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ClaseN16Predicción Trabajo de Fallas Por Fatiga Electrovalvulas

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Actuadores Neumáticos e

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Ejerc Ej ercici icios os pa ra la pr prim imera era ev

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En la figura se muestra un circuito con intercambiador de calor externo, que forma parte de un de potencia hidráulico. El circuito consta de una tee, tres codos a 90°, una válvula antirretorno, ( ) p = 35 [kPa] ), una válvula solenoide (k = 1.5), dos válvulas de globo por completo abie intercambiador de calor ( ) p = 280 [kPa] ) y 15 m de tubería de acero estirado con diámetro no 1 [pulg]. El fluido tiene una densidad relativa s = 0.95 y su viscosidad cinemática es < = 2.258 × 1

a) Determine la velocidad que se debe proporcionar al flujo y el caudal desplazado por la bom para que el flujo enviado al intercambiador avance en el límite inferior del régimen turbulento. b) Determine la potencia neta que debe suministrarse a la bomba, cuya eficiencia es de 74 mediante un motor eléctrico.

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a). El régimen de flujo se define con base en el número de Reynolds:

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b) Para determinar la potencia neta que debe suministrar la bomba se efectúa un ba energía, entre los puntos de ingreso y salida 1 y 2, respectivamente. Las hipótesis para este incluyen las siguientes suposiciones: * * * *

Flujo en estado permanente. Fluido incompresible e isotérmico. Ausencia de transferencia de calor. Propiedades uniformes del fluido en la entrada y la salida del trayecto del flujo.

El balance de energía toma la forma:

en donde las variables tienen el siguiente significado: = altura total de energía a la entrada del volumen de control

= altura total de energía a la salida del volumen de control )Hf =

incremento de la altura de energía, ocasionado por el trabajo de flecha que bomba de recirculación.

)hv =

disminución de la altura de energía fluido, debido al trabajo invertido en s You're Readingdel a Preview oposición de los esfuerzos viscosos. Unlock full access with a free trial.

Además,

Por consiguiente:


Los puntos de ingreso y salida, 1 y 2 respectivamente, están localizados sobre la superficie libre del tanque de fluido hidráulico; por consiguiente z2 - z1 = 0 (no hay cambios de energía potencial).

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La velocidad se refiere a la velocidad promedio del fluido que avanza dentro de la tu acero, y ya fue determinada en el inciso anterior; [m/s]. El factor de fricción f se de mediante el diagrama de Moody, con base en el número de Reynolds (ReD = 10 000) y la ru relativa. Para el acero estirado se tiene , = 0.0015 [mm]; por lo tanto:

En el diagrama de Moody se obtiene f = 0.0305; entonces las pérdidas primarias son:

[m]

En cuanto a las pérdidas secundarias, los coeficientes de pérdidas secundarias son: una tee en flujo cruzado, tres codos a 90°, una válvula antirretorno, una válvula solenoide, (k = 1.5) dos válvulas de globo 100% abiertas, entrada a tubería con borde agudo salida de una tubería a una reserva

ki ki ki ki ki ki ki

= 1.4 = 0.7 = 5.0 = 1.5 = 7.8 = 0.5 = 1.0

×1= ×3= ×1= ×1= ×2= ×1= ×1=

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1.4 2.1 5.0 1.5 15.6 0.5 1.0 Gki = 27.1

Entonces las pérdidas secundarias son:

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[m]


También hay que añadir las pérdidas producidas por el intercambiador de calor ()p = 2 y el filtro ()p = 35 [kPa]): [m]

La pérdida total de altura de energía es )hV = 98.86 [m] + 134.2 [m] + 33.8 [m] = 266.8 debe ser proporcionada por la energía de la bomba:

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Cierto sistema de calefacción hidrónico consiste en el a rreglo que se muestra en la figu motobomba especial —la cual tolera operar con agua caliente— recibe el fluido desde un ta almacenamiento; el caudal de agua es desplazado a través de tuberías de cobre rígido, con d nominal de d [pulg] , tipo M. El flujo es forzado a través del serpentín de un calentador de paso produce una caída de presión ) p = 85 [kPa]. Después de recibir el incremento de energía, el agu al serpentín del intercambiador compacto que se enc uentra dentro de la habitación; este equipo un ) p = 124 [kPa].

