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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERA MECNICA POTENCIA FLUIDA18 DE SEPTIEMBRE DE 2015, I SEMESTRE ACADMICO DE 2015PRESENTADO A: ING. CARLOS BORRS

7Copyright 2014 by ASMETALLER y proyecto de investigacin 2, POTENCIA FLUIDA

Rafael Antonio Rondn Castro2100060Jose Gabriel Tortello Nieto2091977

EJERCICIO No. 1

La transmisin hidrulica debe suministrar la suficiente potencia para transportar material como triturado desde una tolva hasta 12 m para una construccin como mxima altura. El flujo de material es de 50 Ton/hora para una altura de 12 m, pero vara si la altura se modifica, se asume la eficiencia global de la banda transportadora, rodamientos, etc. de 92%.La velocidad de rotacin del tambor motriz debe estar en el rango de 100 RPM hasta 200 RPM en el eje del tambor conductor de la banda transportadora. La eficiencia de la hidrotransmisin incluye tuberas, mangueras, vlvulas entre el circuito de la bomba y motores hidrulicos es de 67%, asuma eficiencia volumtrica de 92% y un eficiencia total del 82% tanto por la bomba como los motores hidrulicos.La diferencia de presin registrada en los motores durante esta condicin de operacin es de 150 Kg/cm2. Determine:a) la capacidad adecuada de la unidades Cb= ? Y Cm= ?. b) Potencia consumida por la bomba (Presiones y Flujos- use grafica de flujo vs Presin para mostrarlos estos valores) y torques en los motores durante los rangos de variacin de velocidad (se una grfica para mostrar la operacin del sistema).Y muestre el rango de variacin de altura de esta banda de transporte mvil.Asuma velocidad de rotacin de la bomba de 2000 RPM y relacin de caja de reduccin es de 4:1 con eficiencia mecnica de 95%.

EJERCICIO No 2

Una Vibro compactadora de 5000 Lbf de peso neto usa una hidrotransmisin como se muestra en la figura, para impulsar el vehculo sobre una pendiente de terreno de 10%. La bomba de desplazamiento variable est montada directamente al motor de combustin (relacin 1:1) y el motor Diesel opera a 2000 RPM. Los dimetros de las ruedas son de 40 Pulgadas (traccin trasera) a travs de una diferencial con una eficiencia mecnica de 98%. La mxima velocidad de trabajo por la pendiente es de 10 Millas/hora, la resistencia a la rodadura Kr=50.0, el coeficiente de friccin del terreno se asume de =0.4. La fuerza de empuje Fd se estima en 250 Lbf.La caja del diferencial tiene una relacin de 24.85:1 con eficiencia mecnica de 98%.Las vlvulas de alivio estn ajustadas a 3500 PSI, pero se espera que el equipo opere a una presin de diseo del 85% de la presin mxima disponible.Los motores estn en paralelo y conectados con la bomba de desplazamiento variable.Se sabe que la fuerza de empuje del vehculo est dada por la siguiente ecuacin:

Dnde: Wg=Peso total del vehculo [Lbf]Kr=Resistencia a la rodadura (Lbf/1000 lbf de peso vehculo)Pg= Mximo porcentaje de pendiente que el vehculo debe subir [%]Fd= Fuerza requerida para empujar [Lbf]El torque de deslizamiento (patinan las ruedas) est dado por la siguiente ecuacin dinmica:

Y debe ser mayor que el torque de trabajo de rodadura:

Dnde: Ts=Torque para girar las ruedas (en deslizamiento) [Lbf-in]Wd=Peso sobre las ruedas de traccin [Lbf]=Coeficiente de friccin entre el suelo y las ruedasr= Radio de la rueda de traccin [in]REQUERIEMIENTOS:1. Seleccione la Hidrotransmisin (Bomba variable, motor fijo) para el Vibro compactador: a) Mximo flujo? b) Presin de operacin? c) Muestre que la HST tiene suficiente torque para girar las ruedas.2. Especifique la potencia requerida por el motor de combustin para el vibro compactador y su sistema de traccin nicamente.

SOLUCIN

Para comparar los torques estos de deben hallar por separado y luego revisar la magnitud de los mismos para calcular la capacidad que debe tener el motor hidrulico y la bomba de este sistema.

