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Implementaci�n de la Unidad Hidr�ulica en el banco de comprobaci�n de circuitos hidr�ulicos perteneciente a la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE

 

Implementation of the Hydraulic Unit in the hydraulic circuit verification bench belonging to the University of the Armed Forces ESPE

 

Implementa��o da Unidade Hidr�ulica na bancada de verifica��o do circuito hidr�ulico pertencente � Universidade das For�as Armadas ESPE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: juancruz@uti.edu.ec

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de mayo de 2022 *Aceptado: 12 de junio de 2022 * Publicado: 15 de julio de 2022

 

        I.          Ingeniero Mec�nico, Universidad Tecnol�gica INDOAMERICA Departamento de Ingenier�a industrial, Ambato, Ecuador

      II.          Tecn�logo en Mec�nica Aeron�utica menci�n Motores, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Departamento de Ciencias de la Energ�a y Mec�nica, Latacunga, Ecuador.

     III.          Tecn�logo Superior en Electr�nica, Instituto Superior Tecnol�gico Cotopaxi Latacunga, Ecuador.

     IV.          Tecn�logo en Seguridad e Higiene del Trabajo, Instituto Tecnol�gico Superior Vicente Le�n, Latacunga, Ecuador.

      V.          Mag�ster en Sistemas de Control y Automatizaci�n Industrial, Ingeniero Industrial, Tecn�logo en Mec�nica Aeron�utica menci�n Motores, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Departamento de Ciencias de la Energ�a y Mec�nica, Latacunga, Ecuador

     VI.          Ingeniero en Electromec�nica, Tecn�logo en Mec�nica Aeron�utica menci�n Motores, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Departamento de Ciencias de la Energ�a y Mec�nica, Latacunga, Ecuador.

Resumen

Los sistemas hidr�ulicos de las aeronaves son importantes debido a que permiten aplicar, multiplicar y transmitir las fuerzas desde un sistema hacia otro, mediante un fluido incomprensible. El sistema hidr�ulico es un sistema cr�tico en todas las aeronaves debido a que en aeronaves de aviaci�n mayor son utilizados para accionar los trenes de aterrizaje, flaps, superficies de control, frenos y direcci�n, mientras que en aeronaves de aviaci�n menor solo son utilizados para el sistema de frenado. Al energizar la aeronave se debe verificar que el sistema hidr�ulico tenga la presi�n de 3000 PSI. Por esta raz�n se desarrolla un banco de comprobaci�n de los sistemas hidr�ulicos para la realizaci�n de pr�cticas de mantenimiento de los componentes para posteriormente entrelazarse con los diferentes sistemas que compone la aeronave para cumplir con la funci�n de entrenamiento para el personal t�cnico aeron�utico durante las fases de operaci�n en tierra y en vuelo.

Palabras Clave: Sistema Hidr�ulico; Comprobaci�n, Presi�n; Entrenamiento, FluidSim.

 

Abstract

Aircraft hydraulic systems are important because they allow forces to be applied, multiplied and transmitted from one system to another, by means of an incomprehensible fluid. The hydraulic system is a critical system in all aircraft because in larger aircraft they are used to actuate the landing gear, flaps, control surfaces, brakes and steering, while in smaller aircraft they are only used for break system. When powering up the aircraft it must be verified that the hydraulic system has a pressure of 3000 PSI. For this reason, a hydraulic systems test bench is developed to carry out component maintenance practices to subsequently intertwine with the different systems that make up the aircraft to fulfill the training function for aeronautical technical personnel during the phases of maintenance. operation on the ground and in flight.

Keywords: Hydraulic system; Check, Pressure; Training, FluidSim.

 

Resumo

Os sistemas hidr�ulicos de aeronaves s�o importantes porque permitem que for�as sejam aplicadas, multiplicadas e transmitidas de um sistema para outro, por meio de um fluido incompreens�vel. O sistema hidr�ulico � um sistema cr�tico em todas as aeronaves, pois em aeronaves maiores s�o utilizados para acionar o trem de pouso, flaps, superf�cies de controle, freios e dire��o, enquanto em aeronaves menores s�o utilizados apenas para sistema de freio. Ao ligar a aeronave deve-se verificar se o sistema hidr�ulico tem press�o de 3000 PSI. Por isso, � desenvolvida uma bancada de testes de sistemas hidr�ulicos para realizar pr�ticas de manuten��o de componentes para posteriormente se entrela�ar com os diferentes sistemas que comp�em a aeronave para cumprir a fun��o de treinamento de pessoal t�cnico aeron�utico durante as fases de manuten��o. voar.

Palavras-chave: Sistema hidr�ulico; Verifica��o, Press�o; Treinamento, FluidSim.

