UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE INGENIERA MECNICA

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN BANCO DE PRUEBAS DE CILINDROS

HIDRULICOS

Por:

Jess Lorenzo Magallanes Ibez

INFORME DE PASANTA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de

Ingeniero Mecnico

Sartenejas, Octubre de 2009

UNIVERSIDAD SIMN BOLVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES

COORDINACIN DE INGENIERA MECNICA

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN BANCO DE PRUEBAS DE CILINDROS

HIDRULICOS

Por:

Jess Lorenzo Magallanes Ibez

Realizado con la asesora de:

Tutor Acadmico: Prof. Juan Carlos Romero Quintini

Tutor Industrial: Ing. Henry Alberto Nez Montero

INFORME DE PASANTA

Presentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de

Ingeniero Mecnico

Sartenejas, Octubre de 2009

iv

Resumen

El objetivo de este trabajo consiste en disear y construir un banco para probar cilindros

hidrulicos (de diferentes longitudes y dimetros) utilizados en los equipos de construccin en la

empresa Petro Advance C.A. Este banco de pruebas le permitira a la empresa disminuir los

tiempos y costos de los servicios de mantenimiento que ofrece la empresa a sus clientes. Luego

de definir el funcionamiento deseado del banco, se buscan y seleccionan los equipos a recuperar

(en el almacn de piezas usadas), se dimensionan los elementos a comprar para la Unidad de

Potencia Hidrulica (UPH), se desarrolla el diagrama de procesos e instrumentacin (P&ID), se

elaboran los planos estructurales, se construye y prueba la UPH segn las normas y

procedimientos de trabajo aprobados por la empresa y se realiza el manual de operacin y

servicio. La UPH construida cumple de manera exitosa su funcin, obteniendo un equipo

compacto, fcil de desplazar y de operacin ptima para las presiones de trabajo necesarias. El

banco construido es capaz de transmitir de forma controlada hasta 1500psi de presin de aceite a

la mayora de los cilindros que entran en mantenimiento en el taller de la empresa. Con la

utilizacin de este banco, la empresa podr disminuir los tiempos necesarios para las pruebas de

cilindros. Asimismo, se reducen las horas-hombre y por tanto los costos de estas pruebas.

v

Dedicatoria

A mis padres,

quienes han estado presente

en cada uno de mis logros

vi

Agradecimientos y Reconocimientos

A mi Padre Celestial por estar a mi lado, A mis padres por el amor y apoyo hacia m, su hijo.

A Henry y a Juan Carlos, por su disposicin, ayuda y comprensin

durante este tiempo. Al personal del taller de Petro Advance, C.A.

Y a mis eternos amigos.

vii

ndice general

Portada ii

Acta de evaluacin de pasanta iii

Resumen iv

Dedicatoria v

Agradecimientos y reconocimientos vi

ndice general vii

ndice de Figuras ix

ndice de Tablas x

Introduccin 1

CAPTULO I MARCO TERICO 3

1.1 Principio de Pascal 3

1.2 Principio de Bernoulli 4

1.3 Sistema de Transmisin de Potencia Hidrulica (STPH) 5

1.4 Partes que conforman el STPH 6

1.4.1 Entrada 7

1.4.1.1 Tanque de Aceite Hidrulico 7

1.4.1.2 Bomba Hidrulica 8

1.4.1.3 Motor 10

1.4.2 Elementos de Control 11

1.4.2.1 Vlvula de control direccional 12

1.4.2.2 Vlvula de Bola 13

1.4.2.3 Vlvula de Aguja 14

1.4.2.4 Vlvulas de descarga o reguladores de presin 14

1.4.3 Salida 15

1.4.3.1 El cilindro hidrulico 15

1.5 Partes de un cilindro hidrulico 17

1.5.1 Camisa o barril cilndrico 17

1.5.2 Cabezales 17

1.5.3 Vstago 17

1.5.4 Pistn 18

viii

1.5.5 Candado Mecnico 18

CAPTULO II DESARROLLO DE LA INGENIERA DEL PROYECTO 19

2.1 Descripcin de la empresa 19

2.2 Antecedentes de Petro Advance C.A. 20

2.3 Diagnstico de la situacin actual de los talleres de Petro Advance C.A. 21

2.4 Ingeniera conceptual y bsica 27

2.4.1 Principio de funcionamiento del banco de pruebas 27

2.4.2 Diagrama de Tuberas e Instrumentacin (P&ID) 27

2.4.3 Bsqueda y seleccin de equipos y partes de la UPH 29

2.4.4 Determinacin preliminar de las condiciones de operacin y dimensiones

de los equipos principales del proceso.

30

2.4.4.1 Bomba y Motor 32

2.4.4.2 Tanque 34

2.4.5 Lista preliminar de vlvulas, conexiones, instrumentos 35

2.4.5.1 Vlvulas 35

2.4.5.2 Manmetros 35

2.4.5.3 Conexiones y mangueras 35

2.4.6 Estimacin de costos 36

2.5 Ingeniera de detalles 37

2.5.1 Planos de estructura de la UPH 37

2.5.2 Especificaciones de equipos, materiales, obras y rdenes de compra 37

2.5.2.1 Motor 38

2.5.2.2 Bomba 38

2.5.2.3 Tanque y triler 38

2.5.2.4 Especificacin de materiales y rdenes de compra 39

CAPTULO III PROCURA, CONSTRUCCIN Y PUESTA EN MARCHA 40

3.1 Mantenimiento mayor de equipos recuperados 40

3.1.1 Bomba 40

3.1.2 Cuerpo de vlvulas 41

3.2 Construccin y ensamblaje de la UPH 41

3.2.1 Especificaciones de pintura 43

3.3 Puesta en operacin de la UPH 45

ix

3.4 Manual de operacin y servicio 47

3.5 Resultados del proyecto 47

3.5.1 Horas de trabajo costos operativos 47

3.5.2 Diagnstico de fallas 48

3.5.3 Metodologa de trabajo 48

Conclusiones 49

Recomendaciones 50

Referencias 51

Anexo A 52

Anexo B 60

Anexo C 63

Anexo D 69

x

ndice de Figuras

Figura 1.1 Sistemas de transmisin de potencia hidrulica para diferentes aplicaciones 6

Figura 1.2 Etapas de un STPH 6

Figura 1.3 Tanque hidrulico y sus partes 7

Figura 1.4 Esquema de una bomba de engranajes 8

Figura 1.5 Esquema y partes de la bomba de paletas 9

Figura 1.6 Esquema de bomba de pistones axiales y bomba de pistones radiales. 10

Figura 1.7 Esquema de una vlvula direccional de 3 posiciones 12

Figura 1.8 Esquema de una vlvula de bola 13

Figura 1.9 Esquema de posiciones de una vlvula de aguja 14

Figura 1.10 Esquema de un regulador de presin 15

Figura 1.11 Circuito estndar de sistema de direccin hidrulica para vehculos todo

terreno

16

Figura 1.12 Partes de un cilindro hidrulico 17

Figura 2.1 Organigrama de Petro Advance C.A. 20

Figura 2.2 Taller de Petro Advance C.A. Punto Fijo, Edo. Falcn 22

Figura 2.3 Gra marca P&H de capacidad de carga de 90 toneladas en proceso de

prueba

24

Figura 2.4 Diagrama de flujo del proceso de prueba de cilindros hidrulicos 25

Figura 2.5 Diagrama de flujo del proceso de prueba propuesto 26

Figura 2.6 Diagrama P&ID de la UPH 28

Figura 2.7 EATON Vickers Vane Pump V210 y cuerpo de vlvulas Hydraulic

Industries Inc

30

Figura 2.8 Cilindro hidrulico de gra P&H de 90ton. 31

Figura 2.9 Diagrama de cuerpo libre simplificado para una carga del cilindro de 90

toneladas

31

Figura 3.1 Bomba EATON Vickers recuperada. 40

Figura 3.2 Cuerpo de vlvulas recuperado 41

Figura 3.3 Procesos iniciales de fabricacin de la UPH 42

Figura 3.4 Pintura de equipos segn especificacin 1B 44

Figura 3.5 Unidad de Potencia Hidrulica culminada 45

xi

ndice de Tablas

Tabla 2.1 Lista de equipos con sistemas hidrulicos en los talleres de Petro Advance

C.A.

