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MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE PRÁCTICAS LABORATORIO CARRERA SEDE

Neumática Electrónica Quito Campus-Sur

AUTOMATISMOS 1 Práctica 5 Integrantes: Leonardo Chimbo; Jhony Velásquez; Daniel Salas. Horario de Laboratorio: 7:00 a 9:00 am Fecha: Martes 24 de Julio del 2018 Instructor: Ing. Byron Zapata Tiempo estimado: 30 minutos

Tema: Hidráulica Básica Objetivo General: Aprender los fundamentos de hidráulica básica e identificar los principales equipos usados en los sistemas hidráulicos.

Objetivos Específicos:   

Aplicar los conocimientos de hidráulica básica para la realización de la práctica. Aprender el uso de los elementos de hidráulica. Entender los elementos de la hidráulica básica y sus aplicaciones.

Elaborado por: Byron Zapata

Revisado por: Ing. Víctor Cabrera

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Fecha de Elaboración:

Fecha de Revisión: 14/9/2017

Número de Resolución Consejo de Carrera:

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Marco teórico:  Hidráulica Hidráulica o hidráulico se refiere a mecanismos cuyos movimientos son accionados por fuentes de agua o fluidos. La hidráulica es una rama de la física que estudia el equilibrio, el movimiento y la energía que los fluidos comportan o generan. En el Curso de Hidráulica aprenderás todo lo referente a los sistemas hidráulicos como la acumulación, tratamiento y distribución del fluido, para pasar posteriormente al estudio de las mecánicas que presentan los componentes hidráulicos fundamentales, terminando con las técnicas diseño de aplicaciones para la hidráulica industrial. [1]  Fluido Las características de los fluidos hidráulicos tienen la mayor influencia en el rendimiento y duración de cualquier sistema hidráulico pues resulta primordial utilizar fluidos limpios y de alta calidad para lograr un funcionamiento eficiente del sistema. Generalmente los fluidos hidráulicos son usados en transmisiones automáticas de automóviles, frenos; vehículos para levantar cargas; tractores; niveladoras; maquinaria industrial; y aviones. Algunos fluidos hidráulicos son producidos de petróleo crudo y otros son manufacturados. [2]

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Bomba

Una bomba hidráulica es una maquina capaz de transformar la energía con la que funciona (generalmente mecánica o eléctrica) en energía del fluido que intenta mover. Dicho de otra forma, suministra al fluido el caudal y la presión necesaria para cumplir determinada función. Ya que son las encargadas de suministrar el “empuje” necesario de un fluido para que pueda cumplir con determinada función, tenemos muchas aplicaciones comunes:     

Subir agua a la cima de un edificio (bomba de agua) Extraer fluidos debajo de la tierra (pozo petrolífero o bomba subterránea de extracción de agua). Bombear liquido por sistemas (como en sistemas de refrigeración [aire acondicionado o heladera]) Direcciones hidráulicas en los vehículos (Para que ‘doblar’ sea más sencillo, no hacemos toda la fuerza nosotros, sino que nos ayuda una bomba hidráulica). Movimiento y accionamiento de palas mecánicas (en una Retroexcavadora, en un Clark, en un camión volcador [para levantar la caja volcadora], etc).

Es importante destacar que una bomba produce movimiento del líquido (caudal), las bombas no generan presión. Se genera el caudal necesario para el desarrollo de la presión en el sistema, la cual es realmente resultado de la resistencia al flujo. Por ejemplo: la presión de un fluido a la salida de la bomba es nula si ésta no está conectada a un sistema o carga. De igual manera, si una bomba está entregando caudal a un sistema, la presión sólo llegará al nivel necesario para vencer la resistencia de la carga aplicada al mismo. [3]