Torque de trabajo:

Donde:

Luego:

Torque de deslizamiento

Se asume que el peso est repartido de manera equitativa adelante y atrs

Se traslada el torque al motor:

Para hallar el desplazamiento de los motores

Clculo del caudal de los motores

Tomando

Como los motores estn en paralelo,

Clculo de potencia de la bomba,

Para obtener el flujo mximo que se entrega, se analiza cuando no hay pendiente de subida, luego: Pg=0

1487,5 PSI

Clculo de potencia del motor Diesel

EJERCICIO No 3

En el laboratorio los siguientes datos experimentales con respecto a la bomba han sido tomados: Presin de descarga es 3000 PSI, la rata de flujo es 20.36 GPM, la velocidad de entrada a la bomba es de 1800 RPM y el torque de entrada en el eje de bomba es de 1382 Lbf-in. Sabiendo que el desplazamiento volumtrico es de 2.75 in3/rev.Halle la eficiencia promedio global de la bomba, eficiencia volumtrica y eficiencia mecnica (torque) de la bomba en cuestin.

EJERCICIO No 4Una bomba axial de pistones con desplazamiento volumtrico de 100 cm3/rev. Las siguientes eficiencias volumtricas han sido registradas en el laboratorio mientras la bomba opera a una velocidad de operacin constante de 1800 RPM. De acuerdo a los datos experimentales obtenidos en esta tabla halle el coeficiente de prdidas promedio para la bomba hidrulica L=? [m3/(Pa-seg)]PresinEficiencia Volumtrica: v

1 Mpa0.99

10 Mpa0.95

20 Mpa0.91

SOLUCINClculo del caudal

Clculo de los coeficientes, Para P=1 Mpa

Para P=10 Mpa

Para P=20 Mpa

Coeficiente de prdidas promedio,

EJERCICIO No 5La eficiencia global de una bomba de pistones axiales fue calculada en el laboratorio y fue de 89% tomada de medidas (instrumentos) de Torque, Velocidad, Presin y Flujo. Todos los instrumentos fueron usados en la mitad de su escala total. Los instrumentos de medicin empleados de Torque y presin son precisos en +/- 1.5% de la escala mxima disponible, pero para el instrumento de medida de flujo la precisin est en un +/- 3.0% de su escala total. La medida de la velocidad se conoce plenamente y asume conocida con perfecta precisin. Cul es la incertidumbre global del clculo medido de la eficiencia global? Cul es el intervalo de confidencia para las eficiencias de la bomba?

EJERCICIO No 6Un equipo Hidrulico mvil, tiene una tubera de 0.75 OD acero y longitud de 47 pies que conecta Bomba y actuadores. La bomba hidrulica es una unidad en tndem con una unidad de desplazamiento variable en la seccin frontal de 1.83 pulg3/rev mximo desplazamiento (alimenta una HST), y una unidad auxiliar (Bomba de engranajes) con 3.68 pulg3/rev.La unidad variable es llamada la bomba A y bomba auxiliar es B.La unidad A tiene na bomba de precarga con 0.90 pulg3/rev y vlvulas de precarga ajustadas a 260 PSI. Se midi la presin de carcasa de la bomba A y es de 40 PSI. Tanto la bomba A y B estn a una misma velocidad de rotacin de 2000 RPM. La presin promedio por ciclo de trabajo de la hidrotransmisin (Bomba y Actuadores) es de 1150 PSI. La presin promedio de la Bomba B es de 600 PSI. La tabla siguiente muestra el rea superficial de intercambio de calor de los diferentes componentes hidrulicos.La tabla siguiente muestra el rea superficial de intercambio de calor de los diferentes componentes hidrulicos.

Componentesrea superficial (ft2)

Bomba A2.478

Bomba B1.784

Motor1.08

Cilindro 11.854

Cilindro 22.71

Cilindro 36.497

Vlvula direccional1.261

El delta de presin de la bomba de precarga A se considera:P charg 1= Presin precarga Presin de carcasa = 260 40 = 220 PSI

El flujo remanente remplaza las prdidas del circuito principal as:

P charg 2= Presin principal Presin de carcasa =1150(promedio) 40 = 1110 PSI

Se recomienda para este diseo usar U = 3.0 BTU/ (h-ft2-F). Se asume que el 25% del flujo de la bomba de precarga se descarga por la vlvula de alivio de precarga. Se sabe que la k (conductividad trmica) para el acero es de 27 BTU/ (h-ft2-F) y h (coeficiente conveccin de TC) es de 3.0 BTU/ (h ft2 F) y la pared de la tubera de acero es de 0.125 pulgadas. Temperatura ambiente es de 95 F y se desea que la temperatura mxima permisible no exceda de 140 F (aceite hidrulico) Halle: a) la rata de calor generado por el circuito de la Bomba A y circuito auxiliar Bomba B. b) Calcular el calor disipado por los componentes y tubera hidrulica. c) Si el depsito de aceite tiene un rea de 28 ft2, determine la capacidad de un intercambiador enfriado por aire para disipar el calor restante con el fin de mantener estabilidad trmica permisible.SOLUCINDeterminacin de los caudales de las Bombas:

Presiones de Precarga

Calores generados por las bombas

Calor Total generado

Calores disipados por el Tanque, los componentes y las tuberas

Componentes:

Tuberas:

Tanque, Flujo de Aceite

Calor Total disipado

El Intercambiador de Calor debe disipar el calor restante generado, su capacidad ser,

Lo que indica que para el correcto funcionamiento del sistema se necesita un Intercambiador de Calor con una Capacidad de 1000 BTU/h

EJERCICIO No 7Una Bomba de pistones axiales tiene 7 pistones y un ngulo de placa mximo de 18 grados. El radio Pitch es de 2.55 cms, y el dimetro de cada pistn es de 1.66 cms. Calcule el desplazamiento volumtrico terico de la bomba por revolucin. Cul es el flujo de esta bomba, asuma que la velocidad de la bomba es de 2000 RPM. Repita el problema anterior pero la bomba ahora tiene 8 pitones. Compare el resultado con lo anterior. Halle las frecuencias naturales de estas dos bombas. Que concluye de estas dos bombas en trminos dinmicos.

EJERCICIO No 8Un equipo mvil (Retroexcavadora) tiene dos HST. Una se encarga de la potencia motriz del vehculo y la otra da potencia auxiliar a los mecanismos rotativos de la mquina. El motor disel gira a 2000 RPM y maneja ambos ejes de las bombas. Datos entregados:Bomba A: Desplazamiento Variable de pistones axiales Sundstrand SaeurCbA=4.57 Pulg3/revMotor A: Desplazamiento Fijo. Sundstrand SaeurCmA=4.57 Pulg3/revPrecarga, CAP=1.03 Pulg3/revVlvulas de precarga de Alivio @ 300 PSIPresin de carcaza @ 40 PSI

Bomba B: Desplazamiento FijoCbB=2.56 Pulg3/revMotor B: Desplazamiento FijoCmB=2.56 Pulg3/revPrecarga: CBP=0.86 Pulg3/rev (Bomba de lbulos precarga. Booster pump)Vlvulas de precarga de Alivio @ 230 PSIPresin de carcaza @ 50 PSI

La presin promedio de trabajo de la Bomba A se estim en 1600 PSI, la eficiencia global para la bomba y motor se estim en 97%. La bomba operar en el 75% de tiempo de operacin al mximo desplazamiento.La presin promedio de la bomba B se estim en 3600 PSI, la eficiencia global para la bomba y motor se estim en 92% y las eficiencias volumtricas en 95% La mxima temperatura ambiente es de 95 F, asuma que el U coeficiente global de transferencia de calor es 3.0 BTU/hr-ft2.F Asuma para este caso que el 25% del calor generado total se disipa por las superficies de las tuberas y partes externas de los componentes Se debe hallar el calor generado por las dos HST Disear el depsito de aceite con un factor de 4 veces el flujo total de las dos HST, usted puede seleccionar las dimensiones y forma del tanque. Y calcular el calor disipado por el sistema y el calor disipado por la propuesta del tanque. Si se requiere ms disipacin de calor, solicite las especificaciones del intercambiador de calor por aire necesario. SOLUCINBomba A,

Bomba de precarga,

Motor A

Presiones de Precarga

Ecuacin de calor generado

Calor generado por el motor

Calor generado por la bomba de precarga

Calor Total generado A

Bomba B

Bomba de precarga,

Motor B

Presiones de Precarga

Calor generado por el motor

Calor generado por la bomba de precarga

Calor Total generado B

Calor Total Generado por las dos HST

Caudal Total que regresa a Tanque,

El volumen del tanque que se debe disear es,

Se decide disear el tanque con las siguientes dimensiones, procurando que el rea superior sea la de menor valor, ya que esta no se tiene en cuenta para disipar el calor.

40 in

25,5 in

15 in

rea de transferencia

Clculo de calores disipados:Componentes (25%):

Tanque:

Calor total disipado por Tanque y componentes

El Intercambiador de Calor debe disipar el calor restante generado, su capacidad ser,