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Introducci�n

Generalidades

El dise�o de los sistemas de las aeronaves consiste en la integraci�n compleja de varias tecnolog�as que conforman los equipos utilizados para poder cumplir con el vuelo de una aeronave. Un equipo que es parte del sistema cumple un aspecto importante de una aeronave y el dise�o se define como la forma general en que que los sistemas se ensamblan dentro de la aeronave. Un dise�o convencional de un esquema b�sico es el sistema de combustible el cual convierte la energ�a qu�mica en energ�a mec�nica para el funcionamiento de los motores. La mayor parte de esta energ�a se gasta como potencia de propulsi�n o empuje para impulsar la aeronave. El resto se transmite y se convierte en cuatro formas principales de potencia no propulsora. (Barker, 2018) (Ashish, 2019).

 

Figura 1. Distribuci�n de los sistemas en la aeronave

El aire se purga del compresor de alta presi�n del motor, esta energ�a neum�tica se se utiliza para alimentar el Sistema de Control Ambiental (ECS) y suministrar aire caliente al Sistema de Protecci�n de Hielo del Ala (WIPS), la caja de accesorios transfiere la energ�a mec�nica de los motores a las bombas hidr�ulicas centrales, bombas locales para el motor, otros subsistemas de accionamiento mec�nico, y al generador el�ctrico principal. La bomba hidr�ulica central transfiere la energ�a hidr�ulica a los sistemas de accionamiento para los controles de vuelo, �al tren de aterrizaje para el despliegue retracci�n y frenado, al accionamiento del sistema de reversa de los motores, y tambi�n a sistemas auxiliares. (Lombardo, 1988).

 

Figura 2. Gr�fico esquem�tico del sistema hidr�ulico

 

Sistema Hidr�ulico

El sistema hidr�ulico de las aeronaves funciona seg�n el b�sico principio de la ley de Pascal y la conservaci�n de la energ�a. Este principio permite transmitir la fuerza de un punto a otro punto del sistema. Esto, provoca el desplazamiento de diferentes sistemas peque�os dentro de un sistema extenso. Sin embargo, utilizando este principio, los sistemas hidr�ulicos de las aeronaves presurizan el fluido para exigir el movimiento en componentes espec�ficos de la aeronave de una posici�n a otra. Adem�s, bas�ndose en este principio de funcionamiento, el sistema hidr�ulico ayuda al piloto a operar la aeronave durante el vuelo. (Jeppesen, 2018) (Tucker, 2012).

Figura 3. Sistema Hidr�ulico aeronave Cessna 172R

 

Componentes b�sicos del Sistema Hidr�ulico

El sistema hidr�ulico de las aeronaves es complejo pero las partes esenciales de este sistema son: el dep�sito, las bombas, las v�lvulas, los filtros, el actuador, entre otros. (Neese, 1984).

Figura 4. Sistema Hidr�ulico b�sico

 

Reservorio

El reservorio (dep�sito) es un tanque en el que se almacena el suministro adecuado de fluido para el funcionamiento del sistema. El fluido es direccionado desde el dep�sito hasta la bomba, donde es impulsado a trav�s del sistema y finalmente devuelto al dep�sito. El dep�sito no s�lo suministra las cantidades necesarias para el funcionamiento del sistema, sino que tambi�n repone el fluido perdido por las fugas que se puedan presentar. Adem�s, el dep�sito sirve como dep�sito para el exceso de fluido expulsado del sistema por la expansi�n t�rmica (el aumento del volumen del fluido causado por los cambios de temperatura). (EASA, 2016) (Boeing, 2018)

 

Figura 5. Reservorio no presurizado

 

Bomba

Lo principal de cualquier sistema hidr�ulico es la bomba que convierte la energ�a mec�nica en energ�a hidr�ulica. La fuente de energ�a mec�nica puede ser un motor el�ctrico, o por fuerza del operador. Las bombas accionadas por la fuerza humana se llaman bombas manuales. Se utilizan en caso de emergencia como respaldo de las bombas el�ctricas de potencia y para las comprobaciones en tierra del sistema hidr�ulico. La bomba manual de doble acci�n produce un flujo de fluido de doble acci�n. (John, 1994) (Shaoping Wang, 2016).

Figura 6. Bomba del sistema hidr�ulico

V�lvulas de control de flujo

Las v�lvulas de control de flujo controlan la velocidad y la direcci�n del fluido en el sistema hidr�ulico. Aquellas permiten el funcionamiento de varios componentes cuando lo requiera, adem�s de la velocidad a la que el componente funciona y en su debida secuencia.� (Academy, 2008) (Administration, 2009).

 

Figura 7. V�lvulas de control flujo

 

V�lvulas de control de presi�n

Estas sirven para que el funcionamiento sea seguro y eficaz para la transmisi�n de fluidos hacia los componentes de los sistemas de potencia y equipos relacionados, estos requieren un medio para controlar la presi�n a fin de no tener sobrepresi�n en el sistema lo cual causar�a las fallas o mal funcionamiento. (Dingle, 2013) (Domingo, 2018).

