POTENCIA Y TRABAJO

Julio, 2015

TALLER N 3POTENCIA Y TRABAJOHidrulica Aplicada

INDICE

Introduccion3Objetivos4Trabajo5Potencia6Potencia en un sistemahidrulico6Potencia de salida de la bomba7Potencia Disipada7Taller N3: Potencia y trabajo8Preguntas de revisin14Conclusion15Anexo16

IntroduccionEn el presente trabajo desarrollaremos los conceptos de trabajo y potencia. Estas son magnitudes de gran importancia en hidrulica, estn ntimamente relacionadas entre s, y son tiles para comprender y resolver diversas situaciones. El trabajo mecnico es realizado por fuerzas, que a su vez se originan en alguna interaccin, y su efecto es aumentar o disminuir la energa de un sistema de cuerpos. La potencia es una magnitud que mide la tasa a la que cambia la energa de un sistema, es decir el cambio de la energa en el tiempo. Por ltimo se realizaran aplicaciones de estos conceptos en un circuito hidrulico realizado en clases.

Objetivos

GeneralConocer y aplicar mediante ejercicios prcticos realizados previamente en clases, los conceptos de Potencia y Trabajo.

Especficos-Comprender los conceptos de Potencia y Trabajo.-Definir y estudiar sus frmulas.-Establecer la relacin entre Trabajo y Potencia.-Aplicar las frmulas de Trabajo y Potencia en un sistema hidrulico.

TrabajoEl trabajo podemos verlo como un cuerpo que experimentar un desplazamiento por la accin de una fuerza externa, se dice que esa fuerza ha realizado un trabajo mecnico. Visto esto en forma de ecuacin:

Dnde:W: Trabajo Jouls [J] o pieslbF: Fuerza Newtowns [N] o Librasd: Distancia Metros [m] o Pies

Consideremos un arreglo cilindro-pistn que encierra una cierta cantidad de fluido que ejerce presin sobre la cara del pistn de superficie A. Si el pistn se desplaza 1[m] hacia la izquierda debido a la aplicacin de una fuerza F externa de 100[N] se dir que la superficie ejerce 100[J] de trabajo sobre el fluido.

PotenciaLa potencia se considera comoel trabajo realizadoya seapor una maquina o persona en un determinado tiempo. Esto en forma de ecuacin resulta:

S. Internacional S. Ingles

Dnde:P: PotenciaWatts [W] o Caballos de Fuerza [HP]W: TrabajoJouls[J] o[pielb]t: TiempoSegundos [s]F: Fuerzad: DistanciaV: Velocidad (cuando la fuerza es constante)[m/s] [pie/seg]

Potencia en un sistemahidrulicoTeniendo en cuenta los conceptos anterioresse puede decir que en un sistemahidrulicola velocidad queda indicada por el caudal y la fuerza por la presin. Con esto es posible demostrar la potencia hidrulica de la siguiente forma:

Un aumento o disminucin en el caudal y/o presin generara una variacin de igual forma en la potencia hidrulica, lo que significa que estos valores son proporcionales entre s.

Potencia de salida de la bombaUn sistema hidrulico opera a travs de un proceso de conversin de energa, dondela potencia mecnica entregada por el motor se transforma en potencia hidrulica por medio de la bomba, la cual es dirigida hasta los actuadores donde nuevamente se transforma en potencia mecnica. La cantidad de potencia hidrulica que genera una bombaser igual a la presin multiplicada por el caudal del circuito. Como frmula tenemos:

Dnde:Ps: Potenciade SalidaWatts [W] o Caballos de Fuerza [HP]Q: Caudal[Litros/minuto] o[Gal(US)/Minuto]pc:Presindel circuitokiloPascal[kPa]o [PSI]Valordeconversin60(Sistema Internacional)o 1714(Sistema Ingles)Potencia DisipadaEl aumento de temperatura de un fluido hidrulico en operacin, se debe a ineficiencias en el sistemay a la friccin del flujo de aceite en las mangueras, lo cualda por resultado perdida en la potenciasuministrada que se transformaen calor. La cantidad de potencia disipada por el calor es igual al caudal multiplicado por la diferencia o cada de presin a travs de un componente.

