento lineal

Sencillo con cilindros, fácil regulación de la velocidad, fuerzas muy grandes

Sencillo con cilindros, fuerzas limitadas, velocidades muy dependientes de las cargas

Exactitud de

posicionamiento

Dependiendo de la sofisticación del sistema es posible alcazar exactitudes de aprox. 0.001 milésimas de mm

Sin cambios de cargas, exactitud posible de hasta 0.1 décimas de mm

Influencias del entorno

Sensible a las oscilaciones de temperatura, peligro de incendio en caso de fugas

No produce explosiones ya que es insensible a las temperaturas

Fugas

Puede producir contaminación

A parte de la pérdida de energía no tiene ninguna desventaja

Rigidez

Como el aceite no se comprime se puede trabajar a presiones muy elevadas

(31)

14

Tabla 1.Características de los sistemas oleohidráulicos en comparación de los sistemas neumáticos. (Continuación)

Velocidad de trabajo Desde los 0.5 m/s Desde los 1.5 m/s

Fuerzas

Resistente a sobrecargas, si el sistema tiene presiones de hasta 60 Mpa, es posible generar fuerzas muy grandes de hasta F = 3000 KN

Resistente a sobrecargas, limitación de las fuerzas por la presión del aire y el diámetro de los cilindros F aprox = 30 KN hasta 0.6 Mpa

Movimiento rotativo

Sencillo, par de giro elevado, revoluciones bajas

Sencillo, bajo rendimiento, revoluciones elevadas

Transporte de energía

Hasta 100 m, de velocidad de flujo v = 2 a 6 m/s. Velocidad de la transmisión de señales hasta 1000 m/s

Hasta 1000 m velocidad de flujo v = de 20 a 40 m/s. Velocidad de la transmisión de señales de 20 a 40 m/s

Acululación de energía

Dentro de ciertos límites recurriendo a gases

Fácil

(Valencia Méndez, 2005)

3.2. DETERMINACIÓN DE LA UNIDAD DE ABASTECIMIENTO

HIDRÁULICA.

Primero se comparó las características técnicas de la unidad que ofrecía el mercado vs a las que se requiere en un laboratorio, obsérvense las tablas 2, y 3 y la figura 2.

Tabla 2.Comparación entre la unidad de abastecimiento hidráulica requerida, y la de un almacén de hidráulica.

Unidad requerida Almacen de hidráulica

Motor eléctrico 110 V AC 12 V DC

Tanque 30 L 12 L

Presión máxima de la

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Tabla 2.Comparación entre la unidad de abastecimiento hidráulica requerida, y la de un almacén de hidráulica. (Continución)

Presión de operación 6 MPa > 10 Mpa

Caudal 4 l/min 3 l/min aprox

Potencia 1.8 Kw 1.5 Kw

N° de revoluciones

motor eléctrico 1540 rpm 1280 rpm

Tabla 3.Características de la unidad de abastecimiento que se va a utilizar.

Figura 2.Unidad de abastecimiento hidráulica requerida marca “Chungpa”.

Características

Marca Chungpa

País de Origen Korea del Sur

Motor eléctrico 110 V AC

Capacidad del tanque 30 L

Presión máxima 6 MPa

Presión de operación 1 - 6 MPa

Caudal 4 l/min

Potencia 1.8 Kw

N° de revoluciones

(33)

16

3.3. DISEÑO DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS.

Realizando simulaciones en el programa informático “FluidSIM® hidráulica 4.2”, se selecciono los elementos hidráulicos del sistema, en función de los resultados arrojados por el simulador, como se muestra a continuación en la tabla 4, para ello se tomó en cuenta la presión y caudal antes establecidos por la unidad de abastecimiento y también las dimensiones de los cilindros más pequeños que ofrecía el mercado.

Tabla 4.Resultados arrojados por el programa informático“FluidSIM® hidráulica 4.2”

Parámetros y resultados

Presión Caudal Resultados

Cilindros

Se establece una resistencia hidráulica para todos los elementos de 0.02 Mpa/(l/min)^2 *Vel ext (m/s) Vel rtcc (m/s) **Fuerza max Ext [N] Tiempo ext (s) Tiempo rtcc (s) Simple efecto Dimensiones:

De = 50.80 mm Dv = 31.75 mm Cv = 337.0 mm

A 6 MPa Al 100% 0.03 - 12150 10.301 -A 5 MPa Al 75% 0.03 - 10170 10.315 -A 4 MPa Al 50% 0.03 - 8140 10.353 -A 3 MPa Al 25% 0.02 - 6070 13.846 -A 2 MPa Al 15% 0.01 - 4040 27.702 -A 1 Mpa Al 10% 0.006 - 1930 58.452