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Cilindro hidráulico

Los cilindros hidráulicos son mecanismos que constan de un cilindro dentro del cual se desplaza un émbolo o pistón, y que transforma la presión de un líquido mayormente aceite en energía mecánica (también llamados motores hidráulicos lineales) son actuadores mecánicos que son usados para dar una fuerza a través de un recorrido lineal. Los cilindros hidráulicos obtienen la energía de un fluido hidráulico presurizado, que es típicamente algún tipo de aceite. El cilindro hidráulico consiste básicamente en dos piezas: un cilindro barril y un pistón o émbolo móvil conectado a un vástago. El cilindro barril está cerrado por los dos extremos, en uno está el fondo y en el otro, la cabeza por donde se introduce el pistón, que tiene una perforación por donde sale el vástago. El pistón divide el interior del cilindro en dos cámaras: la cámara inferior y la cámara del vástago. La presión hidráulica actúa en el pistón para producir el movimiento lineal. La fuerza máxima es función de la superficie activa del émbolo y de la presión máxima admisible, donde: F=P∗A

Se pueden clasificar los cilindros en función del efecto generado: Doble efecto Simple efecto Según su tipo: El cilindro con vástagos El cilindro soldado Cilindro especializado

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El cilindro con vástago es mas fuerte gracias a sus varillas de acero, lo que le permite trabajar bien con tareas pesadas. El cilindro soldado es mas pequeño y menos fuerte, por lo que es mas adecuado para trabajos mas ligeros, el cilindro telescópico tiene un pistón replegable y forma parte de los cilindros especializados que se utilizan en maquinaria industrial especializada y a medida. [4] 

Válvulas Reguladoras

Las válvulas reguladoras de caudal pertenecen al grupo de las válvulas de caudal. Generan una caudal constante ajustado que prácticamente no depende de la carga. Las válvulas reguladoras de caudal proporcionales pertenecen al grupo de las válvulas de caudal. Generan una caudal constante que no depende de la carga que se pueden controlar a distancia electro proporcionalmente. estas válvulas ajustan el caudal que circula por ellas a un valor más o menos constante y siempre menor al que el circuito podría conseguir, por lo que quizá deberíamos llamarlas reductoras de caudal.  



Válvulas reguladoras de caudal fijo: Ofrecen una sección de estrangulamiento constante al paso de la corriente, por lo que también se llaman válvulas estranguladoras fijas. Válvulas reguladoras de caudal variable no compensadas: al igual que las anteriores producen una resistencia al paso del líquido hidráulico mediante el estrangulamiento de la sección de paso de este, a diferencia de las anteriores, dicho estrangulamiento es regulable, básicamente existen dos tipos: las de aguja y las de leva frontal. Válvulas reguladoras de caudal variable compensadas: estas válvulas disponen de un émbolo de compensación y un muelle de compresión que consiguen mantener constante la caída de presión entre la entrada y la salida de la válvula por lo que el caudal que la atraviesa se mantiene constante para un amplio rango de presiones de funcionamiento.

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Válvulas reguladoras de caudal con antirretorno: tanto en el caso de válvulas compensadas como no compensadas, se puede incorporar un antirretorno a la válvula lo que permite regular el caudal en un sentido de circulación sin que afecte sensiblemente a la circulación en el otro sentido. [5] Regulación por entrada: regulación por entrada quiere decir, que actuamos sobre el fluido que entra en el cilindro procedente de la red. Regulación por salida: en este caso, la regulación se realiza sobre el aire que sale hacia la atmosfera. Si quisiéramos controlar la velocidad de un cilindro, siempre lo haríamos mediante la regulación de salida, porque admite todo tipo de carga, mientras que por regulación de entrada no. [6]

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Marco Procedimental: 1. Para el desarrollo de la práctica el estudiante deberá realizar la simulación y la resolución del problema planteado en los registros de resultados. 2. Para la resolución de los problemas tener en cuenta: Para el cálculo del volumen de líquido transportado por minuto q(caudal de transporte) de la bomba hidráulica del laboratorio se emplea: 

Datos técnicos de la bomba hidráulica [1]

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Calculo de caudal bombeado o caudal de transporte [2]: 𝑞 =𝑛∗𝑣 n= Nominal Speed n v= Volumetric delivery rate

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Si se emplea cilindros hidráulicos doble efecto (152857) se utiliza las siguientes características que se presentan en la tabla [1].