Dnde:Pd: Potencia dedisipadaWatts [W] o [HP]Q: Caudal[LPM] o[GPM]p: Diferencia depresin[kPa]o [PSI]

Taller N3: Potencia y trabajoProcedimiento1. En la primera parte se calculara el trabajo y la potencia realizada por el cilindro hidrulico al levantar la fuente de alimentacin.

Se procede a conectar el circuito anterior, realizando cuidadosamente el ensamblado del cilindro en el soporte de alimentacin de la fuente.

Se realizan los procedimientos de seguridad correspondientes antes de la puesta en funcionamiento del sistema.Con la vlvula de control de flujo no compensada completamente cerrada, se gira la misma de vuelta, hecho esto es encendida la fuente de alimentacin, para proceder a regular con la vlvula de alivio, hasta una presin de 600 PSI en el manmetro A.

Luego de esto se procede a poner en funcionamiento el cilindro activando la vlvula direccional para subir o bajar el cilindro y de esta manera recabar y calcular los datos necesarios para completar el siguiente cuadro:TIEMPO DE RETRACCINPRESIN ANULARFUERZA DESARROLLADATRABAJO DEL CILINDROPOTENCIA DEL CILINDRO

1,5 segundo320 PSI251,2 lb1116,41 N113,4 J75,6 W

Tiempo de retraccin: se estima que el cilindro tarda 1 segundo en retraerse.Presin anular: con la palanca de la vlvula direccional alejado del cuerpo de esta, y la vlvula de alivio completamente abierta, se comienza a girar en sentido horario hasta que la fuente de alimentacin suba. El manmetro B indicara la presin anular del cilindro. Fuerza desarrollada: Se calcula en base a la presin anular obtenida y el rea del cilindro.

Trabajo del cilindro:distancia: 0,1016m Potencia del cilindro:

Finalmente se desconecta el cilindro del soporte de la fuente de alimentacin, y se contina con la siguiente parte.

2. En la segunda parte se calcula la potencia de salida de la bomba y la cantidad de potencia disipada por la vlvula, regulando diferentes presiones con la vlvula de control de flujo.

Primero es conectado el sistema anterior, cerrando completamente la vlvula de control de flujo para proceder a activar la fuente de alimentacin, de esta forma poder regular la presin con la vlvula de alivio hasta que el manmetro A marque 600 PSI.

Despus se abri completamente la vlvula de control de flujo para que el caudal total de la bomba pasara por esta, y a su vez obtener una lectura del caudalmetro.Caudal de la bomba= 3 LPMCon la vlvula de control de flujo se regularon distintas presiones para obtener el mximo flujo disponible a una determinada presin. Los resultados son anotados y utilizados para completar esta tabla:PRESION DEL CIRCUITOCAUDALPRESION MANOMETRO BPOTENCIA DE SALIDA DE LA BOMBAPOTENCIA DISIPADA POR LA VALVULA

200 PSI1380 kPa2,75 LPM15 PSI104 kPa63,25 W58,5 W

300 PSI2068 kPa2,6 LPM15 PSI104 kPa89,6 W85,1 W

400 PSI2758 kPa2,35 LPM15 PSI104 kPa108,02 W104 W

500 PSI3448 kPa2,2 LPM15 PSI104 kPa126,42 W122,6 W

La potencia de salida de la bomba aumenta conforme la abertura de la vlvula de control de flujo no compensada disminuye? Explique.R.- Si, debido a que la bomba necesita generar ms potencia para vencer la resistencia que se desarrolla en la vlvula de control de flujo.La potencia disipada aumenta conforme la abertura de la vlvula de control de flujo no compensada disminuye? Explique.R.- Si, porque la restriccin al paso del flujo aumenta, generando mas Potencia disipada.