-Doble efecto

Dimensiones:

De = 50.80 mm Dv = 31.75 mm Cv = 101.6 mm

A 6 MPa Al 100% 0.03 0.05 12150 3.112 1.941

A 5 MPa Al 75% 0.03 0.05 10170 3.117 1.945 A 4 MPa Al 50% 0.03 0.05 8140 3.130 1.998 A 3 MPa Al 25% 0.02 0.04 6070 4.188 2.842 A 2 Mpa Al 15% 0.01 0.02 4040 8.314 5.338 A 1 MPa Al 10% 0.006 0.009 1930 17.387 10.863

*La velocidad máxima que pueden desarrollar los cilindros es en posició horizontal a 0°.

**La fuerza máxima que pueden desarrollar los cilindros es en posición horizontal a 0°.

(34)

determinada, entonces se selecciono los cilindros de las siguientes características para el sistema, obsérvese la tabla 5.

Tabla 5.Dimensiones y superficies de los cilindros del sistema.

Cilindro de Simple

efecto

Cilindro de Doble

efecto

Diámetro del émbolo

[mm] 50.80 50.80

Diámetro del vástago

[mm] 31.75 31.75

Superficie anular del

émbolo [ ] N/A 1235.1

Carrera del vástago

[mm] 337 101.6

Superficie del émbolo

[ ] 2026.83 2026.83

3.4. CÁLCULOS PARA DISEÑAR SISTEMAS HIDRÁULICOS.

3.4.1. CÁLCULO DE LA FUERZA MÁXIMA DE EXTENSIÓN DEL VÁSTAGO PARA EL CILINDRO DE SIMPLE EFECTO A 6 [MPA].

Para este cálculo se aplica la ecuación 14, a continuación a ello en la figura 3 se observa la fuerza que desarrolla el cilindro en función de la presión regulada.

= ∗ ∗ ∗ 0.9 [14]

= 6 [ ] ∗ ∗ (50.80 [₄ ]) ∗ 0.9

= 10944.88[ ]

Donde:

: Fuerza de extensión del émbolo [N]

(35)

18 Figura 3.Fuerza que desarrolla el cilindro de simple efecto en función de la presión que entrega el

sistema.

3.4.2. CÁLCULO DE LA PRESIÓN QUE EJERCE EL VÁSTAGO DEL CILINDRO DE SIMPLE EFECTO.

Para este cálculo se aplica la ecuación 15, tomando como consideración que la presión del fluido que lo alimenta es de 2.5 Mpa, y que el cálculo es de la presión que ejerce el vástago del cilindro sobre una superficie.

P = [15]

P = _{π ∗ (0.025[ ])}4560.4 [N]

P = 2,322.592.7 [Pa]

Donde:

P: Presión de fluido que alimenta al cilindro

F: Fuerza que desarrolla el cilindro a esa presión

A: Área del vástago

(36)

Para este cálculo se aplica la ecuación 16, a continuación a ello en la figura 4 se observa la fuerza que desarrolla el cilindro en función de la presión que entrega el sistema.

= ∗ ∗ ∗ 0.9 [16]

= 6 [ ] ∗ ∗ (50.80 [₄ ]) ∗ 0.9

= 10944.88[ ]

Donde:

: Fuerza de extensión del émbolo [N]

0.9: Coeficiente de rozamiento de sellos, juntas y partes móviles del cilindro

Figura 4.Fuerza que desarrolla el cilindro de doble efecto en función de la presión que entrega el sistema.

3.4.4. CÁLCULO DE LA PRESIÓN QUE EJERCE EL VÁSTAGO DEL CILINDRO DE DOBLE EFECTO.

(37)

20

P = [17]

P = _{π ∗ (0.025[ ])}4560.4 [N]

P = 2,322.592.7 [Pa]

Donde:

P: Presión de fluido que alimenta al cilindro

F: Fuerza que desarrolla el cilindro a esa presión

A: Área del vástago

3.4.5. CÁLCULO DE LA FUERZA MÁXIMA DE RETRACCIÓN PARA EL CILINDRO DE DOBLE EFECTO A 6 [MPA].

Para este cálculo se aplica la ecuación 18, a continuación a ello en la figura 5 se observa la fuerza que desarrolla el cilindro en función de la presión que entrega el sistema.