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Ejercicios propuestos. Conceptos básicos.

1. Un actuador lineal —como el que se muestra en la figura 12— recorre una carrera s = 0.82 [m] y emplea 6.4 [ extensión y 2.8 [s] para el retroceso. Entre cada movimiento sucesivo (extensión, retroceso, extensión, etc.), desca 0.4 s. ¿Cuántos ciclos efectúa en una hora de funcionamiento continuo? ¿ Cuál es la velocidad promedio para cada mo

2. La carrera angular de un actuador rotatorio es 112 . El recorrido en sentido horario toma 4.8 [s] y sólo 2.6 [s] e antihorario. Entre cada movimiento sucesivo (horario, antihorario, horario, etc.), el actuador permanece inmóvil 0.8 s. ¿Cuántos ciclos efectúa en una hora de funcionam iento continuo? ¿Cuál es la velocidad promedio para cada mo E

3. El actuador rotatorio de un sistema hidráulico recibe 37 [L/min] de aceite, presurizado a 2.0 [MPa] manométrico. El aplica un par de 920 [Nm] sob re la carga externa, mientras recor re su carrera angular de 48 en 1.2 [s]. ¿Con qué efi convierte la energía hidráulica en trabajo mecánico? E

4. Un actuador lineal levanta un vehículo cuyo peso es 960 [kgf], a lo largo de una carrera de 1.80 [m], en un tiempo ¿Cuál es el trabajo neto efectuado por el actuador? ¿Qué potencia promedio desarrolló para elevar el vehículo? Para su tarea el actuador recibe 20 [lpm] de aceite, presuriza do a 700 [psi] manom étrico. ¿Con qué eficiencia se con vierte hidráulica en trabajo mecánico?

5. Un actuador rotatorio abre un portón de acceso, desplazándo lo 90 de carrera angular. El movimiento tom a 3 [s] y e aplica un par de 42 [Nm]. Deter mine el trabajo efectuado y la potencia promedio para esta tarea. El actuador recibe 1 fluido, presurizado a 70 [psi] manométrico. ¿Con qué eficiencia se convierte la energía fluida en trabajo mecánico? E


6. La bomba de un sistem a hidráulico desplaza 43 [lpm] de a ceite. La tubería de succión de la bom ba tiene un diámet Unlock full access with a free trial. de 26.6 [mm], mientras que la tubería de descarga tiene 15.8 [mm ] como diámetro interior. ¿Cuáles son las velocidades de succión y descarga?


7. Una bomba de desplazamiento positivo entrega un caudal de 64 [lpm] de aceite, presurizado a 9 [MPa]. Se cuen motor eléctrico que desarrolla una potencia de 10 [hp]. ¿La capacidad de este motor es suficiente para impulsar a la

8. ¿Qué diámetro tiene un cilindro cuyo pistón recorre 0.45 [m] en 6 [s], mientras recibe un caudal fluido de 15 [lpm]

9. El pistón de un cilindro hidráulico tiene 0.1 [m] de diámetro y puede recorrer una carrera máxima de 0.60 [m]. ¿E tiempo se extiende a lo largo de su carrera, si recibe un caudal de 34 [lpm].

Máquinas de desplazam iento positivo.

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4. Una bomba de engranes es impulsada a 1200 [rpm], para des plazar un caudal de 38 [lpm] presurizado a 13.75 bomba tiene una eficiencia total ç b = 0.83. ¿Qué par le proporciona el motor primario? Su eficiencia energética es ¿Cuál es su deslazamiento?

5. Una bomba, cuyo caudal ideal es 35 [lpm], tiene una eficiencia volumétrica de 0.90. Se usa para impulsar a un cili pistón tiene el diámetro D p = 125 [mm], su vástago d v = 56 [mm] y desarrolla una carrera s = 0.680 [m]. La bomb totalidad de su caudal al actuador. a) Determine las velocidades de extensión y retroceso del actuador. b) Determine el tiempo para completar un ciclo del actuador.