23

Tabla 2.2 Datos adicionales de prueba de cilindros de taller de Petro Advance C.A. 25

Tabla 2.3 Condiciones de operacin definidas para la UPH 32

Tabla 2.4 Especificaciones tcnicas de la Bomba EATON Vickers V210 33

Tabla 2.5 Lista preliminar de vlvulas 35

Tabla 2.6 Lista preliminar de conexiones. 36

Tabla 2.7 Lista preliminar de mangueras 36

Tabla 2.8 Estimacin de Costos y Ahorro por recuperacin de equipos 36

Tabla 2.9 Especificaciones de motor 38

Tabla 2.10 Especificacin de materiales 39

Tabla 3.1 Especificacin de pintura 1B PDVSA 43

Tabla 3.2 Observaciones adicionales especificacin de pintura 1B PDVSA 43

Tabla 3.3 Pruebas preliminares de la UPH 46

Introduccin

El presente informe es el resultado de la pasanta realizada para la Gerencia Tcnica de la

empresa Petro Advance C.A., desde Abril hasta Septiembre de 2009.

Petro Advance C.A., es una empresa contratista al servicio de la industria petrolera y

petroqumica nacional e internacional, orientada a realizar tareas de construccin, reparacin y

mantenimiento de plantas industriales. Su poltica de calidad propone satisfacer los requisitos

establecidos con sus clientes con relacin a: la calidad, la cantidad y el tiempo acordado en sus

contratos de servicio, al menor costo posible, garantizando la proteccin del medio ambiente y

promoviendo el mximo el aprovechamiento de los recursos de la Corporacin.

Bajo esta poltica, la empresa ha dirigido sus esfuerzos para disminuir el tiempo de ejecucin

de los trabajos que se llevan a cabo, bajo el enfoque de mejoramiento continuo de sus procesos de

trabajo, para de esta manera prestar mejores servicios a todos sus clientes, lograr la satisfaccin

de los mismos y as cumplir con su visin de ser la empresa lder, de alta fortaleza tecnolgica y

financiera que permita establecer lazos comerciales de largo plazo con las compaas de

produccin de bienes en los diferentes sectores de la industria nacional e internacional.

Actualmente las empresas deben desenvolverse en un ambiente competitivo ms exigente, es

por ello que el tener un nivel adecuado de equipos y maquinarias industriales aumenta la

competitividad de cada empresa. Esto implica un proceso de adquisicin de equipos y

mantenimiento de los ya existentes.

La empresa Petro Advance C.A. cuenta con una gran cantidad de equipos de construccin,

entre ellos montacargas, gandolas, compresores, mquinas de soldar, generadores elctricos,

shovel, retroexcavadoras, gras, bombas hidrojets, extractores, etc., las cuales por sus

dimensiones al momento de realizarles el mantenimiento preventivo y/o correctivo requieren de

otros equipos pesados para su desarme. Un ejemplo de ello, que ser el objeto de este informe son

las operaciones de desarme de las gras, para la remocin y reinstalacin de las partes

hidrulicas.

En la actualidad la operacin de los cilindros hidrulicos reparados de los equipos de izamiento

de cargas (gras, montacargas, brazos hidrulicos, extractores) es verificada montando los

2

mismos en los equipos de construccin. Esta prctica resulta improductiva, cuando el cilindro

hidrulico falla durante la prueba de funcionamiento (fugas de aceite o cualquier otro defecto que

imposibilite la buena operacin de mismo) debido a la consecuente repeticin de las incmodas

acciones de montaje y desmontaje, que originan prdidas de oportunidad y costos adicionales de

trabajo.

El objetivo principal de este proyecto consiste en construir un banco de pruebas de cilindros

hidrulicos (de diferentes dimetros y longitudes) utilizados en los equipos de construccin. Para

esta primera fase del desarrollo, se pretende probar los cilindros sin cargas que se opongan a su

extensin o compresin (ms que su propio peso y friccin). De esta forma se podr comprobar la

hermeticidad de las tapas, conexiones y sellos mecnicos (a las presiones de trabajo en la prueba),

as como el correcto funcionamiento de la vlvula reguladora de presin. Al mismo tiempo, y

cumpliendo con la poltica de calidad de la compaa, este banco de prueba ser construido en su

mayora a partir de materiales ya existentes en los talleres de sta, promoviendo el mximo

aprovechamiento de los recursos de la Empresa.

Para la consecucin del propsito perseguido, se deber cumplir los objetivos especficos

siguientes: Describir el funcionamiento del banco; seleccionar las partes y los equipos requeridos;

determinar las condiciones de borde de funcionamiento del banco (rangos de trabajo del sistema

hidrulico); dimensionar el banco de pruebas; realizar los clculos estructurales y elaborar los

planos de construccin del mismo; realizar la procura de los materiales y la construccin de la

Unidad de Potencia Hidrulica; efectuar la puesta en marcha, elaborar el manual de operaciones y

realizar la formacin de los operadores.

CAPTULO I

MARCO TERICO

1.1 Principio de Pascal

Una persona acostada o parada sobre una colchoneta aplica la misma fuerza en ambos casos (su

peso). Sin embargo, la colchoneta se hunde ms cuando se concentra la fuerza sobre la pequea

superficie de los pies. El peso de la persona se reparte entre los puntos de la superficie de

contacto: cuanto menor sea esta superficie, ms fuerza corresponder a cada punto.

Se define la presin como el cociente entre el mdulo de la fuerza F ejercida

perpendicularmente en una superficie y el rea A de sta. Se define la frmula en la ecuacin 1.1:

P = F/A 1.1

En los fluidos se transmiten presiones, a diferencia de lo que ocurre en los slidos, que

transmiten fuerzas. Este comportamiento fue descubierto por el fsico francs Blaise Pascal

(1623-1662), quien estableci el siguiente principio: Un cambio de presin aplicado a un fluido

en reposo dentro de un recipiente, se transmite sin alteracin a travs de todo el fluido. Es igual

en todas las direcciones y acta mediante fuerzas perpendiculares a las paredes que lo

contienen

El principio propuesto por Pascal establece el fundamento del funcionamiento de las

genricamente llamadas mquinas hidrulicas: la prensa, el cilindro, el freno, el ascensor y la

gra, entre otras. [1]

4

1.2 Principio de Bernoulli

El principio de Bernoulli, tambin denominado ecuacin de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli,

describe el comportamiento de un fluido movindose a lo largo de una lnea de corriente. Fue

expuesto por Daniel Bernoulli (Hidrodinmica, Bernoulli, 1738) y expresa que en un fluido ideal

(sin viscosidad ni rozamiento) en rgimen de circulacin por un conducto cerrado, la energa que

posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energa de un fluido en

cualquier momento consta de tres componentes:

a) Cintica: es la energa debida a la velocidad que posee el fluido.

b) Potencial gravitacional: es la energa debida a la altitud de un fluido.

c) Energa de flujo: es la energa debida a la presin que posee el fluido.