= ∗ ∗( ₄2− 2)∗ 0.9 [18]

= 6 [ ] ∗ ∗ {(50.80 [ ]) − (31.75 [₄ ]) )}∗ 0.9

= 6669.54 [ ]

Donde:

: Fuerza de retracción del émbolo [N]

: Diámetro del vástago [mm]

0.9: Coeficiente de rozamiento de sellos, juntas y partes móviles del cilindro

(38)

Figura 5.Fuerza que desarrolla el cilindro de doble efecto en retracción en función de la presión que entrega el sistema.

3.4.6. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL FLUIDO.

Para este cálculo se aplica la ecuación 19, y es la velocidad que fluye a través de una manguera.

= ∗ ∗_{∗ ´ ∗} [19]

= 4 ∗ (0.066 ) ∗

10

2

∗ (6.39 [ ]) ∗ 6

= 0.31 /

Donde:

: Velocidad del fluido hidráulico dentro de una tubería de diámetro interior “d” [m/s]

: Caudal de fluido hidráulico proporcionado por la bomba [l/s]

´ : Diámetro interior de una tubería “d” [mm]

3.4.7. CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CAUDAL

.

(39)

22

´ = ∗ ∗ ∗ [20]

´ = ∗ (6.39 [₄ ]) ∗ 311.82 [ ] ∗₁₀₀₀60

´ = 600 /

Donde:

´: Caudal de fluido hidráulico que flúye a través de una manguera en 1 min [l/min]

: Velocidad efectiva del fluido hidráulico dentro de una tubería de diámetro interior “d” [mm/s]

3.4.8. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE EXTENSIÓN DEL CILINDRO DE SIMPLE EFECTO.

Para este cálculo se aplica la ecuación 21. Los tiempos que se toman como referencia para las velocidades de salida y retracción de los vástagos, son los que se demora cada cilindro en las simulaciónes del programa informático FluidSIM, con el valor de presión de 6 Mpa, caudal de 4 l/min.

= [21]

= 0.337 [ ]_{10.3 [ ]}

= 0.032 /

Donde:

: Velocidad de salida del vástago [m/s] : Longitud de carrera del vástago [m]

3.4.9. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE EXTENSIÓN DEL CILINDRO DE DOBLE EFECTO.

(40)

= [22]

= 0.102 [ ]_{3.1 [ ]}

= 0.032 /

Donde:

3.4.10. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE RETRACCIÓN DEL CILINDRO DE DOBLE EFECTO.

Para este cálculo se aplica la ecuación 23. Los tiempos que se toman como referencia para las velocidades de salida y retracción de los vástagos, son los que se demora cada cilindro en las simulaciónes del programa informático FluidSIM, con el valor de presión de 6 Mpa, caudal de 4 l/min.

= [23]

= 0._{2.1 [ ]}102[ ]

= 0.05 /

Donde:

3.4.11. CÁLCULO DEL CAUDAL MÍNIMO NECESARIO PARA EL CILINDRO DE SIMPLE EFECTO.

Para este cálculo se aplica la ecuación 24, en función de la velocidad de desplazamiento del vástago del cilindro.

(41)

24

=20.27 [ ₁₀₀₀] ∗ 3.2[ ]∗ 60

= 3.9 /

Donde:

: Velocidad de salida del vástago [m/s]

A continuación en la figura 6 se observa los caudales mínimos necesarios que necesita el cilindro, en función de la velocidad a la que se desea que se desplace por ejemplo, para que el cilindro se extienda a 3.2 cm/s se requiere de un caudal mínimo de 3.9 l/min, o si se requiere de un desplazamiento más lento como de 0.6 cm/s se necesita de un caudal mínimo de 0.8 l/min. Es decir que la velocidad de desplazamiento del cilindro es directamente proporcional al caudal suministrado.

Figura 6.Caudales mínimos necesarios que necesita el cilindro, en función de la velocidad a la que se desea que se desplace.

3.4.12 CÁLCULO DEL CAUDAL MÍNIMO NECESARIO PARA EL CILINDRO DE DOBLE EFECTO.

(42)

=₁₀₀₀∗ ∗ 60 [25]

=20.27 [ ₁₀₀₀] ∗ 3.2[ ]∗ 60

= 3.9 /

Donde:

A continuación en la figura 7 se observa los caudales mínimos necesarios que necesita el cilindro, en función de la velocidad a la que se desea que se desplace por ejemplo, para que el cilindro se extienda a 3.2 cm/s se requiere de un caudal mínimo de 3.9 l/min, o si se requiere de un desplazamiento más lento como de 1.9 cm/s se necesita de un caudal mínimo de 2.3 l/min. Es decir que la velocidad de desplazamiento del cilindro es directamente proporcional al caudal suministrado.

