circuitos hidraulicosp1

Upload: octavio-chay-sierra

Post on 05-Jan-2016

234 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

introduccion a circuitos hidraulicos

TRANSCRIPT

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    Referencias:1)James A Sullivan, 1989, Fluid Power, Theory and Applications Third Edition. Ed. Prentice HallFranklin D. Yeaple, Fluid Power Design Handbook Marcel Dekker; 3rd Rev edition, October 1995 ISBN 0824795628

    1

    ISBN: 0824795628.2)F.D., Yeaple,1986, Fluid Power Design Handbook, Marcel Decker, 3. Ed.3)Mecanica de fluidos aplicada / Robert L. Mott ; trad. de Carlos Roberto Cordero Pedraza ; A. Homero Flores Samaniego ; rev. tec. Miguel Chacon Paz. Mexico : Prentice-Hall, 1996.

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    Los tres medios principales de transmisin de potencia son:

    o Dispositivo elctricoo Dispositivo mecnicoo Fluido de transmisin de potencia

    La facilidad de control, tamao reducido y versatilidad del fluido de potencia,hacen a los circuitos hidrulicos un excelente remplazo para las transmisionesmecnicas y elctricasmecnicas y elctricas.

    El fluido de potencia se utiliza confinado en tuberas y dispositivos de controlpara realizar un trabajo.

    2

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    El sistema hidrulico de potencia cumple dos objetivos principales:

    o Primero: suministra una fuerza substancial para mover actuadoreslejos de la fuente de potencia.

    o Segundo: logra con una alta seguridad y alta precisin elmovimiento de actuadores con relativa facilidad (una diez milsimade pulgada repetible por varios millones de ciclos).

    Un circuito hidrulico de potencia significa, un fluido sometido a presin(normalmente es aceite) confinado en un sistema para realizar un trabajo. El trmino( ) p jfluido se utiliza para designar al medio portador de energa de un punto a otro. Elfluido puede ser un aceite o agua para el caso de circuitos hidrulicos, o un gas o airepara un circuito neumtico.

    3

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    Como ya se menciono anteriormente, uno de los objetivos de lapotencia de un fluido es mover actuadores en lugares lejos de lapotencia de un fluido es mover actuadores en lugares lejos de lafuente de potencia y otro el de suministrarles fuerza substancialmentegrande.

    Por ejemplo una maquina diesel acoplada a una bomba hidrulica, est a su vez,conectada por tubos, mangueras, vlvulas, etc. a un cilindro, puede moverlo

    t i t l j d d llaunque estos varios metros alejado de ella.

    Particularmente es una de las ventajas que se tiene sobre otro tipo de transmisinParticularmente es una de las ventajas que se tiene sobre otro tipo de transmisincomo la de engranes, cadenas, bombas, etc.

    4

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    ) Di iti d t d d G l t l b b

    Ambos sistemas, hidrulicos y neumticos, se descomponen en cuatrogrupos de componentes lgicas:

    a) Dispositivos de entrada de energa. Generalmente son las bombas oacumuladores. Las bombas obtienen energa cintica de un motor y la convierteen energa del fluido incrementando la presin de este, (energa potencial),supliendo perdidas por friccin (calor) y dando energa cintica al fluido.p p p ( ) y g

    b) Componentes de transmisin de potencia. Que son los ductos, conexiones,tanques y el mismo fluido.

    c) Dispositivos de control. La direccin del flujo puede ser controlada por vlvulasdireccionales Si la presin excede un valor previamente fijado la vlvula dedireccionales. Si la presin excede un valor previamente fijado, la vlvula decontrol de presin abre regulando la presin en el sistema, etc. En resumen losdispositivos de control incluyen todos los componentes destinados a regular latemperatura, presin y el flujo.

    5

    d) Dispositivos de salida de energa. Transforman la energa de potencia del fluidoen energa cintica en el cilindro y los motores.

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    1. Un sistema hidrulico puede controlarse en un rango mucho msamplio.

    2 S d li i l 2. Se puede ampliar una gran potencia con una seal pequea.3. La relacin de torque a inercia en los motores hidrulicos es alta por

    lo que aceleran rpidamente.4. La relacin de potencia a tamao de los motores es alta.p5. La aceleracin de los motores hidrulicos es casi constante en el rango

    de velocidades de stos.6. Son ms seguros que los mecnicos y en ciertas atmosferas ms

    seg ros q e los elctricosseguros que los elctricos.7. Los fluidos expelen calor generalmente en forma rpida.

