calculo winche

7/22/2019 calculo winche

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Universidad Austral de ChileFacultad de Ciencias de la Ingeniera

Escuela de Ingeniera Naval

"SISTEMA HIDRULICO DE UN WINCHE DE REMOLQUE

PARA UN REMOLCADOR DE ALTAMAR"

Tesis para optar al Ttulo de:Ingeniero Naval.Mencin: Construccin Naval.

Profesor Patrocinante:Sr. Hctor Legue Legue.Ingeniero Civil Mecnico.M.Sc. en Ingeniera Ocenica.

EDUARDO ANDRES MONTESINOS VERA

VALDIVIA - CHILE

2006


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RESUMEN

El presente proyecto de tesis expone un diseo, puesta en marcha y protocolos de

pruebas del sistema hidrulico de un winche de remolque, en base a normasinternacionales y recomendaciones de diseo de la bibliografa vigente, apoyndose

en informacin tcnica de los fabricantes de los equipos y componentes

seleccionados para el diseo, conjugando de cierta manera la teora con la prctica.

El estudio est centrado exclusivamente en criterios hidrulicos, sin profundizar

mayormente en otros anlisis, como son los estructurales orientados a establecer

con mayor exactitud ciertas dimensiones que determinan posteriormente las fuerzas

que deben ejercer los actuadores. Es por esta razn que algunos factores, comorendimientos mecnicos, dimensiones fsicas del winche y otros sistemas del barco,

se establecen como supuestos, en base a equipos o sistemas similares

SUMMARY

The present thesis project exposes a design, commissioning and acceptances testsof an hydraulic system for a towing winch, on the basis of international standards and

recommendations of design of the effective bibliography, leaning in technical

information of the manufacturers of the equipments and components selected for the

design, conjugating in certain way the theory with the practice.

This study is exclusively centered on hydraulics criteria, and avoiding other analysis,

such as structural oriented to establish with more accuracy certain dimensions which

determinate actuators forces. This is the reason why some factors, such as

mechanicals efficiency, fiscals dimensions or other ship systems, their are establish

like supposed, based on similar equipments or systems.


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INTRODUCCION

Dentro del rea martima, las embarcaciones de trabajo o apoyo, como son los

remolcadores, cumplen una gran labor al desarrollo de las maniobras de puerto,

asistencia de siniestros, fondeo de boyas, etc. Es por tal motivo que el equipamientode cubierta y maniobra debe ser el adecuado, de fcil operacin, y que cumpla con

las exigencias de seguridad tanto para la vida til del equipo como la seguridad de

las personas y la embarcacin.

Este tipo de embarcaciones normalmente posee para maniobras de remolque,

salvataje y/o fondeo de boyas, un winche de remolque ubicado en la popa de la

embarcacin, consistente en un tambor donde se aloja el cable de remolque, y con

una serie de dispositivos para su operacin. Este puede ser de accionamientohidrulico, elctrico, de combustin interna, etc.

Se ha elegido como mtodo de accionamiento el sistema hidrulico, debido a todas

las bondades de este tipo de instalaciones, como es la transmisin de grandes

fuerzas a tamao relativamente reducido, funcionamiento a carga completa desde el

reposo, proteccin simple contra sobrecargas y sistemas de accionamientos

sencillos.

A continuacin se presentarn los criterios de seleccin y clculo de los

componentes del sistema hidrulico de un winche de remolque para un remolcador

de altamar rigindose por las normas de Casas Clasificadoras e ISO 7365

(Shipbuilding and Marine Structures Deck Machinery Towing winches for Deep

Sea Use), para finalizar con las opciones de funcionamiento, puesta en marcha y

protocolo de pruebas.


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INDICE

1. CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LA NAVE 1

2. DESCRIPCIN DE LA MANIOBRA 13. CONSIDERACIONES GENERALES 3

3.1 ISO 7365 3

3.1.1 Freno 3

3.1.2 Cable y Tambor 4

3.1.3 Equipamiento Auxiliar 4

3.1.4 Largada de Emergencia 4

3.1.5 Pruebas de Aceptacin 4

3.2 Clase 43.2.1 Largada de Emergencia 4

3.2.2 Cable 4

4. TIPO DE WINCHE 5

5. DIMENSIONAMIENTO DE LOS PARAMETROS QUE

DETERMINAN LOS ACTUADORES 5

5.1 Seleccin del Cable 5

5.2 Dimensionamiento del Tambor 6

5.2.1 Dimetro del Tambor (DT) 65.2.2 Largo del Tambor (LT) 6

5.3 Momento Mximo en el Tambor (MT) 8

5.4 Momento Generado por el Devanador (Md) 8

5.5 Parmetros del Motor Hidrulico 11

5.5.1 Momento Total que Debe Ejercer el Motor Hidrulico 11

5.5.2 Clculo RPM Motor 12

5.6 Parmetros Cilindro de Freno 12

5.6.1 Tensin de Frenado 135.6.2 Determinacin de la Carrera del Cilindro 14

5.6.3 Fuerza que Debe Ejercer el Cilindro 17

5.6.4 Velocidad del Cilindro 18

5.7 Parmetros Cilindro de Embrague 18

5.7.1 Fuerza de Empuje 19

5.7.2 Carrera del Vstago del Cilindro 20

5.7.3 Velocidad del Vstago del Cilindro 20

6. SELECCIN DE LOS ACTUADORES 216.1 Seleccin del Motor Hidrulico 21


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6.2 Seleccin del Cilindro de Freno 23

6.3 Seleccin del Cilindro de Embrague 28

7. SELECCIN DE LA BOMBA 30

7.1 Determinacin del caudal de la bomba 30

7.2 Seleccin del Equipo 318. SELECCIN DE TUBERIAS 32

8.1 Tubera de Aspiracin 33

8.2 Tubera de Presin 33

8.3 Tubera de Retorno 33

8.4 Tubera de Drenaje 34

8.5 Tuberas de Pilotaje 34

8.5.1 Tubera de Presin 36

8.5.2 Tubera de Retorno de Pilotaje 368.6 Tuberas del Cilindro de Freno 36

8.6.1 Tubera de Presin 36

8.6.2 Tubera de Retorno 37

8.7 Eleccin de Tuberas 37

9. PERDIDA DE PRESIN 37

9.1. Tubera de Motor Hidrulico 38

9.1.1 Perdida de Presin por Friccin 38

9.1.2 Perdida de Presin Debido a los Elementos 419.2. Tubera de Pilotaje 43


9.2.2 Prdida de Presin Debido a los Elementos 44

9.3. Tubera del Cilindro de Freno 45


9.3.2 Prdida de Presin Debido a los Elementos 48

10. BALANCE TERMICO 48

10.1 Perdidas de Potencia Debido al Rendimientode los Componentes (PV1) 49

10.2 Perdidas de Potencia por Estrangulaciones

en Vlvulas (PV3) 50

10.3 Perdidas de Potencia por Resistencias

de Circulacin (PV4) 51

10.4 Temperatura de Rgimen 52

10.5 Seleccin del Intercambiador de Calor 53

10.6 Determinacin del Caudal de Agua de Enfriamiento 5610.7 Determinacin del Caudal de Aceite 57


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11. LARGADA DE EMERGENCIA (QUICK RELEASE) 58

11.1 Liberacin del freno 58

11.2 Liberacin del Embrague 60

12. SELECCIN DEL FLUIDO HIDRAULICO 61

13. DETERMINACIN Y DESCRIPCIN DEL CIRCUITO 6213.1 Bombas 62

13.2 Motor Hidrulico 63

13.3 Freno 64

13.4 Enfriamiento 64

13.5 Largada de Emergencia (Quick Release) 64

13.6 Elementos de regulacin 65

13.7 Elementos de Seguridad, Proteccin y Control 65

13.8 Depsito de Aceite 6814. PUESTA EN MARCHA 69

14.1 Limpieza del Estanque 69

14.2 Lavado del Circuito 69

14.2.1 Preparacin de la Instalacin para el Lavado 70

14.2.2 Realizacin del Lavado 71

14.3 Regulacin del Sistema 72

14.3.1 Regulacin del ajuste de la cinta de freno 73

14.3.2 Verificacin de la carrera del cilindro de embrague 7414.3.3 Carga con Nitrgeno del Acumulador 74

14.3.4 Regulacin de la bomba 74

14.3.5 Regulacin de las Vlvulas de Alivio 75

14.3.6 Regulacin de las Vlvulas Reguladoras de Presin 75

14.3.7 Regulacin del Block Direccional (5) 75

14.3.8 Regulacin de la vlvula Reguladora de Caudal (10) 76

15. PROTOCOLO DE ENSAYOS FINALES E INSPECCIONES

DE CLASIFICACIN 7615.1 Norma ISO 7365 76

15.1.1 Prueba de Retencin del Tambor con el Freno 76

15.1.2 Operacin bajo Carga 76

15.1.3 Operacin del Embrague y Freno 77

15.1.4 Emergencia y Control 77

15.2 Casa Clasificadora 77

CONCLUSIONES

ANEXOSBIBLIOGRAFIA


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1

1. CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LA NAVE:

Remolcador de Altamar 50 [ton] Bollard Pull

Eslora : 28.50 [m]

Manga : 10.30 [m]Puntal : 05.50 [m]

Calado : 04.70 [m]

Potencia : 2x2350 a 1600 [rpm]

Traccin punto fijo : 50 [ton]

Propulsin azimutal de paso controlable Schottel 1215CP

2. DESCRIPCIN DE LA MANIOBRA

Existen distintas maniobras de remolque para un remolcador de alta mar, como

puede ser a travs de una espa y gancho de remolque como con un winche para

tal efecto.

Ambas coinciden que deben poseer un sistema de escape rpido para largar la

maniobra en caso de emergencia, como por ejemplo el hundimiento del buque

remolcado o cualquier otra circunstancia que ponga en serio peligro al

remolcador.

A diferencia de la maniobra con espa y gancho de remolque, casos en los

cuales el largo del remolque se mantiene constante, al utilizar un winche permite

ir variando este largo, con el objeto de dar mayor maniobrabilidad en caso de ser

necesario, como el de zonas de alto trfico martimo. Al momento de efectuar la

maniobra, el equipo permanece desembragado y frenado, es decir la fuerza

descansa completamente sobre el freno del tambor, por lo que al momento de

accionar la largada de emergencia el freno debe ser liberado. En circunstanciasque esta emergencia se produzca mientras se esta virando o se mantiene

frenado y embragado debido a que todava se esta operando con el tambor, la

largada de emergencia debe liberar el freno y desembragar el tambor.

El winche adems de servir el propsito de remolcar otro barco, puede cumplir

funciones de izamiento de muertos para maniobras de fondeo, o cualquier otro

elemento que se desee levantar para ser sacado del agua o cambiado de

posicin.


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2

La fuerza del peso o del remolque es ejercida por un motor hidrulico a travs del

tambor que almacena el cable. Esta fuerza es accionada directamente sobre este

tambor, de manera que a medida que mientras mayor cable se encuentra

adujado sobre este, mayor ser el dimetro al centro, mayor el momento sobre el

tambor y en consecuencia mayor la fuerza que deba ejercer el motor hidrulico.Es por tal motivo que se debe definir la fuerza en la primera capa de cable

adujado como en la ltima.