Figura 7.Caudales mínimos necesarios que necesita el cilindro para realizar una carrera en extensión, en función de la velocidad a la que se desea que se desplace.

(43)

26 Para este cálculo se aplica la ecuación 26, en función de la velocidad de desplazamiento en retracción del vástago del cilindro.

=

₁₀₀₀∗ ∗ 60 [26]

= 12.35 [₁₀₀₀] ∗ 5[ ]∗ 60

= 3.7 /

Donde:

A continuación en la figura 8 se observa los caudales mínimos necesarios que necesita el cilindro, en función de la velocidad a la que se desea que se desplace por ejemplo, para que el cilindro se retraiga a 5 cm/s se requiere de un caudal mínimo de 3.7 l/min, o si se requiere de un desplazamiento más lento como de 4 cm/s se necesita de un caudal mínimo de 3 l/min. Es decir que la velocidad de desplazamiento del cilindro es directamente proporcional al caudal suministrado.

(44)

3.4.14. CÁLCULO DEL CAUDAL REAL MÍNIMO NECESARIO PARA EL CILINDRO DE SIMPLE EFECTO.

Para este cálculo se aplica la ecuación 27, en función de la velocidad de desplazamiento del vástago del cilindro, se consideran fugas.

= [27]

= 3.9 [_0.95 ]

= 4.1 /

Donde:

3.4.15. CÁLCULO DEL CAUDAL REAL MÍNIMO PARA EL CILINDRO DE DOBLE EFECTO.

Para este cálculo se aplica la ecuación 28, en función de la velocidad de desplazamiento del vástago del cilindro, se consideran fugas.

= [28]

= 3.9 [_0.95 ]

= 4.1 /

Donde:

(45)

28 Para este cálculo se aplica la ecuación 29, en función de la velocidad de desplazamiento en retracción del vástago del cilindro, se consideran fugas.

= [29]

= 3.7 [_0.95 ]

= 3.9 /

Donde:

3.5. DESCRIPCIÓN

DE

TODOS

LOS

ELEMENTOS

HIDRÁULICOS DEL BANCO DE PRUEBAS.

Una vez realizados todos los cálculos de diseño para sistemas hidráulicos, a continuación se justifica la implementación, y se detallan las características de cada elemento hidráulico que se implemento en el banco de pruebas, como se observa en la tabla 6 .

Tabla 6.Descripción de cada elemento que contiene el banco de pruebas

Nombre del elemento y

justificación

Fotografía Características

1. Distribuidores

hidráulicos.

Se los fabricó de 5 tomas tanto al de presión como al de tanque, para poder trabajar con varios sistemas al mismo tiempo.

(46)

Tabla 6.Descripción de cada elemento que contiene el banco de pruebas. (Continuación)

2. Mangueras.

Se escojió las de 6.39 mm de diámetro interno debido a que el caudal suministrado por la unidad es apenas de 4 l/min y por ende es la medida más adecuada ya que no se necesita de grandes presiones ni caudales.

Poseen un diámetro interior de 6.39 mm, y soportan una presión y caudales máximos de 22 Mpa y 15 l/min respectivamente.

3. Válvula reguladora

de presión.

En todo sistema hidráulico se necesita regular presión y esta válvula se encuentra dentro del rango de regulación para la presión que suministra la unidad.

Posee una gama para regular presión desde los 0.5 hasta los 9.5 Mpa

4. Válvulas reguladoras

de caudal.

También se requiere de estas válvulas para regular la cantidad de fluido que ingresa a cada cilindro.

(47)

30

.Tabla 6.Descripción de cada elemento que contiene el banco de pruebas (Continuación)

5. Válvula antiretorno

desbloqueable.

Requerida para poder armar sistemas con bloqueo a los cilindros, su desbloqueo funciona con la presión suministrada por la unidad.

Impide que el fluido retorne en la dirección contraria bloqueado de esta forma al cilindro, sin embargo posee un desbloqueo pilotado para ese antiretonro.

6. Válvula 4/3 simple

centro Tándem.

Como en todo sistema hidráulico se requiere de mínimo una válvula que controle y direccione el fluido, se eligió esta, ya que es la más común y fácil de usar debido a su acionamiento 100 % mecánico.

Direcciona el flujo de presión y tanque, es accionada por palanca, tiene 4 vías y tres posiciones.

7. Manómetros de

presión.

Utilizados para monitorear la presión del sistema, se escojió esa escala en función de la presión suministrada por la unidad de abastecimiento.

(48)

Tabla 6.Descripción de cada elemento que contiene banco de pruebas. (Continuación)

8. Válvula 4/3 doble

centro Tándem.

