ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE MECNICACARRERA DE INGENIERA AUTOMOTRIZ

ASIGNATURA: SISTEMAS NEUMTICOS Y OLEOHIDRULICOS

ESTUDIANTE: JONNATHAN LEONARDO CAMACHO VARGAS CDIGO: 1385

TEMA: DESARROLLAR EL DISEO Y CLCULO DE UN SISTEMA HIDRULICO LINEAL

FECHA DE ENTREGA: 03 DE FEBRERO DEL 2016

RIOBAMBA-ECUADOR1. DESCRIPCIN Y ANLISIS DE ESQUEMA DEL ACCIONAMIENTO HIDRULICO.

FIGURA I. CIRCUITO HIDRAULICO

NUMERACIN ESQUEMADENOMINACIN

1.0Cilindro doble efecto

1.1Vlvula 4/3 N/C Palanca Muelle

0.3Vlvula limitadora de presin

0.2Filtro

0.1Bomba hidrulica

Depsito

La hidrulica es unmtodosencillo para la transmisin de grandes fuerzas mediante fluidos a presin.

Ventajas Transmisin de fuerzas. Posicionamiento exacto. Arranque desde cero con carga mxima. Movimientos homogneos e independientes de la carga. Buenas caractersticas de mando. Proteccin de sobrecarga.

Desventajas Contaminacin del entorno. Sensibilidad a la suciedad. Dependencia de la temperatura.Los principales componentes de un sistema hidrulico son: Bomba Actuadores Vlvula de seguridad Filtros Motor DepsitoCilindro de doble efecto.Es un tipo de cilindros que genera movimiento en los dos sentidos por medio de la energa hidrulica. Tienen dos conexiones hidrulicas, una de ellas para extraer el pistn y la otra para contraer el pistn por medio de los componentes del circuito hidrulico. Principalmente se utilizan dos tipos de configuraciones: Cilindro diferencial: Un solo vstago y relacin de superficies (mbolo - vstago). Se utiliza cuando solo se quiere realizar trabajo en un sentido. Cilindros de doble vstago: Tienen vstago por las dos partes del embolo. Se utiliza cuando se quiere realizar trabajo en las dos direcciones, la carga se puede colocar en uno de los vstagos o en ambosVlvulas distribuidoras 4/3 N/CEl centro cerrado significa que las cuatro vas estn bloqueadas internamente impidiendo la circulacin del aceite o aire en ninguna de las direcciones. Estas vlvulas se usan para gobernar cilindros hidrulicos de doble efecto. Al accionar la vlvula se vence la accin del muelle y la corredora cambia de posicin, es decir, el fluido circula hacia el cilindro de acuerdo a posicin seleccionada.Filtro (hidrulica).

El filtro es un elemento indispensable en un sistema hidrulico ya que protege todos los componentes del circuito, algunos de alto costo, manteniendo una limpieza en lnea del fluido de trabajo.

Se utilizan en la aspiracin de la bomba, lneas de presin y retorno.

Los elementos filtrantes pueden ser de diferentes materiales y con mallas de distintas medidas Para una correcta seleccin, se debe indicar el caudal de la bomba y la presin de trabajo. En algunos casos se requiere conocer las caractersticas de los componentes principales, como la bomba o alguna vlvula que por especificaciones del fabricante requieran niveles de proteccin especiales.

Tipos de filtro.Es sumamente importante proteger los componentes del costoso sistema hidrulico contra el desgaste prematuro. Una mejor proteccin significa una vida til ms prolongada de los componentes, lo cual significa menos tiempo de paro para usted. En un sistema hidrulico tpico, el filudo hidrulico y los filtros trabajan juntos para proteger mejor a estos componentes. Es importante notar que no todos estos filtros se utilizaran tpicamente en un sistema.

Filtros en el lado de succin: Ubicados antes de la bomba hidrulica, estos filtros estn diseados para proteger a la bomba contra contaminantes nocivos en el fluido hidrulico. Tpicamente, el medio filtrante en este tipo de filtro tiene una clasificacin de micrones ms alta, como una malla de alambre. Filtros en el lado de presin: Situados corriente abajo de la bomba hidrulica, estos filtros estn diseados para limpiar el fluido que sale de la bomba y proteger los componentes ms sensibles del sistema como las vlvulas de control y actuadores contra los contaminantes de la bomba. El medio filtrante tpico utilizado en estos filtros es capaz de extraer un alto porcentaje de las partculas ms pequeas de contaminante. Filtros en el lado de retorno: Situados entre la vlvula de control y el depsito de fluido, estos filtros estn diseados para capturar los residuos de desgaste de los componentes funcionales de los sistemas hidrulicos antes de retornar el fluido al depsito. El medio filtrante en estos filtros est diseado para eliminar las partculas de desgaste de tamao comn que puedan ser producidas por los componentes de estos sistemas. Filtros fuera de lnea: Independientemente del sistema hidrulico, estos filtros se utilizan para limpiar el fluido hidrulico antes de que entre al sistema hidrulico mismo. Se extrae fluido del depsito a travs del filtro y se retorna al depsito. Filtros de aireacin dentro del tanque: Situado en el depsito, este filtro puede usarse para impedir la entrada de humedad y contaminantes al depsito.