Calculo de velocidades de avance y retroceso del embolo del cilindro festo [2]: 𝒗𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆 =

𝒗𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆

𝒒 𝑨

0.01327𝑚3 1𝑚𝑖𝑛 ∗ 60 𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 4.90 ∗ 10−4 𝑚2

𝒗𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆 = 𝟎. 𝟒𝟓 𝒗𝒓𝒆𝒕𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 =

𝒗𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆

𝑚 𝑠

𝒒 𝑨

0.01327𝑚3 1𝑚𝑖𝑛 ∗ 𝑚𝑖𝑛 60 𝑠 = 3.84 ∗ 10−4 𝑚2

𝒗𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆 = 𝟎. 𝟓𝟕

𝑚 𝑠

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

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Calculo de área en avance [2]

𝐷2 ∗ 𝜋 𝐴= 4 (0.025)2 ∗ 𝜋 4 𝐴 = 4.90 ∗ 10−4 𝑚2 𝐴=



Calculo de área en retroceso [2] (𝐷2 − 𝑑 2 ) ∗ 𝜋 𝐴′ = 4 𝐴′ =

(0.0252 − 0.0182 ) ∗ 𝜋 4

𝐴′ = 3.84 ∗ 10−4 𝑚2

Donde: q= caudal de transporte A= Área del embolo del cilindro en avance A’= Área del embolo del cilindro en retroceso

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Calculo de tiempo de avance y retroceso del embolo del cilindro festo [2]: 𝒕𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆 =

𝒕𝒓𝒆𝒕𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 =

𝒔 𝒗𝒂𝒗𝒂𝒏𝒄𝒆

=

𝒔 𝑽𝒓𝒆𝒕𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐

𝟎. 𝟐𝒎 𝑚 = 𝟎. 𝟒𝟒𝒔 𝟎. 𝟒𝟓 𝑠 =

𝟎. 𝟐𝒎 𝑚 = 𝟎. 𝟑𝟓𝒔 𝟎. 𝟓𝟕 𝑠

s= Carrera del embolo (Stroke) Calculo de fuerza de avance y retroceso del embolo del cilindro festo [2]: 𝐹𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 = 𝐴 ∗ 𝑃 𝐹𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 𝐴′ ∗ 𝑃 P= Presión de trabajo (Pa)

𝐹𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒

6 ∗ 106 𝑁 = 2.0106 ∗ 10 𝑚 ∗ = 1206.36 𝑁 𝑚2 −4

2

𝐹𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 1.2252 ∗ 10−4 𝑚2 ∗

6 ∗ 106 𝑁 = 735.12𝑁 𝑚2

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Materiales y Equipos:    

Equipo Hidráulico Festo del Laboratorio. Mandil Guantes Mangueras

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Registro de resultados 1. Se desea controlar manualmente una estación de elevado de cajas con equipos pesados la cual se muestra en la figura a continuación.

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La estación debe cumplir con las siguientes condiciones:  Se trabaja con una válvula de palanca manual 4/3 para manipular la posición del vástago del cilindro A.  El vástago del cilindro A avanza a 1500N si la palanca de la válvula 4/3 se encuentra a la izquierda.  El vástago del cilindro A retrocede a 1000N si la palanca de la válvula 4/3 se encuentra a la derecha.

2. El regulador de la válvula lo pondría a la entrada o a la salida para el ejercicio 1? Explique y verifique en la práctica. Lo colocamos a la salida del cilindro hidráulico, ya que necesita que se bloquee el paso del aceite para que el peso de (8kg) no caiga y adicional a esto regular la velocidad de caída. 3. Calcule la presión de trabajo para los cilindros A En el avance 𝐹 = 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 ∗ 𝐴𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝐹 =1500N Ø𝑝𝑖𝑠𝑡𝑜𝑛 = 20 𝑚𝑚 Ø𝑣𝑎𝑠𝑡𝑎𝑔𝑜 = 8 𝑚𝑚 π 𝐴𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 = [(∅𝑝𝑖𝑠𝑡𝑜𝑛 )2 − (∅𝑣𝑎𝑠𝑡𝑎𝑔𝑜 )2] 4 π 𝐴𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 = [(20𝑥10−3 )2 − (8𝑥10−3 )2 ] = 2.638𝑥10−4 𝑚2 4 1500 𝑷𝒕𝒓𝒂𝒃𝒂𝒋𝒐 𝒄𝒊𝒍𝒊𝒏𝒅𝒓𝒐 = = 5.68𝑴𝑷𝒂 2.638𝑥10−4 𝑚2