Como en todo sistema hidráulico se requiere de mínimo una válvula que controle y direccione el fluido, se eligió esta ya que puede controlar dos actuadores al mismo tiempo y su accionamiento es 100 % mecánico.

Direcciona el flujo de presión y tanque, son accionadas por palanca, tienen 4 vías y tres posiciones para cada válvula.

9. h 1:2.

Utilizada para poder conectar dos mangueras a una misma entrada de una misma válvula.

Posee un acople rápido hembra y dos machos de ¼´ c/u.

10. Cilindro de simple

efecto.

Soporta una presión de hasta 30 Mpa y puede realizar una carerra normalmente con el caudal suministrado por la unidad de abastecimiento como se desmotró en los cálculos anteriormente

(49)

32 Tabla 6.Descripción de cada elemento que contiene banco de pruebas. (Continuación)

11. Cilindro de doble

efecto.

Soporta un presión de hasta 17 Mpa y puede realizar una carerra en avance y en retracción normalmente con el caudal suministrado por la unidad de abastecimeinto, como se demostró en los cálculos anteriormente.

La retracción de su vástago es generada gracias a la presión que ingresa por ambos lados del pistón.

3.6. DISEÑO DEL BANCO DE SOPORTE.

Para determinar el diseño del banco de pruebas primero se visitaron dos laboratorios de hidráulica, el primero fue el de la Universidad Tecnológica Equinoccial y el segundo el de el Instituto Tecnológico Superior Central Técnico, como se muestra en las figuras 9, y 10.

(50)

Figura 10.Banco de pruebas hidráulicas del laboratorio del Instituto Tecnológico Superior Central Técnico.

Entonces en base a lo observado en los dos laboratorios antes mencionados se obtúvo el siguiente resultado, obsérvese la tabla 7 y la figura 11, en donde se determinó el material, el soporte y los elementos de fijación de la estructura del banco de pruebas, en base al peso y tamaño de los elementos hidráulicos.

Tabla 7.Materiales y características para armar la estructura del banco de pruebas.

Material Características

*Panel de aluminio y polietileno “alucubond”

Medidas de 1450 x 900 x 4 mm

Bastidor de tubos de aluminio natural

Tubo cuadrado de 31.31 mm

Mesa de aglomerado Medidas de 1650 x 550 x 15 mm

Cajonera de acero 710 x 540 x 420 mm Tornillos de acero

inoxidable CR 3/16 x 2”

28 tornillos con tuercas y arandelas de presión c/u

Tornillos de acero inoxidable CR 3/16 x 2 ½

7 tornillos con tuercas y arandelas de presión c/u

Colector de aceite de tool 1530 mm x 130 mm x 30 mm

(51)

34 Figura 11.Estructura del Banco de Pruebas.

3.6.1 * EL PANEL DE ALUMINIO Y POLIETILENO

“Es un panel compuesto por láminas de aluminio A1 Mg1 y un núcleo central de polietileno, por lo general se lo utiliza en revestimientos, fachadas ventiladas, decoración, cerramientos, etc. Se lo fabrica en espesores de 3, 4 y 6 mm. El acabado puede ser termolacado PVDF, anodizado o bruto de laminación” (Bosch González, Giró, & Muñoz, 2002). A continuación en la tabla 8 se enuncian las características del panel de 4 mm de espesor.

Tabla 8.Características técnicas del panel de “Alucubond” con espesor de 4 mm.

Característica Detalle

Peso 5.5 kg/

Resistencia a la tracción de la lámina

de A1 Mg 1 ≥ 130 N/

Módulo elástico 70.000 N/

Rigidez 0.240 KN /m

Comportamiento al fuego M1 /(UNE 23727-90) Resistencia a presión según DIN 53

421

33 N/ para deformarse el 5 % 66.5 N/ para deformase el 10% Aislamiento acústico según DIN 41 09

(100-3.200 Hz)

25 (medida de pérdida R de transmisión de sonido en db)

(Bosch González, Giró, & Muñoz, 2002)

3.6.2 MONTAJE Y ETIQUETADO.

(52)

Figura 12.Montaje de elementos hidráulicos en el banco de pruebas.

3.7. ETIQUETADO CON COLORES A MANGUERAS.

Para facilitar la identificación de la longitud de cada manguera se etiqueto a cada grupo por longitud, con colores como se observa en la tabla 9.

Tabla 9.Longitudes de mangueras identificadas por colores.