6. Un cilindro neumático recorre una carrera s = 27 [pulg]. Sus diámetros de pistón y vástago son 5 [pulg] y 1 respectivamente. La extensión se efectúa en 4 [s] y el retroceso en 3.2 [s]. Obtenga el caudal necesario para efectu movimientos y el caudal promedio un ciclo. La presión disponible es 92 [psi]; la presión atmosférica local es de 14 [p

7. Un actuador rotatorio neumático, cuya carrera es de 150 , se mueve en forma alternada a razón de 40 ciclos com minuto. El desplazam iento del actuador rotatorio es 0.46 [L], y el tiempo que consume a l girar en un sentido es el dob consum e en el giro opuesto. Se alimenta con aire comprim ido cuya relación de compres ión es RC = 7.565; la presión at local es 84 [kPa]. a) Determine el caudal consumido (en condiciones de aire libre) para ambas carreras y el caudal promedio b) Determine el consumo total de aire que debe satisfacer el compresor, para una jornada de 8 [hr]. E

8. Se instalará un actuador lineal neumático de doble efecto, para desarrollar una carrera de 0.60 [m]. Los diámetros y vástago son 125 [mm ] y 28 [mm ], respectivamente. La extensión se debe ejecutar en 4 segundos y la retracción en 5 La presión disponible en el sistema es 520 [kPa]. La presión atmosférica local es 86 [kPa]. Determine el consumo pro You're Reading a Preview aire para el ciclo de extensión y retroceso.

access a freedel trial. 9. Se instalará una actuador lineal neumático deUnlock doblefull efecto. Elwith diámetro pistón es D p = 160 [mm] y el del vástag [mm]; la carrera es s = 0.76 [m]. Se cuenta con una presión de 550 [kPa] en el sistema. El actuador efectuará 522 ciclos La extensión se debe ejec utar en el doble de tiempo del retroceso. presión atmosférica local es 80 [kPa]. De termine Download WithLaFree Trial promedio consumido por el actuador y el tiempo en que 4 actuadores idénticos, operando simultáneamente, agotar de aire libre.

Actuadores lineales.

1. Se instalará un actuador lineal neumático de doble efecto, para desplazar horizon talmente una carga apoy ada, sin g y con montura fija, a lo largo de 1.10 [m]. Se requiere una fuerza de extensión de al menos 14.8 [kN]. La presión disponible es 605 [kPa] (la presión atmosférica local es 91 [kPa]). El actuador da 480 ciclos continuos por hora, y la de retracción es 1.308 veces la velocidad de extensión. La fuerza en la retracción debe ser al menos 12.6

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4. Una carga presenta una oposición de 42 [kN], durante el retroceso del vástago en el actuador de la figura. La cabeza recibe todo el caudal desalojado por la bomba, Q b = 180 [lpm]. La contrapresión sobre el puerto de la tapa es 380 [kPa]. Determine la magnitud de la presión en la cabeza del actuador, así como la velocidad de retracción. ¿Q ué potencia desarrolla el sistema hidráulico? ¿Cuánto caudal sale por el puerto de la tapa? 5. Un actuador hidráulico —con diámetros de pistón y de vástago D p = 80 [mm] y d v = 36 [mm], respectivamente— desplaza una carga W = 6700 [N]. El desplazamiento es horizontal, sobre una superficie con el coeficiente de fricción ì = 0.14, con la velocidad V ma x = 0.26 [m/s]. La bomba del sistema envía caudal a la tapa del actuador, presurizado a 5.8 [MPa]. Para desacelerar la carga se instaló un collar de amortiguador, cuya longitud es 19 [mm]. ¿C ual es la contrapresión generada en la cabeza del actuador, cuando la carga se desacelera hasta el reposo?

Figura del ejercicio 4.

