Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL TICOMAN “REHABILITACION DEL SISTEMA HIDRAULICO DEL HELICOPTERO ECUREUIL AS350B DE FORMA ALTERNA” TESINA QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN AERONAUTICA PRESENTAN: GALINDO GOMEZ EDUARDO GODINEZ GARCIA ERIC HERNANDEZ RAMIREZ ESAU PARRA ROBLES ANGELES GUADALUPE ASESOR: ING. RUBEN OBREGON SUAREZ MEXICO,D.F. NOV. 2010 2 AGRADECIMIENTOS Durante el desarrollo de nuestro proyecto atravesamos por muchos obstáculos y dificultades que simplemente hubiesen sido imposibles de sopesar de no ser por el apoyo incondicional de nuestras familias y asesor, por ello hoy solo nos queda decir: “Gracias”. A nuestras familias: Gracias por depositar en nosotros su confianza, brindarnos apoyo, creer en nuestro proyecto pero sobretodo creer en nosotros, ya que sin su ayuda nada de esto hubiera sido posible. A nuestro asesor Rubén Obregón Suárez: Gracias por dirigirnos durante el desarrollo de este proyecto y aportarnos todo su conocimiento así como su apoyo, porque desde el principio hasta el final estuvo al pendiente de todos los pormenores de la realización de este. 3 ÍNDICE CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION .................................................................... 5 1.1 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................................................... 6 1.2 OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................................... 6 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................................... 6 1.4 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................................ 7 1.5 ALCANCE ....................................................................................................................................... 7 CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................... 8 2.1 MECÁNICA DE FLUIDOS COMO BASE DE LA HIDRÁULICA .......................................................................... 9 2.1.1 Propiedades de los fluidos ....................................................................................................................... 10 2.1.2 Los Principios de Pascal, Arquímedes y teorema de Bernoulli ................................................................. 15 2.2 COMPONENTES DEL SISTEMA HIDRÁULICO .......................................................................................... 27 2.2.1 Bombas hidráulicas ................................................................................................................................. 27 2.2.2 Filtros ....................................................................................................................................................... 28 2.2.3 Depósito Hidráulico ................................................................................................................................. 29 2.2.4 Acumuladores hidráulicos ....................................................................................................................... 30 2.2.5 Tuberías ................................................................................................................................................... 32 2.2.6 Válvulas ................................................................................................................................................... 33 2.2.7 Actuadores hidráulicos ............................................................................................................................ 35 2.2.8 Servo actuadores ..................................................................................................................................... 36 CAPÍTULO III. METODOLOGÍA ....................................................................................................... 41 3.1 PROGRAMACIÓN DE TIEMPOS DE ELABORACIÓN DEL PROYECTO. ............................................................. 42 3.1.1. Cronograma ............................................................................................................................................ 42 3.1.2. Gráfica de Gantt ..................................................................................................................................... 43 3.2 ETAPAS DE DESARROLLO DEL PROYECTO ............................................................................................. 44 3.2.1. Recopilación de información técnica necesaria ...................................................................................... 44 3.2.2. Evaluación del estado operacional de los componentes del sistema hidráulico .................................... 44 3.2.3. Revisión al modelo del sistema hidráulico propuesto en un trabajo de investigación anterior ............. 45 3.2.4. Obtención de los componentes .............................................................................................................. 45 3.2.5. Instalación de los componentes.............................................................................................................. 45 3.2.6. Evaluación final ...................................................................................................................................... 46 3.3 DIAGRAMA DE PROCESO DE DECISIÓN DEL PROYECTO ........................................................................... 47 4 CAPÍTULO IV. DESARROLLO .......................................................................................................... 48 4.1 FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL SISTEMA HIDRÁULICO DEL HELICÓPTERO ECUREUIL AS350B ....................... 49 4.1.1. Componentes que conforman el Sistema Hidráulico del Helicóptero Ecureuil AS350 ............................ 49 4.2 Análisis al modelo de sistema hidráulico propuesto en un trabajo de investigación anterior…….…………………….…………………………………………………………………………………………………………………………..54 4.3 LIMPIEZA EXTERNA DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA HIDRÁULICO ....................................................... 54 4.4 COMPONENTES NECESARIOS PARA LA INSTALACIÓN DEL SISTEMA HIDRÁULICO DE FORMA ALTERNA................ 56 4.4.1 Bomba hidráulica ..................................................................................................................................... 56 4.4.2 Acoplamiento bomba-motor ................................................................................................................... 58 4.4.3 Campana de acoplamiento bomba-motor .............................................................................................. 61 4.4.4 Motor eléctrico……………………………………………………………………………………………………………..63 4.4.5 Mangueras ........................................................................................................................ 66 4.5 COSTOS ...................................................................................................................................... 68 CAPÍTULO V. RESULTADOS ........................................................................................................... 70 5.1. INSTALACIÓN DEL SISTEMA HIDRÁULICO DE FORMA ALTERNA.................................................................71 5.1.1. Instalación de la placa de aluminio ........................................................................................................ 71 5.1.2. Ensamble bomba- motor ................................................................................................ 74 5.1.3. Drenado del líquido hidráulico ................................................................................................................ 77 5.1.4. Conexión de mangueras ......................................................................................................................... 77 5.1.5. Suministro del líquido hidráulico ............................................................................................................ 