COLOR LONGITUD

ROJO 790 mm

AMARILLO 890 mm

VERDE 1290 mm

(53)

(54)

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1. CONCLUSIONES

Se diseñó y construyó el banco de pruebas hidráulicas, y además se implementó el mismo en el laboratorio de mecánica de fluidos de la universidad.

Se determinó y se obtuvo un conocimiento más amplio de los fundamentos de la hidráulica y también de cómo se los aplica en una máquina controlada hidráulicamente.

Se realizaron los respectivos cálculos para determinar los elementos mecánicos e hidráulicos, a consecuencia de ello se estableció que la presión máxima de servicio no puede llegar a ser de más de 6 Mpa siendo así una presión extremadamente segura ya que los elementos utilizados están diseñados para trabajar hasta el triple de esa presión.

Se diseñó los diferentes sistemas hidráulicos que se podía llegar a obtener con los componentes antes determinados, en el programa “FluidSIM® hidráulica 4.2”, entregando como resultado hasta 10 posibles conexiones de sistemas que se pueden realizar en el banco de pruebas, gracias a que en este programa informático se pueden ingresar parámetros de presión, caudal, y características propias de cada elemento hidráulico.

(55)

37

4.2. RECOMENDACIONES

Se debería implementar una unidad de abastecimiento que otorgue una presión de servicio de hasta 15 Mpa para aprovechar al máximo los elementos hidráulicos del sistema.

Se puede incluir un Hidromotor al sistema que permita apreciar cómo funcionan este tipo de actuadores rotativos.

(56)

(57)

38

5. BIBLIOGRAFÍA

Mott, R. L., & Untener, J. A. (2015).Mecánica de fluidos(Séptima ed.). México: Pearson.

Aragón, G. G., Canales, P. A., & León, G. A. (2014).Introducción a la Potencia Fluida.México, D.F.: Editorial Reverté, S.A.

inacap.cl. (21 de Octubre de 2014). Obtenido de http://es.slideshare.net

Kabala, M., & Coronado, P. (Noviembre de 2014). Diseño y desarrollo de banco de pruebas hidráulicas a escala piloto. Río Gallegos, Santa Cruz,

Argentina. Obtenido de

http://revistas.unc.edu.ar/index.php/vjornadasredvitec/article/view/10661

Creus, A. (2011).Neumática e Hidráulica. México D.F.: Alfaomega.

Duarte Agudelo, C. A. (2011). Mecánica de Fluidos e Hidráulica. Bogota: Grupo Colecciones- Sección de Catalogación.

González, T., Del Río, G., Tena, J., & Torres, B. (2011). Circuitos de Fluidos. Suspensión y dirección.Editex.

Bernal, C. (2010). Metodología de la investigación administración, economía, humanidades y ciencias sociales.Bogotá D.C.: Pearson Educación.

Almandoz, J., Mongelos, B., & Pellejero, I. (2007). Sistemas neumáticos y oleohidráulicos.San Sebastian.

Valencia Méndez, L. (2005). Hidráulica.Quito.

Bosch González, M., Giró, V., & Muñoz, M. V. (2002). Paramentos. Nuevos Revestimientos.Barcelona: Ediciones UPC.

Robert Rosaler, C. (1998). Manual del Ingeniero de Planta. México, D.F.: McGraw-Hill/Interamericana Editores, S.A. de C.V.

Mott, R. L. (1996). Mecánica de fluidos aplicada. México, D.F.: Prentince-Hall Hispanoamerica, S.A.

Simon, A. L. (1992). Hidráulica Básica. México, D.F: Limusa, S.A. de C.V. Grupo Noriega Editores.

Giles, R. V. (1991). Mecánica de los Fluidos e Hidráulica. México, D.F.: Mc Graw-Hill/Interamericana de México, S.A. de C.V.

(58)

Zambrano Orejuela, J. (s.f.). Física Vectorial Básica 2.Quito: dinalibros.

®, E. (s.f.). http://www.eaton.com/. Obtenido de

http://www.eaton.com/Eaton/ProductsServices/Hydraulics/Valves/index.htm

®, P. R. (s.f.). http://www.pedro-roquet.com. Obtenido de http://www.pedro-roquet.com/es_ES/

®, S. (s.f.). www.stauff.com. Obtenido de

http://www.stauff.com/index.php?id=4339&L=1

e-ducativa.catedu.es. (s.f.). Obtenido de e-ducativa.catedu.es

On, S. (s.f.).

