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LABORATORIO DE SISTEMAS HIDRÁULICOS LABORATORIO N°4

CIRCUITO HIDRAULICO

PERTENECE A:    

Joel Michael Mamani Aquino. Tito Chuquin, Iván. Jose Luis Samayani Mamani. Angel Fernández Huamaní.

ESPECIALIDAD: III C-2 MODULO: 1 FECHA DE ENTREGA: 04/04/16

CIRCUITOS HIDRÁULICOS 1

1.- Introducción.

En este laboratorio se aprenderá a reconocer los distintos componentes de un circuito hidráulico básico así como un correcto funcionamiento de diversas válvulas. Hoy en día los circuitos hidráulicos son utilizados en muchos campos industriales ya que tienen la capacidad de convertir energía hidráulica en energía mecánica utilizada para generar algún tipo de trabajo, se utiliza grandes presiones para lograr mover cargar enormes aplicando una fuerza mínima respecto a esta carga, es debido a ello que la hidráulica se convierte una herramienta fundamental en la industria.

2.- Objetivos.

 Conocer cómo se genera la presión en un sistema hidráulico.  Evaluar el rendimiento volumétrico de una bomba hidráulica.  Identificar y utilizar correctamente válvulas direccionales y actuadores hidráulicos en esquemas hidráulicos básicos.  Aplicar procedimientos de trabajo seguro al abrir y cerrar la alimentación de la bomba de aceite a un sistema hidráulico.

3.- Seguridad  Uso obligatorio de Zapatos de Seguridad.  Uso obligatorio de Lentes de Seguridad.  Uso obligatorio de Guantes de Seguridad.  Uso obligatorio de Mameluco.

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 Análisis de Trabajo Seguro (ATS) Circuitos hidráulicos. Laboratorio:

Docente:

Alumnos:

N°

Miguel Ángel León Mozo

Fecha de entrega:

Lunes 4 de abril, 2016

Módulo de trabajo:

1

Mamani Aquino Joel Michael Fernández Huamani Ángel Samayani Mamani José Luis Tito Chuquin Iván Rene

TAREAS

RIESGOS IDENTIFICADOS

MEDIDAS DE CONTROL DEL RIESGO

Caída de los elementos Hidráulicos.

Prestar atención en todo momento al Trabajo que se está realizando.

Identificar todos 1

los elementos hidráulicos Encontrados en el módulo de trabajo. Armado del circuito hidráulico

2

3

4

5

para hacer las pruebas Respectivas.

Caída de objetos, golpes.

Caída de objetos, Raspones.

Reconocimiento de los componentes hidráulicos

Calibrar la presión requerida para Fuga de fluido, caída de realizar (40 bar) objetos. Caída de objetos, Raspones.

Toma de datos Entrega de componentes a

6

Sus módulos correspondientes.

7

Orden y limpieza

Caída de objetos, Raspones, golpes. Tropiezos y caídas de objetos

Sujetar con firmeza cada componente y estabilizarlo en un superficie segura.

Tener cuidado con cada uno de los Componentes a utilizar. Estar completamente seguro que el Circuito montado este correctamente.

Tomar los datos correspondientes.

No llevar más de dos objetos a la vez Usar con cuidado las herramientas de limpieza, cuidado con los desechos.

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4.- Marco teórico

Un circuito hidráulico es un sistema que comprende un conjunto interconectado de componentes separados que transporta un fluido. Este sistema se usa para controlar el flujo del fluido (como en una red de tuberías de enfriamiento en un sistema termodinámico) o controlar la presión del fluido (como en los amplificadores hidráulicos). La hidráulica como se sabe comprende la transmisión y regulación de fuerzas y movimientos por medio de los líquidos, ya que es la transformación de la energía, ya sea de mecánica o eléctrica en hidráulica para obtener un beneficio en términos de energía mecánica al finalizar el proceso. 4.1 ¿Por qué usar circuitos hidráulicos?  Pueden generarse colosales fuerzas utilizando pequeños motores de accionamiento.  Los sistemas hidráulicos son muy duraderos y seguros.  Puede regularse la velocidad de accionamiento de forma continua o escalonada, sin la necesidad de mecanismos adicionales.  Un mismo motor puede accionar múltiples mecanismos de fuerza, incluso de manera simultánea.  El motor y los mecanismos de fuerza, así como los mandos pueden estar a distancia acoplados por tubos.  Pueden lograrse movimiento muy exacto.  Tienen auto frenado. El fluido más comúnmente utilizado es algún aceite ligero derivado del petróleo debido a su innata cualidad lubricante que alarga la vida de las piezas en rozamiento del sistema. Estos aceites deben tener la característica básica siguiente:     

Una viscosidad no muy alta y esta debe modificarse poco con la temperatura. Elevada resistencia a la formación de espuma. Elevada estabilidad con el tiempo. No deben ser agresivos a los materiales de goma, como mangueras y empaquetaduras. Mientras más capacidad lubricante mejor.