78 5.1.6. Instalación eléctrica ................................................................................................................................ 79 RECOMENDACIONES .................................................................................................................... 83 CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 85 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................... 87 ANEXO 1. PROVEEDORES Y COSTOS ............................................................................................. 89 ANEXO 2. PROCEDIMIENTOS DE PRESERVACIÓN Y MANTENIMIENTO .......................................... 99 ANEXO 3 GLOSARIO .................................................................................................................... 102 ANEXO 4 RELACIÓN DE IMÁGENES……………………………………………………………………………………………104 5 CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN 6 1.1 Planteamiento de la investigación En la actualidad la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Profesional Ticomán cuenta con diversas aeronaves, entre ellas el helicóptero Ecureuil AS350B el cual fue donado por parte del grupo Cóndores de la Secretaría de Seguridad Pública, después de haber cumplido con sus límites de servicio, buscando emplearlo como material didáctico, sin embargo los sistemas fundamentales han presentado fallas que no han permitido que este sea utilizado adecuadamente. Algunos de estos sistemas son: El motor: El cual requiere de una reparación mayor. El sistema eléctrico: El cual no se encuentra habilitado. El sistema hidráulico: Que necesita una rehabilitación. En nuestro proyecto nos concentraremos en el sistema hidráulico con objeto de rehabilitarlo de una forma alterna debido a la falta de funcionamiento del motor, siendo un proyecto interesante, útil y ambicioso. 1.2 Objetivo General Con este trabajo se llevará a cabo la rehabilitación del sistema hidráulico del helicóptero Ecureuil AS350B de forma alterna a fin de que opere en condiciones óptimas para la realizar prácticas dentro de la escuela. 7 1.3 Objetivos específicos Analizar el funcionamiento del sistema hidráulico del Ecureuil AS350B Evaluar el estado actual de la bomba de hidráulico de este helicóptero. Analizar el diseño del sistema hidráulico alterno con base a un trabajo de titulación anterior y ver su factibilidad. Realizar las reparaciones necesarias para operar el sistema hidráulico. Obtener los componentes necesarios para la rehabilitación del sistema hidráulico Instalar los nuevos componentes del sistema hidráulico. 1.4 Justificación Debido a que actualmente no se aprovechan completamente los recursos didácticos con los que cuenta la escuela, nosotros buscamos hacer una aportación para que esto disminuya habilitando el sistema hidráulico del Ecureuil AS350B y que posteriormente se convierta en una herramienta útil para el aprendizaje de generaciones futuras con respecto a los controles de vuelo del helicóptero. 1.5 Alcance La finalidad de este trabajo es la total rehabilitación del sistema hidráulico del helicóptero Ecureuil AS350B de una forma alterna para hacer trabajar los controles de vuelo. 8 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 9 2.1 Mecánica de fluidos como base de la Hidráulica Un fluido es una sustancia o medio continuo que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión tangencial sin importar la magnitud de ésta. La característica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). Ahora bien, ¿Qué es la Mecánica de fluidos? La mecánica de fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos (que a su vez es una rama de la física) que estudia el movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que los provocan. También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita. La hipótesis fundamental en la que se basa toda la mecánica de fluidos es la hipótesis del medio continuo. Para poder ligar la Hidráulica con la Mecánica de fluidos tenemos primero que conocer la definición de Hidráulica. Hidráulica La hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Por lo tanto podemos concluir que la Hidráulica esta interrelacionada estrechamente con la Mecánica de fluidos. Sin embargo, al hacer referencia a las http://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_medios_continuos http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_tangencial http://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido http://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_cortante http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_medios_continuos http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica http://es.wikipedia.org/wiki/Gas http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido 10 propiedades los fluidos es necesario no solo mencionarlas sino también describirlas. 2.1.1 Propiedades de los fluidos Masa específica, peso específico y densidad Se denomina masa específica a la cantidad de materia por unidad de volumen de una sustancia. Se designa por P y se define: P = lim ( m/ v) v->0 El peso específico corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad de volumen. Se designa por ß. La masa y el peso específico están relacionados por: Donde g representa la intensidad del campo gravitacional. Se denomina densidad a la relación que exista entre la masa específica de una sustancia cualquiera y una sustancia de referencia. Para los líquidos se utiliza la masa especifica del agua a 4°C como referencia, que corresponde a 1g/cm3 y para los gases se utiliza al aire con masa específica a 20°C 1 1,013 bar de presión es 1,204 kg/m3. Viscosidad La viscosidad es una propiedad distintiva de los fluidos. Está ligada a la resistencia que opone un fluido a deformarse continuamente cuando se le somete a un esfuerzo de corte. Esta propiedad es utilizada para distinguir el comportamiento entre fluidos y sólidos. Además los fluidos pueden ser en general clasificados de acuerdo a la relación que exista entre el esfuerzo de corte aplicado y la velocidad de deformación.http://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtml http://www.monografias.com/trabajos15/origen-tierra/origen-tierra.shtml http://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtml http://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtml http://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtml 11 Compresibilidad La compresibilidad representa la relación entre los cambios de volumen y los cambios de presión a que está sometido un fluido. Las variaciones de volumen pueden relacionarse directamente con variaciones de la masa específica si la cantidad de masa permanece constante. En general se sabe que en los fluidos la masa específica depende tanto de la presión como de la temperatura de acuerdo a la ecuación de estado. Tensión superficial. Se ha observado que entre la interface de dos fluidos que no se mezclan se comportan como si fuera una membrana tensa. La tensión superficial es la fuerza que se requiere para mantener en equilibrio una longitud unitaria de esta película. El valor de ella dependerá de los fluidos en contacto y de la temperatura. Los efectos de la superficial solo apreciables en fenómenos de pequeñas dimensiones, como es el caso de tubos capilares, burbujas, gotas y situaciones similares. Según Bonifacio Fernández L. Las propiedades de los fluidos se dividen en extensivas y mecánicas; de las cuales se derivan otras tomando en cuenta diversos factores. http://www.monografias.com/trabajos/tomadecisiones/tomadecisiones.shtml http://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml 12 Cavitación La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli (Principio de Bernoulli). Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno Presión La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme y perpendicularmente a la superficie, la presión P viene dada por: En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como: Donde es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende medir la presión. http://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo_(f%C3%ADsica) http://es.wikipedia.org/wiki/Hidrodin%C3%A1mica http://es.wikipedia.org/wiki/Agua http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoulli http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido http://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula http://es.wikipedia.org/wiki/Vapor http://es.wikipedia.org/wiki/Implosi%C3%B3n http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_normal 13 Presión Absoluta Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Este término se creó debido a que la presión atmosférica varía con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un término absoluto unifica criterios. Presión Atmosférica El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), disminuyendo estos valores con la altitud. Presión Manométrica Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro. La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a http://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtml http://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICO http://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtml http://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtml http://www.monografias.com/trabajos15/origen-tierra/origen-tierra.shtml http://www.monografias.com/trabajos/atm/atm.shtml http://www.monografias.com/trabajos11/tierreco/tierreco.shtml http://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml http://www.monografias.com/trabajos16/metodo-lecto-escritura/metodo-lecto-escritura.shtml 14 la lectura del manómetro. Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica. Presión estática La presión es el esfuerzo (de compresión) en un punto del fluido en reposo. Después de la velocidad, la presión es la variable más significativa en la dinámica de los fluidos. Presión dinámica Es la presión debida a la velocidad del fluido. El valor de la presión dinámica depende de la velocidad que tiene el líquido o gas, elevada al cuadrado. Valores típicos de las propiedades de fluidos más usuales Propiedades Designación Unidades Valores Agua Aire Masa especifica P Kg/m3 1,000 1.2 Viscosidad Β g/ms 1.0 0.02 Calor especifico Cp KJg °K 4,200 1,00 Presión de vapor (20° C) Pv Bar 0.023 8 Tensión superficial ŏ mN/m 72.8 -- Tabla1. Valores típicos de las propiedades de fluidos más usuales. http://www.monografias.com/trabajos14/textos-escrit/textos-escrit.shtml http://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml 15 2.1.2 Los Principios de Pascal, Arquímedes y teorema de Bernoulli Principio de Pascal En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: «el incremento de presión aplicado a una superficie de un fluido incompresible (líquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo. El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma presión. También podemosver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas. Aplicaciones del principio El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática y del carácter altamente incompresible de los líquidos. En esta clase de fluidos la densidad es prácticamente constante, de modo que de acuerdo con la ecuación: Dónde: Presión total a la profundidad h medida en Pascales (Pa). Presión sobre la superficie libre del fluido. http://www.monografias.com/trabajos6/etic/etic.shtml http://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtml http://www.monografias.com/trabajos32/pascal-arquimedes-bernoulli/pascal-arquimedes-bernoulli.shtml 16 Densidad del fluido. Aceleración de la gravedad. Si se aumenta la presión sobre la superficie libre, por ejemplo, la presión total en el fondo ha de aumentar en la misma medida, ya que el término ρgh no varía al no hacerlo la presión total (obviamente si el fluido fuera compresible, la densidad del fluido respondería a los cambios de presión y el principio de Pascal no podría cumplirse) Prensa Hidráulica La prensa hidráulica es una máquina compleja semejante a la palanca de Arquímedes, que permite amplificar la intensidad de las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos de maquinaria industrial. La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor sección S1 se ejerce una fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma (casi) instantánea a todo el resto del líquido. Por el principio de Pascal esta presión será igual a la presión p2 que ejerce el fluido en la sección S2, es decir: Con lo que, las fuerzas fueron siendo, siendo S1 < S2: 17 Y por tanto, la relación entre la fuerza resultante en el émbolo grande cuando se aplica una fuerza menor en el émbolo pequeño será tanto mayor cuanto mayor sea la relación entre las secciones: Teorema de Bernoulli A continuación estudiaremos la circulación de fluidos incompresibles, de manera que podremos explicar fenómenos tan distintos como el vuelo de un avión o la circulación del humo por una chimenea. El estudio de la dinámica de los fluidos fue bautizado hidrodinámica por el físico suizo Daniel Bernoulli, quien en 1738 encontró la relación fundamental entre la presión, la altura y la velocidad de un fluido ideal. El teorema de Bernoulli demuestra que estas variables no pueden modificarse independientemente una de la otra, sino que están determinadas por la energía mecánica del sistema. Imagen 1. Principio de Bernoulli 18 Supongamos que un fluido ideal circula por una cañería como la que muestra la figura. Concentremos nuestra atención en una pequeña porción de fluido V (coloreada con celeste): al cabo de cierto intervalo de tiempo Dt (delta t), el fluido ocupará una nueva posición (coloreada con rojo) dentro de la Al cañería. ¿Cuál es la fuerza "exterior" a la porción V que la impulsa por la cañería? Sobre el extremo inferior de esa porción, el fluido "que viene de atrás" ejerce una fuerza que, en términos de la presión p1, puede expresarse como P1. A1, y está aplicada en el sentido del flujo. Análogamente, en el extremo superior, el fluido "que está adelante" ejerce una fuerza sobre la porción V que puede expresarse como P2. A2, y está aplicada en sentido contrario al flujo. Es decir, que el trabajo (T) de las fuerzas no conservativas que están actuando sobre la porción de fluido puede expresarse en la forma: Si tenemos en cuenta que el fluido es ideal, el volumen que pasa por el punto 1 en un tiempo Dt (delta t) es el mismo que pasa por el punto 2 en el mismo intervalo de tiempo (conservación de caudal). Por lo tanto: El trabajo del fluido sobre esta porción particular se "invierte" en cambiar la velocidad del fluido y en levantar el agua en contra de la fuerza gravitatoria. En otras palabras, el trabajo de las fuerzas no conservativas que actúan sobre la porción del fluido es igual a la variación de su energía mecánica. Tenemos entonces que: http://www.monografias.com/trabajos14/deficitsuperavit/deficitsuperavit.shtml http://www.monografias.com/trabajos901/evolucion-historica-concepciones-tiempo/evolucion-historica-concepciones-tiempo.shtml 19 Considerando que la densidad del fluido está dada por d=m/V podemos acomodar la expresión anterior para demostrar que: Noten que, como los puntos 1 y 2 son puntos cualesquiera dentro de la tubería, Bernoulli pudo demostrar que la presión, la velocidad y la altura de un fluido que circula varían siempre manteniendo una cierta cantidad constante, dada por: Veremos la cantidad de aplicaciones que pueden explicarse gracias a este teorema. Fluido humano. Una multitud de espectadores pretende salir de una gran sala de proyecciones al término de la función de cine. El salón es muy ancho, pero tiene abierta al fondo sólo una pequeña puerta que franquea el paso a una galería estrecha que conduce hasta la calle. La gente, impaciente dentro de la sala, se aglomera contra la puerta, abriéndose paso a empujones y codazos. La velocidad con que avanza este "fluido humano" antes de cruzar la puerta es pequeña y la presión es grande. Cuando las personas acceden a la galería, el tránsito se hace más rápido y la presión se alivia. Si bien este fluido no es ideal, puesto que es compresible y viscoso (incluso podría ser