El cable debe ser adujado de manera automtica sobre el tambor a medida que

se va arriando o virando el cable. Para tal efecto se ha dispuesto un devanador

de funcionamiento mecnico que consiste en una barra con hilo de doble paso

de acuerdo a la cantidad de vueltas que tiene el cable sobre el tambor, con el

objeto de no ejercer fuerzas demasiado grandes sobre este dispositivo, quepuedan ser destructivas o que afecten su funcionamiento normal, es que se

disponen de elementos guas para que el cable no adopte ngulos demasiado

grandes.

Estos elementos pueden ser cilindros guas, llamados tow pins instalados en

popa del remolcador o maniobras de cables que restrinjan su movimiento como

se muestra en la figura:

Figura 1.- Detalle lnea de remolque (detalles anexo 16)

Cables

Tow Pins


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3

Figura 2.- Detalle del winche y su ubicacin (detalles anexo 16)

3. CONSIDERACIONES GENERALES

3.1 ISO 7365 (anexo 1)

En base a la norma ISO 7365 (Shipbuilding and Marine Structures Deck

Machinery Towing winches for Deep Sea Use), lo que compete a criterioshidrulicos se debe tener en consideracin lo siguiente:

3.1.1 Freno

Debe estar provisto de un sistema de freno para el tambor capaz de mantener

hasta 2.5 veces la carga de traccin a punto fijo y tener la opcin de ser operado

manualmente.

3.1.2 Cable y Tambor

Dimensiones del tambor y caractersticas del cable se detallan en punto 5.

El arraigado del cable al tambor debe ser lo suficientemente dbil para que se

rompa en caso de una largada de emergencia.

Devanador Tambor con cable

Motor Hidrulico

Cilindro

De Freno

Control local

Winche

Control Puente

Tow Pins


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3.1.3 Equipamiento Auxiliar:

Debe poseer un sistema automtico o manual para el adujado del cable si as se

acordase entre el fabricante y el cliente.

3.1.4 Largada de Emergencia

Debe poseer un sistema de largada de emergencia mientras el winche est

detenido (con el freno) o en movimiento (virando o arriando), con un tiempo

mximo de 10 segundos de retardo.

Debe poder accionarse desde el puente o desde el control local, an en

condiciones de falla del poder principal o de un black out.El dispositivo de accionamiento debe estar protegido contra operaciones no

intencionales.

3.1.5 Pruebas de Aceptacin

Protocolo de pruebas se ver en punto 15.

3.2 Clase

En base a las normas de la casa clasificadora American Bureau of Shipping,

parte 5, capitulo 8, Vessels Intended for Towing, en lo que compete a criterios

hidrulicos se debe tener en consideracin lo siguiente:

3.2.1 Largada de Emergencia (Part 5, Chapter 8, section N3)

Debe poseer un sistema de largada de emergencia del cable, operable desde elpuente y de cualquier estacin de control o mando del equipo.

3.2.2 Cable (Part 5, Chapter 8, section N5.1 / section N9.3 )

El esfuerzo de ruptura debe ser 2.0 veces la fuerza ejercida a traccin a punto

fijo.


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4. TIPO DE WINCHE

En base a las consideraciones descritas anteriormente y a los objetivos

planteados, se considera un winche de remolque de accionamiento hidrulico

con las siguientes caractersticas:

Capacidad de tiro mnima: 30 ton-f (ultima capa) y 50 ton-f (primera capa)

Largo efectivo del cable: 600 [m]

Devanador: Mecnico

Capacidad esttica del freno: 125 ton-f

Largada de emergencia: Remoto (puente) y local

Bomba Power Pack hidrulico: Principal y St-by

Controles: Remoto (Puente) y localAlarmas Bajo nivel de aceite y alta temperatura

En base a la norma ISO 7365 (Shipbuilding and Marine Structures Deck

Machinery Towing winches for Deep Sea Use), el winche recibe la siguiente

denominacin:

Winche de Remolque ISO 7365 H 49 R 1

Tipo de winche

Norma

Tipo de transmisin (H-hidrulica, E-elctrica,

S-vapor, RICE, recproco de combustin interna)

Tamao Nominal (KN/10)

Lado de operacin del winche (B-ambos lados, C-central, R-derecha, L-izquierda)

Arreglo del Tambor (1-tambor simple, 2-doble tambor en lnea, 2W-doble tambor cascada,

3-triple tambor en lnea, 3W-triple tambor cascada

5. DIMENSIONAMIENTO DE LOS PARAMETROS QUE DETERMINAN LOS

ACTUADORES

5.1 Seleccin del Cable

Tabla 1.- Esfuerzo de mnimo de ruptura del cable de remolque (1)Mxima traccin a punto fijo (MBP)

[KN]Esfuerzo de ruptura

< 300 3.50 x MBP300 - 800 2.75 x MBP

> 800 2.75 x MBP

_________________________________________________________________________(1) ISO 7365 1983 (E)


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Segn las caractersticas de la embarcacin 50 [ton] bollard pull corresponde a

490.35 [KN], por lo que el esfuerzo mnimo de ruptura del cable corresponde a:

ER= 1348.5 [kN]

Tabla 2.- Datos de Funcionamiento (1)Tamaonominal

Cargadel

tambor

Vel.nominal

(min)

Vel. lneasin carga

(min)MBP Dim

cable

Fuerzaruptura(min)

Cargaretencin

(min)

Dim.tambor(min)

Capacidadtambor

KN [m/s] [m/s] KN [mm] KN KN [mm] [mm]56 560 0.08 0.16 527 48 1450 1450 768 750

En concordancia con lo anterior, la tabla que a continuacin se presenta, y

considerando el diseo bsico del cable segn norma ISO 7365, que

corresponde a un WaringtonSeale steel-cored de 1770 [N/mm2] grado de

tensin para cables de acero, se tiene:

Tabla 3.- Caractersticas Tcnicas Cable Seleccionado (2)

Por lo tanto el cable seleccionado cumple con tabla 1, 2 .

5.2 Dimensionamiento del Tambor

5.2.1 Dimetro del Tambor (DT):

No menor que:

DT= 16 Dcable= 16 x48 = 768 [mm]

Lo cual cumple con tabla 2.

5.2.2 Largo del Tambor (LT)

La primera capa de cable enrollado en el tambor debe acomodar al menos 50[m], por cual se tiene:

_________________________________________________________________________(1) ISO 7365 1983 (E) Extracto de tabla Performance Data(2) Elka Steel Rope Catalog Extracto de tabla


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50 = N xPT Donde N = N de vueltas en el tambor

PT= Permetro del tambor.

Se determina un dimetro del tambor de 800 [mm].

50 = N x xDT

N = 50 = 19.89 x0.8

Considerando un nmero de 20 vueltas por el dimetro del cable, se obtiene el

largo del tabor.

LT= 20 x 0.048 = 0.96 [m]

LT= 1.00 [m]

Segn requerimientos del armador y considerando que los primeros 50 [m] de

cable no se utilizan, se determin un largo total: LC= 650 [m]

Tabla 4.- N de Vueltas Versus Longitud del Cable1 vuelta DTvaco 20 x x0.800 50.26 [m]2 vuelta DTvaco + 0.096 20 x x0.896 56.30 [m]3 vuelta DTvaco + 0.192 20

x x0.992 62.33 [m]4 vuelta DTvaco + 0.288 20 x x1.088 68.36 [m]5 vuelta DTvaco + 0.384 20 x x1.184 74.39 [m]6 vuelta DTvaco + 0.480 20 x x1.280 80.42 [m]7 vuelta DTvaco + 0.576 20 x x1.376 86.45 [m]8 vuelta DTvaco + 0.672 20 x x1.472 92.48 [m]9 vuelta DTvaco + 0.768 20 x x1.568 98.52 [m]

= 669.51 [m]

Figura N3.- Esquema de Adujado del Cable Sobre el Tambor

1 vuelta2 vuelta

4 vuelta3 vuelta

7 vuelta8 vuelta

6 vuelta5 vuelta

9 vuelta

aaa

aaa

aaa

F

M


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8

5.3 Momento Mximo en el Tambor (MT)

Con un total de 10 vueltas, dimetro tambor vaco + 0.864 [m] de acumulacin

de cable, da como resultado un dimetro a tambor lleno de 1.664 [m], por lo que

para efectos de clculo se considera:

MT= CTmaxxDT/2 CTmax= capacidad de tiro

MT= 30 x 0.808 = 24.24 [ton-m]

MT= 24240 [kgf-m]

5.4 Momento Generado por el Devanador (Md)

El devanador se ubica inmediatamente a popa del winche y forma parte integral

de este. Su funcin es adujar el cable al momento de arriar o virar el cable de

remolque, y su disposicin se visualiza en la siguiente figura:

Figura 4.- Dimensiones Sobre el Devanador y Tow Pins

MOLINETE DE ESPIAS

CILINDRO DE FRENO

CILINDRO DE EMBRAGUE

DEVANADOR

MOTOR HIDRAULICO

TOW PINS

9480

500

T

T

Td3

El cable pasa a travs del devanador pasando por los Tow pins, los cuales

actan como gua y seguro sobre la lnea de remolque, evitando que actenfuerzas demasiado grandes y en direcciones poco convenientes sobre el


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devanador. Para el caso de alguna condicin particular de maniobra se restringe

el desplazamiento mediante una maniobra de cables como se muestra en la

figura N3.

Figura 4.- Dimensiones Sobre el Devanador y Cables

Para efectos de clculo se asume un ngulo mximo de 4 sobre el devanador se

tiene que:

Td= T sen 4 =30000 xsen 4 = 2092.6 [kgf]

Considerando una relacin de transmisin entre tambor y devanador de 1:1 y 20

vueltas de cable en un largo de tambor LT= 1.00 [m], tenemos un devanador de

paso doble con paso P :

P = LT/N = 1000/20 =50 [mm]

P = 50 [mm]

= arctg [Dd/P/2] = arctg 110/25 = 65.5 Figura5.- Dimensiones del Devanador

= 65.5

P

P/2

65.5

110Md


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10

Figura 6.- Fuerzas que Actan sobre del devanador

Td

Tdcos

Tdsen

Tdcos

Tdsen

N

N

ESQUEMA D.C.L.

FTsen

Se considera hierro fundido sobre hierro fundido como material y se utiliza el

coeficiente de friccin en hmedo, que corresponde a elementos sumergidos en

aceite o recubiertos de grasa, como es en este caso.

Tabla 5.- Coeficientes de Friccin Para Distintos Materiales (1)

F = Tdcos- xTdsen= 2092.6cos65.5 - 0.05 x2092.6sen65.5 = 772.6 [kgf]

La fuerza (F) que debe contrarrestar el devanador corresponde a la sumatoria de

fuerzas (F) dividido en el seno del ngulo.

F = F/ sen65.5 = 849 [kgf]

Por lo tanto el momento que se debe ejercer sobre el devanador corresponde a

lo siguiente:

Md= F xDd/2 = 849 x0.11/2

Md= 46.7 [kgf-m]

_________________________________________________________________________(1) Paper Frenos y embragues Tecnun, Campus Tecnolgico Universidad de Navarra


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5.5 Parmetros del Motor Hidrulico

5.5.1 Momento Total que Debe Ejercer el Motor Hidrulico

Por lo tanto el momento total sobre el conjunto carrete (momento tambor +momento devanador) es el siguiente:

Mc= 24240 + 46.7 [kgf-m]

Mc= 24286.7 [kgf-m]

Para determinar el momento que debe ejercer el motor hidrulico, se debe

establecer la relacin de transmisin y rendimiento mecnico de sta.