La siguiente ecuacin conocida como "Ecuacin de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta

de estos mismos trminos,

1.2

donde:

- V = velocidad del fluido en la seccin considerada.

- g = aceleracin gravitatoria.

- z = altura en la direccin de la gravedad desde una cota de referencia.

- P = presin a lo largo de la lnea de corriente.

- = densidad del fluido.

Para aplicar la ecuacin se deben realizar los siguientes supuestos:

- Viscosidad (friccin interna) = 0. Es decir, se considera que la lnea de corriente sobre la cual

se aplica se encuentra en una zona no viscosa del fluido.

- Caudal constante.

- Fluido incompresible: es constante.

5

El principio de Bernoulli puede ser visto como otra forma de la ley de la conservacin de la

energa, es decir, en una lnea de corriente cada tipo de energa puede aumentar o disminuir en

virtud de la disminucin o el aumento de las otras dos. La ecuacin 1.2 tambin se puede

expresar de la manera descrita en la ecuacin 1.3:

1.3

As se puede concluir que la energa total que posee un fluido incompresible, no viscoso y con

caudal constante es la suma de la energa cintica, la energa de flujo y la energa potencial

gravitatoria por unidad de masa, y es constante a lo largo de su recorrido [2].

1.3 Sistema de Transmisin de Potencia Hidrulica (STPH)

Un lquido confinado es uno de los medios ms verstiles para modificar y controlar

movimientos y transmitir potencia, tal como lo establece el Principio de Bernoulli (ver seccin

1.2). Es tan resistente como el acero (ya que se puede aproximar como un fluido incompresible),

y adems infinitamente flexible. Cambia de forma para adaptarse al cuerpo que resiste su empuje.

Se puede dividir en partes, cada parte haciendo el trabajo a su medida, y puede ser reunido para

que trabaje en conjunto.

Hoy en da, las mquinas usan la hidrulica para activar implementos, sistemas de direccin,

transmisiones, controles pilotos, etc. En la figura 1.1 se muestran algunos equipos con sistema

hidrulicos. La necesidad de aumentar la productividad de las mquinas ha trado como resultado

el diseo y uso de sistemas de alta presin y mayor caudal con sistemas automticos de control y

de mando, que requieren un mnimo esfuerzo de operacin, resultando en mquinas de alta

confiabilidad y eficiencia.

La hidrulica es una de las formas ms verstiles y flexibles que ha empleado el hombre para

transmitir energa. Los sistemas hidrulicos convierten la energa de una forma a otra para

desempear labores tiles. En las mquinas se puede usar la potencia de un motor diesel o

gasolina para transformarla en potencia hidrulica. Por ejemplo, se usa la energa hidrulica para

elevar y descender el cucharn de un cargador o la hoja topadora de un tractor, tambin se usa

6

para inclinar hacia el frente o atrs y para accionar implementos que rotan, agarran, empujan,

jalan y desplazan cargas de un lugar a otro. Otra aplicacin importante es accionar los cilindros

de la direccin y el sistema de frenos de vehculos.

Figura 1.1 Sistemas de Transmisin de Potencia Hidrulica utilizados para: sistema de limpieza

de tuberas (foto izquierda) y retroexcavadora (derecha).

Los sistemas hidrulicos, as como otros sistemas de transmisin de potencia (mecnicos,

elctricos, neumticos) constan de una fuente con movimiento rotacional de velocidad constante

o variable, que proporciona un torque que es variable y dependiente de la demanda del sistema.

En el caso de estos sistemas, el objetivo se resume en mover una carga, sea lineal o rotacional,

que requiere una fuerza constante o variable a una velocidad determinada, que tambin puede ser

constante o variable [3].

1.4 Partes que conforman el STPH

Un sistema hidrulico se divide en las secciones principales que se pueden apreciar en la figura

1.2:

Figura 1.2 Etapas de un STPH [1]

Entrada Elementos de Control Salida

7

En las siguientes secciones se describen detalladamente las secciones del STPH.

1.4.1 Entrada

Se tiene un transductor de entrada, que en este caso es una bomba, que enva una cantidad

determinada de lquido, cuyo flujo puede ser constante o variar con el tiempo. La bomba

convierte la energa de la fuente en la energa que va a usar el sistema hidrulico para transmitir

la potencia. La bomba es accionada por un motor que le suministra una cantidad de energa que

depende de la carga.

1.4.1.1 Tanque de Aceite Hidrulico

Es el depsito de aceite para suministro del sistema hidrulico. Debe tener una capacidad

adecuada, generalmente debe ser mayor a la capacidad requerida por los actuadores hidrulicos

por un factor de seguridad establecido por el fabricante. Por lo general est sellado. Debe

mantenerse limpio y debe tener suficiente resistencia. Se disean para permitir el enfriamiento

del lquido, separar las partculas de aire atrapadas en el aceite y permitir el asentamiento de

partculas que ensucian el sistema. Existen desviadores o bafles (figura 1.3) que disipan la

turbulencia y permiten que el aceite baje a una temperatura adecuada antes de retornar al sistema.

El tubo de admisin (succin) de la bomba se encuentra en la parte baja del tanque, a una

distancia mnima de 5cm. sobre el fondo del tanque [6]. De esta forma se reducen las

posibilidades de cavitacin debidas a la falta de aceite y tambin se evita la admisin de

partculas que se depositan en el fondo, las cuales pueden ocasionar fallas en el sistema

hidrulico.

Figura 1.3 Tanque hidrulico y sus partes [4]

8

1.4.1.2 Bomba Hidrulica

El uso de la fuerza para activar implementos y la necesidad de incrementar la produccin ha

llevado a usar sistemas a mayor presin y bombas de mayor capacidad. En un sistema hidrulico

se usan las bombas de desplazamiento positivo como las de engranajes, paletas o de pistones. El

uso de stas depende principalmente del rango de presiones del sistema.

Bomba de engranajes

Este es uno de los tipos ms populares de bombas de caudal constante. En su forma ms

comn, se componen de dos piones dentados acoplados que dan vueltas, con un cierto juego,

dentro de un cuerpo estanco. El pin motriz esta enchavetado sobre el rbol de arrastre

accionando generalmente por un motor elctrico. Las tuberas de aspiracin y de salida van

conectadas cada una por un lado, sobre el cuerpo de la bomba. Generalmente manejan presiones

de trabajo de hasta 1000psi (6894,78kPa).

La figura 1.4 es un esquema de las partes internas de una bomba de engranajes. Se observan las

lneas de flujo desde la zona de baja presin a la salida de alta presin. El aceite fluye hacia el

espacio entre los flancos de los dientes y la pared de la carcasa. El aceite en las cmaras es

transportado hacia el lado de presin de la bomba. All los dientes engranan y el aceite es forzado

a salir desde el espacio entre dientes hacia el puerto de descarga de la bomba. El engrane entre

dientes evita que el aceite fluya del lado de presin al lado de succin de la bomba.