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4.2 Circuitos hidráulicos básicos. Un circuito básico consta de los siguientes componentes.    

Un recipiente con aceite (tanque) . Un filtro. Una bomba para el aceite (bomba hidráulica). Una válvula de control que incluye una válvula de seguridad o sobre presión y la respectiva palanca de mando (válvula de alivio).  El cilindro de fuerza (cilindro o pistón).  Conductos de comunicación (mangueras).

Figura 1. Circuito hidráulico básico.

Mientras la palanca de accionamiento de la válvula de control está en su posición de reposo (centro) el aceite bombeado por la bomba retorna libremente al recipiente, de manera que el cilindro de fuerza se mantiene inmóvil. Una vez que se acciona la palanca de control en cualquiera de las dos direcciones, se cierra la comunicación del retorno libre al recipiente y se conecta la salida de la bomba a uno de los lados del cilindro de fuerza mientras que el otro lado se conecta al retorno. De esta forma la elevada presión suministrada por la bomba actúa sobre el pistón interior del cilindro de fuerza desplazándolo en una dirección con elevada fuerza de empuje. El movimiento de la palanca de control en la otra dirección hace el efecto contrario. Laboratorio de sistemas hidráulicos

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5.- Circuito

Conocer la secuencia para la correcta operatividad de los módulos.

Figura 2. Modelo de trabajo en un solo módulo.

Figura 3. Aplicación.

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Figura 4. Circuito a montar.

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6.- Procedimiento. 1. Reconozca cada uno de los uno de los componentes del sistema mostrado en la figura 01, colocando el nombre de cada uno de ellos en la tabla siguiente ITEM

1

SIMBOLOGIA

NOMBRE DEL DISPOSITIVO

módulo de trabajo

1.1 Válvula de alivio

1.2

Bomba hidráulica

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IMAGEN

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Motor eléctrico 1.3

Válvula de alivio 2

3.1 manómetro

3.2

manómetro

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3.3 manómetro

4

5

6

Caudalimetro

Válvula hidráulica de 4/3 con centro tanden accionada por palanca encravada.

Válvula estranguladora Unidireccional.

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7

Actuador cilindro hidráulico de doble efecto.

2. pase los módulos de capacitación y preste atención a las indicaciones del instructor 3. Reconozca los componentes que va a utilizar para montar el circuito hidráulico 4. Haga el montaje de los componentes 3.1 y 2 del circuito hidráulico siguiendo paso paso las indicaciones 5. Energice el equipo y baje la palanca de la válvula que se encuentra a la izquierda de Ud. 6. Calibre la presión del sistema con la válvula 2 hasta que el manómetro indique 40 bar 7. Suba la palanca de la válvula que se encuentra a la izquierda de Ud. apague el equipo y continúe montando el circuito según las indicaciones del instructor 8. Energice el equipo y baje la palanca de la válvula que se encuentra a la izquierda de Ud. 9. Mueva la palanca de la válvula direccional de modo que salga el vástago del cilindro y cuando este a medio camino estrangule totalmente (sin hacer fuerza ) de modo que se detenga el vástago 10. Anote las lecturas de los manómetros en el siguiente cuadro:

P1 (bar)

P1 (bar)

P3 (bar)

40 bar

23 bar

44 bar

4000 KPa

2300 KPa

4400 KPa

10. Calcule las fuerzas que actúan en el lado del embolo y en el lado anular y complete el siguiente cuadro. (Dato: Aembolar = 4.91 cm2; Aanular = 4.12 cm2).

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𝑭=𝑷∗𝑨 Fembolo (N)

Fanular (N)

P2 * Aembolo

P3 * Anular

1129.3 N 1.1293 KN

1812.8 N 1.8128 KN

F embolo Fanular

A embolo Aanular

P3 P2

0.62

1.19

1.91

Conclusiones:  Mientras más estrangulemos el caudal el pistón se demorara más en llegar a tu recorrido total.  El calibrado de presión se tiene que realizar sin carga 11. Ahora permita que salga el vástago soltando un poco la válvula estranguladora observando que el caudalimetro indique 0.5 L/min (esta medición se debe hacer solo si el vástago se encuentra en movimiento de salida). Complete las tablas siguientes con mediciones y cálculos. Dato: Carrera = 15 cm). 12.