Motor Tambor

Red. 15:1

mec1= 0.95 (Se determina 0.95 por ser el ms desfavorable comnmente considerado)

Motor devanador

mec2= 0.95

Por lo cual se tiene:

mec= mec1x mec2

mec= 0.9

MM Hid= Mc . = 1799 [kgf-m]Red xmec

MM Hid1799 [kgf-m]

MM Hid17641 [N-m]


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12

5.5.2 Clculo RPM Motor

Segn requerimientos del armador, la velocidad a tambor lleno deber ser:

VN= 15 [m/min] = 0.25 [m/s]

Lo cual cumple con el mnimo exigido por norma segn tabla 2.

Determinacin de las RPM:

VN= 15 [m/min] RTambor lleno= 0.808 [m]

TLL= VN/ RTambor lleno

TLL= 15 / 0.808 = 18.56 [rad/min]

RPMTambor= TLL/ 2 =18.56/ 2 = 2.95 [rpm]

RPMM hid.= RPMTambor xRed. = 2.95 x15 = 44.31 [rpm]

RPMM hid.= 44.31 [rpm]

5.6 Parmetros Cilindro de Freno

Se establecer un freno de cinta o banda flexible, con asbesto impregnado

como material de friccin, el cual acta sobre la rueda que compone el extremo

del tambor de material hierro fundido. Su funcionamiento se explica en la figura

7:

Figura 7.- Secuencia de frenado

Tc

T2

bc

b2

T1

Tc

T1

T2 bc

b2

Cc

MFMF


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5.6.1 Tensin de Frenado

Figura 8.- Tensin de Frenado

R

TT+dTMC

degiro

Sentido

T21T

RTsen

Tcos /2

(T+dT) sen /2

(T+dT) cos /2

giro

dN

dN

Rd

Debido a la friccin y el sentido de giro sealado en la figura 8, la tensin de

trabajo T2 es menor que la tensin en el punto de retencin T1. Planteando el

equilibrio de un diferencial de cinta, F =0.

(T + dT) sen d/2 + T sen d/2 dN = 0

(T + dT) cos d/2 + T cos d/2 dN = 0

De las ecuaciones anteriormente descritas se deduce:

dN = T d dT = T d dT = dT

dT = dN

Sustituyendo el valor de dN en la ecuacin e integrando entre T1y T2; se tiene:

T1

dT/T = dT2 0

Por lo tanto la relacin de fuerzas es.

ln T1 = T1= e T2 T2


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T1= e

T2 (1)

Como la expresin del par de frenada por M=0, se tiene.

MC= (T1- T2)xR (2)

De la ecuacin (1) resulta:

T1= e

T2 / (-T2)

T1-T2 = e

T2 -T2

T1-T2 = T2(e

-1)

Reemplazando en (2) se tiene :

M= T2(e

-1)xR

T2= MC .(e -1)xR1

Se debe considerar que el freno debe ser capaz de retener el tambor hasta 2.5

veces el mximo bollard pull por lo que se tiene:

T2= 2.5 x MC

(e

-1)xR1

5.6.2 Determinacin de la Carrera del Cilindro

Consideraciones y tolerancias generales:

Se asume un espesor de revestimiento de 10 [mm].

Se considerar una separacin de 2 [mm] como freno liberado.

Para condiciones de operacin ms desfavorables se considerar como

mximo desgaste permisible promedio de un 50%, con el cual se deber

efectuar cambio de ste.


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La figura 9 representa la rueda de freno y la cinta con su revestimiento.

Figura 9.- Dimensiones de la Cinta de freno y su Revestimiento

Radio de la rueda de freno:

R1 = 900 [mm]

Radio de cinta sin desgaste en condicin de freno liberado

R2 = 902

Radio de cinta con desgaste de 50% en condicin de freno

liberado

R3 = 907

S= Longitud de cinta, de totalmente abierto a totalmente

frenado, con el revestimiento desgastado en un 50%.

Se efectuarn los clculos considerando el caso ms desfavorable, que es el

frenado con el revestimiento de la cinta desgastado en un 50%; es decir se debe

pasar de R3 a R1.

= Angulo abrazado de la cinta sin freno.

+ = Angulo abrazado de la cinta con freno y revestimiento desgastado.

Determinacin de S:

Lc = 7/4 R3 = X R1 Lc= largo de la cinta.

7/4 R3 = X R1

X = 7 R34 R1

= 7 R3 - 7 4 R1 4

= 7 (R3- 1 ) = 0.0427 [rad]4 R1

S = xR1 = 7 (R3- 1 ) xR14 R1

s

+=7/4


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16

S = 7 ( ( ( (R3- R1) = 38.48 [mm]4

+= 7 + 7 (R3- 1 )4 4 R1

++++= 7 R3 = 5.54 [rad]4 R1

Figura 10.- Relacin de Dimensiones del Accionamiento del Freno

Xb

cc+s

/2

Xa

a

b

Xb Xa

Donde:

a=292[mm] b=1145[mm] c=860[mm]

Cc= carrera del cilindro

Cc=Xbcos

cos 1 para ngulos pequeos.

CcXb

Por relacin de tringulos

Xb = Xab a


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17

Xb = Xaxba

+= 7 R34 R2

Clculo de Xa

Por teorema del coseno:

Xa = [ (c+s/2)2+ c2 2(c+s/2)x cx cos]

Xa = 40.13 [mm]

Xa 40 [mm]

Xb = 40.13 x 1145/292 [mm]

Xb= 157.38 [mm]

Xb158 [mm]

Por lo tanto la carrera del cilindro :

Cc= 160 [mm]

5.6.3 Fuerza que Debe Ejercer el Cilindro:

Donde para el caso ms desfavorable corresponde a la cinta frenada con su

revestimiento sin desgaste y por analoga corresponde a:

= 7 R2 = 5.51 [rad]4 R1

= 0.3 (Valor mnimo segn tabla N5 para Asbesto tramado sobre hierro fundido)

T2= 2.5 x MC MC= MBPxRTLL= 50000

x 0.808 = 40400 [kgf](e -1)xR1

T2= 26576.4 [kgf]


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18

MF= T2xa = Tcxb

Tc= T2xa / b

Tc= 26576.4 x292 / 1145

Tc = 6778 [kgf]

5.6.4 Velocidad del Cilindro:

Considerando que el tiempo de liberacin del freno en largada de emergencia es

de 10 [s], la velocidad del cilindro se determinar con T= 7 [s] y CC=160[mm].

Vc= CC/T

Vc= 22.85 [mm/s]

Vc0.023 [m/s]

Datos para seleccin del cilindro de freno:

Tc = 6778 [kgf]

CC=160[mm].

Vc= 0.023 [m/s]

5.7 Parmetros Cilindro de Embrague:

El cilindro de embrague deber vencer la fuerza que genera el momento ejercido

por el motor hidrulico sobre el acoplamiento de ste, con el propsito de poder

actuar como quick release (largada emergencia), en caso de tener que liberar el

cable durante alguna maniobra.

La figura N11 representa las fuerzas y momentos que interactan en este

sistema:


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19

Figura 11.- Fuerzas y Momentos del Sistema de embrague

F1M

1M

2F1

2

3

F

F

a

cb

5.7.1 Fuerza de Empuje:

M1 = Momento motor hidrulico =1799 [kgf-m]

M2 = F2 x a = F3 x c

a = 250 [mm]

b = 125 [mm]

c = 350 [mm]

F1= M1= 1799 = 14392 [kgf]b 0.125

F2= N F1= N

F2= F1 = 0.05 (Hierro fundido sobre hierro fundido en hmedo, segn tabla N5 )

F2= 0.05 x23984 [kgf]

F2= 719.6 [kgf].

M2= F2xa = F3xc

F3= F2xa = 719.6 x 250b 350

F3= 514 [kgf]


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20

Debido a que es un cilindro estndar (no un cilindro de impacto) donde la

velocidad media oscila entre 0.1 y 1.5 [m/s], se sobredimensionar la fuerza de

empuje del cilindro (Fc) en un 25%.

Fc= F3x

1.25

Fc= 642.5 [kgf]

5.7.2 Carrera del Vstago del Cilindro

Figura 12.- Carrera del Vstago del Cilindro de Embrague

CILINDRO NEUMATICO

ACOPLAMIENTO

DESPLAZAMIENTO

La figura N12 muestra los desplazamientos, brazos y holguras que requiere el

sistema, los cuales determinan la carrera del vstago del cilindro.

CC= 82 [mm]

5.7.3 Velocidad del Vstago del Cilindro

Se establecer como tiempo mximo de desembrague 1[seg], con el

objeto de proporcionar una rpida largada del cable en caso de emergencia,

teniendo en cuenta que esta velocidad sigue siendo considerada como una

velocidad baja.

Vv= Cc/t

Vv= 0.082 / 1

Vv = 0.082 [m/s]


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21

6. SELECCIN DE LOS ACTUADORES

6.1 Seleccin del Motor Hidrulico

En consideracin al elevado par respecto de las revoluciones requeridas, es quese seleccion un motor LSHT (low speed, high torque), es decir un motor de

marcha lenta y alto par. Dentro de esta categora se opt por un motor de

pistones radiales debido a su alto par de arranque, gran potencia y la ausencia

de limitaciones de espacio.

Todos los parmetros referidos a:= 36 mm2/s; = 45 C; poutput = zero pressure

Tamao Nominal nmero serie MR 6500

Desplazamiento volumtrico V cm3

6460.5Momento de inercia J kg cm2 11376.6

Torque especfico Nm/bar 103.57

Min. torque partida/torque terico % 91

Presin mxima continua p bar 250

Presin mxima Intermitente p bar 300

Valor Peak de presin p bar 420

Rango de velocidad sin flushing n min1 0.5 110

Rango de velocidad con flushing n min1

0.5 130

Figura 13.- Rangos de Operacin del Motor Hidrulico (1) (detalles anexo 2)

Torque

T

N-m

RPM

1 Potencia de Salida 2 Permisible paraoperacin intermitente

3 Permisible para operacincontinua con flushin

t= Rendimiento totalv= Rendimiento volumtrico

4 Permisible paraoperacin continua

5 Presin de entrada

_________________________________________________________________________(1) Bosch Rexroth Group, Hydraulic Components for industrial applications


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22

Datos mximos continuos:

Pmx = 250 [bar]

Paresp = 103.57 [N-m/bar] Paresp= par especfico

Parmax cont teor= 25.892.5 [N-m]Parmax cont = Parmax cont teorx 0.91

Parmax cont = 23561.7 [N-m]

RPM = 68 [rev/min] (con Parmax conty Pmx)

V (cilindrada)= 6.4605 [lt]

vol = 0.972

Validacin del equipo:

V = M V = Cilindrada [lt]1.6x P xvol M = Momento mximo continuo calculado en [kgf-m]

P = Presin de trabajo en [bar] =3/4 Pmx. Int.

vol= Rendimiento volumtrico del motor

P = 0.75 x250 = 187.5 [bar]

V = 17991.6x 187.5 x0.972

V = 6.17 [lt]

La cilindrada del motor seleccionado es de 6.4605 [lt], por lo cual cumple con el

criterio.