Figura 1.4 Esquema de una bomba de engranajes [4]

9

Bomba de paletas

La bomba de paletas es una bomba de desplazamiento positivo que consiste en paletas

montadas a un rotor que giran dentro de una cavidad circular de mayor tamao (ver figura 1.5).

Los centros de estos crculos no se encuentran en el mismo eje, causando excentricidad. Las

paletas deslizan hacia dentro y hacia afuera del rotor y sellan en todos su extremos, creando

cmaras de fluido que hacen el trabajo de bombeo. En el lado de la succin de la bomba, las

cmaras vacas incrementan su volumen y son llenas con fluido inyectado por la presin en la

succin. A menudo esta presin no es ms que la presin atmosfrica. En el lado de la descarga

de la bomba, las cmaras de aceite disminuyen su volumen, forzando al fluido fuera de la bomba.

La accin de las paletas lleva al desplazamiento del mismo volumen de fluido con cada rotacin.

Generalmente operan a presiones de trabajo de hasta 2000psi (13789,56kPa).

Figura 1.5 Esquema y partes de la bomba de paletas [4]

Bomba de pistn

Las bombas de pistn estn formadas por un conjunto de pequeos pistones que van subiendo y

bajando de forma alternativa de un modo parecido a los pistones de un motor a partir de un

movimiento rotativo del eje. Generalmente operan a presiones de trabajo de hasta 5000psi

(34473,90 kPa). Disponen de varios conjuntos pistn-cilindro de forma que mientras unos

pistones estn aspirando liquido, otros lo estn impulsando, consiguiendo as un flujo menos

pulsante; siendo ms continuo cuantos ms pistones haya en la bomba. El liquido pasa al interior

del cilindro en su carrera de aspiracin y posteriormente es expulsado en la carrera de descarga,

10

produciendo as el caudal. Segn la disposicin de los pistones con relacin al eje que los acciona

estas bombas pueden ser axiales, radiales (figura 1.6) o transversales [3].

Figura 1.6 Esquema de bomba de pistones axiales y bomba de pistones radiales [4]

1.4.1.3 Motor

En un sistema hidrulico la potencia til es producto del caudal y la presin, menos las

ineficiencias (prdidas). Cuando se selecciona un motor para una aplicacin hidrulica especfica,

las relaciones entre caudal, volumen de desplazamiento, velocidad, torque, presin, y la

influencia de las prdidas deben ser consideradas. La variable principalmente a considerar es la

presin mxima de trabajo, que depende principalmente de la aplicacin a la que vaya a ser

sometido el sistema hidrulico. La potencia hidrulica, esencial para la seleccin del motor se

calcula segn la ecuacin 1.4:

Poth= F v 1.4

Donde F es la fuerza ejercida sobre la superficie transversal del lquido y v la velocidad del

flujo. Al despejar la ecuacin 1.1 y sustituyendo en la ecuacin 1.4 se obtiene la siguiente

frmula:

Poth= P A v 1.5

BOMBA DE PISTONES AXIALES

11

Por ltimo, tomando en cuenta que el producto de la velocidad del lquido v por la superficie

transversal A da como resultado el caudal Q, se obtiene que:

Poth= P Q 1.6

Para obtener la potencia til, necesaria para seleccionar el par bomba-motor, se deben tomar en

cuenta las eficiencias de la bomba y el motor, esto se expresa en la ec. 1.7:

Potu = Poth / e 1.7

Donde Potu se refiere a la potencia til, Poth a la potencia hidrulica y e a la eficiencia de la par

bomba-motor. Adicionalmente, para darle confiabilidad al sistema, conviene multiplicar la

potencia til por un factor de seguridad , siendo su valor generalmente 1,25, obteniendo as la

potencia del motor Potm, expresada en la ecuacin 1.8:

Potm = Potu 1.8

Otros factores a considerar son el costo, el tamao y peso del componente, su vida til y

confiabilidad. Existen otros mtodos de seleccin que incluyen mtodos grficos y tablas,

dependiendo de lo que pueda estar incluido en los catlogos del fabricante del motor y la bomba.

1.4.2 Elementos de Control

Para poder aprovechar al mximo la energa de la fuente y adecuarse lo mejor posible a la

carga, es indispensable tener la posibilidad de controlar los niveles de energa del sistema y la

ruta de la energa dentro del sistema en cada momento del ciclo de la carga. Este control se hace a

travs de elementos que restringen o permiten el paso de la cantidad de lquido que circula en el

sistema, elementos que regulan las presiones mximas y otros elementos que llevan el aceite a un

punto u otro del sistema de acuerdo con el ciclo de carga.

12

1.4.2.1 Vlvula de control direccional

Las vlvulas de control del tipo de carrete son vlvulas deslizantes. Consiste en un carrete con

dos o ms bandas maquinadas que puede moverse dentro de una perforacin o cuerpo de vlvula.

El carrete se mueve hacia adelante y hacia atrs, permitiendo que el aceite fluya a travs de la

vlvula o impida su flujo (ver figura 1.7). El juego entre las bandas de la vlvula de carrete y la

perforacin en el cuerpo de la vlvula es sumamente pequeo. El ajuste de alta precisin de la

vlvula al cuerpo, necesario para impedir filtraciones a presin alta, requiere limpieza absoluta

para evitar desgastes prematuros. A fin de impedir distorsin del cuerpo de la vlvula y

atascamientos es necesario dar el torque correcto a todos los pernos al armar. [5]

Figura 1.7 Esquema de una vlvula direccional de 3 posiciones [4]

La figura 1.7 muestra Los modos de operacin de una vlvula de control direccional de carrete

desplazable de centro abierto. Cuando este tipo de vlvula est en la posicin neutral (visin A en

la figura 1.7), el flujo se desplaza por la vlvula a travs del puerto de presin (P) a travs del

carrete hueco, y retorna al depsito.

Cuando el carrete se mueve a la derecha de la posicin neutral (vista B en la figura 1.7) una

lnea de trabajo (C1) se alinea con la presin de sistema y la otra lnea de trabajo (C2) est abierta

13

a travs del carrete hueco al puerto de retorno. La vista C demuestra el movimiento de fluido a

travs de la vlvula con el carrete movido a la izquierda de la posicin neutral.

1.4.2.2 Vlvula de Bola

Las vlvulas de bola son vlvulas de parada que utilizan una bola para cortar o para iniciar un

flujo de lquido. La bola realiza la misma funcin que el disco en otras vlvulas. A medida que la

manija de la vlvula se da vuelta para abrir la vlvula, la bola gira a un punto donde el agujero a

travs de la bola est alineado en parte o del todo con la entrada y la salida del cuerpo de vlvula,

permitiendo que el lquido atraviese la vlvula (ver figura 1.8). Cuando se gira la bola de manera

que el agujero sea perpendicular a las aberturas de flujo del cuerpo de vlvula, el flujo de fluido

sea detendr. La mayora de las vlvulas de bola son el tipo de accin rpida. Requieren

solamente una vuelta de 90 grados para abrir o cerrar totalmente la vlvula.