    1. Los aceites pueden ensuciar el piso.2. Las fugas pueden ser peligrosas para el operador o contaminar los productos.

    6

    3. Los aceites son inflamables.4. El control muy fino de la potencia es difcil.

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    El motor que mueve a la bomba, la bomba incrementa la presin deli i fi iaceite, pero primero pasa por el filtro para evitar el transporte de

    partculas extraas que pudieran daar las otras componentes. Ladireccin del flujo puede controlarse mediante una vlvula de controldireccional, la cual mandar aceite al pistn o al tanque dependiendo de lad ecc o , cu d ce e p s o que depe d e do demanija de control. Si la presin excede un valor previamente fijado, lavlvula controladora de presin abre y el aceite fluye hacia el tanque.

    7DibujossacadosdelaRef.ApuntesdeCircuitosHidrulicosDr.ArturoLaraLpez

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    El aire es el fluido ms comn en los sistemas neumticos. Se introducei i i i ial sistema mediante un compresor. Adicionalmente al sistema se le

    agrega un lubricador, para adicionarle aceite al aire y que lubrique laspartes mviles.

    8DibujossacadosdelaRef.ApuntesdeCircuitosHidrulicosDr.ArturoLaraLpez

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    9

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    10

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    El inicio y compresin de cmo trabaja un fluido de potencia sei i ( ) i i iatribuye a Blaise Pascal (1650), quien descubri que una presin

    ejercida por un fluido confinado acta sin disminuir con el mismo valoren todas las direcciones a ngulos rectos a las paredes donde incidedentro del contenedor

    El resultado ser una fuerza de 10Kg encada cm2 de las paredes o una presin de10 Kg/cm2 Si el fondo de la garrafa

    de o de co e edo

    10 Kg/cm . Si el fondo de la garrafatuviera un rea de 20cm2, la fuerzaresultante en el fondo ser de 200KgF.

    F

    Este es el principio de Pascal aplicado en

    FPA

    =

    11

    p p pfluidos.

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    Principio de Pascal aplicado en fluidos

    12

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    El invento de esta prensa se atribuye a Joseph Brahma datndolo enp y p1795, y consiste en la aplicacin tcnica del principio de Pascal que diceque la presin ejercida en un punto de un fluido se transmite integra entodas direcciones.

    La prensa consta de dos cilindros de diferente dimetro cerradosambos por sendos mbolos. Dichos cilindros estn en contacto a travsde un tubo, lleno todo el conjunto de agua.

    13

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    El cilindro de menor tamao comunica con un depsito de aguaconstituyendo una bomba impelente. Al presionar la palanca de estecilindro, se inyecta lquido en el cilindro mayor a travs del tubo. Unal l t i id l t d l El t d i lvlvula en este impide el retroceso del agua. El aumento de presin en el

    segundo cilindro provoca la elevacin de su mbolo pudiendo de estamanera prensar cualquier objeto que se haya colocado entre ste y laplataforma superior.p p

    Cuanta mayor sea la diferencia de dimetro existente entre los cilindros mayor ser la

    14

    y ypotencia obtenida, ya que hay una relacin directa entre las dos superficies.El modelo aqu presentado es capaz de ejercer presiones de hasta 200 atmosferas.

  • 1.- Encuentre el bore de un cilindro que debe ejercer 10 000 libras-fuerza con unalimitacin de presin de 1200 libras-fuerza por pulgada cuadrada.

    2.- Qu tanto fluido es necesario para una carrera en el cilindro de 500mm con unbore de 100mm?

    3.- Si un cilindro hidrulico tiene un pistn de dimetro igual a la mitad del dimetrodel bore, Cul ser la diferencia en la fuerza disponible si la presin aplicadaalternativamente en cada extremo permanece constante? El bore tiene un

    i 4 i i 2 i idimetro de 4 in y el pistn de 2 in de dimetro

    Fig P3

    15

    Fig.P1,Fig.P2Fig.P3Fig.P3

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    1.- Encuentre el bore de un cilindro que debe ejercer 10 000 libras-fuerza con una limitacin de presin de 1200 libras-fuerza por pulgadacuadrada.

    F FP AA P

    = =2

    4IDA =

    ( )2 24

    i FII

    D DA

    =Para este caso se aplicara al lado (I) por no haber ms datosPara este caso se aplicara al lado (I) por no haber ms datos.

    2

    4ID FA

    P= = ( )( )

    4 100004 3.257flbFD in= = =

    16

    4 P ( )2 3. 571200 f inP lb in

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    2.- Qu tanto fluido es necesario para una carrera en el cilindro de500mm con un bore de 100mm?

    2

    4DV AL L = =

    ( )20 10( ) ( ) 3 30.10 0.5 3.9269 104

    V x m = =

    31 1000m litros1 1000m litros=3

    3 3 103 9269 10 3 9269litrosV x m litros

    Este es el volumen mnimo solo para el cilindro, falta el de la manguera, el

    33.9269 10 3.92691V x m litros

    m= =

    17

    excedente y otros.