turbulento), constituye un buen modelo de circulación dentro de un tubo que se estrecha. Observamos que en la zona angosta la velocidad de la corriente es mayor y la presión es menor. http://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtml http://www.monografias.com/trabajos14/cinehistor/cinehistor.shtml http://www.monografias.com/trabajos/adolmodin/adolmodin.shtml 20 Energía Hidrodinámica Es generada por la energía cinética de un fluido, dependiendo de la velocidad y la masa del fluido. Tomando en cuenta dos secciones de diferente tamaño, como se muestra en la figura anterior y sumando todas las energías que intervienen obtenemos la siguiente ecuación: Como es el volumen desplazado del fluido, y como y Sustituyendo lo anterior obtenemos la ecuación de Bernoulli: Potencia (P) Es la rapidez con la que se efectúa un trabajo, refiriéndolo en específico al sistema hidráulico es la potencia necesaria de la bomba en función de: 21 Dónde: Potencia en Watts Presión en N/m2 = Pa Caudal en m3/s Rendimiento de la bomba en tanto por uno Pérdida de carga (hf) El flujo de un líquido en una tubería está acompañado de una pérdida de energía, ha esto se le denomina como perdida de carga. En el caso de tuberías, la pérdida de carga se manifiesta como una disminución de presión en el sentido de flujo. La pérdida de carga puede ser lineal o singular esta se manifiesta en puntos como codos, ramificaciones, válvulas,etc. Donde: Pérdida de carga expresada en altura de columna de líquido Longitud del conducto Diámetro del conducto Velocidad del líquido 22 Constante de gravedad Coeficiente de fricción En caso de un régimen laminar: El Número de Reynolds es un número adimensional que caracteriza, en la dinámica de fluidos, la corriente del fluido. Se utiliza para estudiar su movimiento en el interior de una tubería, o alrededor de un obstáculo sólido. La fórmula para su cálculo se da en base a la velocidad característica del fluido, la viscosidad y el diámetro de la tubería, y es la siguiente: Donde ρ = densidad del fluido vs = velocidad del fluido D =diámetro de la tubería v= viscosidad cinemática del fluido μ = viscosidad dinámica del fluido Cabe mencionar que: Si el número de Reynolds es menor a 2000 estamos hablando de un régimen laminar, si 23 este es mayor a 2000 nos referimos a un régimen turbulento. Anteriormente hicimos referencia al coeficiente de fricción para un régimen laminar, pero en caso de que este sea turbulento el cálculo cambia y se hace de forma gráfica por medio de una herramienta conocida como el Diagrama de Moody. El diagrama de Moody es una representación gráfica en forma logarítmica del factor de fricción en función del Número de Reynolds y la rugosidad relativa de la tubería. Imagen 2. Diagrama de Moody 24 Cálculo de la potencia a la entrada de la bomba Dónde: Sustituyendo en la fórmula: Conversión de Pascales a Bares Diferencia de presiones en la bomba 25 Potencia entregada al fluido Dónde: Conversión de Bares a Psi: Conversión de a : Sustituyendo: Potencia que necesita la bomba para generar una presión de 50 Bar Dónde: 26 Sustituyendo: Volumen de aceite por revolución entregada de la bomba Conversión a KW: Cálculo del par torsional Conversión de m.daN a lb ft 27 2.2 Componentes del sistema hidráulico Componentes básicos de los circuitos hidráulicos. Los sistemas hidráulicos se componen básicamente de: Bombas. Tuberías. Válvulas. Depósitos. Actuadores. Motores. Filtros. 2.2.1 Bombas hidráulicas Una bomba hidráulica es un dispositivo que transforma energía mecánica en una energía de presión transmisible de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido. Las bombas hidráulicas se clasifican en diversos tipos dependiendo de su aplicación. La bomba utilizada en el helicóptero Ecureuil As350B es de engranes externos, donde uno de los engranes funciona como conductor y mueve a otro engrane. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), y este hace girar al otro (libre) originando un vacío en la aspiración cuando se separan los dientes, por el aumento del volumen en la cámara de aspiración. En el mismo momento los dientes se van alejando, llevándose el fluido en la cámara de aspiración. La impulsión se origina en el extremo 28 opuesto de la bomba por la disminución de volumen que tiene lugar al engranar los dientes separados. En condiciones óptimas estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimiento volumétrico. Imagen3. Bomba de engranes externos 2.2.2 Filtros Los filtros se emplean para controlar la contaminación por partículas sólidas de origen externo y las generadas internamente debido al desgaste o la erosión de las superficies de la máquina, permitiendo preservar la vida útil tanto de los componentes del equipo como del fluido hidráulico. El sistema hidráulico del Ecureuil AS350B utiliza filtros de alimentación, respiración y presión. Filtro de alimentación. Está ubicado a la salida del depósito hidráulico en la línea de alimentación, es una malla con un rango de 0.8 a 1mm Filtro de respiración. Se ubica entre la tapa de llenado y el depósito hidráulico, teniendo un orden de filtración de 50 micras. 29 Filtro de presión. Su función es suministrar el líquido a todas las líneas del sistema con el grado de pureza necesario para que opere el sistema en óptimas condiciones. Se encuentra a la salida de la bomba hidráulica y tiene una capacidad de filtración de 10 micras. Imagen 4.Filtros hidráulicos 2.2.3 Depósito Hidráulico La función de un tanque hidráulico es contener o almacenar el fluido de un sistema hidráulico. Además de funcionar como contenedor, un depósito también sirve para enfriar el fluido, permite asentarse a los contaminantes y el escape del aire retenido. Los depósitos hidráulicos que se emplean en aeronaves pueden ser depósitos presurizados o no presurizados. El helicóptero Ecureuil AS350B utilizad depósitos no presurizados con una capacidad de 2.1 lts. debido a que vuela a niveles bajos. 30 Imagen 5.Depósito Hidráulico 2.2.4 Acumuladores hidráulicos Un acumulador hidráulico es un depósito divido en dos cámaras, una conteniendo líquido hidráulico a la presión del sistema y la segunda cámara contiene nitrógeno gaseoso a presión. Este acumulador se utiliza en los siguientes casos: Cuando existe una pérdida de presión en el sistema. Cuando el sistema necesita un caudal considerable por un periodo corto. Cuando el sistema o una parte de este tiene que permanecer bajo presión 31 Imagen 6.Acumulador hidráulico marca Rex En los sistemas hidráulicos se utilizan 3 tipos de acumuladores, que son: los acumuladores de pistón, acumuladores tipo vejiga y acumuladores de diafragma. En los helicópteros se utiliza el acumulador tipo vejiga como sistema de seguridad en casa de fallas del sistema principal. En el caso del AS350B es de vital importancia el uso del acumulador debido a que el acumulador hidráulico es único. Imagen 7.Símbolo ISO para acumulador tipo vejiga 32 2.2.5 Tuberías Las tuberías son conductos cilíndricos con un material, diámetro y longitud variable, su función es la del transporte de fluidos, como lo es el líquido hidráulico. Una tubería flexible es un tramo de manguera hecho de un elastómero, en ellas se acoplan unas conexiones conocidas como racores. Este tipo de tuberías son muy utilizadas en la aviación y entre sus múltiples usos se encuentra el sistema hidráulico del AS350B. Imagen 8.Racores para tuberías flexibles Cualquier tubería tiene un cierto tiempo de vida, por lo cual es de vital importancia la realización de un control de tiempo de vida. En la aviación se deben realizar constantes inspecciones visuales de las tuberías para observar si es necesario realizar algún cambio de las mismas. Uno de los puntos principales a inspeccionar para poder rehabilitar el sistema hidráulico del AS350B es las condiciones de las tuberías, esto se hace por medio de una prueba de presión la cual consta de someter a las mangueras a una presión mayor de la que soporta en condiciones normales durante 4 minutos aproximadamente.33 Imagen9.Tuberías flexibles marca Olagorta 