Figura 1.8 Esquema de una vlvula de bola [4]

14

1.4.2.3 Vlvula de Aguja

Las vlvulas de aguja cumplen una funcin de regulacin de la presin de un sistema. Las

piezas mviles de esta vlvula consisten en el vstago de la vlvula, y la manivela de cierre. El

vstago tiene un punto afilado largo en su extremo (ver figura 1.9), cumpliendo ste la funcin

reguladora de presin. La forma cnica larga del elemento de la vlvula permite una superficie

mucho ms pequea de asiento, lo cual favorece su funcin. Las vlvulas de aguja se utilizan

para controlar el flujo en manmetros delicados, los que se pueden daar por repentinas

variaciones del lquido bajo presin. Las vlvulas de aguja son adems usadas para controlar el

extremo de un ciclo del trabajo, donde es deseable que el movimiento sea llevado lentamente a un

alto (o parada), y en otros puntos donde sean necesarios ajustes exactos de flujo y donde se desee

un pequeo rgimen.

Figura 1.9 Esquema de posiciones de una Vlvula de Aguja [4].

1.4.2.4 Vlvulas de descarga o reguladores de presin

Los reguladores de presin, designados a menudo como vlvulas de descarga, se utilizan en los

sistemas de potencia fluidos para regular la presin. En sistemas hidrulicos el regulador de

presin se utiliza para descargar la bomba y para mantener y regular la presin de sistema en

15

valores deseados. El esquema de esta vlvula se encuentra en la figura 1.10. Un regulador est

abierto cuando est dirigiendo el lquido bajo presin hacia el sistema (A). En la posicin cerrada

(B), el lquido en la parte del sistema ms all del regulador queda atrapado en la presin

deseada, y el lquido de la bomba se puentea en la lnea de retorno y vuelve al depsito. Para

prevenir la apertura y cierre constantes, el regulador se disea para abrirse en una presin algo

ms baja que la presin de cierre.

Figura 1.10 Esquema de un regulador de presin. [4]

1.4.3 Salida

Existe igualmente, un transductor de salida, que convierte la energa propia del sistema en la

energa que requiere la carga. Puede ser un actuador hidrulico lineal (cilindro hidrulico), que

genera una fuerza a una velocidad lineal o un actuador hidrulico rotacional (motor hidrulico)

que genera un torque a una velocidad angular. El medio de transmisin es el fluido (generalmente

aceite mineral) que se mueve a travs de tuberas de alta presin.

1.4.3.1 El cilindro hidrulico

Como uno de los actuadores por excelencia, el cilindro hidrulico es un dispositivo cuya

funcin principal es convertir la potencia que posee un fluido en potencia lineal. Tambin a este

16

tipo de actuadores se le conoce como motor recproco o lineal, debido a su movimiento hacia

adelante y atrs en lnea recta. La presin del fluido determina la fuerza de empuje del cilindro,

mientras el caudal establece la velocidad de desplazamiento del mismo.

En la figura 1.11 se describe el funcionamiento de un sistema hidrulico de direccin para

vehculos todo terreno. Las flechas indican el sentido del flujo de aceite. En este caso el vehculo

es dirigido en sus ruedas delanteras por el actuador hidrulico (cilindro). Esto permite mayor

fuerza de direccin en comparacin con sistemas de direccin mecnicos o elctricos.

Figura 1.11 Circuito estndar de un sistema de direccin hidrulica para vehculos todo terreno.

El cilindro est constituido por un mbolo o pistn que opera dentro de un tubo cilndrico (ver

figura 1.12). Los cilindros actuadores pueden ser instalados de manera que el cilindro est

anclado a una estructura inmvil y el mbolo o pistn se fija al mecanismo que se accionar, o el

pistn o mbolo se puede anclar a la estructura inmvil y el tubo cilndrico fijado al mecanismo

que se accionar. Un cilindro actuador en el cual el rea transversal del pistn es ms del doble

del rea transversal del elemento mvil (o vstago), se conoce como cilindro tipo pistn (como el

que se encuentra en la figura 1.12). Este tipo de cilindro se utiliza normalmente para aplicaciones

que requieran funciones tanto de empuje como de traccin.

17

1.5 Partes de un cilindro hidrulico

Figura 1.12 Partes de un cilindro hidrulico [4]

A continuacin se detallan las partes de un cilindro hidrulico.:

1.5.1 Camisa o barril cilndrico

Es principalmente un barril, cuyas paredes deben ser mecanizadas y rectificadas internamente.

1.5.2 Cabezales

Se encuentran fijados en los extremos de la camisa. Estos cabezales extremos contienen

generalmente los puertos fluidos. Un cabezal extremo del vstago contiene una perforacin para

que el vstago de pistn pase a travs del mismo, adems de tener sellos para prevenir fugas de

aceite en la interfaz cabezal-vstago.

1.5.3 Vstago

El vstago es una barra cilndrica, cromada de acero laminado en fro, que se acopla al pistn.

El vstago junto al pistn son los componentes que hacen el trabajo. Puede ser de montaje

18

roscado o soldado al pistn o, en algunos casos, forma parte del mecanizado de una barra que

posee en el extremo una seccin de mayor dimetro, siendo el pistn.

1.5.4 Pistn

El pistn es un cilindro que separa las dos partes del barril cilndrico internamente. El pistn se

suele mecanizar con ranuras para encajar juntas de elastmero o de metal. Estas juntas son a

menudo sellos tipo O o tipo U, que impiden que la presin de aceite hidrulico pase a travs

del pistn a la cmara del lado opuesto. Esta diferencia de presin entre los dos lados del pistn

hace que el cilindro pueda cumplir las funciones de empuje o traccin.

Los sellos del pistn varan en diseo y materiales de acuerdo con los requisitos de temperatura

y presin requeridos por el cilindro en servicio. En general, los sellos de elastmero hechos de

goma de nitrilo o de otros materiales son mejores en entornos con temperaturas ms bajas,

mientras que los sellos de Vitn son mejores para las temperaturas ms altas. Las mejores juntas

de alta temperatura son los anillos de pistn de hierro fundido.

1.5.5 Candado mecnico

Es un dispositivo que brinda seguridad al detener el cilindro en operacin. Su funcin es la de

evitar oscilaciones en los cilindros y las fugas de aceite a causa de estas por la accin de las

cargas dinmicas producidas en su operacin normal.

CAPTULO II

DESARROLLO DE LA INGENIERA DEL PROYECTO

2.1 Descripcin de la empresa

La sede principal de Petro Advance C.A. est ubicada en Caracas, Venezuela. Cuenta con

sucursales en Punto Fijo, Edo. Falcn; Barcelona, Edo. Anzotegui, El Palito, Estado Carabobo y

en Temblador, Edo. Monagas.

La Junta Directiva de Petro Advance C.A. est constituida por: Presidente, Director Gerente,

Director Administrativo, Director Comercial y Comisario. Operacionalmente, la organizacin

est constituida por: Director Gerente, Sub-Gerente General, Gerente de Operaciones, Gerente de

Negocios Petroleros, Gerente de Negocios no Petroleros, Gerente Tcnico, Gerente de Sucursal,

las Jefaturas de Administracin, Talleres de Mantenimiento, Servicios Generales y Seguridad

Industrial. En la figura 2.1 se aprecia el esquema organizacional de la Empresa.