 

Figura 8. V�lvulas de control de presi�n

 

Actuadores

Un cilindro de accionamiento es aquel que transforma la energ�a en forma de presi�n por el fluido y es transformado en fuerza mec�nica o de acci�n para realizar un trabajo. Se utiliza para impartir un movimiento lineal al componentes o mecanismo m�vil. Un actuador de accionamiento com�n consta de una carcasa uno o m�s pistones y v�stagos. La carcasa del actuador contiene un orificio pulido en el que opera el pist�n, y uno o m�s puertos a trav�s de los cuales el fluido entra y sale del orificio. El pist�n y el v�stago forman un conjunto. El pist�n se mueve hacia delante y hacia atr�s y un v�stago acoplado se desplaza dentro y fuera de la carcasa del cilindro a trav�s de una abertura en un extremo de la carcasa del cilindro. (Drake, 2015) (Moir, 2008).

Figura 9. Actuador

 

Motor El�ctrico

Es una m�quina el�ctrica que transforma la energ�a electrica en energ�a mec�nica o de movimiento por medio de interacciones electromagn�ticas, tambi�n cabe mencionar que algunas motores son reversibles pueden transformar la energ�a mec�nica en energ�a el�ctrica debido a que estos funcionan como generadores. (Boieng, 2015)

 

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Figura 10. Motor

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Filtro

Los filtros hidr�ulicos son el componente principal del sistema de filtraci�n de una m�quina con sistemas hidr�ulicos, de lubricaci�n o de engrase. Estos sistemas se emplean para el control de la contaminaci�n por part�culas s�lidas de origen externo y las generadas internamente por procesos de desgaste o de erosi�n de las superficies de la maquinaria, permitiendo preservar la vida �til tanto de los componentes del equipo como del fluido hidr�ulico. (Duque , 2018).

Figura 11. Filtro

 

 

 

Fluido

Fluidos hidr�ulicos son grupos de l�quidos compuestos de diferentes tipos de sustancias qu�micas y grados de viscosidad. Por lo general se usa en transmisiones autom�ticas de autom�viles, frenos y servodirecci�n; veh�culos para levantar cargas; tractores; niveladoras; maquinaria industrial y aeronaves para la activaci�n de sus sistemas. (Pedroza Gonzalez , 2018).

Figura 12. Fluido hidr�ulico

 

Mantenimiento

Se define el mantenimiento como todas las acciones que tienen como objetivo preservar un componente o restaurarlo a un estado en el cual pueda llevar a cabo alguna funci�n requerida.​ Estas acciones incluyen la combinaci�n de las acciones t�cnicas, administrativas correspondientes y de acuerdo a la documentaci�n t�cnica emitida por el fabricante. (Boucly, 2018).

Figura 13. Tipos de mantenimiento

 

 

Proceso de manufactura

La soldadura es el proceso de manufactura mediante el cual se puede unir dos o m�s partes, mediante el aporte del calor y presiones localizadas; este se lleva a cabo con o sin material de aporte, las uniones se llevan a cabo con la fusi�n del calor, presi�n o solo con presi�n, cabe mencionar que el material de aporte puede ser de la misma o diferente composici�n del material base. (D�az, 2015).

 

Figura 14. Soldadura por arco el�ctrico

Electrodos

El electrodo (varilla) de soldar al contrario del alambre que es utilizado en la soldadura aut�gena, es un conductor el�ctrico utilizado para realizar contacto con una parte no met�lica, debe ser del similar al del material base si el material base es de acero al carbono el material de aporte debe ser de las mismas caracter�sticas este contexto es aplicado en las sueldas estructurales y misma composici�n qu�mica es aplicada en aceros aleados. (Cano, 2014).

Figura 15. Partes del electrodo

 

 

Designaci�n de los electrodos

De acuerdo a la Norma AWS, ASME y ASTM indica las caracter�sticas para los electrodos revestidos las cuales incluyen propiedades mec�nicas, f�sicas, qu�micas, as� como sus dimensiones y su porcentaje de aleaci�n. (Martos, 2017).

 

Figura 16. Designaci�n de los electrodos

 

Banco hidr�ulico

El banco hidr�ulico es parte de un sistema de equipos y elementos necesarios para realizar pr�cticas en los principales temas tratados dentro de la parte te�rica relacionados con la hidr�ulica. (Calzerotto, 2010) (O�Brien, 2003).

El banco Hidr�ulico se usa para facilitar la ejecuci�n de experimentos simples en la hidr�ulica, comparando la parte te�rica con la experimentaci�n real realizada en los laboratorios; demuestra la disposici�n de una unidad simple en la cual una peque�a bomba centr�fuga abastece de fluido; desde un tanque hacia un sistema b�sico o complejo de hidr�ulica. (Echeverr�a, 2015).