Determinacin de los parmetros a utilizar por el motor hidrulico:

Par : 17641 [N-m]RPM : 44.3

Con lo cual se obtiene:

Ptrab : 180 [bar]

V : 286.178 [lt/min]

vol : 0.981

tot : 0.914


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23

6.2 Seleccin del Cilindro de Freno

La fuerza que debe realizar el cilindro cuando esta retrado es de 6678 [kgf]. Esta

fuerza la ejerce un sistema de resortes de discos de platillos segn DIN2093

como se muestra en la figura N14.

Figura 14.- Esquema del Cilindro de Freno

Rosca 560mm

Carrera del Vstago

F= 6678 [kgF] 66471 [N]Presin de trabajo

Lresorte extendido= 1350[mm]

Resorte discos de platillosDIN 2093

Lresorte comprimido= 1190[mm]

L vstago=550 [mm]

Para lograr la fuerza de 66471 [N], se selecciona de la tabla N6: Medidas de

Resortes de Platillos, el cual tenga mayor deflexin y menor variacin de fuerza,

con el objeto de no incrementar demasiado la presin de trabajo.

Tabla 6- Medidas de Resortes de Platillos (1

)

Figura 15.- Dimensiones de un Resorte de Platillos_________________________________________________________________________(1) Handbook for Disc Springs


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24

Se elige el disco D20010210 por lo que se tiene:

DE = 200 [mm]

DI = 102 [mm]

L0 = 15.6[mm]

Resortes Extendidos (Vstago retrado)

Para lograr la fuerza de 66471 [N], el disco debe tener una deflexin de 1.618

[mm] (interpolando de la tabla), por lo que el alto de disco comprimido (L01) es de

13.982 [mm].

LRE= 1350 [mm] LRE= Longitud resorte extendido

ND= LRE/L01 = 1350 / 13.982 ND= N de discos

ND= 96.55

ND= 97 discos.

Por lo cual se debe volver a determinar L01con 97 discos.

L01 = LRE/ND= 1350 / 97

L01 = 13.981 [mm]

DRE= L0- L01= 15.6 - 13.981 DRE=Deflexin Resorte Extendido

DRE= 1.619 [mm] con lo cual se tiene FRE= 66525 [N] (interpolando de la tabla)


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Resortes comprimidos (Vstago extendido)

La carrera del vstago (CV) es de 160 [mm] por lo que la deflexin final (DF) para

cada disco cuando el vstago se encuentre extendido es de:

DF= CV/ND+ DRE= 160/97 + 1.619

DF= 3.268 [mm] , con lo cual se tiene FF= 119229 [N] (interpolando de la tabla)

Por lo tanto la fuerza final (FF) que opone el resorte cuando el vstago est

extendido (freno liberado) es de:

FF= 12157 [kgf]

Se asume un dimetro de pistn al menos igual al DEdel disco = 200 [mm].

AP= x (DE/2)2

AP= 314.16 [cm2]

Por lo tanto la presin necesaria para lograr extender el vstago es de:

P= FF/AP

P= 38.7 [kgf/cm2] 39.5 [bar]

P= 39.5 [bar]

Con dicha presin de trabajo y las dimensiones del disco se selecciona elsiguiente cilindro.

Figura 16.-

Parker series 3L Tie Rod Hydraulic cylinder for working pressure up to 70 [bar] (1)

___________________________________________________________________________(1) ParkerHydraulics Mobile Cylinders, Product Information, Quick Reference, Data & Application Guide, CatalogHY18-0001/US.


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Tabla 7.- Dimensiones Cilindro Parker series 3L (1)

Bore Rod Rod

N LB P XC XK Zbmax ZC ZJ1 50.8 101.6 50.8 78 219.1 142.9 197.0 244.5 181.02 139.7 177.8 57.2 84 225.4 149.2 203.3 250.8 187.33 63.5 101.6 57.2 84 225.4 149.2 203.3 250.8 187.34 76.2 139.7 57.2 84 225.4 149.2 203.3 250.8 187.3

5 88.9 139.7 57.2 84 225.4 149.2 203.3 250.8 187.36 101.6 139.7 57.2 84 225.4 149.2 203.3 250.8 187.3

7 34.9 101.6 41.3 68 209.5 133.4 187.4 235.0 171.5

8 44.5 101.6 47.2 74 215.9 139.7 193.8 241.3 177.8

0 127.0 177.8 57.2 84 225.4 149.2 203.3 250.8 187.3

Bore Rod Rod CD+0.00 EE3

N -0.05 (BSPP)

1 50.8

2 139.7

3 63.5

4 76.2

5 88.9

6 101.6

7 34.9

8 44.50 127.0

16 38.1 38.1

LR

39.7 25.43 19.1 215.9 18 G3/4 19.1 50.8 38.1

G J K L

86

203.2

CB CW E EB F

203.2 30.2 192.3 149.2

+ STROKEMR TE TT WF Y

El dimetro del vstago no debe superar los 102 [mm] de dimetro y el largo los

550 [mm]

Figura 17.- Grfico de Seleccin de Vstago Versus Carga (1)

Para una carga de aproximadamente 120 [kN] y un largo de vstago de 550 [mm]

se tiene un dimetro no menor de 44.5 [mm]

Considerando que el extremo del vstago debe ser roscado se elige un dimetrosuperior de 63.5 [mm]

___________________________________________________________________________(1) ParkerHydraulics Mobile Cylinders, Product Information, Quick Reference, Data & Application Guide, CatalogHY18-0001/US.


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Por lo tanto las dimensiones del cilindro sern las siguientes:

Pistn = 203.2 [mm]

Vstago = 63.5 [mm]

Con la real dimensin del pistn se determina la presin de trabajo del cilindro:

AP= x ( Pistn/2)2

AP= 324.29 [cm2]

Por lo tanto la presin necesaria para lograr extender el vstago es de:

P= FF/AP

P= 12157/324.29

P= 37.49 [kgf/cm2] 38.24 [bar]

P= 38.3 [bar].

Considerando el tiempo de apertura del cilindro T= 7 [s] y la longitud de la carrera

CC= 160 [mm], se tiene:

VLL= APx CC VLL= Volumen de llenado

VLL= 324.29 x 16

VLL= 5188 .64 [cm3] = 5.18864 [lt]

VGC= VLL/T VGC= Caudal del cilindro

VGC= 5.18864/7

VGC0.74 [lt/seg]

VGC44.47 [lt/min]


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28

6.3 Seleccin del Cilindro de Embrague

Cilindro de Doble Efecto:

FN= Ax

P - FR FN = Fuerza real del emboloA = Superficie del embolo

FR = Fuerza de roce = 10% de FN

P = Presin de trabajo [kgf/cm2]

Debido a que el uso de presiones mayores a 15 [bar] se considera poco

econmico y la eficiencia del sistema se reduce, es que se establecer como

presin de trabajo P = 7 [bar] (= 7.14 [kgf/cm2], lo comnmente utilizado como

presin de servicio en las embarcaciones.

A = FN+ FR = 1.1xFN

P P

A = 1.1 x6427.14

A = 98.9 [cm2]

DE= (4A/)

DE= 11.22 [cm]

Con los parmetros antes descritos se elige el siguiente cilindro neumtico:

Caractersticas Tcnicas

ISO 6431, VDMA 24562.

Dimetros de mbolos 160mm, 200mm.

Dimetros de vstagos 40mm.

Extremo de vstago Dos estndares, especiales por pedido.

Carrera de vstago disponible en cualquier largo prctico.


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29

Presin de servicio: 10 [bar]

Fluido estndar Aire filtrado.

Temperatura estndar -10C to +74C (+14F to +165F).

Sellos de Fluorocarbono para alta temperatura de servicio -10C to 121C

(+14F to +250F).

Tipo de montaje 12 estndares.

Figura 18.- Cilindro de Embrague (1)

Tabla 8.- Dimensiones Cilindro Seleccionado (1)

De los cuales se selecciona:

DE= 125 [mm]

DV= 32 [mm]

___________________________________________________________________________(1) Catlogo General de Productos Micro Automatizacin.


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30

Figura 19.- Grfico Carrera Mxima por Pandeo (1)

Del grfico anterior se deduce que para una presin de servicio de 7 [bar]

y un dimetro de embolo de 125 [mm], se obtiene una fuerza aproximada de

8000 [N], lo que corresponde a 815.7 [kgf], y una carrera mxima por pandeo

para el vstago correspondiente de 800 [mm], por lo que el cilindro elegido

cumple con los parmetros de seleccin.

7. SELECCIN DE LA BOMBA

7.1 Determinacin del caudal de la bomba

Qbba= NxV Qbba = Caudal que debe suministrar la bomba

1000xvol N = RPM motor hidrulicoV = Caudal geomtrico motor

vol = Rendimiento volumtrico motor

Qbba= 44.3x6460,51000x0,981

Qbba= 291,743 [lt/min]

___________________________________________________________________________(1) Catlogo General de Productos Micro Automatizacin.


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31

Asumiendo un 5% por concepto de prdidas, en goteo lnea de pilotaje en caso

de operacin remota:

Qbba= 306,33 [lt/min]

7.2 Seleccin del Equipo (detalles anexo 3)

Bomba variable A4VSO 180 DP (pistones axiales a placa inclinada, con

regulador de presin a servicio en paralelo)

Tabla 9.- Caractersticas de la Bomba (1)

Tamao Nominal 180Cilindrada Vg mx. 180 cm

3

Velocidad mx. con P entrada 1bar n0mx 1800 min-1

Velocidad mx. admisible n0mx zul 2100 min

-1

Para n0mx 324Caudal mximoPara nE= 1500 min-1

qv0 mx270

lt/min

Para n0mx 189Potencia mx.Para nE= 1500 min-1

P0 mx158

Kw

Par mximo (P =350 bar) para Vg mx. 1002 N-mPar (P =100 bar) para Vg mx 286 N-mMto. Inercia sobre el eje J 0.055 Kgf-m2Volumen de llenado 4 lts

Figura 20.- Grafico de la Bomba (1

)



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32

Del grfico:

Para n= 1750 [min-1] y qv=306.3 [lt/min] se tiene:

Pservicio= 200 [bar] Potencia 110 [kW]

v = qvx1000 = 306,3 x1000

Vgxn 180 x1750

v = 0.972

8. SELECCIN DE TUBERIAS

A continuacin se presenta el dimensionamiento de las tuberas que componenel circuito, en base al caudal y presin de cada una y un valor de velocidad

recomendada para cada tipo. Cabe resaltar que el clculo de espesor de pared

presentado para las tuberas de retorno, goteo y drenaje, es una mera

formalidad, debido que la presin no supera mayormente los 5 [bar], y segn

catlogo, la menor presin de diseo de las tuberas de ms bajo espesor parten

de 130 [bar], como valor mnimo.

Dimetro Interior:

dint= 4.607 (V/w) V= caudal en [l/min]

w= Velocidad media en [m/s]

Tabla 10 .-Valores recomendados para velocidades de flujo en tuberas de

sistemas hidrulicos (1)

Tubera de Aspiracin Tubera de PresinViscosidad

cinemtica v[mm2/s]

w[m/s] Presin[bar]

w[m/s]

Tubera Retornow

[m/s]

150 0.6 25 2.5 bis 3 1.7 bis 4.5100 0.75 50 3.5 bis 450 1.2 100 4.5 bis 530 1.3 200 6

>200 con v=30

hasta 150 [mm/s}

_________________________________________________________________________(1)Training Hidrulico Compendio 3" Proyecto y Construccin de Equipos Hidrulicos Pg. 257


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33

Espesor de Pared:

Sv = dixP___ di = Dimetro interior

20 x k/s 2P P = Presin de trabajo

k = 235[N/mm

2

]( tubos de acero segn DIN2391-c)S= 1.5 (factor de seguridad)

8.1 Tubera de Aspiracin

dint= 4.607 (306.3/1.3)

dint= 70.7 [mm]

Espesor de pared: Debido a que la presin en la tubera de aspiracin no

excede a 1 [bar], es que el espesor puede ser mayor o igual a 1 [mm].

8.2 Tubera de Presin

dint= 4.607 (306.3/6)

dint= 32.91 [mm]

Sv = 32.91 x200___20 x 235/1.5 2x200

Sv = 2.4 [mm]

8.3 Tubera de Retorno

Caudal de retorno:

tot motor hid : Qret_ Qret = Caudal de RetornoQsum Qsum = Caudal suministrado

Qret = tot m h xQsum= 0.914 x306.3

Qret = 279.96 [l/min]

dint= 4.607 (279.96 /3.1)


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34

dint= 43.78 [mm]

Espesor de pared: Para esta lnea la presin no excede los 5 [bar], por lo tanto

se considera un Sv 2[mm]. (Por catalogo la presin de diseo de la tubera

seleccionada es de 134 [bar].) (detalles anexo 17)

8.4 Tubera de Drenaje

Caudal de Drenaje:

Qd = Qsum- Qret

Qd = 306.3 279.96 = 26.34

dint= 4.607 (26.34 /2)

dint= 16.71 [mm]

Espesor de pared: Para esta lnea la presin no excede los 2 [bar], por lo tanto

se puede considerar un Sv 2[mm].

8.5 Tuberas de Pilotaje

Para operar remotamente el block direccional desde el puente, la presin de

pilotaje mxima recomendada por el fabricante es de 20 [bar], para lo cual en la

lnea e debe instalar una reguladora de presin.

Vlvula reguladora de presin DR6DP (detalles anexo 8)

Mxima presin de trabajo : 315 [bar]

Mximo caudal de trabajo : 60 [lt/min]


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35

Figura 21.- Smbolo y Curvas Caractersticas de Reguladora de Presin (1)

La presin secundaria se regula a 20 [bar] para lo cual el caudal e entrada no

debe ser mayor de 60 [lt/min].

Por tal motivo se debe instalar una vlvula reguladora de caudal.

Vlvula Reguladora de Caudal Modelo MG (detalles anexo 7)

Mxima presin de trabajo : 315 [bar]

Mximo caudal de trabajo : 400 [lt/min]

Figura 22.- Smbolo y Curvas Caractersticas de reguladora de Caudal (1)

Se considera un caudal de salida de 45 [lt/min], con el objeto de utilizar la misma

unidad para el cilindro de freno.

Con los datos anteriormente presentados se determinan las dimensiones de las

lneas de pilotaje:



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36

8.5.1 Tubera de Presin

dint= 4.607 ( 45 /6)

dint= 12.62 [mm]

Sv = 12.62 x20___20 x 235/1.5 2x20

Sv 0.08 [mm]

8.5.2 Tubera de Retorno de Pilotaje

dint= 4.607 (45 /3.1)

dint= 17.55 [mm]

El retorno del pilotaje est dado por un flujo sin restricciones, por lo que al estar

conectada con la lnea de drenaje de la reguladora de presin, se considera sta

ltima como presin de clculo.

Sv = 17.55 x20___20 x 235/1.5 2x20

Sv 0.113 [mm]

8.6 Tuberas del Cilindro de Freno:

Para operar el cilindro de freno se debe instalar una vlvula reguladora de

presin similar a la utilizada en las lneas de pilotaje, considerando como presin

de secundaria 40 [bar]

8.6.1 Tubera de Presin

dint= 4.607 ( 45 /6)

dint= 12.62 [mm]

Sv = 12.62 x40___20 x 235/1.5 2x40


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Sv 0.16 [mm]

8.6.2 Tubera de Retorno

dint= 4.607 (45 /3.1)

dint= 17.55 [mm]

Se asume como presin de retorno la ejercida por el cilindro al retornar a su

posicin de resorte extendido.

Sv = 17.55 x40___20 x 235/1.5 2x40

Sv 0.23 [mm]

8.7 Eleccin de Tuberas

Del catalogo de tuberas y fittings hidrulicos Ermeto se seleccionaron las

siguientes tuberas.

Tabla 11.- Seleccin de tuberas (detalles anexo 17)Tubera Dimetro interior di

[mm]Espesor de pared Sv

[mm]Tubera seleccionada

dex SvAspiracin 70.7 1 88.9 x 5.49Presin 32.91 2.4 42 x 4Retorno 43.78 2 42x2Drenaje 16.71 2 22x2Presin Pilotaje 12.62 0.08 16x1.5Retorno Pilotaje 17.55 0.113 22x2Presin Freno 12.62 0.16 16x1.5Retorno Freno 17.55 0.23 22x2

9. PERDIDA DE PRESIN

Perdida de presin total:

PT= P+ P P= Prdida de presin por friccin

P= Prdida de presin por los elementos


45/149

38

9.1. Tubera de Motor Hidrulico

9.1.1 Perdida de Presin por Friccin

P= x 1 xxw2

P/L=Prdida de presin por unidad de longitud de tubo.L di 2 = Valor de rozamiento

di = Dimetro interior del tubo

= Densidad del fluido hidrulico

w = Velocidad

Primero se debe calcular el valor del N de Reynolds ( Re).

Re= w x di v = Viscosidad cinemtica

v Re = Nmero de Reynolds

aceite= 880 [kgm/m3]89.7[kgf-s2/m4]

w = V__di

2x/4

w = 306.3 X103_342x/4 x60

w = 5.61 [m/s]

Re= 5.61 x34x103

36

Re= 5298.3

Tabla 12.- Rugosidad Interna de Tubos Hidrulicos(1)

TubosMaterialTipo Estado

Rugosidad absoluta ken [mm]

Sin soldaduraCalidad

comercial

Nuevo Capa de laminacin Decapado revestido

0.02 hasta0.060.03 hasta0.040.07 hasta0.10

Soldadolongitudinal

Nuevo Capa de laminacin Embetunado Galvanizado

0.04 hasta0.100.01 hasta0.05

0.008

Acero

Sin soldaduray soldado

longitudinal

Usado Oxidacin moderada o poca

costra0.1 hasta0.2

Relacin di/k = 34/0.04 = 850


46/149

39

Figura 23- Valor del rozamiento en funcin del N de Reynolds (1)

Del grfico anterior se determina el valor del rozamiento en funcin del nmerode Reynolds Re.

= 0.038

Por lo tanto la prdida de presin por unidad de longitud es la siguiente:

P= 0.038 x 1 x89.7 [kgf s2] x 5.612 [m2]L 0.034 [m] [ m4 ] 2 [ s2 ]

P= 1577 [kgf/m3]

L

P= 0.1577 [kgf] x 1_ 0.1577 [bar/m]L [cm2] [m]

P= 0.1577 [bar/m]L

_________________________________________________________________________(1)Training Hidrulico Compendio 3" Proyecto y Construccin de Equipos Hidrulicos


47/149

40

Aplicado a la situacin particular del remolcador:

Longitud de caeras desde power pack hasta control local:

L11.290 + 3.100 + 2.140 + 1.170

L17.700 [m]

Longitud de caeras desde control local hasta motor hidrulico:

L20.735 + 0.590 + 1.120

L22.445 [m]

L total10.145 [m]

L total+ 5% = 10.652 [m]

Figura 24.- Largo de Caeras desde Bombas a Motor Hidrulico

CONTROL LOCAL WINCHE

P= 10.652 [m] x0.1577 [bar/m]

P= 1.68 [bar]


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41

9.1.2 Perdida de Presin Debido a los Elementos

El elemento ms significativo en prdida de presin es el block direccional del

control local, que segn muestra el grfico de fabricante, para 306.3 [lt/min] entre

P y B o entre P y A es de aproximadamente 22 [bar].

Figura 25.- Cada de Presin v/s Caudal del Block direccional (1) (detalles anexo 4)

Por lo tanto la prdida de presin total es la siguiente:

PT= P+ P= 1.68 + 22

PT24 [bar]

Considerando la prdida de presin total, la bomba debe suministrar 224 [bar]

para lograr la presin requerida en el motor hidrulico.

Figura 27.- Grafico de la Bomba (1)

_________________________________________________________________________(1) Hydranor Hydraulics. Modular Unit 6MB Catalog(2) Bosch Rexroth Group, Hydraulic Components for industrial applications


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42

Del grfico:

Para Pservicio= 224 [bar] y qv=306.3 [lt/min] se tiene:

n1800 [min-1] y potencia 125 [kW]

v = qvx1000 = 306,3 x1000

Vgxn 180 x1800

v = 0.945

Una vez determinado los datos finales de la bomba se determina el caudal de

fuga (Vf) de la siguiente manera:

QTbba= Qbba = 306.3V 0.945

QTbba= 324.13 [lt/min]

Vf= QTbba- Qbba

Vf= 17.82 [t/min]

Por lo tanto la dimensin de la caera de fuga de la bomba es:

dint= 4.607 V/W

dint= 4.607 17.82 /3.1 (W=3.1 [m/s] de tabla 10)

dint= 11.04

Por lo tanto se selecciona una caera de 16 x 2 [mm]


50/149

43

9.2 Tubera de Pilotaje


P= x 1 xxw2

P/L=Prdida de presin por unidad de longitud de tubo.L di 2 = Valor de rozamiento


= Densidad del fluido hidrulico

w = Velocidad

Calculo del N de Reynolds ( Re).




w = V__di

2x/4

w = 45 X103_132x/4 x60

w = 5.65 [m/s]

Re= 5.65 x13x103

36

Re= 2040.3

Por lo tanto se utiliza el valor de es el siguiente:

= 64/Re

= 64/2040.3

= 0.031

Por lo tanto:

P= 0.031 x 1 x 89.7 x 5.652L 0.013 2


51/149

44

P= 3414.1 [kgf/m3]

L

P= 0.34141 [kgf] x 1_ 0.34141 [bar/m]L [cm2] [m]

P= 0.3414 [bar/m]L


Longitud de caeras desde derivacin de lneas de pilotaje, hasta puente y

regreso a control local:

L= 3550 + 2500x2 + 4500x2 + 780x2 + 1295x2 + 880

L= 26130 [mm]

L= 26.13 [m]

L total = L + 5%

L total = 27.45 [m]

P= 27.45 x 0.3414

P= 9.37 [bar]

9.2.2 Prdida de Presin Debido a los Elementos

Se selecciona la siguiente vlvula direccional de 4 vas, tres posiciones,

accionamiento manual y retorno por resorte:

Vlvula Direccional 4/3 4WMM6J5X/- (detalles anexo 5)


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45

Figura 28.- Caractersticas Vlvula direccional 4/3 4WMM6J5X/- (1)

Segn grfico P = 4.75 [bar]

PT= P+ P= 9.37 + 4.75 [bar]

PT= 14.12 [bar]

Debido a esto la reguladora de presin se debe ajustar considerando esta

perdida:

PRP35 [bar]

9.3 Tubera del Cilindro de Freno


P= x 1 xxw2 P/L=Prdida de presin por unidad de longitud de tubo.