P1 (bar)

P2 (bar)

P3 (bar)

P1 P2

Tsalida

40 bar

21 bar

41 bar

1.95

8.838s

Vsalida P3 P2

1.95

Fembolo (N)

Fanular (N)

F embolo

P2 * Aembolo

P3 * Aanular

Fanular

1031.1 N

1689.2 N

0.61

Aembolo Aanular

1.19

2

[𝑐𝑚 ⁄𝑠 ] 0.0002

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Qembolo 3

Qanular 3

[𝑐𝑚 ⁄𝑚𝑖𝑛 ] [𝑐𝑚 ⁄𝑚𝑖𝑛 ] 1.62 * 10-5

1.36 * 10-5

Q embolo Qanular

1.19

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Conclusiones:  La presión dos solo varia poco ya que tiene q ser menor a la presión que calculamos en la tabla anterior.  El caudal del embolo tiene que ser mayor al caudal anular. Fórmula para hallar el tiempo (segundos):

𝑇=

(( 𝑇=

𝐴. 𝐿 𝑄

4.91𝑐𝑚2 ) . 0.15𝑚) 1002

𝐿 𝑚3 1𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜 (0.5 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠) (1000𝐿) (60 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠) 𝑇 = 8.38 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠

7.- Conclusiones 

Se pudo conocer cómo se genera la presión en un sistema hidráulico de acuerdo a una válvula hidráulica de 4/3 con centro tándem accionada por palanca encrabada  La cantidad del tiempo luego de realizar nuestras conversiones son 8.38 segundos es lo que demora el embolo en salir  Se identificó correctamente las válvulas direccionales y/o actuadores para la determinación del laboratorio  Se aplicó correctamente los procedimientos de trabajo seguro al abrir y cerrar la alimentación de la bomba de aceite en un sistema de trabajo

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8.- Actividades

De acuerdo al circuito realizado en laboratorio, responda las siguientes preguntas: 1. El nombre del componente 2 es: a) Válvula de control de presión b) Válvula limitadora de presión c) Válvula limitadora de presión de mando directo d) Válvula de presión mando indirecto e) Válvula normalmente cerrada de presión directa 2. La válvula que se encarga de controlar el caudal es el componente: a) Componente 6 b) Componente 5 c) Componente 2 d) Componente 1.1 e) Componente 1.2 3. Transforma la energía hidráulica en energía mecánica: a) Componente 1.2 b) Componente 1.3 c) Componente 7 d) Componente 4 e) Componente 1 4. El nombre del componente 6 es: a) Válvula estranguladora b) Válvula estranguladora con check en paralelo c) Válvula de control de caudal d) Válvula de control con check en paralelo e) Válvula reguladora de caudal con check en paralelo 5. La presión de calibración del componente 1.1 es: a) La misma para todo el sistema b) Menor que la del componente 2 c) Su presión es la misma que del componente 2 d) Es mayor que la válvula 2 e) Depende de la aplicación

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6. El nombre del componente de la figura es:

a) Unidad tanque b) unidad hidráulica c) Deposito d) Bloque hidráulico e) Unidad de almacenamiento y unidad de aceite 7. Cuando el embolo se encuentra en salida: a) La válvula distribuidora se encuentra en la posición de trabajo b b) El manómetro 3.1 marca cero c) El manómetro 3.2 marca cero d) Los manómetros 3.1 y 3.2 indican presión por debajo de la calibrada e) Ninguna de las anteriores 8. El manómetro 3 cuando se encuentra de regreso el émbolo: a) Su máxima presión será la presión del sistema b) Indica la presión, la cual depende de la viscosidad del aceite c) La presión que indica es cero por que se encuentra en carrera d) La presión que indica se debe a las resistencias internas e) Depende de la válvula de estrangulación 9. Convierta una presión de 25bar a PSI y a KPa y convierta un caudal de 𝒎𝟑 𝒈𝒂𝒍⁄ 𝟎. 𝟎𝟓 𝒔 𝒂 𝒍⁄𝒎𝒊𝒏 𝒚 𝒎𝒊𝒏 P=25bar=25bar*(14.5PSI/1bar=362.5 PSI P=25bar=25bar*(100KPa/1bar) =2500 KPa 𝑄 = 0.05

𝑚 3 1000𝑙 60𝑠 𝒍 ∗ ∗ = 𝟑𝟎𝟎𝟎 3 s 1𝑚 1𝑚𝑖𝑛 𝒎𝒊𝒏

𝑄 = 3000

𝑙 1𝑔𝑎𝑙 𝒈𝒂𝒍 ∗ = 𝟕𝟗𝟐. 𝟔 𝑚𝑖𝑛 3.785𝑙 𝒎𝒊𝒏

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10. El circuito de la fig. 0.1, si suponemos que durante la salida del vástago de caída de presión en la válvula direccional de P hacia A es de 4bar y la lectura del manómetro P1 es 36bar.Calcule la fuerza en N que se ejerce en el lado del embolo 𝑨𝒆𝒎𝒃𝒐𝒍𝒐 = 𝟒. 𝟗𝟏𝒄𝒎𝟐. A=4.91cm2 P=3200kPa 𝐹 =𝑃∗𝐴 𝐹 = 3200𝐾𝑃𝑎 ∗ 4.91 ∗ 10−4 𝑭 = 𝟏𝟓𝟕𝟏. 𝟐𝑵

11. Cuando cerramos la estranguladora durante la salida del vástago la presión P3 es mayor que la presión P2. Si, ya que el área de la parte anular es menor que el área embolar, por lo tanto la fuerza aumentara y la presión también aumentara.

12. En el circuito de la figura 01, si durante la salida del vástago el caudalimetro indica 1.5 l/min. calcule la velocidad del vástago y el caudal que ingresa al lado del embolo. Asuma para este caso que: 𝑨𝒆𝒎𝒃𝒐𝒍𝒐 = 𝟖𝒄𝒎𝟐 ; 𝑨𝒂𝒏𝒖𝒍𝒂𝒓 = 𝟓𝒄𝒎𝟐 𝑄 = 𝑉𝐴 𝑉=

𝑄1 5 = 1. = 𝟎. 𝟑𝒎/𝒔 𝑉 5 𝑄2 = 𝑉𝐴 𝑄2 = 0.3 ∗ 8 𝑄2 = 𝟐. 𝟒 𝐥/𝐦𝐢𝐧

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13. En la figura 02, se muestra un circuito hidráulico; que, al accionar la palanca, el actuador empieza a elevar una carga de 8000Kg con una velocidad de 5cm/s, en tales condiciones la bomba expulsa un caudal de 60 l/min. si se desprecia las pérdidas de presión en las tuberías y válvulas. Indique las lecturas de los manómetros y caudalimetros. Si se sabe que las áreas del embolo y anular son: 𝑨𝒆𝒎𝒃𝒐𝒍𝒐 = 𝟓𝟎𝒄𝒎𝟐; 𝑨𝒂𝒏𝒖𝒍𝒂𝒓 = 𝟐𝟎𝒄𝒎𝟐

𝑃4 =

𝐹 8000𝐾𝑔 ∗ 9.81𝑚/𝑠 = = 1.5696𝑀𝑃𝑎 𝐴 0.05𝑚 2 𝑄 = 6𝑉𝐴 = 6 ∗ 0.05 ∗ 20 𝑄 = 𝟔 𝐥/𝐦𝐢𝐧

P1 P2 P3 P4

39024MPa 1.5696𝑀𝑃𝑎

Q1 Q2 Q3 Q4

6 𝐥/𝐦𝐢𝐧 60 𝐥/𝐦𝐢𝐧

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a) Dibuje el circuito hidráulico, aplicando código de colores, de acuerdo a las posiciones de la válvula distribuidora de acuerdo a la norma ISO DIN 1219.

b) de acuerdo al circuito realizado, mencionar tres aplicaciones en el campo de la hidráulica móvil. Las válvulas de 4 vías y 2 posiciones son utilizadas habitualmente para el control del funcionamiento de cilindros de doble efecto. Por su construcción, permiten que el flujo de aire circule en dos direcciones por posición, lo que implica poder controlar dos cámaras (émbolo y vástago) de un cilindro de doble efecto.

9.- Fuentes consultadas.



Manual y Guía de tractores (Ediciones Negri S.R.L 2001)

 Sotelo Ávila, Gilberto. hidráulica general: fundamentos. México: limusa, 1977. 551p. Laboratorio de sistemas hidráulicos

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 CRANE, División de Ingeniería. Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías. México: McGraw Hill, 1992. 198 p  cano gallego, Rodrigo. flujo en tuberías y canales. Medellín: anales de la facultad nacional de minas. no 61, 1985. 143 p. 

Manual de Oleo hidráulica Industrial, VICKERS SYSTEMS Editorial Escuela de oleohidráulica de Vickers en España, Edición Quinta, Año 1993.  Oleohidráulica – Conceptos Básicos, E. Carnicer Royo, C. Mainar Hasta, Editorial Paraninfo, Año 1998.  Resistencia de Materiales - Teoría y 430 problemas resueltos, William A. Nash, Editorial McGrawHill, Edición. Primera, Año 1970.

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