2.2.6 Válvulas Una válvula es un mecanismo que permite controlar la presión para mantenerla constante sirviendo como sistema de seguridad, liberar presión en caso de una sobrepresión logrando evitar la sobrecarga de los actuadores, así como direccionar el fluido según las necesidades... En el caso del Ecureuil AS350B el sistema hidráulico tiene una presión de 40 Bar y consta de 6 válvulas reguladoras que se encargan de mantener esta presión, estas válvulas se localizan en: Cada uno de los 3 servos principales En el múltiple de distribución de líquido hidráulico del rotor principal En el servo del rotor de cola 34 Imagen 10.Válvula reguladora para aviación Existen otros 2 tipos de válvulas utilizadas en el helicóptero, como son, las válvulas selectoras y las electroválvulas. Las válvulas selectoras se utilizan en el AS350B para controlar el movimiento direccional del actuador hidráulico, estas tienen un cierto número de orificios tanto de entrada como de salida que definen el número de movimientos direccionales que se pueden realizar. Como ya mencionamos existe una válvula conocida como 4/2 que es la que se instala en los servo actuadores. Las electroválvulas son muy utilizadas en la aviación para cualquie tipo de fluído, ya que, pueden realizar funciones de apertura, cerrado, liberación, desviación y canalización, estas válvulas se fabrican de un material de aleación ligera anodizado y se accionan con un mando eléctrico, un temporizador o un interruptor. Las electroválvulas tienen múltiples clasificaciones, aquí mencionaremos la que se basa en la forma de movimiento de la carrera. Esta clasificación es la siguiente: Válvula de corredera longitudinal Válvula de corredera plana. Válvula de corredera de émbolo Válvula de corredera giratoria Válvula de asiento plano 35 Imagen 11.Electroválvula marca Tehsa 2.2.7 Actuadores hidráulicos Un actuador hidráulico es un dispositivo que nos ayuda a convertir la presión hidráulica en movimiento mecánico. En el caso de un sistema hidráulico de un helicóptero se necesita conseguir tanto una expansión como una compresión por lo cual se utiliza un actuador conocido como de doble efecto, el cual ayuda a que se realicen dos movimientos diferentes. Imagen 12.Actuador de doble efecto 36 2.2.8 Servo actuadores El servo actuador es un sistema que consta de tres partes: Válvula selectora 4/2 Un actuador hidráulico al cual se le adapta la válvula selectora Múltiple de servo control el cual está compuesto por un acumulador de seguridad, una válvula restrictora y una válvula solenoide. Imagen 13.Servo actuadores En el caso del AS350B se utilizan servo actuadores marca DUNLOP, de tres distintos tipos, teniendo como función controlar tanto el rotor de cola como el rotor principal, estos modelos son los siguientes: AC67244 y el AC67246 que son los servos de control del rotor principal. AC67032 que es el servo que controla el rotor de cola. 37 Los servos DUNLOP pueden llegar a ser reemplazados por servos marca SAMM los cuales funcionan con el mismo principio. Imagen 14. Servo actuador marca DUNLOP para hélice Servo Actuadores Dunlop Los servo actuadores Dunlop tienen un pasador de bloqueo en el terreno de juego. Antes de la puesta en marcha, el pasador de bloqueo del servo actuador se extiende en la ranura de entrada de la palanca. Esto asegura la palanca de entrada y elimina cualquier juego de entrada en los controles de vuelo después de una falla hidráulica. Los pernos de bloqueo de la parte superior actúan como una válvula de derivación. Cuando la presión hidráulica cae por debajo de 14 bares de las gotas, el pasador de bloqueo permite que las cámaras A y B sean interconectadas. 38 Imagen 15. Servo actuadores Cuando se presuriza el servo actuador de paso, el líquido se encamina en la clavija de bloqueo y por encima de 6 bares levanta el pasador de bloqueo de la ranura de entrada de la palanca y comprime el resorte pasador de bloqueo. Esto cierra la interconexión entre las cámaras en el vástago, con el pasador de seguridad empotrado en la válvula de control deslizante y esta se puede mover libremente. Cuando el rodillo de presión actúa, se movilizan los servos del rotor de cola, y el líquido se dirige a la válvula de bypass. Mientras tanto cuando el líquido está por encima de 6 bars; la válvula de derivación se mueve en una posición que cierra la interconexión entre las cámaras en el vástago del pistón y comprime el resorte de la válvula de derivación. 39 Imagen 16. Servos Cuando el fluido se dirige a la cámara existe un aumento del volumen de líquido en el depósito y se extienden los servos. Imagen 17.Servoactuadores 40 Mientras que el piloto no mueva el control de mando que actúa el sistema hidráulico el paso de fluido, en este caso líquido hidráulico, seguirá viajando en la dirección de entrada. Una vez que las entradas de control de vuelo, que son actuados por el sistema hidráulico, se muevan en la estancia cero, la válvula deslizante no permitirá que el líquido viaje para entrar o salir del servo actuador. Imagen 18. Funcionamiento de los servo actuadores 41 CAPÍTULO III METODOLOGÍA 42 3.1 Programación de tiempos de elaboración del proyecto. Para el desarrollo de nuestro proyecto se realizó una calendarización de todas las actividades necesarias, dando tiempos un poco extensos a cada una para poderlos cumplir en su totalidad. 3.1.1. Cronograma El paso inicial fue la realización de un cronograma en forma de tabla con tiempos y fechas de trabajo bien definidos. Nombre de tarea Duración Comienzo Fin Designación de tema 14 días jue 01/10/09 mar 20/10/09 Recopilación de información técnica necesaria 30 días mar 20/10/09 lun 30/11/09 Evaluación del estado operacional de los componentes del sistema hidráulico 30 días lun 30/11/09 vie 08/01/10 Revisión al modelo de sistema hidráulico propuesto en un trabajo de investigación anterior 25 días vie 08/01/10 jue 11/02/10 Obtención de los componentes 50 días lun 22/02/10 vie 30/04/10 Instalación de los componentes 30 días lun 12/04/10 vie 21/05/10 Evaluación final 5 días lun 24/05/10 vie 28/05/10 Tabla 2. Cronograma del proyecto 43 3.1.2. Gráfica de Gantt Con el apoyo de una gráfica de Gantt, se representaron los tiempos mencionados en la tabla anterior, de forma que sean más comprensibles. Gráfica 1. Gráfica de Gantt Gráfica 2. Complemento de Gráfica de Gantt 44 3.2 Etapas de desarrollo del proyecto En el desarrollo de este capítulo se explican las fases con las que consta este trabajo. Basándonos en losobjetivos planteados en el primer capítulo de este trabajo de investigación. Las fases a desarrollar durante el desarrollado de este proyecto se explican a continuación: 3.2.1. Recopilación de información técnica necesaria En el desarrollo de esta fase se fue investigando de lo general a lo específico, comenzando por lo referente a un sistema hidráulico en general hasta llegar al estudio del sistema hidráulico del helicóptero Ecureuil AS350B. Todo lo referente al sistema hidráulico del AS350B se obtuvo del Manual de entrenamiento para obtener la información técnica necesaria de los componentes de este sistema y así lograr entender el funcionamiento de este sistema. 3.2.2. Evaluación del estado operacional de los componentes del sistema hidráulico A cada uno de los componentes del sistema hidráulico, se le realizan las pruebas operativas pertinentes indicadas en el Manual de mantenimiento de esta aeronave. Donde posteriormente se les realiza una evaluación del estado de funcionamiento a cada uno de los componentes y así saber si se encuentran en condiciones óptimas de funcionamiento, cuáles de estos deben ser reparados y cuáles deben ser sustituidos. 45 3.2.3. Revisión al modelo del sistema hidráulico propuesto en un trabajo de investigación anterior Se analizará el modelo propuesto en la tesina “Análisis de la factibilidad técnica y propuesta de operación de sistema hidráulico del helicóptero Ecureuil AS350B” para llevarlo a cabo en la rehabilitación del sistema hidráulico de forma alterna y en caso de ser necesario realizar las adaptaciones pertinentes a este. Y así obtener el funcionamiento adecuado del sistema. 