UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BAHÍA DE BANDERAS PORTAFOLIO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE PROGRAMA EDUCATIVO ASIGNATURA SISTEMAS HIDRÁULICOS ACADEMIA MANTENIMIENTO FECHA DE ELABORACIÓN 11/07/2011 U N I V E R S I D A D T E C N O L Ó G I C A D E B A H Í A D E B A N D E R A S ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO DEL ESTADO DE NAYARIT Boulevard Nayarit No. 65 Poniente, Nuevo Vallarta, Nayarit, C.P. 63735 Tels. (322) 226-8300, www.utbb.edu.mx
ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN... 2 2. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA... 2 3. COMPETENCIA A LA QUE CONTRIBUYE... 2 4. DESGLOSE DE UNIDADES TEMÁTICAS... 3 5. ACTIVIDADES POR UNIDAD TEMÁTICA... 4 6. RÚBRICAS DE LAS ACTIVIDADES... 5 Actividad 1. Conversión de unidades... 5 Actividad 2. Conceptos básicos de hidráulica... 6 Actividad 3. Ley de Pascal y principio de Bernoulli... 7 Actividad 4. Examen... 8 Actividad 5. Funcionamiento y Mantenimiento de Bombas Hidráulicas... 9 Actividad 6. Control secuencial con dispositivos hidráulicos... 11 Actividad 7. Lógica secuencial basada en dispositivos hidráulicos... 12 Actividad 8. Control de Cárcamo (3 bombas secuenciales)... 13 Actividad 9. Control de Cárcamo (3 bombas secuenciales)... 14 7. AUTORES... 16 1
1. INTRODUCCIÓN Al igual que los sistemas neumáticos, los sistemas hidráulicos son elementos de potencia y de control ampliamente utilizados en sistemas de producción en la actualidad. Dichos sistemas permiten realizar tareas de fuerza y precisión en un menor tiempo y con un menor de esfuerzo, comparado con actividades similares realizadas por el hombre. Sin duda alguna, estos sistemas forman parte de nuestra vida cotidiana, en casa, en el trabajo, en el supermercado, etc., sin embargo el estudio y análisis de su dinámica durante el transcurso de esta asignatura dará al alumno capacidad de análisis y modelado, con el fin proponer soluciones integrales a problemas críticos 2. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno diseñará sistemas hidráulicos y electrohidráulicos para realizar trabajo en procesos y operaciones de la industria, mediante la selección de componentes, la elaboración de diagramas, el uso de manuales del fabricante y el cumplimiento de normas de seguridad. 3. COMPETENCIA A LA QUE CONTRIBUYE Supervisar la operación y mantenimiento en instalaciones de uso público (domótica, operación de instalaciones y mantenimiento de infraestructura), con base en la normatividad aplicable y políticas de servicios de organización, para su óptimo desempeño. 2
4. DESGLOSE DE UNIDADES TEMÁTICAS HORAS UNIDADES TEMÁTICAS PRÁCTICAS TEÓRICAS TOTALES I. PRINCIPIOS DE LA HIDRÁULICA 6 3 9 II. BOMBAS HIDRÁULICAS 8 3 11 III. CIRCUITOS HIDRÁULICOS 15 5 20 IV. CIRCUITOS ELECTROHIDRÁULICOS 16 4 20 Totales 45 15 90 3
5. ACTIVIDADES POR UNIDAD TEMÁTICA Unidad Temática 1. Principios de Hidráulica ACTIVIDAD SEMANA DE ENTREGA NOMBRE DE LA ACTIVIDAD VALOR (%) 1 2 Conversión de unidades 20 2 3 Conceptos básicos de hidráulica 25 3 4 Ley de Pascal y principio de Bernoulli 25 4 4 Examen 30 Unidad Temática 2. Bombas Hidráulicas SEMANA DE ACTIVIDAD ENTREGA 5 5 NOMBRE DE LA ACTIVIDAD VALOR (%) Funcionamiento y Mantenimiento de bombas hidráulicas 100 Unidad Temática 3. Circuitos Hidráulicos ACTIVIDAD SEMANA DE ENTREGA NOMBRE DE LA ACTIVIDAD VALOR (%) 6 7 Control secuencial con dispositivos hidráulicos 50 7 9 Lógica secuencial basada en dispositivos hidráulicos 50 Unidad Temática 4. Dispositivos Electrohidráulicos ACTIVIDAD SEMANA DE ENTREGA 8 11 NOMBRE DE LA ACTIVIDAD VALOR (%) Interacción de dispositivos electrohidráulicos y dispositivos de control programables 45 9 13 Control de Cárcamo (3 bombas secuenciales) 55 4