La Gerencia Tcnica, en estricto apego a los estndares de calidad internacionalmente

reconocidos y a los requerimientos de calidad de sus clientes externos e internos, es responsable

del control de la calidad de los bienes y servicios producidos por la empresa. En los procesos

administrativos asegura el cumplimiento de los procedimientos de trabajo aprobados, a travs de

auditoras tcnicas realizadas frecuentemente a los diferentes departamentos de la organizacin,

bajo los lineamientos y pautas de la Norma COVENIN ISO 9001:2000. La empresa est

certificada para utilizar la Norma Internacional de la American Society of Mechanical Engineers

(A.S.M.E.) en la construccin de recipiente a presin bajo los estampes U, R y PP. La

organizacin de la Gerencia Tcnica est constituida por el Gerente, Analista de Documentos,

inspectores y controladores de calidad.

20

Figura 2.1 Organigrama de Petro Advance C.A.

2.2 Antecedentes de Petro Advance C.A.

La empresa fue fundada el 9 de junio de 1997 por los Sres. Moiss Feldman Mandel y Salomn

Galsky Yacher, con el objeto de prestar servicios tcnicos de mantenimiento de equipos a

industrias de cualquier tipo. Particularmente en el rea de intercambiadores de calor de la

industria petrolera y afines; sin perjuicio de poder dedicarse a cualquier actividad de lcito

comercio.

En los primeros aos de funcionamiento, la empresa realiz inversiones para la adquisicin de

tecnologa de punta relacionadas con el mantenimiento de intercambiadores de calor,

convirtindose en empresa lder nacional en el mantenimiento de estos equipos. En atencin a las

Aprobada por Director Gerente: Patricio Dellepiani

21

tendencias del mercado y a las necesidades de su principal cliente (PDVSA), la empresa

actualmente tiene capacidades tecnolgicas para la construccin de instalaciones industriales y el

mantenimiento correctivo y preventivo de equipos estticos (hornos, calderas, intercambiadores

de calor, tambores, tanques de almacenamiento y de presin, torres de destilacin, reactores) de

unidades de proceso.

Petro Advance, C.A. ha aumentado su capacidad financiera y tecnolgica en estos ltimos aos.

Su capacidad de trabajo supera el milln de horas-hombre por ao. Aunado a la ejecucin de

trabajos de mantenimiento general, ha capitalizado la especializacin en las reas de tecnologa

del agua a alta presin (corte de metales, limpieza de superficies y limpieza interna de tuberas) y

el rectificado de bridas en campo.

2.3 Diagnstico de la situacin actual de los talleres de Petro Advance C.A.

Durante la primera semana de trabajo, se realiz la visita y reconocimiento de las distintas reas

que conforman la Empresa. Esto permiti hacer el diagnstico de las actividades, procedimientos,

estado de las instalaciones y de todos los procesos que intervienen en la calidad, determinando

los factores claves a considerar para la posterior elaboracin del proyecto.

Este diagnstico se realiz a travs de los siguientes pasos:

a) Entrevistas individuales con parte del personal de los diferentes departamentos de la Empresa,

como parte de su programa de induccin.

b) Conocimiento de la poltica de seguridad de la empresa, con especial hincapi en las medidas

de seguridad en el rea de trabajo.

c) Recorrido por conjunto de los talleres de la Empresa. Tambin se identificaron los sistemas

mecnicos, equipos y maquinarias propiedad de la empresa, con la finalidad de hacer un

chequeo inicial de cada uno de estos y determinar la factibilidad del proyecto.

d) Anlisis y valoracin de necesidades para el proyecto, en base a la visita hecha al taller.

22

e) Planificacin de actividades y estrategias a realizar para el desarrollo del proyecto.

En el desarrollo de este esquema de trabajo, se analiz la metodologa de trabajo para la

instalacin y prueba de cilindros hidrulicos en las gras y montacargas del taller. Se analizaron

las ventajas y desventajas de este mtodo. Los cilindros hidrulicos utilizados y reparados en la

Empresa tienen las siguientes aplicaciones:

a) Gras: Cilindro de extensin del boom, cilindros de levante del boom, Cilindros

estabilizadores de la gra (ver figura 2.2).

b) Montacargas: Cilindro de simple accin de levantamiento de carga, cilindros de estabilizacin

de carga, cilindros de direccin.

c) Retro excavadoras: Cilindros del brazo principal, otros cilindros de extensin.

Figura 2.2 Taller de Petro Advance C.A. Punto Fijo, Edo. Falcn

En la tabla 2.1 se listan los equipos del taller de Petro Advance C.A. que poseen sistemas

hidrulicos fundamentales para su funcionamiento. Por la cantidad y utilidad de estos equipos en

los servicios prestados por la empresa, se evidencia la importancia de la buena operacin de estos

23

sistemas, as como de un eficaz plan de mantenimiento de estos equipos. Estos equipos listados

son los que se beneficiarn con la elaboracin de este proyecto.

Tabla 2.1 Lista de equipos con sistemas hidrulicos en los talleres de Petro Advance, C.A.

DESCRIPCION CAPACIDAD CODIGO MODELO MARCA

BRAZO HIDRULICO CON V-0069 7,2 TON BH-001 PK-22000 PALGINGER

BRAZO HIDRULICO CON V-0072 4,3 TON BH-002 PK-17000 PALGINGER

BRAZO HIDRULICO CON V-0076 6,5 TON BH-003 PK-23080 PALGINGER

BRAZO HIDRULICO 4 TON BH-004 965 MIAB

BRAZO HIDRULICO 4 TON BH-005 965 MIAB

EXTRACTOR DE HACES TUBULARES

EXTRAC-001

EXTRACTOR DE HACES TUBULARES

EXTRAC-002

GRA SOBRE RUEDAS 10 TON G-001 IND36 GROVE

GRA TODO TERRENO 05 TON G-002 3330-R CASE

GRA SOBRE RUEDAS 18 TON G-003 RT-518 GROVE

GRA TODO TERRENO 18 TON G-004 SO 808700 P Y H

GRA TODO TERRENO 35 TON G-005 W350 P Y H

GRA SOBRE RUEDAS 50 TON G-006 GA-45/31/S LUNA

GRA TODO TERRENO 18 TON G-007 R-180 P Y H

GRA SOBRE RUEDAS 35 TON G-008 W350 P Y H

GRA SOBRE CAMION 90 TON G-009 90 TON P Y H

GRA TODO TERRENO 18 TON G-010 18 TON P Y H

GRA TODO TERRENO 45 TON G-011 RT-745 GROVE

GRA TODO TERRENO 45 TON G-012 RT-745 P Y H

GRA TODO TERRENO 45 TON G-013 RT-745 P Y H

GRA SOBRE RUEDAS 8 TON G-014 YB-4408 GROVE

MONTACARGA TIPO CABALLO 50,000 LBS MC-001 72110 CLARK

MONTACARGA STRADDLE CARRIER 25 TON MC-002 506076 CLARK

MONTACARGA STRADDLE CARRIER 10 TON MC-003 H200ES HYSTER

MONTACARGA 3 TON MC-004 195AD HYSTER

MONTACARGA 8 TON MC-005 H300A HYSTER

MONTACARGA 3,5 TON MC-006 DI 35 FIAT

MONTACARGA 3 TON MC-007 FD-25 KOMATSU

MONTACARGA 8000 LBS MC-008 DV80DH BALKANCAR

MONTACARGA 3,5 TON MC-009 DI-35 FIAT

MONTACARGA 4 TON MC-010 DI 40 FIAT

MONTACARGA 6,5 TON MC-011 DI-65 FIAT

MONTACARGA 4,5 TON MC-012 DI 50 FIAT

MONTACARGA 4,2 TON MC-013 02-6FDU40 TOYOTA

MINISHOVEL 0,5 MT3 MNS-001 BOBCAT

863 INGERSOLL-RAND

RETROEXCAVADORA

RE-001

JOHN DEERE

ROTARY HOSE DEVICE

RHD-001

ROTARY HOSE DEVICE

RHD-002

24

El procedimiento de prueba de cilindros hidrulicos reparados, que hasta la fecha se ha

utilizado en el taller se describe en la figura 2.3:

Figura 2.3 Diagrama de flujo del proceso de prueba de cilindros hidrulicos en taller de Petro

Advance C.A.

Como se aprecia en la figura 2.3, este proceso implica una serie de pasos que requieren de

tiempos prolongados para lograr la deteccin de fallas en el sistema. La figura 2.4 muestra la

prueba del cilindro del brazo principal de una gra marca P&H, de 90 toneladas de capacidad.

Llegada de cilindro reparado (fig. 2.8)

Se instala el cilindro en la gra,

montacargas o excavadora, se

colocan mangueras

El equipo est apto para operar

Se fuga el aceite del cilindro?

Se chequea aceite, se prende equipo, se

extiende y retrae el cilindro para expulsar

aire

PRUEBA: Se extiende el cilindro por un

tiempo (mnimo un da) para determinar

fallas

Se manda a reparar el candado

Se manda a reparar la vlvula o se

reemplaza por una apta

Se mantiene extendido el cilindro?

El candado mecnico soporta la carga?

Funciona la vlvula de seguridad?

No es posible detectar las fallas con este mtodo de prueba, se enva

cilindro a un taller especializado.

Se desmonta el equipo de izamiento, y se manda a reparar

el cilindro

Se iza el cilindro y se traslada al sitio de

montaje

NO

NO NO

NO

SI SI

SI

SI

25

Figura 2.4 Gra marca P&H de 90 toneladas de capacidad en proceso de prueba en taller de Petro

Advance C.A. Se resalta en rojo el par de cilindros de levantamiento del boom (brazo de la gra).

Otros datos adicionales con respecto a la prueba estn expresados en la tabla 2.2.

Tabla 2.2 Datos adicionales del proceso de prueba de cilindros en taller de Petro Advance C.A.

En el caso de presentarse fallas, la prueba del sistema hidrulico puede prolongarse hasta 3

das, dependiendo de las veces que tenga que repetirse el procedimiento, y del tiempo de

reparacin de las piezas defectuosas.

Personal requerido para la prueba 4 (Un operador, dos ayudantes, un mecnico)

Tiempo de ejecucin horas aprox. [horas]

Montaje de cilindro 4

Prueba 24

Desmontaje de cilindro 2

Tiempo mnimo total para una prueba (el sistema no presenta desperfectos)

30

Cilindro de

levantamiento del boom

26

Con base a los datos obtenidos y al anlisis del proceso, se concluy que es necesario

implementar una nueva metodologa que permita agilizar el proceso de prueba de los cilindros

hidrulicos. As, se buscar disminuir los tiempos de diagnstico de fallas, as como la cantidad

de operadores en la prueba y disminuir los tiempos de entrega.

La metodologa propuesta en este trabajo se describe en la figura 2.5. A simple vista se aprecia

la menor cantidad de operaciones involucradas en el proceso. Se reducen considerablemente los

tiempos de prueba. Adems, la prueba garantiza que el cilindro montado en el equipo de

izamiento no tiene que ser desmontado por alguna falla, ya que sta pudo ser previamente

detectada. Para la prueba slo se necesitan tres operadores (un mecnico, un ayudante, y un

operador), permitiendo as la disminucin de horas-hombre.

Figura 2.5 Diagrama de flujo del proceso de prueba propuesto.

SI

NO

Llegada de cilindro reparado

Se monta en el equipo de izamiento y se prueban los otros componentes del

sistema

Se chequea nivel de aceite en tanque, se prende STPH, el cilindro se

extiende y retrae para expulsar aire

PRUEBA: Se extiende el cilindro por un tiempo

para determinar fugas de aceite en tapas, sellos, conexiones,

empacaduras.

Se manda a reparar el cilindro (Cambio de sellos, reparacin de

tapas, conexiones etc.)

Se iza el cilindro, se traslada a sitio de montaje

Se detectan fugas de aceite o salidas forzadas del eje?

Se instala en banco de pruebas: Se asegura en el asiento; se colocan

mangueras

27

2.4 Ingeniera Conceptual y Bsica

Despus de plantear las necesidades del proyecto, se definieron de manera preliminar los datos

de entrada para el diseo, adaptados a los requerimientos de la Compaa y a los recursos

existentes.

2.4.1 Principio de funcionamiento del banco de pruebas

El Banco de pruebas de cilindros hidrulicos constar de las partes siguientes:

a) Unidad de Potencia Hidrulica (UPH): Cumple la funcin de ser el sistema de transmisin

de aceite al cilindro hidrulico a probar. Consta de un tanque de aceite hidrulico, un motor diesel

con una bomba acoplada, vlvula direccional y todas las conexiones necesarias para su operacin

(vlvulas, acoplamientos, mangueras, etc.).

b) Triler: Su funcin es soportar y desplazar la UPH.

c) Bancada: Funciona como asiento para el cilindro hidrulico. Su diseo debe ser tal que al

momento de la prueba se pueda visualizar todo el cilindro, para agilizar la deteccin de fallas.

El banco de pruebas de cilindros hidrulicos tiene como objetivo fundamental, verificar el

funcionamiento del equipo. Tambin admite la correccin en vivo de fugas de aceite que se

presenten en los cilindros hidrulicos, comprobando la hermeticidad en las tapas, conexiones y

sellos. La UPH, como parte aislada del banco de pruebas, tendr otras aplicaciones que son de

gran importancia para la Compaa. Se podr usar como sistema de apoyo en casos de parada

controlada de gras por fallas en su sistema hidrulico interno, entre otras.

2.4.2 Diagrama de Tuberas e Instrumentacin (P&ID)

Dada la importancia de la UPH, y de la cantidad de equipos que la conforman, se procedi a

construir el diagrama de tuberas e instrumentacin (P&ID Piping & Instrumentation

Diagram), para as comenzar la bsqueda de equipos necesarios en el taller segn los

requerimientos del sistema.

28

Figura 2.6 Diagrama P&ID de la UPH

La figura 2.6 describe el funcionamiento de la UPH. Las flechas indican la direccin del flujo.

Se aprecian los componentes principales: la Bomba-Motor, un cuerpo de vlvulas que contiene la

vlvula direccional de Cuatro va y tres posiciones o comandos, la vlvula de seguridad y el

tanque de aceite hidrulico. Tambin estn indicados los dimetros de las mangueras y la

cantidad de vlvulas, manmetros a utilizar y otros accesorios (filtro, medidor de nivel, etc.).

