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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
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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
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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.
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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
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.
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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.
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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.
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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
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.
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 podemos ver 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.
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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:
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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
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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:
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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 los objetivos 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 los diferentes 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 descripción de 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
83
RECOMENDACIONES
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:
101
Estado del cableado eléctrico posterior a operar el sistema.
Verificar el calentamiento del sistema.
Que se desconecte el sistema a la fuente externa
Cada año realizar los siguientes aspectos:
Lubricación del balero de la bomba.
Verificación de desgaste del cople (opresores, cuñas y estrella de goma).
Cada dos años realizar los siguientes aspectos:
Cambio de mangueras.
Cada 6 años realizar los siguientes aspectos:
Cambiar el líquido hidráulico.
En caso de falla del motor eléctrico o la bomba hidráulica se cuenta con una
garantía de 2 años a partir de la fecha indicada en los comprobantes descritos en el
trabajo de cada uno de los componentes.
NOTA 1: Todo procedimiento se debe realizar en presencia del profesor o personal
a cargo de la aeronave.
NOTA 2: Para la elaboración de las actividades antes mencionadas se dejaron
repuestos al personal encargado de la aeronave como (Corcho, conectores, push button,
liquido hidráulico y las pólizas de gratina en caso de ser necesario el uso de estas).
102
ANEXO 3
GLOSARIO
103
Masa específica.- cantidad de materia por unidad de volumen de una sustancia.
Peso específico.- corresponde a la fuerza con que la tierra atrae a una unidad de volumen
Densidad.- Relación que exista entre la masa específica de una sustancia cualquiera y
una sustancia de referencia.
Viscosidad.- resistencia que opone un fluido a deformarse continuamente cuando se le
somete a un esfuerzo de corte.
Presión.- Es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa.
Presión absoluta.- Presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero
absoluto.
Energía Hidrodinámica.- Es generada por la energía cinética de un fluido, dependiendo de
la velocidad y la masa del fluido.
Potencia.- Rapidez con la que se efectúa un trabajo
Bomba hidráulica.- Dispositivo que transforma energía mecánica en una energía de
presión.
Tuberías.- conductos cilíndricos con un material, diámetro y longitud variable, su función
es la del transporte de fluidos.
Válvula: mecanismo que permite controlar la presión para mantenerla constante
Actuador hidráulico.- dispositivo que ayuda a convertir la presión hidráulica en movimiento
mecánico.
104
ANEXO 4
RELACIÓN DE IMÁGENES
105
Capítulo II. Marco teórico
Imagen 1. Principio de Bernoulli
Imagen 2.Diagrama de Moody
Imagen 3. Bomba de engranes externos
Imagen 4. Filtros hidráulicos
Imagen 5. Depósito hidráulico
Imagen 6. Acumulador hidráulico marca Rex
Imagen 7. Símbolo ISO para acumulador tipo vejiga
Imagen 8. Racores para tuberías flexibles
Imagen 9. Tuberías flexibles marca Olagorta
Imagen 10. Válvula reguladora para la aviación
Imagen 11. Electroválvula marca Tehsa
Imagen 12. Actuador de doble efecto
Imagen 13. Servo actuadores
Imagen 14. Servo actuador marca Dunlop para hélice
Imagen 15. Servo actuador.
Imagen 16. Servos
Imagen 17. Servo actuador
Imagen 18. Funcionamiento de los servo actuadores
106
Capítulo IV. Desarrollo
Imagen 19. Componentes del sistema hidráulico
Imagen 20. Diagrama de activación de la alarma auditiva en caso de falla
Imagen 21. Prueba del sistema hidráulico por componentes
Imagen 22. Componentes del sistema hidráulico del Ecureuil AS350B
Imagen 23. Deposito de líquido hidráulico
Imagen 24. Bomba Hidráulica
Imagen 25. Dimensiones de la bomba
Imagen 26. Acoplamientos
Imagen 27. Acoplamiento Bomba-Motor
Imagen 28. Dimensiones del acoplamiento
Imagen 29. Campana de acoplamiento
Imagen 30. Dimensiones de la campana de acoplamiento
Imagen 31. Motor Eléctrico Siemens
Imagen 32. Dimensiones motor eléctrico Siemens
Imagen 33. Mangueras
107
Capítulo V. Resultados
Imagen 34. Localización del área
Imagen 35. Posición provisional
Imagen 36. Dimensionamiento
Imagen 37. Barrenado de la transmisión
Imagen 38. Corcho
Imagen 39. Instalación de la placa
Imagen 40. Ensamble
Imagen 41. Instalación en el Helicóptero
Imagen 42.Diagrama de ensamble
Imagen 43. Drenado del líquido hidráulico
Imagen 44 y 45. Conexión
Imagen 46. Suministro
Imagen 47. Conexión eléctrica
Imagen 48.Cableado
Imagen 49. Conexión eléctrica en cabina
Imagen 50.Diagrama de explosión del sistema