6. RÚBRICAS DE LAS ACTIVIDADES ACTIVIDAD 1. CONVERSIÓN DE UNIDADES Obtener el coeficiente de conversión para las unidades conocidas relacionadas con: 1. Masa 2. Longitud 3. Volumen 4. Fuerza 5. Presión 6. Vacio 7. Velocidad 8. Potencia 9. Temperatura 10. Peso Por ejemplo; obtenga el factor de conversión de las siguientes unidades. Lb >> kg Lbf >>kgf Lbf>>N Kgf>>N Obtenga todas las unidades que el instructor indique y realice una tabla con la información obtenida. Compare dicha información con tablas presentadas en referencias bibliográficas Reporte FORMA Reporte Entregar en un archivo de Excel o en una hoja cuadriculada los factores de conversión entre unidades conocidas en el sistema internacional y el 100 sistema ingles. 5
ACTIVIDAD 2. CONCEPTOS BÁSICOS DE HIDRÁULICA Definir los siguientes conceptos de forma clara y breve. De igual forma indique mediante un ejemplo cada uno de los conceptos Viscosidad Densidad Punto de fluencia Flujo Caudal Flujo laminar Flujo turbulento Potencia Gasto Volumen Presión Resolver problemas donde se involucren los conceptos anteriores. Por ejemplo i) Calcular el peso específico, el volumen especifico v s y la densidad ρ del metan a 38 C y 8.50 kg/cm 2 de presión absoluta. ii) Determinar la viscosidad absoluta del mercurio en kg seg/m 2 si en poises es igual a.0158 Reporte Reporte FORMA Entregar en un archivo de Excel o en una hoja cuadriculada los factores de conversión entre 100 unidades conocidas en el sistema internacional y el sistema ingles. 6
ACTIVIDAD 3. LEY DE PASCAL Y PRINCIPIO DE BERNOULLI Solucione los siguientes problemas relacionados con el principio de Pascal y el principio de Bernoulli 1. Se requiere tener un sistema hidráulico en equilibrio que permita generar una fuerza de F out =100 Kg., si se sabe la presión de entrada fue de 3 lb/in 2 y el diámetro de la superficie de entrada fue de 11.5 cm. Obtenga el valor de la inicial que permita generar una fuerza de 100 Kg. Dibuje, calcule y concluya de forma concreta. 2. Se desea levantar un cuerpo de 800kg utilizando una prensa hidráulica de área circular de 75 cm de radio y área pequeña circular de 12 cm de radio, calcula cuánta fuerza hay que hacer en el émbolo pequeño. 3. Calcular la fuerza obtenida en el émbolo mayor de una prensa hidráulica si en el menor se hacen 25kgf y los émbolos circulares tienen triple radio uno del otro. 4. Sobre el émbolo menor de la prensa se coloca una masa de 50 kg, calcula qué masa se podría levantar colocada en el émbolo mayor Reporte Reporte escrito FORMA Entregar en cuaderno o en formato digital la solución a cada uno de los problemas. Recuerde 100 que deberá presentar el procedimiento y la solución correcta. 7
ACTIVIDAD 4. EXAMEN Utilice como guía las actividades anteriores para resolver el examen relacionado a la evaluación de la Unidad I. Examen escrito Examen presencial El examen está compuesto por una serie de reactivos los cuales son derivados de las actividades 1, 2 y 3. Durante este examen se verán los temas i) conversiones de unidades. ii) Conceptos básicos de hidráulica. iii) Ley de pascal. iv) Teorema de Bernoulli **Actividad Individual** 100 8
ACTIVIDAD 5. FUNCIONAMIENTO Y MANTENIMIENTO DE BOMBAS HIDRÁULICAS Investigar, documentar y representar información para realizar una presentación en Power Point, relacionada con: Tipos de bombas hidráulicas Principio de funcionamiento de las bombas hidráulicas Clasificación de bombas hidráulicas en función a su aplicación Obtener una ficha técnica de al menos 2 tipos de bombas Presentar en forma de tabla comparativa, las bondades y características de cada una de las bombas. Especificar la aplicación de las bombas según sea la problemática a solucionar Revisar cuales son las condiciones óptimas de operación de una bomba y sus zonas de riesgo (ej. niveles de tensión, nivel de corriente, potencia eléctrica, protecciones eléctricas y mecánicas). Buscar información en sitios donde actúen bombas hidráulicas sobre: - Mantenimiento en bombas de acuerdo a su principio de funcionamiento - Tipos de Mantenimiento en bombas - Periodicidad del mantenimiento - Tiempo de vida de una bomba (Hrs) - Piezas con mayor posibilidad de desgaste en una bomba hidráulica - Consideración que se deben de tener al desarmar y armar una bomba hidráulica - Costos de mantenimiento en bombas hidráulicas Considere además información solicitada por el instructor a cargo. Esta información deberá de estar presentada en no más de 20 diapositivas. Incluya en su presentación videos, fotografías o equipo presencial para enriquecer la presentación Forma Exposición FORMA 1. Cuenta con una estructura apropiada al tema presentado. 2. Tiene un diseño gráfico apropiado para el tema presentado. 3. Las diapositivas cuentan una carga de información apropiada de forma que tienen valor didáctico. 4. Representar la información colectada de forma seria y concreta. La presentación no deberá de exceder los 30 min. Las diapositivas deberán tener fondo blanco, letras en color negro y bajo un mismo tipo de letra (Arial o Times new Roman). 20 9
Contenido 1. Las diapositivas contienen los temas indicados en las instrucciones. 2. El contenido de la presentación tiene relación con 80 los temas solicitados en las instrucciones. 3. La presentación contiene apreciaciones y reflexiones finales sobre el tema. 10
ACTIVIDAD 6. CONTROL SECUENCIAL CON DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS Solucionar problemas de control secuencial clásico utilizando el método de desarrollo intuitivo, sin utilizar dispositivos de control programables. Por ejemplo: Se desea controlar 2 pistones de doble efecto, se desea controlar la siguiente secuencia para dichos pistones P1+ P2+ P1- P2- Donde + indica extensión del pistón y indica retracción del pistón. Para lograr este comportamiento deseado puede hacer uso de sensores de carrera, los cuales le generaran estados conocidos que facilitaran controlar este pequeño sistema. Utilice un elemento (palanca) de entrada para iniciar la especificación de control. Reporte de Control Hidráulico Práctica por equipo FORMA La actividad deberá de ser entregada en forma presencial, el correcto funcionamiento de las condiciones especificadas garantiza el porcentaje acreditado para esta actividad. 100 **Actividad individual** 11
ACTIVIDAD 7. LÓGICA SECUENCIAL BASADA EN DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS. Utilizar un controlador lógico programable (PLC) como dispositivo principal de control para elementos electrohidráulicos. Utilice Botoneras, lámparas piloto y elementos electrohidráulicos para representar la siguiente condición de control. Mediante la utilización de un temporizador virtual a través de PLC controlar la activación de 3 pistones de simple efecto. i) El primer pistón deberá de activarse una vez que un pulsador ha estado presionado durante 20 segundos. Si el pulsados conectado al PLC dura menos de ese tiempo, el temporizador deberá de reiniciarse. ii) El segundo pistón deberá de ser activado siempre y cuando los 3 pulsadores están activados. Cuando al menos uno de ellos ha sido desactivado el pistón deberá de regresar a su estado de reposo iii) El tercer pistón deberá de activarse (extenderse) si el tercer pulsados ha sido presionado. El pistón deberá de permanecer extendido hasta que el pulsador vuelva a ser pulsado. Práctica por equipo Reporte de Control Hidráulico FORMA La actividad deberá de ser entregada en forma presencial, el correcto funcionamiento de las condiciones especificadas garantiza el porcentaje acreditado para esta actividad. **Actividad individual** 100 12