Los valores de presin y caudal registrados en la tabla anterior son comparados en el siguiente grfico:

La razn de flujo disminuye conforme la presin del sistema aumenta?R.- SiRegistre la presin anular requerida para levantar la fuente de alimentacin hidrulica.R.- La presin anular es de 320 PSI (2207 kPa)Basndose en el grafico anterior cul es la razn de flujo en el nivel de presin anular registrado?R.- El caudal a esa presin es de 2,5 L/min

Se procede a calcular la eficiencia del sistema con la potencia de salida de la bomba y el cilindro, los datos son registrados en la siguiente tabla:POTENCIA DE SALIDA DE LA BOMBAPOTENCIA DE SALIDA DEL CILINDROEFICIENCIA

92 W75,6 W82,17%

Eficiencia:

El circuito usado para levantar la fuente de alimentacin hidrulica fue 100% eficiente? Por qu?R.- No, porque el sistema perdi algo de potencia generando calor debido a la friccin de las mangueras y de la vlvula direccional.Una vez terminado esto se procede a realizar la desconexin del sistema hidrulico, dejando cada pieza en su lugar correspondiente.

Preguntas de revisin1.- Que le sucede a la potencia disipada por la vlvula direccional accionada por palanca, cuando la razn de flujo a travs de la vlvula se duplica?R.- La potencia disipada se duplica.

2.- Una carga de 1300 N es movida 1m por medio de un cilindro de dimetro inferior de 3 cm. El cilindro es despus reemplazado con un cilindro de dimetro interior de 6cm y la carga es nuevamente movida 1m. Cul cilindro realiza la mayor cantidad de trabajo?R.- Ambos cilindros realizan la misma cantidad de trabajo.

3.- Un cilindro de 5 pulgadas de dimetro interior y 3 pies de carrera debe levantar una carga de 5000 lb a lo largo de su carrera, en 4 segundos. Calcule la cantidad de potencia requerida en el cilindro si el circuito hidrulico es 100% eficiente.R.- Requiere 6,8 HPFuerza= 5000 lbDesplazamiento= 3 pies Tiempo= 4 segundos 4.- En el sistema hidrulico, cuando la eficiencia combinada del motor elctrico, la bomba y las mangueras es de 75% cuantos watts podra el motor elctrico requerir para satisfacer la potencia requerida de la pregunta de revisin 3?R.- Requiere 6761 WPotencia del cilindro= 6,8 HPEficiencia del sistema= 75% ConclusionConcluyendo este informe se han realizado mediciones en un sistema hidrulico para aplicar lo aprendido respecto a Trabajo y Potencia. Con estas mediciones hemos comprobado cuanta potencia requiere un cilindro para levantar la fuente de alimentacin. Adems se analiz como afecta el cambio de presin, esta ltima regulada por la vlvula de control de flujo, a la cantidad de caudal y presin que otorga la bomba, entregando menor caudal y mayor potencia cuanta ms presin exista.Tambin se logo establecer la relacin entre Trabajo y Potencia Mecnica, y como esta puede aplicarse en un sistema hidrulico bajo presin. Y finalmente se ha calculado la eficiencia del sistema hidrulico armado en clases, para comprobar cmo afecta la friccin que se genera dentro de las mangueras, a la cantidad de Potencia que ser disipada para transformarse en calor.

AnexoFundamentos Hidrulicos Ejercicio 2-4http://recursosbiblio.url.edu.gt/publilppm/2014/Libros/11/Funda-Hidrau/11.pdfTrabajo Mecnicohttp://es.slideshare.net/merylunasalinas/trabajo-mecnicohttp://www.fisic.ch/cursos/segundo-medio/trabajo-mecnico-i Principios de Hidrulicahttp://usuarios.iponet.es/jslhttp://ocw.uc3m.es/ingenieria-mecanica/elementos-de-maquinas/material-de-clase-1/HIDRAULICA_tema1.pdf

Sobrecalentamiento de sistemas hidrulicoshttp://www.insidersecretstohydraulics.com/sobrecalentamiento-hidraulicos.html

CFT UDA Hidrulica Aplicada16