L di 2 = Valor de rozamiento


= Densidad del fluido hidrulicow = Velocidad



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46

Clculo del N de Reynolds ( Re).




w = V__di

2x/4

w = 45 X103_132x/4 x60

w = 5.65 [m/s]

Re= 5.65 x13x10336

Re= 2040.3

Por lo tanto se utiliza el valor de es el siguiente:

= 64/Re

= 64/2040.3

= 0.031

Por lo tanto:

P= 0.031 x 1 x 89.7 x 5.652L 0.013 2

P= 3414.1 [kgf/m3]L

P= 0.34141 [kgf] x 1_ 0.34141 [bar/m]L [cm2] [m]

P= 0.3414 [bar/m]L


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47


Se determina la longitud de caeras desde la reguladora de presin, pasando

por la vlvula direccional ubicada en sala de mquinas hasta el cilindro:

L= 440 + 2540 + 2370

L= 5350 [mm]

L= 5.35 [m]

L total = L + 5%

L total = 5.62 [m]

P= 5.62 x 0.3414

P= 1.92 [bar]

Figura 29.- Largo de Caeras al freno

REGULADORA

DE PRESIN

CONTROL LOCAL WINCHE


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48

9.3.2 Perdida de Presin Debido a los Elementos

Electro-vlvula Direccional 4/2 4WE6C6X/EG24N9DL/ (detalles anexo 6)

Figura 30.- Caractersticas Electro-vlvula Direcc. 4/2 4WE6C6X/EG24N9DL/ (1

)

Segn grfico P = 4.75 [bar]

PT= P+ P= 1.92 + 4.75 [bar]

PT= 6.67 [bar]

Debido a esto la reguladora de presin se debe ajustar considerando esta

perdida:

PRP 45 [bar]

10. BALANCE TERMICO

En la conversin de energa y en el transporte de energa hidrulica en

hidrosistemas se originan prdidas de potencia en forma de calor. Este calor es

absorbido y transportado por el fluido.



56/149

49

La potencia total de perdida PperdT de un hidrosistema se compone de las

siguientes prdidas individuales:

PV1= Rendimiento de los componentes

Se consideran las fugas internas de las bombas y motores, las cualesestn incluidas en el rendimiento de las mismas.

PV2= Fugas internas

No se consideran fugas internas por resquicios de vlvulas ya que no se

utilizaron vlvulas con caudal de fuga.

PV3= Estrangulaciones

Se consideran regulacin de caudales a travs estranguladores, cantos ydiafragmas de vlvulas en general

PV4= Resistencias a la circulacin

Se consideran prdidas por rozamiento en tuberas.

PperdT = PV= PV1+ PV2 + PV3 + PV4

10.1 Perdidas de Potencia Debido al Rendimiento de los Componentes (PV1)

PV1= V xP_ [kW] V = caudal total en [dm3/min]

600 x P = sobrepresin en bar

= Rendimiento total del componente

Bomba:

Figura 31.- Cada de Presin de la Bomba (1

)



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50

PV1B = 16.8 x2.3_ [kW]600 x 0.945

PV1B = 0.068 [kW]

Motor Hidrulico

Figura 32.- Cada de Presin del Motor Hidrulico (1)

PV1M = 5.5 x7 _ [kW]600 x 0.981

PV1M = 0.065 [kW]

PV1 = PV1B+ PV1M

PV1 = 0.133 [kW]

10.2 Perdidas de potencia por Estrangulaciones en Vlvulas (PV3)

PV3= V1xP1 + V2xP2 + VnxPn_ [KW]600 600 600

Vn= caudal que fluye por el correspondiente estrangulador [dm3/min]

Pn= Cada de presin reinante en el correspondiente estrangulador [bar]

Block Direccional

PV3BD= 306.3 x 22600

PV3BD= 11.231 [kW]



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51

Vlvula Reductora de Presin Lnea de Pilotaje

PV3RP= 45 x 9600

PV3RP= 0.675 [kW]

Vlvula Reguladora de Caudal

PV3RC= 45 x 5.2600

PV3RC= 0.39 [kW]

Vlvula Direccional de Pilotaje

PV3DP= 45 x 4.75600

PV3DP= 0.356 [kW]

PV3 = PV3BD + PV3RP + PV3RC + PV3DP

PV3 = 12.652 [kW]

10.3 Perdidas de Potencia por Resistencias de Circulacin (PV4)

PV4= V xP V = caudal total en [dm3/min]

600 P = Cada de presin [bar]

Suma de todos los valores.

Los valores que se presentan a continuacin corresponden al clculo efectuado

en punto 9.-


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52

Lnea de presin

PLP= 1.68 [bar]

PV4 LP= 306.3 x 1.68600

PV4 LP= 0.858 [kW]

Lnea de presin de pilotaje

PLPP= 9.37 [bar]

PV4LPP= 4.5 x 9.37600

PV4 LPP= 0.703 [kW]

PV4= PV4 LP + PV4 LPP

PV4= 1.561 [kW]

Por lo tanto la potencia de prdida total es la siguiente:

PperdT = PV= PV1+ PV3 + PV4

PperdT = 14.346 [kW]

10.4 Temperatura de Rgimen:

T2= PperdT + T1 PperdT = Potencia de prdida total en [kW]

K xA A = rea radiante del depsito [m2]

K = Conductibilidad trmica (0.01 [kW/m2])

T1 = Temperatura ambiente en [C]

Primero se debe determinar la capacidad del estanque y su superficie radiante.


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53

La capacidad del estanque se determinar segn la siguiente frmula.

VTK= 3 xV VTK = Capacidad del estanque en [lt]

V = Caudal de la bomba en [lt/min]

VTK= 3 x306.3

VTK= 918.9 [lts] = 918900 [cm3]

Por lo tanto las dimensiones del estanque sern:

Lo que da un volumen aproximado de 925.65 [lt]

De esta forma la superficie del estanque ser:

A= 2 x 1.65 x 0.85 + 2 x 1.65 x 0.66 + 2 x 0.66 x 0.85

A= 6.105 [m2]

Considerando una temperatura ambiente de 20C se tiene:

T2= 14.346 + T10.01 x6.105

T2= 253.35C

Esto significa que se debe incorporar un intercambiador de calor

10.5 Seleccin del Intercambiador de Calor

Calor entregado = Calor extrado

PperdT = PW PB= Calor a ser evacuado por el depsito

PK= Calor a ser evacuado por un intercambiador de calor

PW= PB+ PK


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54

Para una temperatura de rgimen T2= 45C y una temperatura ambiente de

20C, el calor evacuado por el depsito ser el siguiente:

PB= (T2 T1) xK xA = (45 20) x0.01 x6.105

PB= 1.526 [KW]

El calor que puede extraer un intercambiador es el siguiente:

PK= PperdT PB= 14.346-1.526 = 12.82 [kW]

PK= 12.82 [kW]

Considerando el siguiente circuito de enfriamiento de agua de mar para el

remolcador y los siguientes supuestos como datos de entrada del motor principal.

TSW =15 [C] Dif. de temperatura en los enfriadores de agua de chaqueta

P =0.65 [bar] Resistencia en la descarga de agua de mar de la bomba.

TSWe= 12C Temperatura de agua de mar de entrada

TSWs= 27C Temperatura de agua de mar de salida

Figura 32.- Esquema del Circuito de Enfriamiento del Barco

En base a la potencia a dispar por el intercambiador de calor se selecciona el

siguiente:

Azcue Serie CHO 116.


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55

Para lo cual se debe considerar los siguientes factores de correccin en la

potencia a disipar en funcin de la temperatura de entrada de agua, cuando sea

distinta a 35.

Tabla 13.-

Factores de Correccin de Temperatura de Entrada de Agua al Intercambiador(1)T entrada de agua 20C 25C 30C 35C 40C 45CFactor de correccin 1.75 1.4 1.17 1 0.875 0.78

Interpolando de la tabla se tiene que para 27C el F.C. = 1.308

Por lo cual la potencia de disipar para efectos de clculo ser:

PKC = PKx F.C.

PKC = 12.82 x 1.308

PKC = 16.769 [kW]

El diagrama adjunto se basa en parmetros de temperatura de entrada de agua

igual a 35C, y viscosidad del aceite entre 20 y 37 cSt.

Figura 33.- Potencia Disipada v/s Caudal Agua/Aceite del Intercambiador (1

)

_________________________________________________________________________(1) Bombas Azcue S.A. Catlogo de Intercambiadores de Calor


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56

Segn el diagrama correspondiente al intercambiador de calor CHO116-G9, se

determina un caudal de agua de enfriamiento de aproximadamente 53 [lt/min] y

un caudal de aceite de aproximadamente 124 [lt/min].

10.6 Determinacin del Caudal de Agua de Enfriamiento

Considerando 1600 RPM del motor como rgimen normal y constante de

operacin, se determina del grafico adjunto el siguiente caudal para la bomba

auxiliar acoplada de agua de mar del motor: (detalles anexo 13)

Figura 34.- Caudal v/s Resistencia Externa de Bomba Auxiliar Motor Principal (1)

VBMP= 560 [lt/min]

Lo que equivale a 0.0093 [m3/min], con una velocidad mxima en la tubera dedescarga de 3 [m/s] se tiene un dimetro interior de Di= 62.926 [mm]. Para lo

cual con una tubera de 3 sch 40 (88.9 x 5.65), se tiene un dimetro interior de

77.6 [mm] .

Teniendo en cuenta que el caudal de agua necesario para el intercambiador es

un 9.5% del caudal de la bomba y considerando como supuesto en el caso ms

desfavorable que la resistencia a la circulacin de la derivacin al enfriador es un

100% mayor que la continuacin de la lnea principal al costado, es que sedetermina el siguiente dimetro interior para dicha caera:

_________________________________________________________________________(1) Caterpillar 1993. Caterpillar 3500 Marine Propulsion Engine Performance


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57

Die= Dix10% x2

Die= 15.52 [mm]

Considerando las menores dimensiones del enfriador seleccionado se determinauna caera de 1 sch 40 (33.4 x3.38), lo que nos da como dimetro interior:

Die= 26.64 [mm]

Ante la dificultad de regular exactamente el caudal de enfriamiento es que se

instala en la lnea de entrada al enfriador un flujmetro.

10.7 Determinacin del Caudal de Aceite

Debido a que el caudal de retorno es muy elevado, es que esta caera se deriva

directamente al estanque, y se instala una bomba que haga circular el aceite

desde la zona caliente del estanque a la zona intermedia, como se muestra en la

figura:

Figura 35.- Esquema del Sistema de Retorno de Aceite a Travs del Enfriador

Se selecciona una bomba de tornillo para aceite, ya que garantiza un bombeo del

fluido sin pulsaciones ni turbulencia, para evitar as emulsin del aceite, todo esto

en base a los requerimientos de caudal para el enfriador, segn muestra el

cuadro de datos tcnicos de la bomba.