3.2.4. Obtención de los componentes En base a los resultados obtenidos durante la evaluación del sistema hidráulico y la revisión del trabajo anterior propuesto se procederá a obtener los componentes faltantes o en su defecto reparar los que se encuentren dañados o no se encuentren en condiciones óptimas de operación. Cabe mencionar que en caso de que alguno de estos componentes no tenga reparación se procederá a adquirir el componente necesario para su sustitución. 3.2.5. Instalación de los componentes Al término del trabajo de las fases anteriores se procede a instalar cada uno de los componentes logrando la rehabilitación del sistema hidráulico en forma alterna y que este se encuentre en condiciones operacionales adecuadas. 46 3.2.6. Evaluación final Una vez que el sistema hidráulico quede totalmente instalado se le realiza una serie de pruebas para comprobar que el estado de este sea adecuado. Y así se pueda utilizar en prácticas posteriores por parte de los alumnos. 47 3.3 Diagrama de proceso de decisión del proyecto Diagrama 1. Proceso de decisión del proyecto 48 CAPÍTULO IV DESARROLLO 49 4.1 Funcionamiento básico del sistema Hidráulico del helicóptero Ecureuil AS350B 4.1.2. Componentes que conforman el Sistema Hidráulico del Helicóptero Ecureuil AS350 Imagen 19. Componentes del sistema hidráulico 50 1. Botón de bocina: usado para desactivar la bocina 2. Relevador de control: se energiza en caso de una caída de presión 3. Bocina: otorga una alarma audible en caso de pérdida de presión del hidráulico 4. Depósito del fluido hidráulico 5. Filtro a la entrada de la bomba 6. Bomba hidráulica: Está es impulsada por la caja de engranajes principal, con relación de flujo de 6l/min. 7. Válvulas solenoides de los servo actuadores de rotor principal: Estas son controladas por un botón que energiza al solenoide (B) y es usado en caso de fallas hidráulicas o amarre de algún distribuidor de los servo actuadores para recorrer la línea de presión del servo actuador de regreso dentro del depósito, eliminando el retorno de presión en el control manual y por lo tanto reduciendo las cargas del control 8. Unidad de filtro: indicador de obstrucción y con capacidad de filtración = 3µ 9. Interruptor de presión: Cierra el circuito con la luz “HYD” cuando P<30 bar 10. Acumuladores de retroceso: se encuentran sobre los servo actuadores del rotor principal. Usados en caso de falla del sistema hidráulico para proporcionar una pequeña reserva de energía. El piloto puede alcanzar una velocidad de retroceso de carga mínima para el control manual. 11. Válvulas anti-retorno de los servos del rotor principal. Se cierran en caso de que exista una falla en el sistema por la presión de los acumuladores(el flujo de los acumuladores es únicamente usado por el servo actuador ) 12. Válvula reguladora: mantiene la presión del sistema a 40 bares. 13. Válvula solenoide de “Pruebas de hidráulico” 14. Válvula solenoide 15. Acumulador 16. Actuador hidráulico 17. Palanca multiplicadora 18. Válvula de alivio de presión 51 Pérdida de presión del sistema hidráulico Una vez que se asegura el sistema de respaldo por caída de presión, la velocidad es recuperada, el piloto abrirá las válvulas solenoides y realizar el corte del sistema hidráulico mediante el botón de accionamiento para eliminar cualquier residuo del liquido hidráulico y regresar la presión a los servo actuadores. Esto reduce la fuerza requerida para mover los servo actuadores tan pronto como el sistema pierde presión, los acumuladores realizan su descarga de presión de nitrógeno la válvula anti-retorno se cierra y los servo actuadores se mantienen presurizados hasta que los acumuladores son totalmente descargados. Imagen 20. Diagrama de activación de la alarma auditiva en caso de falla Operación del sistema hidráulico en tierra Cuando la aeronave se encuentra en tierra y presionando el botón de prueba tenemos que las válvulas solenoides se abren inmediatamente para despresurizar el 52 sistema provocando así que el indicador de presión se ilumine y se active la alarma, en ese momento se deberá mover el control cíclico del helicóptero para perder resistencia provocando así que los acumuladores realicen la descarga. Para operar o centrar la guiñada de los pedales se deberá presionar el botón de accionamiento del mando por un par de segundos para abrir la válvula solenoide y descargar el acumulador. Imagen 21. Prueba del sistema hidráulico por componentes 53 Imagen 22. Componentes del sistema hidráulico del Ecureuil AS350B 54 4.2 Análisis al modelo del sistema hidráulico propuesto en un trabajo de investigación anterior. Para el inicio de nuestro proyecto, nos basamos en la tesina “Análisis de la factibilidad técnica y propuesta de operación de sistema hidráulico del helicóptero Ecureuil AS350B”, la cual abarcaba lo siguiente: Un análisis riguroso del estado del motor, esto con la intención de que se rehabilitara el sistema hidráulico dependiendo del motor como es su funcionamiento en condiciones normales. Este punto fue la base de su tesina. Un chequeo y limpieza externa de los componentes principales del sistema hidráulico, bomba, depósito, válvulas. Este chequeo no incluyo mangueras, ni servo actuadores. Investigación de losdiferentes fluidos hidráulicos existentes en el mercado, buscando el ideal para el helicóptero Ecureuil AS350B. Una propuesta de un sistema hidráulico para el helicóptero Ecureuil AS350B, basado en que este se encontrará en operación a su máxima capacidad. Debido a esto la propuesta adquirió un costo muy elevado para poder darle un seguimiento y llevarse a cabo por alumnos. Como está plasmado en este trabajo de investigación fue retomada la investigación realizada en la tesina “Análisis de la factibilidad técnica y propuesta de operación de sistema hidráulico del helicóptero Ecureuil AS350B”. El punto de partida fue en el chequeo y limpieza de cada uno de los componentes del sistema hidráulico, ya conociendo esto, se propuso un sistema de funcionamiento alterno que se adaptara a las condiciones de funcionamiento actual del helicóptero Ecureuil AS350B, con un costo elevado pero lo más accesible posible para poder llevarse a cabo. Por último se realizó físicamente este para que el instituto cuente con un laboratorio muy útil para este tipo de prácticas. 55 4.3 Limpieza externa de los componentes del sistema hidráulico Para poder iniciar con la rehabilitación del sistema hidráulico del helicóptero Ecureuil AS350B se realizó una inspección general para verificar el estado actual de los componentes como son mangueras, depósitos de líquido hidráulica, bomba, válvulas y conexión de mangueras; así mismo se realizó una limpieza externa de cada uno de ellos para identificarlo y con ello revisar en el manual para realizar un mantenimiento y las pruebas pertinentes. Se localizó el área para la instalación de los componentes que servirán para rehabilitar el sistema hidráulico. Imagen 23. Deposito de líquido hidráulico 56 4.4 Componentes necesarios para la instalación del sistema hidráulico de forma alterna En este subcapítulo se hace referencia a los 5 componentes esenciales en la instalación del sistema hidráulico de forma alterna, mencionando sus principales características y el uso que se les dio. Estos se proponen en base al análisis realizado a la tesina “Análisis de la factibilidad técnica y propuesta de operación de sistema hidráulico del helicóptero Ecureuil AS350B”, así como de los cálculos realizados y mostrados en la parte teórica de este trabajo de investigación. 4.4.1 Bomba hidráulica La bomba hidráulica a instalar para nuestro sistema, es de la marca Hystar modelo HGP-1A-F-06-L-X-2B-10. La cual nos pareció la más rentable y más adecuada a las características necesarias. 57 Imagen 24. Bomba Hidráulica Desplazamiento geométrico cc/rev Presión bar (psi) Velocidad rpm Sentido de giro Flujo lts Peso kgs (lbs) 6 trabajo Max Promedio Max Min En contra de las manecillas del reloj Promedio Max Min 1.3(2.88) 210 (3000) 250(3500) 1800 3200 600 10.8 19.2 3.6 58 Imagen 25. Dimensiones de la bomba 4.4.2 Acoplamiento bomba-motor El acoplamiento bomba-motor conocido comúnmente como “cople”, se utiliza para acoplar la flecha de la bomba con la flecha del motor eléctrico al cual se le hará referencia más adelante. El acoplamiento a utilizar es del número 0.5. 59 Imagen 26. Acoplamientos La flecha de la bomba es de la ½ in. y la flecha del motor es de 5/8, el acoplamiento une estos dos y transmite las rpm del motor eléctrico a la bomba hidráulica, sin que exista pérdida de estas. Imagen 27. Acoplamiento Bomba-Motor 60 Imagen 28. Dimensiones del acoplamiento 61 4.4.3 Campana de acoplamiento bomba-motor La campana de acoplamiento bomba-motor junto con el “cople” sirve para unir la bomba al motor. La campana se instala en la brida del motor por medio de 4 tornillos de alta resistencia de 3/8 in. En la otra cara se le acopla la bomba y se asegura por medio de 2 tornillos de alta resistencia de ½ in. Cuando el sistema se encuentra operando, la campana sirve para evitar el movimiento del sistema y las vibraciones que pudieran llegar a ocurrir. Cabe mencionar que la campana de acoplamiento bomba-motor solo es vendida por 3 proveedores en México, entre los que se encuentra “Servicio Hidráulico Industrial S.A de C.V.”. Imagen 29. Campana de acoplamiento 62 Imagen 30. Dimensiones de la campana de acoplamiento 63 4.4.4 Motor eléctrico El motor eléctrico que más se adaptaba a nuestro sistema es un motor monofásico tipo jaula de ardilla SIEMENS modelo 1RF30574YB41, a prueba de goteo. El cual proporciona las 1800 RPM, ideales para el trabajo de nuestra bomba. Este tipo de motores son pintados de color naranja con una pintura a base de zinc para evitar corrosión por ambientes agresivos o húmedos. Imagen 31. Motor Eléctrico Siemens 64 65 Potencia CP Velocidad nominal RPM Tensión nominal volt Corriente nominal A Peso neto Kgs Longitud mm Tipo de brida Sentido de giro 1.51 1740/1720 127/220 13.8/7.2 4.3 313 C, brida para integrar bombas. Manecillas del reloj Imagen 32.Dimensiones motor eléctrico Siemens 66 4.4.5 Mangueras Para la instalación del sistema se necesitaron 2 mangueras: a) Manguera de alimentación de la bomba, la cual tiene una longitud de 1 metro y 3/4 de in. de diámetro. Esta manguera se adapta al depósito de líquido hidráulico por medio de abrazaderas. La bomba tiene un diámetro de 3/8 de in. en la entrada de la manguera por lo cual fue necesario adaptarle una serie de acoplamientos para que se pudiera conectar a esta. Debido a que esta manguera solo alimenta a la bomba de líquido hidráulico no se encuentra trabajando a altas presiones, por eso se utilizó una manguera de paso que soporta 20 bares de presión. b) Manguera de descarga de la bomba, la cual tiene una longitud de 0.5 m y 7/16 de in. de diámetro. Esta manguera se adapta al helicóptero por medio de una cuerda, ya mencionada, de 7/16 in. Al igual que en la otra manguera fue necesario adaptarle una serie de acoplamientos para poder conectar esta a la bomba que tiene una salida de diámetro de 3/8 in. Esta manguera es instalada en la salida de la bomba, por lo cual trabaja a gran presión, la bomba en condiciones ideales trabaja a 210 bares y máximo 280 bares. La manguera de salida tiene que soportar estas presiones por lo cual fue necesario comprarla con una doble capa de acero, con lo cual soporta una presión de 1110 bares. 67 Imagen 33. Mangueras 68 4.5 Costos Los componentes necesarios para el desarrollo de la rehabilitación del sistema hidráulico de forma alterna son variados, anteriormente se hizo mención de los más esenciales. A continuación se muestra la totalidad de los componentes necesarios enlistados, incluyendo una pequeña descripciónde cada uno, la cantidad a utilizar y su costo en moneda nacional. Cabe mencionar que en la tesina “Análisis de la factibilidad técnica y propuesta de operación de sistema hidráulico del helicóptero Ecureuil AS350B”, existía una propuesta de tabla de costos de componentes, la cual fue modificada en su totalidad. Tabla de Costos de los componentes Parte Componente Cantidad de componentes Costo 1 Motor SIEMENS de 1.5 hp 1 $1358.00 M.N. 2 Ensamble de Manguera de descarga con 0.5 m de longitud t y ¼ in de diámetro 1 $272.89 M.N. 3 Ensamble de Manguera de alimentación de la bomba con 1 m de longitud y 3/4 in de diámetro 1 $256.58 M.N. 4 Acoplamiento hembra-girt de ¼ in x ¼ in 1 $76.23 M.N. 5 Acoplamiento rosca macho de 37° 1 $129.27 M.N. 6 Bomba hidráulica de engranes Hystar 1 $1300.00 M.N. 7 Campana de acoplamiento Bomba- Motor 1 $750.00 M.N. 8 Acoplamiento bomba-motor 1 $150.00 M.N. 9 Caucho de 5 mm de espesor 1 $199.00 M.N. 10 Placa de aluminio de 500 mm x290 mm x ¼ in de espesor. 1 $ 200.00 M.N. 11 Arnés de 2 líneas 1 $18.50 M.N. 12 Tornillos de alta resistencia 6 $60.00 M.N. 69 de 3/8 in x 1.5 in con cabeza hexagonal 13 Tornillos de alta resistencia para fijar el motor a la placa de aluminio de 5/16 in x 1.5 in. 4 $40.00 M.N. 14 Torneado del cuñero para el cople bomba-motor 1 $150.00 M.N. 15 Cableado para conexión del motor jaula de ardilla de calibre 12 con 10 m de longitud 1 $55.50 M.N. 16 Conector eléctrico del sistema a la fuente externa de potencia 1 $ 8.00 M.N. 17 Líquido hidráulico Aeroshell FLUID 41 de 3.8 l. 1 $345.00 M.N. 18 Interruptor de encendido del sistema 1 $30.00 M.N. 19 Cinchos de 9 cm. 65 $9.75 M.N. 20 Dri Lube Plus para lubricación de la bomba Hystar, presentación de 295 gr. en aerosol 1 $277.00 M.N. 21 Fusible de 120 V y 10 A 2 $4.00 MN 22 Porta fusibles 1 $10.00 MN 23 Clavijas para la extensión a fabricar 2 $17.00 MN 24 Cable dúplex calibre 12 con 10 metros de longitud 1 $80.00 MN Costo total del sistema hidráulico alterno $5796.72 M.N. 70 CAPÍTULO V RESULTADOS 71 5.1. Instalación del sistema hidráulico de forma alterna 5.1.1. Instalación de la placa de aluminio Localización del área disponible para la instalación del motor eléctrico, la bomba mecánica y las líneas de alimentación y presión. Imagen 34. Localización del área Se colocaron de manera provisional los componentes antes mencionados en el área asignada, para verificar que los barrenos de sujeción de la placa afín de no dañar los mamparos longitudinales que separan el tanque de combustible y el compartimiento de carga de lado derecho. 72 Imagen 35. Posición provisional Dimensionamiento y ubicación estratégica de los barrenos en la superficie de la placa de aluminio. Imagen 36. Dimensionamiento Posteriormente, se efectuaron 6 barrenos en la placa de aluminio con un diámetro 73 de y 4 barrenos de 5/16", para poder fijar la placa de aluminio y el motor eléctrico; además de los 10 barrenos del piso de la transmisión del helicóptero. Imagen 37. Barrenado de la transmisión Se cortaron dos placas de corcho; una con las dimensiones de la placa de aluminio y la otra de 230 mm de largo por 105 mm de ancho para la base del motor eléctrico. Imagen 38. Corcho 74 Se instaló una placa de aluminio de ¼ ’’ de espesor de 290mm de ancho x 500mm de largo, con objeto de soportar el par motor producido por el sistema durante la fase de operación, a la cual se le acoplo una base de corcho de las mismas dimensiones para evitar vibraciones generadas por el motor. La sujeción de la placa de aluminio con el piso de la transmisión del helicóptero se hizo con tornillos de cabeza de 5/ 16x 1 1/2''. Imagen 39. Instalación de la placa 5.1.2. Ensamble bomba- motor Una vez que se concluyó con la sujeción, se llevó a cabo el ensamble del motor y la bomba por medio del cople y la campana de acoplamiento. 75 Imagen 40. Ensamble Instalación del ensamble bomba-motor sobre la placa de aluminio previamente sujetada al piso de la transmisión del helicóptero. Imagen 41. Instalación en el Helicóptero 76 Imagen 42. Diagrama de ensamble 77 5.1.3. Drenado del líquido hidráulico Se drenó el líquido hidráulico de su depósito. Imagen 43. Drenado del liquido hidráulico 5.1.4. Conexión de mangueras Se instalaron 2 mangueras, una manguera de paso que se colocó del depósito de líquido hidráulico a la entrada de la bomba y una manguera de alta presión con 2 camas de acero que se colocó de la salida de la bomba al helicóptero. Todas las conexiones de las mangueras fueron cubiertas con teflón para evitar fugas. 