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En el retroceso 𝐹 = 𝑃𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 ∗ 𝐴𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝐹 =1000N π 𝐴𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = [(∅𝑝𝑖𝑠𝑡𝑜𝑛 )2 ] 4 π 𝐴𝑟𝑒𝑡𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = [(20𝑥10−3 )2 ] = 3.1415𝑥10−4 𝑚2 4 𝑷𝒕𝒓𝒂𝒃𝒂𝒋𝒐 𝒄𝒊𝒍𝒊𝒏𝒅𝒓𝒐 =

1000 = 3.1830𝑴𝑷𝒂 3.1415 ∗ 10−4 𝑚2

4. Calcule el error entre la presión teórica con la presión real Cilindro al avance en punto A Error Absoluto. 𝐸𝑎 = |𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝑉𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 | 𝐸𝑎 = |5.68 − 3.18| = 0.5 𝑀𝑃𝑎 Error Relativo 𝐸𝑟 =

𝐸𝑎 0.5 ∗ 100 = ∗ 100 = 8.80% 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 5.68

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5. Escriba la representación del ejercicio 1 en escritura abreviada

A+ , A6. Dibuje el diagrama de Espacio – Fase del ejercicio 1.

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7. Llene la tabla con la lista de materiales que utilizo para la simulación del ejercicio 1. Cantidad

Elemento

1

Manómetro

1

Bomba

1

Válvula Reguladora

1

Cilindro de doble efecto

1

Motor hidráulico

4

Tubería flexible

1

Válvula 4/3

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8. Simulación del ejercicio 1 en Festo Fluitsim

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Conclusiones y recomendaciones

    

Aprendimos los principios y los fundamentos vascos de la hidráulica tal como identificar los principales componentes de un sistema hidráulico. Se aplico los conocimientos de hidráulica, se pudo palpar el control que se tiene en el movimiento del vástago. Entendimos una de las ventajas de la hidráulica para mover pesos. Se recomienda familiarizarse primero con los dispositivos antes de usarlos Se recomienda utilizar las protecciones necesarias  Se recomienda tomar todas las medidas de seguridad, ya que en esta ocasión nos encontramos manipulando presiones mucho más altas

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Bibliografía

[1] F. CAT, «CAT,» 2003. [En línea]. Available: http://campusvirtual.edu.uy/archivos/mecanicageneral/CURSO%20DE%20HIDRAULICA/HIDRAULICA.pdf. [2] Quiminet, «Quiminet,» 2015. [En línea]. Available: https://www.quiminet.com/articulos/funcionamiento. [3] R. Solorzano, «Hydraulics y pneumatics,» 5 junio 2016. [En línea]. Available: http://www.hydraulicspneumatics.com/blog/principios-ingenieriles-b-sicos-bombas-hidrulicas. [4] M. Barriuso, «Como funciona un cilindro hidraulico,» 14 mayo 2015. [En línea]. Available: https://es.slideshare.net/MaquinariaBarriuso/cmo-funciona-un-cilindro-hidrulico. [5] P. I. Juan Manuel, «Circuitos hidraulicos,» 2001. [En línea]. Available: roble.pntic.mec.es/jpoi0000/apuntes-t8.pdf. [6] ATDSR, «neumatica,» [En línea]. Available: http://sitioniche.nichese.com/valvula%20regulacion.html.

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[7] H. Exner, R. Freitag y H. Geis, Fundamentos y componentes de la oleohidráulica, Primera Edición ed., Mannesmann Rexroth, 1991. [8] A. Creus, Neumática E Hidráulica, Segunda Edición ed., Barcelona, España: Editorial Marcombo, 2011. [9] SMC, Neumática, Madrid: Thomson Paraninfo, 2003.

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