ACTIVIDAD 8. CONTROL DE CÁRCAMO (3 BOMBAS SECUENCIALES) Utilizar un controlador lógico programable (PLC) como dispositivo principal de control para elementos electrohidráulicos. Utilice Botoneras, lámparas piloto y elementos electrohidráulicos para representar la siguiente condición de control. Mediante la utilización de un temporizador virtual a través de PLC controlar la activación de 3 pistones de simple efecto. i) El primer pistón deberá de activarse una vez que un pulsador ha estado presionado durante 20 segundos. Si el pulsados conectado al PLC dura menos de ese tiempo, el temporizador deberá de reiniciarse. ii) El segundo pistón deberá de ser activado siempre y cuando los 3 pulsadores están activados. Cuando al menos uno de ellos ha sido desactivado el pistón deberá de regresar a su estado de reposo iii) El tercer pistón deberá de activarse (extenderse) si el tercer pulsados ha sido presionado. El pistón deberá de permanecer extendido hasta que el pulsador vuelva a ser pulsado. Práctica por equipo Reporte de Control Hidráulico FORMA La actividad deberá de ser entregada en forma presencial, el correcto funcionamiento de las condiciones especificadas garantiza el porcentaje acreditado para esta actividad. 100 **Actividad individual** 13
ACTIVIDAD 9. CONTROL DE CÁRCAMO (3 BOMBAS SECUENCIALES) Deberá presentar la solución lógica basada en diagrama estándar de programación aplicada en un PLC y utilizando dispositivos hidráulicos y electrohidráulicos. Control secuencial de un cárcamo con 3 bombas Uno de los principales problemas en este tipo de sistemas es que las bombas nunca se encuentran en equilibro en cuanto a las horas de trabajo. Es decir que generalmente, una de ellas (B1) sufre mayor desgaste que las 2 restantes. El objetivo de este ejercicio es presentar una solución de sincronía de las bombas en función al estado de los sensores. Las siguientes tablas muestran esta relación: El tiempo de operación o duración de cada una de las bombas es de una hora. Para mejoras en la simulación utilice 1 min. Comportamiento para el nivel 1 (Nivel Bajo) B1 B2 B3 Para el nivel 2. Las bombas mantienen el mismo criterio dos bombas cada minuto, de forma secuencial. Sin embargo en esta condición no se requiere considerar el tiempo utilziado en el nivel 1. Es decir. Si la bomba 1 ya tenía un tiempo de trabajo de 50 seg (50 min) y el nivel aumenta de forma repentina (nivel medio) se debe considerar desde cero el tiempo de las 2 bombas paralelas. Cuando se vuelve a trabajar bajo el nivel uno deberá considerar el tiempo y la bomba que estuvo activada anteriormente en el mismo nivel. Siguiendo bajo el mismo ejemplo, si el nivel 1 vuelve a ser alcanzado la B1 deberá de funcionar únicamente 10 seg (10 min) y mutar a la B2. Comportamiento para el nivel 2 (Nivel medio) B1 B2 B3 14
Comportamiento para el nivel 3 (Nivel B1B2B3 crítico) En el nivel 3, por ser el estado crítico deberán de encenderse las 3 bombas de forma simultánea, y al igual que en los otros dos estados, las bombas dejaran de funcionar siempre y cuando ningún sensor de nivel este activado, esto permite dejar el depósito en cualquier circunstancia en el nivel más bajo posible. Presente la solución a dicho problema utilizando cualquiera de las siguientes herramientas LabVIEW LOGO de SIEMENS PLC S7200 Programación y diseño del experimento Práctica FORMA Simulación o experimento funcionando de forma correcta. En caso de que no se cumpla con algunas de las 100 especificaciones mencionadas la actividad no tiene validez 15
7. AUTORES MSc. Alejandro Piñón Rubio REVISÓ VALIDÓ AUTORIZÓ ING. VÍCTOR MESSINA LÓPEZ PRESIDENTE DE ACADEMIA DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA ING. LUIS OCTAVIO GALLARDO ARCEGA DIRECTOR DE DIVISIÓN INGENIERÍAS ING. JUAN GABRIEL ÁVALOS LEMUS SECRETARIO ACADÉMICO FECHA: 10-Agosto-2011 FECHA: 12-Agosto-2011 FECHA: 05- Septiembre- 2011 16