(59)

(60)

6. ANEXOS

Anexo # 1

Lenguaje de símbolos para la interpretación de sistemas hidráulicos

Símbolo Denominación Símbolo Denominación

Tubería de carga rígida Accionamientos a) Mecánico b) Pulsador c) Palanca d) Pedal

Cruce de tuberías con unión

Accionamientos a) Resorte b) Rodillo

c) Bobina eléctrica d) Bobina eléctrica doble

Cruce de tuberías

sin unión Llave de paso

Tubería de pilotaje

a) Inicio de instalación b) No hay flujo hidráulico c) Si hay flujo hidráulico Depósito de fluido

(61)

41

Anexo # 1

Lenguaje de símbolos para la interpretación de sistemas hidráulicos. (Continuación)

Filtros sin purga y con purga

respectivamente

a) Válvula

reguladora de

caudal, (variable)

b) Válvula

reguladora de

caudal en un sentido

c) Conjunto de

regulador más

antiretorno

Manómetro Válvula de doble sentido de control y regulación de caudal

Enfriador _{Selector de} circuitos

Presostato Válvulas antirretorno, pilotada a la apertura y con drenaje

(62)

Anexo # 1

Motor trifásico de CA

Válvulas de reducción de presión, reductora, reductora con retención y

reductora diferencial con drenaje

respectivamente

Motor térmico

Unidad de abastecimiento hidráulica

Válvulas de

secuencia. Permiten e impiden el paso de caudal entre dos puntos de un circuito mediante pilotaje interno o externo.

(63)

43

Anexo # 1

Bomba de caudal constante, en un sentido y en doble sentido de flujo respectivamente

Válvulas distribuidoras a) 2 posiciones (2p), 2 vías (2v)

(64)

Anexo # 1

Bomba de caudal variable, en un sentido y en doble sentido de flujo respectivamente k) Válvula accionada por electroimán y manualmente. Accionamiento o pilotaje de válvulas distribuidoras a) Por pulsador en un sentido y retorno por resorte

b) Por

accionamiento mecánico y retorno por resorte

c) Por palanca manual y bloqueo mecánico

d) Por electroimán y retorno por resorte e) Por aire y retorno por resorte

f) Por fluido hidráulico y retorno por resorte

g) Por electroimán para las dos posiciones.

h) Por aire para las dos posiciones i) Por electroimán para las dos

(65)

45

Anexo # 1

Motor hidráulico en un sentido y en doble sentido de flujo

respectivamente

Cilindros hidráulicos a) De simple efecto b) De simple efecto con retorno por resorte

c) De doble efecto d) De doble efecto, doble vástago

Motor hidráulico oscilante con ángulo de rotación limitado

Termómetro

e) Cilindro Freno en lado izquierdo f) De doble efecto Freno en lado izquierdo, regulable g) De doble efecto Freno regulable en ambas carreras h) De doble efecto Freno regulable en ambas carreras i) Cilindro telescópico de simple efecto k) Multiplicador de presión

(66)

Anexo # 2

Guía de Práctica N° 1

INFORME DE PRACTICAS DE TALLERES Y LABORATORIOS

Guía de práctica del laboratorio de Hidráulica

1. Descripción del circuito: Sistema controlado por una válvula 4/3, accionando al cilindro de simple efecto, regulando presión.

Nombres: Fecha de práctica:

Carrera

Ingeniería Automotriz

Curso Grupo Fecha de entrega:

2. Objetivo general

 Accionar y retraer de una forma segura el cilindro de simple efecto regulando la presión suministrada hasta la indicada.

3. Objetivos específicos

 Aprender a diferenciar a que grupo pertenece cada componente hidráulico, si son de mando, de control, de procesamiento o de trabajo.

 Interpretar las simbologías de los diferentes componentes hidráulicos que se presentan en el circuito.

 Monitorear siempre las presiones en el sistema.

4. Materiales

 Unidad de abastecimiento hidráulica “Chungpa”

 Banco de pruebas hidráulicas

 Mangueras

 Maso de goma grande

 Cronómetro

5. Metodología

 Reconocer los principales componente hidráulicos que se van a utilizar

 Identificar la función de cada uno de los elementos del circuito.

 Conectar el circuito hidráulico

(67)

47 6. Diagrama del circuito

7. Cuestionario de investigación

 Ponga todas las características de la unidad de abastecimiento hidráulica con la que trabajó.

 Identifique cada elemento del equipo en donde realizó la práctica, e interprete y describa la simbología de cada uno.

 Describa el funcionamiento del circuito que desarrollo.

 Investigue las posibles aplicaciones del circuito que desarrollo

 ¿Por qué el cilindro no se retrae por si sólo?

 ¿Cómo funciona una válvula reguladora de presión?