Figura 17. Banco de comprobaci�n de circuitos hidr�ulicos

Materiales y M�todos

El banco de comprobaci�n de circuitos hidr�ulicos incluye la unidad hidr�ulica, motor, bomba, v�lvula de alivio, v�lvula reguladora de caudal, filtro de succi�n, man�metros y actuadores, entre otros. (Boieng, 2015) (System, 2013).

 

Dep�sito hidr�ulico

El reservorio hidr�ulico est� instalado en el banco hidr�ulico el cual almacena el fluido que ayudar� al funcionamiento, actuaci�n de los mecanismos tambi�n recibe el aceite que retorna y permite comprobar a cada uno de los elementos. Para realizar el reservorio es recomendable utilizar una l�mina de acero inoxidable, adem�s consta de un indicar de cantidad, filtro de succi�n y los elementos de activaci�n como es la bomba y v�lvulas. (FluidSim, 2007).

Figura 18. Proceso de implementaci�n de la unidad el�ctrica

 

El dise�o del reservorio hidr�ulico est� dise�ado en solidworks, mismos que permiten manipular el hardware de manera directa y obtener un comportamiento de los elementos similar al de una aeronave real. (SolidWorks, 2020) (FluidSim, 2007).

Figura 19. Reservorio unidad hidr�ulica

 

Conexi�n de componentes al reservorio

Preparado el reservorio se procede a la conexi�n de los elementos a la unidad hidr�ulica, la instalaci�n del motor se realiza mediante la uni�n de cuatro componentes de sujeci�n para mantenerlo firme al momento de su funcionamiento, adem�s el motor enviar� la presi�n necesaria para que pueda simular el funcionamiento de los diferentes circuitos hidr�ulicos de acuerdo a cada requerimiento del manual del fabricante. (Wing, 2012) (Singh, 2017).

Figura 20. Unidad Hidr�ulica

 

Instalaci�n de man�metros y v�lvulas en el banco de comprobaci�n

Para la instalaci�n de las v�lvulas, debido a la cantidad de conectores que se deben acoplar de los diferentes actuadores que forman parte del sistema hidr�ulico es indispensable utilizar acoles r�pidos, los cuales permiten expandir el n�mero de entradas de estos elementos. (Zhang, 2018).

Figura 21. Banco hidr�ulico

 

FluidSim

Toda la configuraci�n del software para la simulaci�n de los circuitos hidr�ulicos antes de simular en el banco de comprobaci�n se realiz� en el programa FluidSim, mismo que ofrece a este banco la experiencia de simular los circuitos que hidr�ulicos y entender el funcionamiento de cada uno de sus componentes. (FluidSim, 2007).

 

Figura 22. Interacci�n del Software FluidSim

 

Resultados y Discusi�n

Un entorno de desarrollo para el sistema hidr�ulico de la aeronave que permita verificar el funcionamiento del sistema puede ser eficaz, diferentes modelos realizan la simulaci�n del sistema hidr�ulico y la verificaci�n de los diferentes niveles de presi�n, diferentes tipos de dise�o del principio del sistema hidr�ulico de la aeronave, las caracter�sticas del flujo de carga, la presi�n de la bomba, el control carga, la l�gica del control hidr�ulico, entre otras caracter�sticas. La fiabilidad es muy importante para el sistema hidr�ulico de la aeronave, por lo que se utiliza ampliamente en el dise�o del sistema, con el fin de garantizar la fiabilidad de la aeronave. El uso de los bancos hidr�ulicos ha permitido validar el sistema que cumpla con los requisitos de dise�o. (Khalil, 2020) (Totten, 2012).

 

Figura 23. Simulaci�n FluidSim

 

Conclusiones

• La unidad hidr�ulica est� dise�ado y adaptado en el banco de comprobaci�n de circuitos hidr�ulicos para lograr una operaci�n muy cercana a la realidad del funcionamiento de los circuitos hidr�ulicos de las aeronaves de tal forma, que los profesionales aeron�uticos se familiarizan en la pr�ctica con respecto a procedimientos de funcionamiento de los sistemas, tanto, normal como anormal (fallas de presi�n, bombas, v�lvulas); logrando mejorar las capacidades te�ricas, e incrementar la experticia en temas de seguridad operacional de las aeronaves en tierra y vuelo.
• El banco de comprobaci�n de sistemas hidr�ulicos fortalece la formaci�n de profesionales aeron�uticos de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, fortaleciendo las competencias te�ricas a trav�s de la pr�ctica. En tal sentido, con la implementaci�n de la unidad hidr�ulica asta alineado estrictamente a la operaci�n del manual de mantenimiento cuyo procedimiento se aplica a las aeronaves equipadas con estos sistemas y que operan en las diferentes empresas de Aviaci�n del pa�s.

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� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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