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    3.- Si un cilindro hidrulico tiene un pistn de dimetro igual a la mitaddel dimetro del bore, Cul ser la diferencia en la fuerza disponiblesi la presin aplicada alternativamente en cada extremo permanece

    t t ? El b ti di t d 4 i l i t d 2 i dconstante? El bore tiene un dimetro de 4 in y el pistn de 2 in dedimetro

    2

    2 4D

    DF DP F PD

    = = 4

    2

    2 44

    dd

    F dP F Pd

    = = 4

    ( )2 2 2 24 4 4D d D d PF F P P D d = = ( )2 24 2 9.4244D d fPF F lb = =

    18

    En este ejemplo se considera la presin aplicada en ambos extremos al mismotiempo. El pistn se mueve por estar des balanceadas las fuerzas.

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    Bajo el concepto de que la perdida de energa es despreciable y de quela energa es el sistema es constante, entonces el trabajo en la entrada esla energa es el sistema es constante, entonces el trabajo en la entrada esigual al trabajo en la salida.

    Si el trabajo es constante:

    De tal forma que si la resistencia es grande,

    1 1 2 2W FL F L= =

    la distancia que viaja F2 es menor, aunquetambin est limitada por la presin y lasuperficie o rea A2.

    1 1 1 2 2 2 1 2W PAL P A L P P= = =1 2

    1 1 2 2A LW PAL PA L= = =

    19

    1 1 2 22 1A L

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    Potencia es la rapidez con la que se hace un trabajo.

    FdP

    Un caballo de fuerza (HP) es igual a:

    Pt

    =

    lb f1 550 746 746f

    lb ft N mHP Wattss s = = =

    Considerando un cilindro hidrulico la razn de flujo est dada por:

    Q = Razn de flujo [m3/seg]A = rea del bore [m2]V AdQ A= = =

    20

    d = Avance del cilindro [m]t = Tiempo [seg]

    Qt t

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    Para una bomba hidrulica la razn de flujo est dadaPara una bomba hidrulica la razn de flujo est dada por:

    Q V=

    La potencia mecnica es definida de la siguienteforma:

    P = Potencia [Joule]P = Potencia [Joule]F = Fuerza [N]d = Distancia [m]t = Tiempo [s]

    FdPt

    =

    21

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    3dAF

    En hidrulica la razn de flujo y la presin, son utilizados para el clculo depotencia

    Q = Razn de flujo [m3/seg]P = Presin [Pa N/m2]

    QpvAptAdAFPf ===

    22

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    El par mecnico se define como:El par mecnico se define como:

    T = TorqueF F li d [N]T Fxd F = Fuerza aplicada [N]d = Brazo de palanca [m]

    T Fxd=

    La potencia que se desarrolla con la aplicacin de un torque es igual a:

    P T=23

  • 1.- El cilindro mostrado es utilizado para elevar el peso 9 in. Si el bore es de2 in y la presin es de 1800 lb/in2 Cul es el trabajo realizado?2 in y la presin es de 1800 lb/in Cul es el trabajo realizado?

    2.- En un taller se eleva un carro con un peso de 3000 lbf asumiendo que eldispositivo de levantamiento pesa 500 lbf y la friccin es despreciable, Cul esdispositivo de levantamiento pesa 500 lbf y la friccin es despreciable, Cul esel trabajo necesario para elevar el carro? La carrera es de 6ft. Cul ser lapotencia si el carro se eleva en 15 segundos?

    24

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    1.- El cilindro mostrado es utilizado para elevar el peso 9 in. Si el borees de 2 in y la presin es de 1800 lb/in2 Cul es el trabajo realizado?

    L

    D

    WPA

    =

    2

    4L DDW PA P = =

    ( )221800 8835.74L fr

    W lb = = 4

    ( )8835.7 9 79521.5LW W L lb in= = =

    25

    WL es la carga que resiste la presin

  • Universidad de GuanajuatoFIMEE

    Circuitos Hidrulicos, Neumticos y AutomatizacinDr. Jos Coln Venegas

    2.- En un taller se eleva un carro con un peso de 3000 lbf asumiendo queel dispositivo de levantamiento pesa 500 lbf y la friccin es despreciable,Cul es el trabajo necesario para elevar el carro? La carrera es de 6ft.Cul ser la potencia si el carro se eleva en 15 segundos?

    ( )( )3500 6 21000LW W L lb ft= = = W FdW FdP FVt t

    = = =

    21000 1400 2.54515

    lb ftP HPseg= = =

    26