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58

Tabla 14.- Caractersticas Tcnicas de la Bomba Seleccionada (1)

Teniendo en cuenta una prdida de carga de aceite obtenida interpolando

valores del grfico del enfriador, de aproximadamente 0.65 [bar], y considerando

una carga de 8 [bar] en la bomba para lograr tener un caudal de 124 [lt/min], esque al momento de regular el paso del aceite al enfriador a travs de la vlvula

de bola en la descarga, el manmetro de la bomba debe marcar 8.65 [bar].

De todas formas al momento de la puesta en marcha se deben verificar las

temperaturas de trabajo y constatar las diferencias, a fin de regular los caudales

respectivos mediante las vlvulas dispuestas para ello.

11. LARGADA DE EMERGENCIA (QUICK RELEASE)

El sistema de largada de emergencia o quick release se define como la largada

del cable ante una emergencia que ponga en riesgo al remolcador an en

condiciones de black out. En dicha situacin se debe liberar el freno y el

embrague del tambor, con el objeto de largar cable en su totalidad.

Es por tal motivo que las vlvulas de freno y embrague son operadas

elctricamente con poder de 24V DC, que se encuentran conectadas al banco de

bateras del barco, de manera de poder operar en caso de un black out.

11.1 Liberacin del freno

Para la liberacin del freno se considera un acumulador hidrulico de vejiga que

almacene la energa suficiente para proporcionar el volumen de aceite y la

presin necesaria para liberar el freno.

_________________________________________________________________________(1) Bombas Azcue S.A. Catlogo de Bombas de Tornillo Serie B.T.


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59

Segn el lugar de instalacin del acumulador, este debe proporcionar la presin

de apertura del cilindro ms las prdidas calculadas para efectos de la

reguladora de presin y el volumen de llenado del cilindro ms un 25% por

concepto de volumen de las tuberas:

P1 = 45 [bar]

P2 = 100[bar]

V= VLLCx1.25

V= 5.2 x1.25

V= 6.5 [lt]

P0= Presin de llenado de la cmara de gas sin influencia de presin en la cmara de fluido.

P1= Presin mnima requerida de trabajo, normalmente10%>P0

P2= Mxima sobrepresin del sistema (en este caso es segn la sobrepresin que se regule)V0= Volumen efectivo del gas a presin de llenado

V = Volumen utilizable

Determinacin de la presin de llenado de gas:

P0= 0.9 xP1= 0.9 x45 = 47.7 [bar] = 40.5 [bar]

Determinacin del volumen requerido de gas:

V0 = V__ __

(P0/P1)0.714- (P0/P2)0.714

V0 = 6.5__ ___

(40/45)0.714- (40.5/100)0.714

V0 = 16.13 [lt]

Clculo de la presin de llenado de gas a temperatura ambiente

Se tiene considerado 20C como temperatura ambiente y 45C como

temperatura de rgimen, por lo tanto, para que exista una presin de 40.5 [bar] a

una temperatura de 45C, el acumulador se debe cargar con una presin menor

a 20C.


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60

P0(T0)= P0(TR)xT0

TR

P0(20C)= 40.5 x 20 + 27345 + 273

P0(20C)= 37.3 [bar]

P0(20C)38 [bar]

De esta forma se selecciona el siguiente acumulador con su sistema de

seguridad (vlvula de sobrepresin):

Acumulador hidrulico con block de seguridad Rexroth ABSBG-B20/SS30-U-100CM/C (detalles anexo 9)

Acumulador de vejiga

Capacidad: 20Lts

Ajuste vlvula sobrepresin: 100[bar]

Figura 36.- Smbolo y Descripcin del Acumulador (1)

11.2 Liberacin del Embrague:

El sistema de embragado, al ser neumtico, es decir estar conectado al

acumulador de presin del sistema de aire comprimido del barco, siempre tendr

disponible la energa necesaria para efectuar el desembragado. Basta con la

adecuada conexin de la vlvula solenoide al banco de bateras del barco, con el

objeto de poder operar en caso de un black out.



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61

12. SELECCIN DEL FLUIDO HIDRAULICO

El fluido hidrulico se seleccionar de acuerdo a las exigencias de los principales

componentes del sistema, que en este caso son las bombas y motor hidrulico.

Segn catlogos del fabricante se tiene lo siguiente:

Figura 37.- Diagrama de Seleccin de Aceite para la Bomba (1)

Figura 38.- Diagrama de Seleccin de Aceite para el Motor (1)

De ambos grficos se deduce que a una temperatura de rgimen de 45C y una

viscosidad de 36 [mm2/s], el aceite recomendado es un ISO VG 46.



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62

De acuerdo a catlogos, la viscosidad para este tipo de aceite es de 46 [mm2/s] a

40C, por lo que se escapa del rango ptimo para la bomba, por lo cual se

selecciona el siguiente aceite hidrulico:

Tabla 15. Aceite Hidrulico Shell Tellus 37 (1

) (detalles anexo 12)

Este aceite se encuentra en el lmite superior de lo exigido por la bomba, pero

considerando que la temperatura de rgimen es de 45C, se interpolan los

valores de viscosidad para 40C y 100C, lo que da una viscosidad aproximada

de 34.5 [cSt], mantenindose dentro del rango establecido para la bomba y el

motor.

13. DETERMINACIN Y DESCRIPCIN DEL CIRCUITO (*)

13.1 Bombas

El circuito est determinado principalmente por dos bombas de pistones axiales a

placa inclinada para circuito abierto, una principal (1) y la segunda stand by (2),

estas son las encargadas de levantar la presin y caudal necesarios para el

funcionamiento del sistema. En caso de emergencia se pueden utilizar las dos

bombas simultneamente sin un aumento de presin, debido a que se incorpor

un dispositivo regulador de presin para servicio en paralelo. De esta forma se

tiene un aumento del caudal y por consiguiente un aumento en la velocidad del

motor. Hay que tener en cuenta que el circuito no esta diseado para tanto

caudal, lo que conlleva un aumento en la temperatura del aceite. De todas

formas, al estar sobredimensionado el circuito de enfriamiento, se pueden

efectuar regulaciones del caudal de agua.

_________________________________________________________________________(1) Shell 2003/2004. Gua de Lubricantes(*) Todos los nmeros o letras entre parntesis o comillas estn referidos al plano del sistema adjunto en esta tesis


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63

13.2 Motor Hidrulico

El movimiento del tambor del winche esta dado por un motor hidrulico de

pistones radiales (3) controlado por un block direccional Hydranor 6MB-320-1-

2C (5) ubicado en a un costado de ste como control local. Este block funcionade la siguiente manera:

Virado:

La presin entra por P, y pilotea a travs de PB y Z la vlvula compensatoria

de caudal B sobre la vlvula direccional F. El fluido sigue por el puerto A de

la vlvula direccional F en direccin de la contrabalanza C, que se mantiene

normalmente cerrada, por lo que su direccin normal es a travs de la vlvulaantirretorno CA, para finalmente salir por el puerto A del block. El caudal hace

actuar el motor y el retorno vuelve por el puerto B del block para pasar directo al

puerto T del mismo en direccin del estanque. Dentro de su paso parte del

fluido pasa por la vlvula de cambio PC la cual transmite presin al puerto V

donde se instalar un manmetro para control local.

Arriado:

La presin sigue el mismo camino descrito anteriormente hasta la vlvula

direccional F, que en esta ocasin, se encuentra en posicin de salida por

puerto B, en direccin del puerto B del block, pasando parte de ese caudal al

pilotaje de apertura de la contrabalanza C, permitiendo que el caudal de retorno

pase y salga finalmente por el puerto T del block.

El propsito de la contrabalanza es evitar una largada del cable al momento del

arriado, es decir, mantener bajo control una carga mnima equivalente al peso delcable. Si este peso, o alguna fuerza externa hace virar el tambor mas rpido de

la velocidad de arriado, el motor actuara como bomba y se producira una cada

de presin en la lnea de pilotaje de la contrabalanza, por lo cual esta se cerrara

impidiendo el retorno del fluido y por consiguiente la detencin del motor.

El block posee un sistema de control de flujo compensatorio de presin

compuesto por el conjunto de vlvulas PB, B, Z, PA, PC y F. Este

sistema tras sensar presin en la lnea A o B despus de la vlvuladireccional, compensa para cambios de carga un flujo constante a travs de la


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vlvula direccional, es decir el flujo al motor se mantiene constante independiente

de la carga que tenga ste. Este flujo depende de la fuerza inducida por el

pilotaje sobre el resorte del compensador B, un resorte regulable en la vlvula

de alivio o vlvula de pilotaje compensatorio PA y la presin en la lnea A o B

a travs de la vlvula de cambio PC. En la medida que se regule el resorte dela vlvula PA, se puede regular el caudal sobre el motor.

La vlvula de seguridad D deber ser ajustada a la presin e trabajo, y funciona

tanto para el modo de virado como para el arriado cuando se produce una carga

que haga trabajar el motor como bomba, de la manera descrita anteriormente.

El block direccional (5) antes mencionado tiene la opcin de se pilotado

hidrulicamente desde el puente de gobierno a travs de una vlvula direccionalde cuatro vas y tres posiciones, la cual debe quedar en el mismo sentido que el

accionamiento manual del control local, es decir en una funcin lgica, cuando se

muevan las palancas, tanto del puente como local, hacia proa, el winche debe

arriar, y cuando se muevan hacia popa, debe virar.

13.3 Freno

El control del freno se realiza alternativamente a travs de una electro-vlvula decuatro vas dos posiciones (7), con botonera desde el puente o desde el control

local. Al momento de operar con el winche se debe liberar el freno.

13.4 Enfriamiento

El caudal de retorno es demasiado alto para pasar por el enfriador (13), por lo

que se lleva directamente al estanque, de donde se dispone de una bomba (14)

para circulacin de aceite, a un caudal ms bajo, para que pase a travs delenfriador y vuelva al estanque en zona intermedia. El enfriamiento se ha

dispuesto de la descarga de agua de mar del sistema principal de enfriamiento

de los motores.

13.5 Largada de Emergencia (Quick Release)

La largada de emergencia se puede realizar simplemente con operar las vlvulas

del freno (7) y del embrague (18), pero segn lo exigido por las normas, se hadispuesto de un botn con cubierta para evitar accionamiento involuntario, tanto


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en el puente como en el control local. Este botn acciona las electro-vlvulas del

freno y embrague, llevando estos elementos a posicin desfrenado y

desembragado respectivamente, adems de la vlvula de alivio (12) que libera la

energa del acumulador (11), el cual provee de la presin y volumen de aceite

necesario para el desfrenado en caso de falla de energa o de las bombas.

13.6 Elementos de regulacin

Se establecen distintos elementos de regulacin para presin y caudal, debido a

que lo distintos elementos instalados para comandar los dispositivos tiene ciertas

restricciones como se describieron en los puntos precedentes.

