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SISTEMAS HIDRÁULICOS

TEMA: SIMULACION CON MATLAB - SIMULINK Profesor: Miguel León

PFR

FECHA:14/11/2017

M26515 GRUPO: “B” Página 1 de 41 Laboratorio. N°:

CURSO: LABORATORIO DE SISTEMAS HIDRÁULICOS

LABORATORIO N° 09 SIMULACION CON MATLAB – SIMULINK

CURSO: LABORATORIO DE SISTEMAS HIDRÁULICOS LABORATORIO N° 09

SIMULACION CON SIMULIN – K MATLAB

Apellidos y Nombres

Nota

SUCAPUCA QUENALLATA ALEXANDER Integrantes

YAULI HUAIHUA WUALDIMAR DELGADO SAIRE JUNIOR

Profesor:

MIGUEL LEÓN

Programa profesional:

PFR

Fecha de entrega:

02

Grupo: 10

2017

B

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1. Objetivos:  Fijar la operación y el uso del Matlab y del Simulink, programas que serán usados en la simulación de sistemas hidráulicos, tanto como herramienta para futuros proyectos hidráulicos, como para simulación de sistemas y análisis de datos, y especialmente como herramienta para implementación.  Interpretación y montaje del circuito hidráulico a través de la simulación realizada en Matlab.  Interpretar los resultados obtenidos en el Matlab (Simulink), Automation Studio y con el circuito hidráulico armado, a través de componentes de medición. 2. Seguridad:

Imagen: zapatos de seguridad. fuente:http://www.elcalzadodeseguridad.es/cal zado-de-seguridad-cat-footwear/

Imagen: lentes de seguridad. Fuente: http://articulo.mercadolibre.com.ar/MLA613075114-lentes-de-seguridad-transparentesucu-x-12unidades-_JM.

Imagen: guantes de seguridad. fuente: http://www.waterfire.es/guantes-de-seguridadindustrial

Imagen: mameluco de seguridad Fuente:

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3. Identificación de los módulos hidráulico: Conocer la secuencia para la correcta operatividad de los módulos.

Materiales o elementos que se utilizan con frecuencia en las sesiones de laboratorio.

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4. Introducción teórica: MATLAB

MATLAB El MATLAB es un paquete de software interactivo altamente especializado para realizar cálculos científicos y de ingeniería. Integra análisis numérico, cálculo matricial, procesado de señales y herramientas gráficas en un medio de fácil uso, donde los problemas y las soluciones se expresan del mismo modo que se plantean matemáticamente. MATLAB ofrece, además, una amplia variedad de funciones agrupadas en toolboxes que facilitan el trabajo en cualquier campo científico. Figura 2: Matlab

SIMULINK El Simulink, también producido por la The Mathworks. Inc., es un programa destinado a simulación de sistemas dinámicos. El opera en conjunto con el Matlab, pero al contrario de el, su interfase con el usuario es totalmente gráfica, hecha a partir de la interconexión de bloques. Permitiéndonos simular Sistemas continuos, discretos e híbridos. El Simulink es ejecutado a partir del Matlab a través de su ícono, o utilizando el comando: >> Simulink Su ventana principal del Simulink tiene apariencia de la figura abajo. Observar que cada una de las cajas (Sources, Sinks, etc.) pueden ser accedidas a partir de un click del mouse, haciendo que se abran nuevas ventanas. Cada bloque puede ser conectado, generando un sistema a ser simulado.

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Figura 3: Librería del Simulink La idea general es que se utilice el Simulink para poder MODELAR, SIMULAR y ANALIZAR sistemas dinámicos, donde CUYAS SALIDAS CAMBIAN CON EL TIEMPO. Para crear un nuevo sistema basta escoger FILE>NEW en el menú de la parte superior de la ventana. Con eso una nueva ventana en blanco, con la misma barra de menús, aparecerá en una pantalla.

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Figura 4: Entorno de trabajo del Simulink El modelado, simulación y análisis se hace mediante MODELOS formados por diagramas de bloques e interfaces gráficas de usuarios (GUIs)

Figura 5: Diagrama de bloques funcionales El fin principal es describir el problema a modelar con el conjunto de bloques funcionales con que cuenta el Simulink, agrupados en un diagrama Simscape. En este ejemplo, se va a modelar un sistema simple mecánico/Hidráulico; y observar su comportamiento en diferentes condiciones. Este laboratorio muestra los pasos esenciales para la construcción de un modelo físico hidráulico y permitiendo que usted esté familiarizado con el uso del Simscape y con los bloques funcionales básicos.

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BLOQUES FUNCIONALES DE SISTEMAS MECÁNICOS En general los sistemas mecánicos son gobernados por la segunda ley de Newton, la cual establece para sistemas mecánicos de traslación que "la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la suma de fuerzas aplicadas a dicho cuerpo” Las formas básicas de bloques funcionales que se utilizan para representar sistemas mecánicos son: a) Resortes (Spring) b) Amortiguadores (Damper) c) Masas (Mass)

Figura 6: Bloques funcionales de los sistemas mecánicos Donde los “RESORTES” representan la rigidez del sistema; los “AMORTIGUADORES” las fuerzas de oposición al movimiento, es decir, efectos de amortiguación y fricción, y las “MASAS” la inercia o resistencia a la aceleración, es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Es una propiedad intrínseca y de la masa gravitacional. La rigidez de un resorte se describe por la relación entre la fuerza F que se usa para tensar o comprimir el resorte, y la tensión o compresión a x resultante. Se puede considerar que todos estos bloques funcionales tienen una fuerza como entrada y un desplazamiento como salida. Los modelos de sistemas y sus formas o bloques funcionales son:

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Figura 7: Modelos de sistemas y sus bloques funcionales 1.5 Preparación. Ensamblar el sistema hidráulico de la figura 2 Regular la presión de la válvula limitadora de presión a 40 bar. 0.00 Bar

0.00 Bar

A

A

A B

B

P

T

0.00 LPM A

A

A B

C A

Figura 8: Esquema del Sistema Hidráulico

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5. Equipos y materiales.

Ilustración: válvulas de alivio Fuente: fuente propia

Ilustración: manómetros Fuente: fuente propia

Ilustración: válvulas de check Fuente: fuente propia Ilustración: estación hidráulica Fuente: fuente propia

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Ilustración: distribuidor P distribuidor T Fuente: fuente propia

Ilustración: válvulas distribuidoras Fuente: fuente propia

Ilustración: cruceta Fuente: fuente propia

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Ilustración: caudalimetro Fuente: fuente propia

Ilustración: mangueras Fuente: fuente propia

Ilustración: Fuente: fuente propia

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PROCEDIMIENTO  Primero abrimos el programa Matlab, este se encuentra en el idioma de inglés lo cual no generada un poco de dificultad.

PASO 1

PASO 2 Se abrirá la pestaña que está a la izquierda, seguidamente hacer un clic al icono marcado y obtendremos la imagen de la derecha.

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ACONTINUACION REALIZAREMOS EL CIRCUITO HIDRAULICO. a) Bomba de caudal fijo Ir a Simscape -> SimHydraulics ->Pumps and Motor

aquí modificamos el parámetro de desplazamiento volumétrico.

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DESCRIPCION DE LA BOMBA Este bloque representa una bomba de desplazamiento fijo de cualquier tipo como un modelo basado en hojas de datos. Los parámetros clave necesarios para parametrizar el bloque son el desplazamiento de la bomba, las eficiencias volumétricas y totales, la presión nominal, la viscosidad y la velocidad angular. Las conexiones P y T son puertos de conservación hidráulicos asociados con la salida y la entrada de la bomba, respectivamente. La conexión S es un puerto mecánico de conservación rotacional asociado con el eje de accionamiento de la bomba. La dirección positiva del bloque es desde el puerto T al puerto P. Esto significa que la bomba transfiere el fluido de T a P si el eje S gira en dirección positiva.