Depsito o Tanque.Su misin es recuperar el fluido despus de usarlo y mantener un nivel adecuado al uso de la instalacin.Caractersticas La principal funcin del tanque hidrulico es almacenar aceite. El tanque tambin debe eliminar calor y aire al aceite. Los tanques deben tener resistencia y capacidad adecuadas, y no dejar la suciedad externa. Los tanques hidrulicos generalmente son hermticos.

Bomba hidrulica

La bomba hidrulica convierte la energa mecnica en energa hidrulica. Es un dispositivo que toma energa de una fuente (por ejemplo, un motor, un motor elctrico, etc.) y la convierte a una forma de energa hidrulica. La bomba toma aceite de un depsito de almacenamiento (por ejemplo, un tanque) y lo enva como un flujo al sistema hidrulico. Todas las bombas producen flujo de aceite de igual forma. Se crea un vaco a la entrada de la bomba. La presin atmosfrica, ms alta, empuja el aceite a travs del conducto de entrada a las cmaras de entrada de la bomba. Los engranajes de la bomba llevan el aceite a la cmara de salida de la bomba. El volumen de la cmara disminuye a medida que se acerca a la salida. Esta reduccin del tamao de la cmara empuja el aceite a la salida. La bomba slo produce flujo (por ejemplo, galones por minuto, litros por minuto, centmetros cbicos por revolucin, etc.), que luego es usado por el sistema hidrulico. La bomba NO produce presin. La presin se produce por accin de la resistencia al flujo. La resistencia puede producirse a medida que el flujo pasa por las mangueras, orificios, conexiones, cilindros, motores o cualquier elemento del sistema que impida el paso libre del flujo al tanque. Hay dos tipos de bombas: regulables y no regulables.Las bombas se clasifican de la siguiente manera: Bombas de volumen fijo o bombas de desplazamiento fijo. Bombas de engranes o piones. Bombas de engranes de baja presin. Bombas de engranes de alta presin. Bombas de engranes de 1500 lb/plg2. (Tndem) Bomba de engranes de 2000 lb/plg2. Bomba de engranes de 2000 lb/plg2 Serie 37-X. Bombas de paletas. Bombas de paletas desequilibradas o de eje excntrico. Bombas de paletas equilibradas de 1000 lb/plg2de presin.(Vickers) Bombas de Paletas equilibradas de 2000 lb/plg2de presin. (Denison) Bombas de pistn Bomba de Pistn Radial. Bombas de Pistn Axial. Bombas de Pistn de Barril angular.(Vickers) Bomba de Pistn de Placa de empuje angular.(Denison) Bomba Diseo Dynex.

Bombas de volumen variable.Vlvula limitadora de presin.La vlvula limitadora impide que la presin de un sistema sea mayor que la fijada manualmente a travs de un tornillo. Al sobrepasarse esta presin mxima permitida, la vlvula abre la conexin con la atmsfera, con lo que se reduce la presin hasta el valor nominal. Entonces se vuelve a cerrar el orificio de purga. Son vlvulas de seguridad que evitan la rotura de rganos mecnicos e hidrulicos. Estas vlvulas se llaman normalmente cerradas. Son o bien de accin directa, o bien pilotadas y estn siempre montadas en derivacin. Su tubo de drenaje puede ser interno o externo.Motor elctrico.Para el accionamiento de la bomba hidrulica generalmente se utiliza un motor elctrico teniendo en cuenta ciertos parmetros como tamao revoluciones. El motor elctrico es un dispositivo que transforma la energa elctrica en energa mecnica por medio de la accin de los campos magnticos generados en sus bobinas. Son mquinas elctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor.Algunos de los motores elctricos son reversibles, ya que pueden transformar energa mecnica en energa elctrica funcionando como generadores o dinamo. Los motores elctricos de traccin usados en locomotoras o en automviles hbridos realizan a menudo ambas tareas, si se disean adecuadamente. Son utilizados en infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y particulares. Su uso est generalizado en ventiladores, vibradores para telfonos mviles, bombas, medios de transporte elctricos, electrodomsticos, esmeriles angulares y otras herramientas elctricas, unidades de disco, etc. Los motores elctricos pueden ser impulsados por fuentes de corriente continua (DC), y por fuentes de corriente alterna (AC).2. SELECCIN DEL TIPO DE ELEMENTOS HIDRULICOS.