Una reguladora de caudal (10) para la vlvula direccional dispuesta para elpilotaje del block principal (5) y para regular la velocidad de apertura del cilindro

de freno (4).

Una reguladora de presin (8) para el pilotaje 2 del block direccional (5) segn

restricciones del fabricante y otra (9) para la presin del freno. Ambas limitadas

por el caudal proporcionado por la vlvula dispuesta para ello (10).

13.7 Elementos de Seguridad, Proteccin y Control

Vlvulas de Alivio

Una vlvula de alivio (17) para proteccin de las bombas, en caso de obstruccin

de la salida de presin, y una (16) para proteccin del circuito contra cargas

externas u obstrucciones, ambas ajustadas a la presin de trabajo 224 [bar].

Un block de seguridad para el acumulador (12) con una vlvula de alivio ajustada

a 100[bar], ms una vlvula de alivio manual (color negro).

Indicadores de Presin

Manmetros de control en el puente y control local para freno, embrague y motor

y manmetro con vlvula de aislamiento (18) para medir presin a la salida de las

bombas.


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Filtros

Filtro de retorno (15) Rexroth ABZFR-D0450-10-10/M con indicador de

obturacin visual ABZFV-RV2-1X/M para montaje directo al estanque.

Su dimensionamiento va de acuerdo a las exigencias de filtrado de los elementos

componentes del circuito, como es la bomba, motor hidrulico, vlvulas. Estos

segn catlogo del fabricante se encuentran en el rango de NAS 9, SAE 6 y/o

ISO 18/15, por lo cual se determina un filtro de finura mnima 10 m para un

caudal de retorno de 280 [lt/min]

Tabla 16.-(1) Tabla 17.-(1)

Finura de Filtro absoluta recomendadaPara diversos componentes hidrulicos Comparacin entre clases de pureza

Un filtro (21) de llenado que cumple adems funciones de ventilacin del

estanque.

Indicadores de Nivel

Un nivel visual en el costado del estanque N1 y un nivel de flotador magntico

N2 con conexin de alarma de bajo nivel de aceite.

Indicadores de Temperatura

Un termmetro en el costado del estanque T1 y un termostato de alarma por

alta temperatura T2.

ISO DIS 4406o

Cetop RP 70H

Partculaspor ml

> 10 m

ACFTDContenido deSubst. Slidas

mg/l

MIL STD1246 A(1967)

NAS1638

(1964)

SAE749 D(1963)

26/23 140000 100025/23 85000 100023/20 14000 100 70021/18 4500 1220/18 2400 50020/17 2300 1120/16 1400 1019/16 1200 1018/15 580 9 617/14 280 300 8 516/13 140 1 7 415/12 70 6 314/12 40 20014/11 35 5 213/10 14 0.1 4 112/9 9 3 0

18/8 5 210/8 3 10010/7 2.3 110/6 1.4 0.019/6 1.2 08/5 0.6 007/5 0.3 506/3 0.14 0.0015/2 0.04 25

Clase dePureza

Componentes HidrulicosNAS1638

ISODIS

4406

Finura defiltrado

recomendadaen m

Bombas de engranajes 10 19/15 20Cilindros 10 19/15 20Vlvulas Direccionales 10 19/15 20Vlvulas de Seguridad 10 19 /15 20Vlvulas Estranguladoras 10 19/15 20Bombas de Pistones 9 18 /14 10Bombas de Paletas 9 18/14 10Vlvulas de Presin 9 18/14 10Vlvulas Proporcionales 9 18/14 10Servovlvulas 7 17/13 5Servocilindros 7 17/13 5

_________________________________________________________________________(1)Training Hidrulico Compendio 3" Proyecto y Construccin de Equipos Hidrulicos


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Vlvulas de Operacin y Mantencin

Vlvula de bola de alta presin V1 de comunicacin de lneas de presin y

retorno, ubicada en el punto mas bajo del circuito y sobre el estanque, con el

objeto de drenar el circuito en caso de mantencin.

Vlvulas de bola de baja presin V2 para la succin de las bombas, ubicadas

en la parte inferior del estanque, con el propsito de cortar el suministro de

aceite a las bombas para su mantencin.

Vlvulas de bola de baja presin V3, ubicadas en la lnea del filtro de retorno,

enfriador y bomba, con el fin de poder hacer mantencin y limpieza del filtro y

circulacin por el enfriador, o limpieza del enfriador y circulacin normal por elfiltro.

Vlvula antiretorno R1, instalada en la lnea de presin del freno, con el objeto

de evitar una fuga de aceite a travs del drenaje de la reguladora de presin (9)

por fuerzas externas en el cilindro.

Vlvula antirretorno R2 y R3, instaladas una en la lnea de presin del

acumulador y la segunda en la lnea de presin del cilindro, de manera demantener la presin del acumulador.

Calefactor para aceite C1 ubicado en el estanque, con el propsito de alcanzar

la temperatura de rgimen al momento de operar el equipo, conectado con un

termostato de encendido a los 35C y parada a los 45C..

Compensadores y Mangueras

Los elementos vibratorios o con movimiento, como motor, bombas y cilindro,

deben tener conexiones flexibles para amortiguar las vibraciones y movimiento

hacia los elementos rgidos, que en este caso son las caeras.

En la lnea de succin de las bombas se utilizarn compensadores con flange, de

acuerdo a la dimensin de la caera utilizada, la cual no es caera hidrulica.


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En la lnea de presin de las bombas, as como en todas las conexiones del

motor hidrulico y cilindro de freno, se utilizarn mangueras de alta presin para

aceite.

Limit switch

El sistema de embrague posee un limit switch de proximidad que indicar a

travs de una luz, tanto en el puente como en el control local cuando el sistema

est embragado.

13.8 Depsito de Aceite

Como se mencion anteriormente, el volumen del estanque corresponde aaproximadamente 3 veces el caudal de la bomba para uso de aceites minerales.

El depsito se instalar como un conjunto con las bombas y tendr las siguientes

caractersticas aparte de las mencionadas en el punto anterior:

1. Tapa de registro que permita la limpieza de todo el estanque.

2. Posillo para drenaje con vlvula y tapn

3. Placas deflectoras para dividir la zonas de retorno y succin de la bomba

de enfriamiento, retorno de la bomba de enfriamiento y la succin del

sistema.

Figura 39.- Esquema del Conjunto del Power Pack


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14. PUESTA EN MARCHA

14.1 Limpieza del Estanque

Una vez efectuada la instalacin del los elementos que componen el circuito y lasconexiones del estanque se encuentran instaladas, los equipos, tales como

filtros, niveles visuales, termostatos, calefactores, etc. deben ser retirados, con el

objeto de proceder con la limpieza del estanque.

Existen pinturas compatibles con los fluidos hidrulicos, pero generalmente los

estanques que almacenan hidrocarburos se dejan sin pintura, es decir la plancha

viva. Esto sobretodo en un estanque que est constantemente sometido a

cambios de temperatura y flujo dentro de ste, as en la zona de descarga delaceite como en la succin de la bomba de enfriamiento y de las principales, que

es donde se produce mayor desgaste debido a los vrtices producidos por la

succin.

De esta forma se procede a la limpieza del estanque por dentro, generalmente

con disco lija hasta dejar metal blanco, para posteriormente con un pao libre de

pelusas sacar hasta la ltima partcula metlica o de suciedad que pueda quedar,

y as finalmente con otro pao libre de pelusas aceitar las paredes del estanquepara evitar corrosin por humedad del ambiente.

Una vez terminada la limpieza se procede a inspeccin y cierre, con todos los

elementos que en un principio se sacaron.

14.2 Lavado del Circuito (Flushing)

Durante el montaje puede haber penetrado suciedad en las tuberas y piezasconstructivas. Por este motivo resulta necesario eliminar la suciedad mediante el

lavado de la instalacin, a fin de evitar una reduccin de la vida til de los

distintos equipos y por la propia exigencia de filtrado de stos.

Durante el lavado se enva fluido hidrulico a gran velocidad a travs del sistema,

provocando que las partculas de suciedad sean arrastradas y puedan extraerse

mediante un circuito de filtracin independiente.


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La velocidad del fluido deber ser en lo posible el doble a la suministrada

normalmente por el sistema, y una temperatura de al menos 60C para aceites

minerales.

Para este efecto se debe contar con una unidad de lavado o grupo hidrulico,consistente en un conjunto compuesto por lo siguiente:

1. Una bomba de alto caudal conectada a un depsito de aceite, con

conexiones para manguera.

2. Una vlvula de alivio y una reguladora de presin, con el objeto de no

sobrepasar niveles que puedan ser dainos para el sistema.

3. Una vlvula reguladora de caudal.

4. Un calefactor de manera de alcanzar la temperatura de lavado.

5. Un tablero de energa y control para la operacin de la unidad.

6. Un filtro de retorno conmutable con indicador de obturacin, de manera de

ir cambiando los filtros a medida que se vayan saturando, sin interrumpir el

lavado del circuito.

14.2.1 Preparacin de la Instalacin para el Lavado

Aquellas piezas que pudiesen sufrir deterioros durante el lavado debern

sustituirse por accesorios adecuados o evitarse mediante tuberas o mangueras

de desvo.

Se proceder a lavar el circuito por partes, con el fin de lograr un mejor lavado y

asegurar un flujo total y constante por las caeras.

Circuito de Presin y Retorno: Se conectarn las dos lneas de presin de las

bombas a la unidad de lavado, se evitar el motor hidrulico con una manguera

de unin, y el block direccional P con A y B con T.

Se aislar el circuito de presin y retorno de las dems lneas, mediante tapones

dejando fuera las vlvulas de alivio (17) y (16), y se mantendr cerrada la vlvula

V1. Desconecta el filtro de retorno llevando esa lnea al estanque de la unidad

de lavado.


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Para esto la unidad de lavado deber ajustarse aproximadamente a 600 [lts/min]

Circuito de Pilotaje, accionamiento del cilindro y goteo: Se conectar la lnea de

pilotaje sacando la reguladora de caudal a la presin de la unidad de lavado, se

evitar la vlvula reguladora de presin (8) conectando P con A, la vlvuladireccional del puente (6) conectando P con A y B con T, el block

direccional (5) conectando X con Y, el cilindro de freno (4) conectando la lnea

de goteo del motor con la lnea de presin del cilindro, la vlvula direccional del

freno conectando B con T, y la salida de esta de retorno a la unidad de

lavado. El resto del circuito se aislar mediante tapones.

Para esto la unidad de lavado deber ajustarse aproximadamente a 100 [lts/min]

Circuito de indicadores de presin: Se conectar la lnea del manmetro del

control local del motor hidrulico a la presin de la unidad de lavado, se unen las

lneas de los manmetros del puente del cilindro de freno y motor, y la lnea de

del manmetro del control local del freno al retorno de la unidad de lavado.

Para esto la unidad de lavado deber ajustarse a aproximadamente 100 [lts/min]

Las dems lneas de interconexin de los elementos (11), (12), (9), (7), (8), (16) y(10), slo se efecta una limpieza de taller, mediante una laucha que consiste

en un alambre que en su extremo tiene un pao libre de pelusas baado en

aceite. Esto debido a que por montaje estas lneas son demasiado cortas, y si se

efecta una limpieza e instalacin con pulcritud, controlada con la debida

su

calculo winche

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