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a) TANQUE ATMOSFERICO Ir a Simscape ->Hydraulic->Hydraulic Elemnts

DESCRIPCION DE REFERENCIA HIDRÁULICA Este bloque representa una conexión a la atmósfera. Tiene un puerto de conservación hidráulico. Conectar a él los puertos hidráulicos de otros bloques que se consideran conectados directamente a la atmósfera. a) VALVULA REGULADORA DE PRESION Ir a Simscape-> SimHidraulics->Valves ->Pressure Control Valves

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aquí modificamos los parámetros de área máxima de paso, calibración de la presión de la válvula y rango de regulación de la válvula según en ese orden.

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DESCRIPCION DE LA VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN Este bloque representa una válvula de alivio de presión hidráulica como un modelo basado en hojas de datos. La válvula permanece cerrada mientras que la presión en la entrada de la válvula es más baja que la presión preseleccionada de la válvula. Cuando se alcanza la presión preestablecida, el miembro de control de valor es forzado fuera de su asiento, creando así un paso entre la entrada y la salida. Algún fluido es desviado a un tanque a través de este orificio, reduciendo así la presión en la entrada. Si este caudal no es suficiente y la presión continúa aumentando, el área se incrementa adicionalmente hasta que el miembro de control alcanza su máximo. Las conexiones A y B son puertos hidráulicos de conservación. La dirección positiva del bloque es del puerto A al puerto B.

a) FLUIDO Ir a Simscape ->SimHidraulics->Hydraulics Utilices

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DESCRIPCION DEL FLUIDO El bloque asigna fluido de trabajo para todos los componentes montados en un bucle en particular. La detección del bucle se realiza automáticamente y el bloque se considera como parte del bucle si está conectado hidráulicamente a al menos uno de los componentes del bucle. El bloque ofrece una amplia selección de fluidos para elegir. El fluido personalizado se asigna con el bloque Fluido hidráulico personalizado de la biblioteca de la fundación de Simscape. Si no se conectan ni el Fluido Hidráulico ni el Bloque Fluido Hidráulico Personalizado al lazo, se asignan las propiedades predeterminadas del bloque Fluido Hidráulico Personalizado. AQUÍ MODIFICAMOS EL TIPO DE FLUIDO QUE NECESITAMOS

a) REFERENCIA DE TRASLACION MECANICA Ir a Simscape-> Foundation Library ->Mechanical ->Translational Elemnts

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DESCRIPCION DE REFERENCIA DE TRASLACION MECANICA

Este bloque representa un punto de referencia de traducción mecánica, es decir, un marco o una base. Úselo para conectar los puertos mecánicos de traslación que están fijados rígidamente al bastidor (tierra).

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a) SENSOR DE CAUDAL Ir a Simscape -> Foundation Library-> Hydraulic -> Hydraulic Sensors

DESCRIPCION DEL CAUDALIMETRO O SENSOR DE CAUDAL

El bloque representa un caudalímetro ideal, es decir, un dispositivo que convierte el caudal volumétrico a través de una línea hidráulica en una señal de control proporcional a este caudal. Las conexiones A y B están conservando los puertos hidráulicos que conectan el sensor a la línea hidráulica. La conexión Q es un puerto de señal física que da salida al valor de la velocidad de flujo. La dirección positiva del sensor es desde el puerto A al puerto B.

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a) SENSOR DE PRESION Ir a Simscape->Foundation Library-> Hydraulic ->Hydraulic Sensor

DESCRIPCION DE MANOMETRO O UN SENSOR DE PRESION

El bloque representa un sensor de presión hidráulica ideal, es decir, un dispositivo que convierte la diferencia de presión hidráulica medida entre dos puntos en una señal de control físico proporcional a la presión. Las conexiones A y B conservan los puertos hidráulicos y la conexión P es un puerto de señal física. El sensor está orientado de A a B y la presión medida es P = p_A - p_B.

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a) SENSOR DE MOVIMIENTO DE TRANSLACION Ir a Simulink -> Sinks

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a) CONVERTIDOR DE SEÑALES FISICAS A BLOQUES DE RESULTADO DE SIMULINK Ir a Simscape ->Utilities

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aquí modificamos la unidad de la señal de salida a 1

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CONVERTIDOR DE SEÑALES FISICAS A BLOQUES DE RESULTADO DE SIMULINK

Convierte la señal física de entrada en una señal de salida Simulink sin unidad. La expresión de la unidad en el parámetro "Unidad de señal de salida" debe coincidir o ser proporcional con la unidad de la señal física y determina la conversión de la señal física a la señal de salida Simulink sin unidad. La casilla de verificación "Aplicar conversión afín" sólo es relevante para unidades con desplazamiento (como unidades de temperatura).

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aqui modificamos la unidad de señal de entrada a 1

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Convierte la señal de entrada Simulink sin unidad a una señal física. La expresión de la unidad en el parámetro "Unidad de señal de entrada" se asocia con la señal de entrada Simulink sin unidad y determina la unidad asignada a la señal física. La casilla de verificación "Aplicar conversión afín" sólo es relevante para unidades con desplazamiento (como unidades de temperatura). Hay tres opciones para manejar la entrada: puede utilizarla como es, filtrar entrada, o proporcionar las derivadas de entrada a través de puertos de señal adicionales. El filtrado de entrada también proporciona derivados de tiempo. El filtro de primer orden proporciona una derivada, mientras que el filtro de segundo orden proporciona la primera y segunda derivadas.

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a) FUENTE DE VELOCIDAD ANGULAR IDEAL Ir a Simscape->Mechanical-> Mechanical Sources

DESCRIPCION DE FUENTE DE VELOCIDAD ANGULAR IDEAL

El bloque representa una fuente ideal de velocidad angular que genera un diferencial de velocidad en sus terminales proporcional a la señal de entrada física. La fuente es ideal en un sentido en el que se supone que es lo suficientemente potente para mantener la velocidad especificada independientemente del par ejercido en el sistema. Las conexiones de bloque R y C son puertos mecánicos de conservación rotacional. El puerto S es un puerto de señal física, a través del cual se aplica la señal de control que impulsa la fuente. La

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M26515 GRUPO: “B” Página 28 de 41 Laboratorio. N°:

velocidad relativa se determina como W = W_R - W_C, donde W_R y W_C son las velocidades angulares absolutas de los terminales R y C, respectivamente. a) REFERENCIA DE ROTACION MECANICA Ir a simscape-> Foundation Library-> Mechanical-> RotacionElemts

DESCRIPCION DE LA REFENCIA DE ROTACION MECANICA

Este bloque representa un punto de referencia mecánico de rotación, es decir, un marco o un terreno. Utilícelo para conectar los puertos mecánicos de rotación que están fijados rígidamente al bastidor (tierra).

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a) DEFINIR CONSTANTES Ir a Simulink->sources

aquí modificamos el valor de la constante a 188

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M26515 GRUPO: “B” Página 30 de 41 Laboratorio. N°:

DESCRICION DE LA CONSTANTE

Salida de la constante especificada por el parámetro 'Valor constante'. Si 'Valor constante' es un vector y 'Interpretar parámetros vectoriales como 1-D' está activado, trate el valor constante como una matriz 1-D. De lo contrario, genera una matriz con las mismas dimensiones que el valor constante a) ONDA DE SEÑAL CONTINUA/DISCRETA Ir a Simulink-> Sources

modificaremos varios parámetros como la amplitud a 1, la frecuencia a 1 y el tiempo de la prueba