78 Imagen 44 y 45. Conexión 5.1.5. Suministro del líquido hidráulico El siguiente paso después de haber finalizado con la instalación del ensamble bomba-motor así como las mangueras fue el llenado del depósito de líquido hidráulico con el Aeroshell FLUID 41. 79 Imagen 46. Suministro 5.1.6. Instalación eléctrica El último paso fue la Instalación eléctrica para la cual se utilizó un fusible para evitar que de existir una descarga esta dañe los componentes del sistema, también se necesitó un botón de encendido (push button) para accionar el sistema desde cabina y una conexión para energizar el sistema. Imagen 47. Conexión eléctrica 80 La conexión se instaló dentro del compartimiento de carga donde se encuentra la batería, (Imagen 40) el botón de encendido se colocó dentro de la cabina bajo el panel de instrumentos (Imagen 41) y para su conexión se utilizó cable de calibre N° 12 utilizando como guía las líneas de cableado del helicóptero ubicadas bajo el fuselaje de este. Imagen 48.Cableado Imagen 49. Conexión eléctrica en cabina 81 Una vez que se concluyó con la instalación, se efectuaron pruebas de continuidad con multímetro en las terminales para verificar las conexiones, así como el encendido del sistema para suministrar a las mangueras líquido hidráulico y verificar que no existieran fugas. Por último se accionó el sistema de manera continua durante cinco minutos checando que los pedales, el cíclico y el colectivo funcionaran adecuadamente, verificando así la operación de los servo actuadores en su totalidad y asegurándonos que el sistema opero de manera satisfactoria. Nota: Para el buen funcionamiento del sistema es necesario activar el ventilador, pues de lo contrario las líneas del hidráulico se calientan debido a que no están siendo enfriadas. 82 Imagen 50.Diagrama de explosión del sistema 83RECOMENDACIONES 84 Recomendaciones Durante el desarrollo del proyecto fue documentado todo el proceso por lo que pudimos hacer observaciones importantes sobre el sistema de las cuales sacamos ciertas recomendaciones que serán útiles para la operación adecuada del sistema hidráulico del Ecureuil as350b y que se enumeran a continuación. 1. Contar siempre con la asistencia de un profesor que tenga conocimiento sobre la operación del sistema hidráulico de forma alterna 2. Abrir la tolva del lado derecho para verificar que las mangueras de entrada y salida de la bomba se encuentren en buenas condiciones y que no existan manchas ocasionadas por fugas de líquido hidráulico. 3. Verificar que el líquido hidráulico se encuentre entre el nivel máximo y mínimo indicado en el depósito. 4. Comprobar que el ventilador funcione adecuadamente ya que si no es así el sistema se puede calentar demasiado y con esto dañar las conexiones y la bomba. 5. No desmontar ni mover el sistema a menos que sea necesario darle mantenimiento a alguno de los componentes o que este presentando fallas. 6. Operar únicamente a 127 V y desconectar cuando el sistema se encuentre inoperativo. 7. Revisar que siempre que el helicóptero se encuentre a la intemperie esté instalada la tolva para evitar que dañen los componentes . 85 CONCLUSIONES 86 Conclusiones El alcance establecido al principio del trabajo se concluyó de manera satisfactoria, dejando así el sistema hidráulico del Ecureuil AS350B rehabilitado en su totalidad de forma alterna, manteniéndolo así a disposición de la escuela para uso de prácticas y demostraciones. Al término del proyecto hicimos una comparación de la tabla de costos propuesta en el trabajo de investigación anterior, con respecto a la nuestra y concluimos que se logró una reducción considerable en los costos de los componentes esto fue posible gracias a un análisis más detallado de los componentes en existencia en el mercado nacional. 87 BIBLIOGRAFÍA 88 Libros consultados WHITE, Frank M. (2004) Mecánica de fluidos (5ª Ed.) España, McGraw-Hill POTTER, Merle C. (2002). Mecánica de fluidos. México, Thomson OÑATE, Antonio Esteban (1992). Energía Hidráulica. Madrid, Paraninfo. CREUS, Solé Antonio (2007). Neumática e hidráulica. México Barcelona, Alfaomega Trabajo de investigación “Análisis de factibilidad técnica y propuesta de operación del sistema hidráulico del helicóptero Ecureuil AS350B”. Chavolla Álcala Francisco Eduardo, Nava Silva Tonatiuh, Rodríguez Chávez Jesús Páginas web consultadas Universidad Politécnica de Madrid, Elementos y sistemas del helicóptero http://ocw.upm.es/ingenieria-aeroespacial/helicopteros/otros-recursos/ Siemens de México www.siemens.com.mx Servicio Hidráulico Industrial www.serviciohidraulico.com.mx Bombas y motores Cerro www.cerro.com.mx Hidráulica Niche. Clasificación de componentes hidráulicos. http://sitioniche.nichese.com/clases-hidra.html 89 ANEXO 1 PROVEEDORES Y COSTOS 90 Para la compra de los componentes y consumibles tuvimos diferentes proveedores los cuales se enlistan a continuación, mencionando que adquirimos con ellos: “Servicio Hidráulico Industrial, S.A. de C.V.” Latonero No. 102 Col. Trabajadores del Hierro. Código Postal 02650 Teléfono 55-87-42-14 con 10 líneas Donde adquirimos la bomba hidráulica y la campana de acoplamiento bomba- motor. 91 “Bombas y motores Cerro, S.A. de C.V” Calzada de Guadalupe No. 29 Colonia Maza. Código Postal 06270 Teléfonos 55-29-40-89 55-29-21-84 Donde adquirimos Motor de Jaula de Ardilla Siemens de 1.5 hp 92 “Industripartes Piscis, S.A. de C.V.” Cerrada de Almacenes 1-B Colonia Santo Tomás. Código Postal 02020 Teléfonos 55-61-88-73 55-61-22-25 Donde se adquirieron todos los ensambles de manguera, así como sus respectivos acoplamientos. 93 94 “Productos Industriales Nacionales” Miguel Miramón No. 157 Colonia Martín Carrera Código Postal 07070 Teléfonos: 57-67-76-68 Donde se adquirió el acoplamiento Bomba- Motor 95 “PEME, S.A de C.V” Avenida San José Ticomán No. 1178 A, Delegación Gustavo A. Madero. Código Postal 07340 Teléfono 57-52-70-20 Donde se adquirió el cableado para la conexión del motor 96 97 “Electrónica Fernando Díaz” Calzada de Ticomán No. 1410, Delegación Gustavo. A. Madero Código Postal 07340 Donde se adquirió el arnés de 2 líneas “Mobile Oil de México” Poniente 146 No. 76D Col. Industrial Vallejo. Código Postal 02300 Donde se adquirió el Aeroshell Fluid 41 98 “Office Depot” Avenida Instituto Politécnico Nacional No.1728, Colonia Lindavista. Código Postal 07300 Teléfono 55-86-85-00 Donde se adquirió el corcho necesario para evitar vibraciones. “Aluminio y Aleaciones de México” Faisán No. 16, Colonia Mayorazgos del Bosque. Código Postal 52957 Teléfono 53-05-94-35 Donde se adquirió la placa de aluminio. 99 ANEXO 2 PROCEDIMIENTOS DE PRESERVACIÓN Y MANTENIMIENTO 100 Procedimientos de preservación y mantenimiento Para hacer uso del sistema hidráulico de forma alterna se deberán cumplir ciertos lineamientos antes de ponerlo en marcha como los que a continuación se enlistan: Revisar las mangueras y conexiones para comprobar que estas se encuentren en buen estado y bien colocadas Comprobar el apriete de las conexiones para evitar que alguna se encuentre floja. Verificar que no se encuentre líquido hidráulico en alguna superficie del helicóptero y con ello comprobar que no existen fugas. Revisar el cableado así como las conexiones y comprobar que estén en condiciones optimas. Verificar que el líquido hidráulico se encuentre en el nivel adecuado indicado en el depósito. Que se encuentre alimentado de corriente el sistema. Cada 10 arranques revisar los siguientes aspectos: Verificar el nivel del depósito. Verificar que no existan fugas. Cada 50 arranques revisar los siguientes aspectos: Que el torque de los tornillos sea de 10 lb/pulg en (brida del motor, bomba y campana y la placa de aluminio) Cada mes revisar los siguientes aspectos: Estado del corcho. Desgaste exterior de los componentes. Cada semestre revisar los siguientes aspectos:
Compartir