Los principales parmetros de cilindros hidrulicos estn regulados por ISO 3320. Para dimetro de pistn D (mm) se ajusta a la siguiente fila: 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200. Entonces seleccionaremos:

VALOR OBTENIDO MEDIANTE CALCULOSELECCIN MEDIANTE CATLOGO

D = 194, 822 mm200 mm

Para el dimetro del vstago el numero obtenido se lleva al mayor ms cercano de la serie 14; 18; 22; 28; 36; 45; 56; 70; 90; 110; 140.

SELECCIN MEDIANTE CATLOGO

110 mm

Nos imponemos una dentro del rango descrita en catlogo:

RANGOVELOCIDAD

V < 0,4 (m/s)0,15

De igual forma dentro del catlogo Parmetros de bombas de engranajes nos indica valores mnimos y mximos de revoluciones de la bomba, as que nos imponemos unas revoluciones que se encuentren dentro del mismo:

INTERVALOREVOLUCIONES

200-30002000

Para la seleccin de dimetros de la tubera requerimos de valores de velocidades estimadas dentro de las tres secciones del circuito hidrulicos, que son: Succin (1,2 m/s) Presin. (Tabla) Retorno. (2 m/s)

PRESIN (atm)2550100200200

VELOCIDAD (m/s)2,5-33,5-44,5-65-66

Obteniendo:

d (m)d (mm)V (m/s)

82, 685

d (m)d (mm)V (m/s)

64, 052

d (m)d (mm)V (m/s)

40,51,2

3. CLCULO DE LOS PARMETROS PRINCIPALES DEL CIRCUITO HIDRULICO.

Dnde: F= fuerza real (N) P= Presin (Pa) A= rea D= dimetro del cilindro (m)

0,194822 metros = 194, 822 mmSeleccin del actuador mediante catlogoSegn el Catlogo Cilindros Hidrulicos ISO 6022 se escoge el dimetro del cilindro ms prximo: Pistn: 200 mm Vstago: 110 mm

Parmetros bsicos del cilindro hidrulicoLos principales parmetros de un cilindro hidrulico con vstago unilateral son: S1: rea de la cmara de trabajo del pistn del cilindro hidrulico

S2: rea de la cmara de trabajo del vstago del cilindro hidrulico

D: dimetro del pistn (m)d: dimetro del vstago (m)

F1: Fuerza real de avance del pistn (N)

)

F2: Fuerza real de retroceso del pistn

)

Segn Catlogo Cilindros Hidrulicos ISO 6022 el cilindro trabaja hasta una velocidad mxima de . Para el clculo del caudal de la bomba suponemos que queremos una velocidad de 0.18 m/s.

= revoluciones (200 rpm a 3000 rpm), segn parmetros de bombas de engranajes de anexo 1, para el clculo de la cilindrada de la bomba suponemos que queremos que la bomba gire a 2500 rpm.= 95% por catlogos de bombas de engranajes

Se escoge la cilindrada ms prxima segn Anexo 1:162,8 ; BOMBA PGH5 160

Recalculo del caudal de la bomba seleccionada por catalogo

Velocidad de avance del cilindro

Velocidad de retroceso del cilindro

Clculo del sistema de tuberas. Para la seleccin de dimetros de la tubera requerimos de valores de velocidades estimadas dentro de las tres secciones del circuito hidrulicos, que son: Succin (1,2 m/s) Presin. (Tabla) Retorno. (2 m/s)

PRESIN (atm)2550100200200

VELOCIDAD (m/s)2,5-33,5-44,5-65-66

Para una presin de , tenemos una velocidad de 5 m/s1.1. Tubera de succin

0,082688m = 82, 68 mm 82,68 mm ~ 85mm, espesor de 8 mm

1.2. Tubera de retorno

0,06405 m = 64,05 mm 64,05 mm ~ 65mm, espesor de 8 mm1.3. Tubera de presin

0,0405 m = 40,5 mm

40,5 mm ~ 42 mm, espesor de 4 mm

Calculo de prdidas en el circuito hidrulicoDensidad del aceite hidrulico: 920Viscosidad cinemtica: 0,00015

0,00015 Poise

(2000 - 2200), Fluido LaminarPerdidas de carga en la tubera

Presin total del sistema.

64,4225 BarPresin de la vlvula de seguridad.

Potencia de accionamiento.

CONCLUSIONES.

Logramos disear un circuito hidrulico con todos sus elementos, los mismos que los seleccionamos bajo catlogos. Logramos calcular todas las condiciones de trabajo del circuito tales como: dimetro del cilindro, dimetro del vstago, caudal de la bomba, entre otras.

REFERENCIAS. L.S. McNickle, Jr. HIDRULICA SIMPLIFICADA. Ed Continental. 4ed. Pag 51 90. Zubicarag Viejo, Manuel. BOMBAS, TEORA, DISEO Y APLICACIONES. Ed Limusa. 2 ed. 1979. Kenneth J. McNaughton. BOMBAS, SELECCIN, USO Y MANTENIMIENTO. Ed Mc Graw Hill.

ANEXOS: