Circuito Hidráulico_Trabajo Final

UNIVERSIDAD AUTONOMA CHAPINGO

INGENIERÍA INGENIERÍ A MECÁNICA AGRÍCOLA “Trabajo “Trabajo final de Hidráulica” !I!TEMA! HI"RÁ#LICO! $ NE#MÁTICO! Alu%no& GONZÁLEZ LARA IVÁN.

'rofe(or&

')re* !obre+illa Luciano

GRA"O&  6°

GR#'O& “3”

,ec-a de en.re/a&

17/06/2015.

♣

Circuito hidráulico.

Figura 1. Circuito hidráulico de un tractor agrcola! ♣

 Diagrama unifilar del circuito hidráulico, sin movimiento de ninguna válvula de control direccional.

T

P

 A

P

T

T

 A

E

C

 A

D

P

E

B

C

T

P

 A

 A

D

B

♣

 Diagrama unifilar del circuito hidráulico, con la generación del movimiento del cilindro del levante de 3 puntos.

♣

 Diagrama unifilar del circuito hidráulico, con la generación de movimientos en los 3 cilindros hidráulicos.

♣

 Elementos presente en el sistema hidráulico.

"# De$%&ito de aceite!

'# (nea de ali)entaci%n o +# ,o)*a de $i&tone& de caudal

&ucci%n de la *o)*a! -aria*le!

.# Vál-ula de &o*recarga! P

T

/# Vál-ula

de de&carga auto)ática! A      

P      

0# 2# 3# 4#

T      

(nea de $re&i%n $ara $a&ar el 1unciona)iento de la *o)*a! (nea de alta $re&i%n de la *o)*a! (nea& de retorno de aceite hacia el de$%&ito! Vál-ula de control direccional +5+ de acciona)iento )anual! T

P

 A

"6# Vál-ula de control direccional /5+ de acciona)iento )anual!

E

C

 A

D

B

""# Vál-ula de control direccional +5' de acciona)iento )anual! T

P

 A

"'# Vál-ula de control de un cilindro de do*le acci%n7 con $o&ici%n 1lotante! E

C

 A

D

B

"+# Cilindro de do*le acci%n7 de control re)oto7 con di&$o&iti-o $ara 8u&tar la longitud de la carrera! ".# Cone9i%n $ara 1reno& hidráulico&! "/# Cone9i%n $ara la direcci%n hidráulica! "0# Cone9i%n $ara otro& acce&orio& hidráulico&! ♣

 Funcionamiento general.

El 1unciona)iento general de e&te &i&te)a e)$ie:a con la &ucci%n el 1luido ;aceite# al)acenado en un de$%&ito ;"#! El aceite &ale del de$%&ito ;"# en donde $a&a $or un 1iltro )alla7 el cual eli)ina alguna& i)$ure:a& < llega a la *o)*a de $i&tone& a tra-=& de la lnea de ali)entaci%n o &ucci%n de la *o)*a ;'#! (a &ucci%n generada $or la *o)*a de $i&tone& ;+# &e reali:a $or )edia la energa generada $or un )otor7 >ue hace )o-er dicha *o)*a! El 1luido $ro-eniente de la *o)*a de alta $re&i%n &e redirige hacia donde &e encuentra la -ál-ula de &o*recarga ;.#7 e&to $uede &er $o&i*le ue &e cuenta con una lnea de ali)entaci%n conocida co)o ?lnea de alta $re&i%n@ ;2#7 e&ta -ál-ula tiene la )i&i%n de e-itar &o*re$re&ione& en el &i&te)a! Al o*&er-ar el circuito anterior &e $uede -er >ue la -ál-ula &e )antiene nor)al)ente cerrada! Una -e: >ue el &i&te)a &e encuentra en &o*re$re&i%n7 el *aln ;e)*olo# intenta &u*ir7 con lo cual el )uelle ;re&orte# &e co)$ri)e < con e&to el l>uido &e redirige hacia la lnea de retorno del de$%&ito ;3#! El l>uido &e dirige hacia la -ál-ula de de&carga auto)ática ;/# a tra-=& de una lnea de alta  $re&i%n ;2#7 e&ta -ál-ula conecta el 1luido con la lnea de retorno ;3# en el ca&o e&$ec1ico de encontrar la& -ál-ula& de control direccional < $o&teriore& &e encuentre cerrada& o  *lo>ueada&! En el ca&o anterior la $re&i%n au)enta con lo cual e&to $ro-oca un )o-i)iento -ertical del re&orte < con ello &e a*re el $a&o a la lnea de retorno hacia el de$%&ito! En el ca&o >ue la &o*re$re&i%n no &ea &u1iciente el 1luido &e redirige hacia la *o)*a < e9i&te un recircula )iento de e&te!

Al &alir de la -ál-ula anterior7 el l>uido &e dirige hacia di-er&o& di&$o&iti-o&7 co)o lo& &iguiente& El aceite entra hacia la -ál-ula de control ;4# del cilindro de &i)$le acci%n7 co)o &e o*&er-a en la 1igura " el 1luido hace )o-er el $i&t%n del cilindro con lo cual el -á&tago genera el )o-i)iento del *ra:o de le-ante de + $unto& del tractor!  El 1luido &e recorre la lnea de alta ;2# < &e dirige hacia el cilindro de do*le e1ecto ;"6#7 co)o &e o*&er-a en la i)agen "7 la -ál-ula de control direccional /5+ &e encuentra  *lo>ueada $or lo cual dicho cilindro no reali:a ningBn )o-i)iento ;"+#! (a lnea de alta $re&i%n ;2# lle-a el aceite a alta $re&i%n a la &egunda -ál-ula de control de cilindro de acci%n &i)$le ;""#! En la $o&ici%n >ue &e )ue&tra en la 1igura " &e $uede -er  >ue el 1lu8o de aceite e&ta inter-enido $or acci%n de la -ál-ula de control direccional +5'7lo cual no genera ningBn )o-i)iento del cilindro de &i)$le e1ecto! (a lnea de alta $re&i%n ;2# lle-a el aceite a alta $re&i%n a la -ál-ula de control de un cilindro de do*le acci%n7 con $o&ici%n 1lotante! En la 1igura" la $o&ici%n de la -ál-ula  *lo>uea el 1lu8o de aceite hacia el cilindro de &i)$le e1ecto7 de tal )anera >ue no e&tá accionando dicho cilindro7 el *lo>ueo &e de*e a la $o&ici%n de la $alanca >ue genera el )o-i)iento! (a lnea de alta $re&i%n ;2# lle-a el aceite a alta $re&i%n a la& cone9ione& $ara 1reno& hidráulico& ;".#7 $ara la direcci%n hidráulica ;"/# < $ara la cone9i%n con otro& acce&orio& ;"0#!

♣

Calculo de potencia de la bomba hidráulica.

Datos.

M  +.66 ;Ma&a a le-antar#! V 6!+ )5& ;Velocidad del $i&t%n#! D  ' $ulg!  6!6/63 ) ;Diá)etro del $i&t%n#! l  + ) ;(ongitud de la )anguera#! V)a9  0 )5& ;Velocidad )á9i)a en la )anguera#!

Ƞ-  6!4 ;E1iciencia -olu)=trica de la *o)*a#! Ѵ  '' &Ct  6!6666'' )'5& ;-i&co&idad cine)ática del aceite#!

Ɣ  46"0 N5)+! -

Calculo de pérdidas por recorrido.

Para calcular la& $erdida& $or recorrido& en la& )anguera&7 &e utili:a la ecuaci%n de Darc< ei&*ach!

( )

2

l v h pr = λ∗ ∗( )  D 2g Co)o &e $uede o*&er-ar en la ecuaci%n anterior7 &e nece&ita calcular el diá)etro de la& )anguera&7 $ara ello7 &e &a*e >ue el caudal en todo el circuito e& el )i&)o! Por lo tanto &e tiene

πr

(¿¿ 2 ) Q =V ∗¿ π ∗(

0.0508

2 (¿¿ 2 )

)

 m Q=( 0.3  )∗¿ s  m Q=0.0006 s

3

Por lo tanto7 co)o &e )encion% anterior)ente el caudal -olu)=trico e& el )i&)o en todo el &i&te)a7 ade)á& &e utili:a la -elocidad )edia ;-)# de + )5& en la& )anguera&! Por lo tanto el área < el diá)etro de la )anguera e& el &iguiente

 A =

Q/ƞ v vm 3

m ( 0.000 6 )/( 0.9) s  A =  m 3 s

 A = 0.00022 m

2

 D=0.0168 m .

Al o*tener e&te diá)etro te%rico7 &e $rocede a *u&car en )anuale& de )anguera& hidráulica&7 el diá)etro e&tándar de dicha )anguera7 $or lo cual &e utili:% lo& Producto& Hidráulico& Indu&triale& de la )arca PO,ERAF S!A!7 con lo cual &e encontr% >ue el diá)etro e&tándar e& el &iguiente con &u& re&$ecti-a& caracter&tica&!

Co)o &e $uede o*&er-ar el diá)etro te%rico &e a$ro9i)a al diá)etro e&tándar de u na )anguera de @7 conocida co)o ?Manguera con e&$irale& de acera $ara )u< alta $re&i%n@! Modelo M6/' 7 con nB)ero de c%digo de "'VHP  "47 la& caracter&tica& &e )encionan en la 1igura anterior! Por lo tanto7 el diá)etro utili:ado &erá de @7 %&ea 6!6"4" )7 $or lo tanto la nue-a -elocidad7 &u$oniendo el )i&)o caudal &erá el &iguiente!

Ve =

Q  A

3

 m 0.0006 s

Ve =

(

0.9∗

0.0191 m 2

Ve =2.33



)

2

π 

m s

Calculo de NB)ero de Re
ℜ=

( Ve∗ D )

( ℜ=

Ѵ 

2.33

m  ∗0.0191 m s

 m 0.000022 s

)

2

ℜ=2022.86 Co)o &e o*&er-a el nB)ero de Re
 λ =

64

ℜ 64 2022.86

 λ =0.032 . Por lo tanto ahora &e $uede o*tener la& Perdida& $or recorrido u&ando la ecuaci%n de Darc< anterior)ente )encionado!

( )

2

l v h pr = λ∗ ∗( )  D 2g

2

m (2.33  ) 3m s h pr =0.032∗ ∗( ) m 0.0191 m 2 ( 9.81 2 ) s

(

)

h pr =1.39 m Resp.

-

Calculo de pérdidas por accesorios.

Para o*tener e&ta& $=rdida& &e utili:a la ecuac i%n de ,orda7 la cual &e )ue&tra a continuaci%n

h pl = k ∗(

v

2

2∗ g

)

Sin e)*argo &e &a*e >ue 

Pre&i%n $or recorrido!

 Prec= h pr∗Ɣ

 Prec=( 1.39 m)∗(9016

 Prec= 12,532.24

N  m

3

)

N  m

2

De )anera e9$eri)ental &e $uedo o*tener el -alor de JPl7 lo& cuale& 1ueron de P" "+ *ar < P' ' *ar!

P' '  A

B

P

T

P" "+

∆ P l = P 1− P 2=13 −2=11 ¯ ¿ 1.1 MPa.

Su$oniendo >ue &e cuenta con ' acce&orio& &e tiene

∆ Pl =3∗( 1.1 MPa ) =3.3 MPa. Por lo tanto &u$oniendo una regla de + &i)$le7 o*tiene la longitud e>ui-alente ;le#

(3,300,000 ¿=

N  m

2

12,532.24

)( 3 m) N  2 m

¿=789.96 m. En &eguida &e calcula el coe1iciente de $=rdida& $or acce&orio&

k = λ∗(  ¿ )  D

k =(0.032 )(

789.96 m 0.0191 m

)

k =1323.49 inal)ente &e o*tiene la& $=rdida& $or acce&orio& de la &iguiente )anera 2

 m (2.33  ) s h pl =( 1323.49 )∗( )  m 2∗(9.81 2 ) s h pl =366.21 m Por lo tanto &e &a*e7 >ue la& $=rdida& de carga o de $re&i%n &e deter)inan de la &iguiente )anera

h PT =h pr+ h pl h PT =1.39 m + 366.21 m h PT =367.6 m En t=r)ino& de $re&i%n &e tiene

 P PT =h PT ∗Ɣ N 

 P PT =367.6 m∗9016

m

3

 P PT =3.3 MPa

(a $re&i%n >ue ocu$ara la )a&a de +.66 Kg en un cilindro de '@ $ulgada&7 &e calcula de la &iguiente )anera 3,400 kg∗( 9.81

 Pm=

0 . 00202 m

 Pm=16,511,881.19

 m s

2

)

2

N  m

2

= 16.5 MPa.

Por lo tanto la *o)*a nece&ita &u$erar la $re&i%n de

 PT = P m + P PT   PT =16.5 MPa+ 3.3 MPa  PT =19.8 MPa. Ahora $ode)o& calcular la $otencia de la *o)*a hidráulica7 la cual e& la &iguiente

 Nb=QT ∗ PT 

3

 m N   Nb=( 0.00054 )∗(19,800,000 2 ) s m  Nb=10,692 W =10.69 kW . En de$endencia de e&ta $otencia7 &e *u&c% en el catálogo de la e)$re&a HAE HLDRAU(I7 una *o)*a de $i&tone& radiale& de caudal -aria*le ti$o R7 del gru$o 06"0! (a cual tiene una $otencia >ue $uede -ariar de "" a +6 K!

♣

 Diagrama unifilar del sistema de levante de 3 puntos de un tractor agrícola.

T

P

P

 A T

T  A

P

 Diagrama unifilar del sistema de levante de 3 puntos de un tractor agrícola (aplicación de la palanca de la válvula de control direccional.