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T2: Sistemas mecánicos
Neumática e hidráulica
Problema
2024 · Ordinaria · Reserva
6
Examen

La pala de una máquina excavadora es accionada mediante un cilindro hidráulico de doble efecto y una bomba de engranajes, que es accionada a su vez por un motor eléctrico. Durante el avance, el émbolo realiza una fuerza de 20 kN con una presión de 2 MPa, siendo despreciable la fuerza del émbolo durante el retroceso.

a) Si el émbolo se mueve con una velocidad de 0,1 m/s, tanto en el avance como en el retroceso, calcular el caudal mínimo necesario de la bomba.b) Suponiendo un rendimiento hidráulico del 100%, calcular la potencia mínima del motor eléctrico.c) Explicar brevemente la utilidad de los siguientes componentes hidráulicos: bomba hidráulica y filtro.
Cilindro hidráulicoBomba de engranajesCaudal
a)

Cálculo del caudal mínimo necesario de la bomba.Datos:

Favance=20 kN=20×103 NF_{\text{avance}} = 20 \text{ kN} = 20 \times 10^3 \text{ N}
Pavance=2 MPa=2×106 PaP_{\text{avance}} = 2 \text{ MPa} = 2 \times 10^6 \text{ Pa}
v=0.1 m/sv = 0.1 \text{ m/s}

Fórmulas:

Sección del émbolo durante el avance: $S_{\text{avance}} = \dfrac{F_{\text{avance}}}{P_{\text{avance}}}
Caudal: $Q = S_{\text{avance}} \cdot v

Sustitución:

Savance=20×103 N2×106 Pa=0.01 m2S_{\text{avance}} = \dfrac{20 \times 10^3 \text{ N}}{2 \times 10^6 \text{ Pa}} = 0.01 \text{ m}^2
Q=0.01 m2⋅0.1 m/s=0.001 m3/sQ = 0.01 \text{ m}^2 \cdot 0.1 \text{ m/s} = 0.001 \text{ m}^3/\text{s}

Resultado:

Q=0.001 m3/sQ = 0.001 \text{ m}^3/\text{s}
b)

Cálculo de la potencia mínima del motor eléctrico.Datos:

Pavance=2 MPa=2×106 PaP_{\text{avance}} = 2 \text{ MPa} = 2 \times 10^6 \text{ Pa}
Q=0.001 m3/s(del apartado anterior)Q = 0.001 \text{ m}^3/\text{s} \quad\text{(del apartado anterior)}
ηhidraˊulico=100%=1\eta_{\text{hidráulico}} = 100\% = 1

Fórmulas:

Potencia hidráulica de la bomba: $P_{\text{hidráulica}} = P_{\text{avance}} \cdot Q
undefined

Sustitución:

Phidraˊulica=2×106 Pa⋅0.001 m3/s=2000 WP_{\text{hidráulica}} = 2 \times 10^6 \text{ Pa} \cdot 0.001 \text{ m}^3/\text{s} = 2000 \text{ W}
Pmotor=2000 W1=2000 WP_{\text{motor}} = \dfrac{2000 \text{ W}}{1} = 2000 \text{ W}

Resultado:

Pmotor=2000 W=2 kWP_{\text{motor}} = 2000 \text{ W} = 2 \text{ kW}
c)

Utilidad de los componentes hidráulicos:

Bomba hidráulica
Compresor

Transforma la energía mecánica (suministrada por un motor eléctrico o de combustión) en energía hidráulica, generando caudal y presión en el fluido. Su función principal es impulsar el fluido a través del circuito para accionar los actuadores (cilindros o motores hidráulicos).

Filtro
Filtro

Su función es eliminar las partículas sólidas y otros contaminantes del fluido hidráulico. Esto protege los componentes del sistema (bomba, válvulas, actuadores) del desgaste y la obstrucción, asegurando un funcionamiento fiable y prolongando la vida útil del sistema.