6. Una carga cuyo p eso es 19.5 [kN] se des plaza horizontalmente dura nte la extensión de un cilindro hidráulico. Se acel el reposo hasta alcanzar la velocidad máxima V max = 1.12 [m/s], en una distancia Ä x = 48 [mm ]. El coeficiente de fric la carga y la superficie es ì = 0.16. La presión disponible en la tapa del actuador es 12.4 [MPa]. El puerto de la cabe una contrapresión de 0.44 [MPa]. Determine el diámetro de pistón adecuado para acelerar la carga como se ha d diámetro del vástago es 28 [mm]. 7. Un cilindro hidráulico debe acelerar una c arga de 48 [ton] en la distancia Ä x = 50 [mm], desde el reposo hasta V max = 0.18 [m/s], mientras asciende Reading a Preview sobre una superficie inclinada 10 respecto a la You're horizontal. El coeficiente de ì fricción entre la carga y la superficie es = 0.12. La máxima presión Unlock full access a free disponible en el sistema es 18 [MPa]. Las contrapresiones en el with puerto de trial. la cabeza son 0.38 [MPa]. a) Determine el diámetro adecuado para el pistón b) La del cilindro, suponiendo inicialmente que no existen contrapresiones. Download With Free Trial carrera total será 0.50 [m], la carga viaja apoyada sin guía rígida y la montura del actuador es MF6. Determine el diámetro necesario para el vástago y corrija el resultado del inciso anterior. E

8. Un actuador hidráulico debe elevar una c arga de 6 [ton] a lo largo de una carrera de 3 [m]. La presión del sistema no debe exceder 10 [MPa] en los puertos del cilindro. Las contrapresiones se han estimado en 0.42 [MPa]. El actuador tendrá mo ntaje NFPA ME 5, la conexión del vástago articulada y la carga viajará con guía rígida. Determine los diámetros del pistón y del vástago, así como la longitud de un posible tubo de detención.

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actuador durante la extensión (antes se que inicie la desaceleración al final de la carrera). El puerto de la cabeza re contrapresión de 0.40 [MPa]. b) Durante la desaceleración, al final de la extensión, la bomba del sistema levanta s máxima (la válvula de alivio 1.2 abre), y la tapa del actuador rec ibe el caudal presurizado a 14.3 [MPa ]. ¿Cual es la con generada en la cabeza del actuador? c) Durante todo el retroceso (incluyendo la desaceleración al final de carrera), recibe el caudal presurizado a 14.3 [MPa], debido a la regulación de caudal con la válvula 1.01. ¿Cual es la con generada en la tapa del actuador durante el final de carrera?

10 . Un actuador lineal neumático, de doble efecto, efectúa 15 ciclos por minuto en un desplazamiento horizontal. La de retracción es el triple de la velocidad de extensión y la carrera es s = 18 [pulg]. Las dimensiones del actuador son: de la tapa D t = 6 [pulg] y diámetro del vástago d V = 1 d [pulg]. Se requiere desarrollar una fuerza de extensión de 1 las contrapresiones en el pistón son 12 [psi]. La presión atmosférica local es 11.6 [psi].

a) ¿Cuál es la presión necesaria en la tapa y qué fuerza puede desarrollar el actuador durante la retracción? Se em misma presión para ambos lados del pistón. b) ¿Cuáles son las velocidades, tiempos y caudales consumidos d extensión y el retroceso? ¿Cuál es el consumo neto del actuador, en [m 3 ]de aire libre, para una jornada de 8 [h]? c) la capacidad de amortiguación interna del actuador.

11 . Se debe s eleccionar una actuador lineal neumático con dimensiones métricas, de doble efecto, con montura NFPA carrera del actuador es s = 0.61 [m] y en el sistema se cuenta con una presión de 550 [kPa]. El actuador debe desar fuerza no menor de 557 5 [N] durante la extensión y al menos de 3480 [N] durante la retracción. La carga avanza apo una superficie horizontal, pero sin guías rígidas y con la conexión del vástago articulada. El actuador efectuará 522 hora. La extensión se debe ejecutar en el doble de tiempo del retroceso. Sobre el pistón actuará una contrapresión de en ambos sentidos de movimiento. El actuador contará con reguladores de caudal instalados en am bos puertos regulado, por supuesto). La presión atmosférica local es 80 [kPa].


a) Determine el diámetro del pistón, del vástago y verifique la posible necesidad de un tubo de detención. b) Ve Unlock fulles access with a free trial. capacidad de amortiguación interna del actuador. ¿Cuál su conclusión? c) Determine el caudal promedio consum actuador y el tiempo en que 4 actuadores idénticos, operando simultáneamente, agotarán 72 [m 3] de aire libre.


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