 Desarrolle los siguientes cálculos

A B

P T

A

P

P T

(68)

8. Cálculos

Cilindro de simple efecto Fuerza total de empuje

Fte = P ∗

∗ X

4 × 0,9

 Ft =Fuerza total (N)

 P =Presión (Mpa)

 X =Diámetro del cilindro 50.80 (mm)

 0,9 = Coeficiente de rozamiento de rodamientos, juntas y partes móviles del cilindro

Velocidad de salida del vástago.

V =

 V = Velocidad de salida del vástago (m/s)

 t = Tiempo que tarda en completar una carrera (s)

 L = Carrera del vástago 0.337 (m)

Velocidad de salida del vástago regulando la presión a (15 bar = 218 PSI = 1.5 Mpa)

V =

L

_t

(69)

49 10. Recomendaciones

11. Bibliografía y Web grafía

 Mott, R. L., & Untener, J. A. (2015). Mecánica de fluidos (Séptima ed.). México: Pearson.

 Aragón, G. G., Canales, P. A., & León, G. A. (2014). Introducción a la Potencia Fluida.México, D.F.: Editorial Reverté, S.A.

 Creus, A. (2011).Neumática e Hidráulica.México D.F.: Alfaomega.

 González, T., Del Río, G., Tena, J., & Torres, B. (2011). Circuitos de Fluidos. Suspensión y dirección.Editex.

(70)

Anexo # 3

Guía de Práctica N° 2

INFORME DE PRACTICAS DE TALLERES Y LABORATORIOS

Guía de práctica del laboratorio de Hidráulica

1. Descripción del circuito: Sistema controlado por una válvula 4/3, accionando al cilindro de doble efecto, regulando caudal.

Nombres: Fecha de práctica:

Carrera

Ingeniería Automotriz

Curso: Grupo Fecha de entrega:

2. Objetivo general

 Accionar y retraer de una forma segura el cilindro de doble efecto regulando el caudal suministrado.

3. Objetivos específicos

 Aprender a diferenciar a que grupo pertenece cada componente hidráulico, si son de mando, de control, de procesamiento o de trabajo.

 Interpretar las simbologías de los diferentes componentes hidráulicos que se presentan en el circuito.

 Monitorear siempre las presiones en el sistema.

4. Materiales

 Unidad de abastecimiento hidráulica “Chungpa”

 Banco de pruebas hidráulicas

 Mangueras

 Cronómetro

5. Metodología

 Reconocer los principales elementos hidráulicos que se van a utilizar

 Identificar la función de cada uno de los elementos del circuito.

 Conectar el circuito hidráulico

(71)

51 6. Diagrama del circuito

7. Cuestionario de investigación

 Ponga todas las características de la unidad de abastecimiento hidráulica con la que trabajó.

 Identifique cada elemento del equipo en donde realizó la práctica, e interprete y describa la simbología de cada uno.

 Describa el funcionamiento del circuito que desarrollo.

 Investigue las posibles aplicaciones del circuito que desarrollo

 ¿Qué sucede con el cilindro al disminuir el caudal suministrado y explique el por qué?

 ¿Cómo funciona una válvula reguladora de caudal?

 Desarrolle los siguientes cálculos

A B

P T

Ts A

(72)

8. Cálculos

Cilindro de doble efecto Fuerza total de empuje

Fte = P ∗

π ∗ x

₄

× 0,9

Fuerza total de retracción

Ftr = P ∗ π ∗

x −

₄

× 0,9

 Ft =Fuerza total (N)

 P =Presión (Mpa)

 X =Diámetro del cilindro 50.80 (mm)

 Y = Diámetro del vástago del cilindro 31.75 (mm)

 0,9 = Coeficiente de rozamiento de rodamientos, juntas y partes móviles del cilindro

Velocidad de salida del vástago (V)

V =

L

_t

Caudal mínimo necesario para realizar una carrera.

=

₁₀₀₀∗

∗ 60

 = Caudal mínimo necesario para realizar una carrera (l/min)

 V = Velocidad de salida del vástago (cm/s)

(73)

53 9. Conclusiones

10. Recomendaciones

11. Bibliografía y Web grafía

 Mott, R. L., & Untener, J. A. (2015). Mecánica de fluidos (Séptima ed.). México: Pearson.

 Aragón, G. G., Canales, P. A., & León, G. A. (2014). Introducción a la Potencia Fluida.México, D.F.: Editorial Reverté, S.A.

 Creus, A. (2011).Neumática e Hidráulica.México D.F.: Alfaomega.

González, T., Del Río, G., Tena, J., & Torres, B. (2011). Circuitos de Fluidos. Suspensión y dirección.Editex.