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M26515 GRUPO: “B” Página 31 de 41 Laboratorio. N°:

DESCRIPCION DE CONTINUA Salida de una onda senoidal: O (t) = Amp * Sin (Freq * t + Fase) + Bias El tipo senoidal determina la técnica computacional utilizada. Los parámetros en los dos tipos están relacionados a través de: Muestras por periodo = 2 * pi / (Frecuencia * Tiempo de muestra) Número de muestras de offset = Fase * Muestras por período / (2 * pi) Utilice el tipo de seno basado en la muestra si se producen problemas numéricos debido a la ejecución de grandes tiempos (por ejemplo, desbordamiento en tiempo absoluto).

aquí modificaremos de igual manera que el anterior varios parámetros como tiempo de paso (s), tiempo final (s) y tiempo de la prueba.

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DESCRIPCION DEL STEP Produce un paso.

a) CONFIGURAR LA FUNCION SOLUCION Ir a Simscape->Utilities

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DESCRIPCION DE LA FUNCION Define los ajustes de resolver que se utilizarán para la simulación.

1.8 SIMULACION

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modificamos el parámetro de método o modelado de resolución

M26515 GRUPO: “B” Página 34 de 41 Laboratorio. N°:

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1.9 CIRCUITO HIDRAULICO

INTERPRETAREMOS LAS GRAFICAS

Imagen del circuito:

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M26515 GRUPO: “B” Página 36 de 41 Laboratorio. N°:

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M26515 GRUPO: “B” Página 37 de 41 Laboratorio. N°:

Scope 1:

Nuestra imagen muestra un comportamiento de la presión y el tiempo nos sale una línea continúa debido a que no hay oposición al paso y al no haber oposición no hay presión lo que nos da como resultado la imagen mostrada. Scope2:

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M26515 GRUPO: “B” Página 38 de 41 Laboratorio. N°:

En la imagen dos podemos notar que nos sale que el caudal se elevaba luego va bajando hasta un punto y luego el caudal es constante Scope 3:

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M26515 GRUPO: “B” Página 39 de 41 Laboratorio. N°:

la figura podemos notar que nuestro (PS simulink) el scope 4 una presión contante luego cambia ya que la presión baria así elevándose ya ay un impedimento al paso por eso se eleva.

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CONCLUSIONES  En MATLAB, podemos crear o definir un sistema si tenemos su representación en términos de su función de transferencia, sus polos y ceros o su representación en variables de estado. Esto lo realizamos mediante las Herramientas de Control (control toolbox) y sus comandos tf, zpk y ss respectivamente. De igual forma podemos realizar transformaciones entre estas representaciones mediante el uso de los mismos comandos y también podemos visualizar el sistema creado.  Se concluye que la ecuación diferencial y los demás métodos para describir otros sistemas lineales y no lineales nos dan una idea del comportamiento de los sistemas dinámico que hemos hallado a lo largo del proceso  Utilizando los comandos adecuados, pudimos aprender a modelar de una manera práctica y clara la función de transferencia de cualquier sistema.  En conclusión, vemos que MATLAB es una potente herramienta que disponemos para realizar cálculos en el ambiente de ingeniería y otras especialidades, con capacidades que gradualmente podemos ir incluyendo a nuestros conocimientos y aplicaciones del quehacer laboral.  Generalmente el estudiante que trabaja en procesos choca con la dificultad de los complejos cálculos matemáticos que hay que desarrollar para resolver los problemas que se generan en su área de trabajo. En los procedimientos no permitan encontrar una respuesta o esta sea errónea. Gracias a las facilidades de MATLAB se puede estar seguro sobre hallar la respuesta correcta.

BLIBLIOGRAFIA https://issuu.com/ivonne041/docs/tabla_de_contenido http://www.mat.ucm.es/~jair/matlab/notas.htm http://informaticalaboratoriodematematica.blogspot.pe/2013/02/matlab.html

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