El aceite sale del tanque a un caudal de 8gpm. (0,0005 m3/s) hacia la vlvula direccional. La

potencia es transmitida por una bomba hidrulica accionada por un motor diesel. Se design una

mxima presin de trabajo de la unidad de 1500psi (10342,17kPa), por recomendaciones del

personal tcnico del taller, basado en la prueba actual de cilindros.

Antes de la vlvula direccional se ha incluido una vlvula de aguja A que regula el flujo del

sistema y controla la velocidad de salida del vstago del cilindro a probar. La bomba posee

internamente una vlvula de alivio de presin, que al llegar a una presin de 1650psi permite el

29

paso de aceite, retornando al tanque. Se coloca el manmetro 3 para monitorear la presin en la

lnea de alivio.

La presin de trabajo del sistema se indica en el manmetro 1 de la figura 2.6. Cabe resaltar que

la presin es regulada, por la vlvula de alivio de la bomba, y segn la carga que se le aplique al

sistema debido al peso del cilindro y al tiempo de apertura de la vlvula direccional en la fase de

extensin y compresin.

La vlvula direccional posee tres comandos:

a) Posicin neutra: El flujo retorna al tanque.

b) Flujo recto: El vstago se retrae hacia adentro del cilindro.

c) Flujo cruzado: El vstago sale del cilindro.

Las salidas de la vlvula direccional hacia el cilindro estn conformadas por conectores rpidos

a los cuales se le colocan mangueras. Una de las salidas posee el manmetro 2 (vase fig. 2.5)

para medir la presin de salida. Esto es fundamental en la prueba ya que esto es lo que permite

detectar si hay fugas o algn desperfecto en el cilindro, siendo una de las maneras de detectar

fallas el comparar la presin de salida hacia el cilindro con la presin de trabajo designada por el

operador. En las salidas de la vlvula direccional se encuentran reguladores de presin que

cumplen la funcin de cerrar el paso de aceite cuando el cilindro no acta. Esto para prevenir

oscilaciones en el pistn del cilindro, producto de las presiones a las cuales est sometido.

2.4.3 Bsqueda y seleccin de equipos y partes de la UPH

Para la construccin del banco de pruebas, se recibi una sugerencia por parte de la empresa, de

utilizar equipos recuperados del taller. Gracias a esto, se hallaron dos de los equipos principales

necesarios para el proyecto. En la figura 2.6 se aprecia la bomba modelo EATON Vickers V210

y el cuerpo de vlvulas marca Hydraulic Industries Inc., ambos recuperados de una gra no

operativa, adems de un filtro con vlvula de alivio marca EATON Vickers.

30

Figura 2.7 EATON Vickers Vane Pump V210 y cuerpo de vlvulas Hydraulic Industries Inc.

2.4.4 Determinacin preliminar de las condiciones de operacin y dimensiones de los

equipos principales del proceso.

Debido a la gran variedad de aplicaciones en la que estn involucrados los cilindros hidrulicos

y a sus diferentes tamaos, se hace necesario establecer parmetros que establezcan rangos de

operacin del banco de pruebas. La dimensin de los equipos principales se realiz en base al

requerimiento de los cilindros hidrulicos existentes en el taller, a los equipos seleccionados a

recuperar (ver seccin 2.2.3) y a lo especificado en el Diagrama de Tuberas e Instrumentacin

(P&ID).

Uno de los equipos de mayor importancia debido a su capacidad de carga es la gra P&H de 90

toneladas de capacidad de carga (ver Figura 2.2). Para el inicio de este proyecto, era la gra de

mayor capacidad entre los equipos de izamiento de la Compaa.

Resulta til para el proyecto calcular la presin de uno de los cilindros hidrulicos que levanta

el brazo de la gra en su carga mxima. La presin se calcula segn la Ec. 2.1:

P = Fx/A 2.1

31

Donde P se refiere a la presin, Fx a la carga axial que soporta el cilindro y A su superficie

transversal. En base a esta frmula, se realiz el clculo de la presin mxima del cilindro

hidrulico del brazo principal de la gra, bajo los siguientes parmetros:

a) Radio del cilindro = 6 in.

b) Fuerza de izamiento = aprox. 90000kgf= 198,4klbf

c) ngulo de izamiento con respecto a la vertical = 30 (ya que es el ngulo que se utiliza para

las pruebas de gras del taller.

d) Se desprecian fuerzas de corte y momentos flectores. Slo se toma en cuenta la carga axial.

La estructura rgida de las gras garantiza, mientras se cumplan sus lmites de

funcionamiento, que los cilindros recibirn principalmente carga axial.

Figura 2.8 Cilindro hidrulico de brazo gra P&H de 90 ton.

Estos parmetros permiten simplificar el clculo, ya que ahora se puede obtener las fuerzas

axiales Fx para un punto N ubicado en el centro del pasador de cualquiera de los dos extremos del

cilindro. La figura 2.9 muestra el DCL del punto N.

Figura 2.9 Diagrama de cuerpo libre para obtener carga axial del cilindro de 90 toneladas.

X 30

N

198,4klbf

Fx

Cilindro

Fy

32

La ecuacin de Newton se resuelve de esta manera para el eje axial X:

198,4klbf * cos 30 - Fx = 0 2.2

Por lo cual Fx = 171,8klbf. Tomando en cuenta que el rea transversal es circular, y utilizando

la ecuacin 2.1 se obtiene el siguiente resultado:

P = (171,8klbf)/( x 6 in2) = 1519psi

Aunque el caso modelado no es el caso ms crtico, este clculo estima el orden de magnitud de

las presiones reales dentro de los cilindros, si slo se toman en cuenta las cargas estticas. En la

tabla 2.3 se especifican las condiciones de operacin con las cuales se disear y fabricar la

UPH para los fines de este proyecto. Se ha decidido probar los cilindros hasta 1500psi, en primer

lugar, debido a las limitaciones de potencia en la bomba recuperada, y en segundo lugar, porque

el valor tiene el mismo orden de magnitud de las presiones que efectivamente se generan dentro

de los cilindros para las pruebas estticas que se realizan en los talleres de Petro Advance C.A..

Adems, es evidente que si un cilindro presenta fugas a 1500psi, debe de ser reparado de

inmediato.

Tabla 2.3 Condiciones de operacin definidas para la UPH

2.4.4.1 Bomba y Motor En base a la bsqueda y seleccin de equipos recuperados, se determinaron las caractersticas

preliminares del motor a utilizar. La potencia del motor se puede estimar segn lo explicado en la

seccin 1.4.1.3. En el manual de instrucciones de la bomba se encuentran las especificaciones de

Presin de trabajo [psi] (bar) 600-1500 (55,16-103,42)

Presin mxima permitida [psi] (bar) 1500(103,42)

Caudal [gpm] (m3/s) 8 (0,0005)

Capacidad mnima tanque de aceite [l] 125

33

la bomba recuperada marca EATON Vickers V210. Como resultado a este anlisis se

obtuvieron las siguientes especificaciones tcnicas en la tabla 2.4:

Tabla 2.4 Especificaciones tcnicas de la Bomba EATON Vickers V210 [7]

Esta tabla muestra que la bomba efectivamente puede trabajar en las condiciones de operacin

deseadas del sistema, ya que operar a presiones de hasta 1500psi. El motor debe cumplir, como

mnimo, con los requerimientos de velocidad de operacin y potencia de la bomba, para as lograr

el caudal y las presiones de trabajo establecidas en las condiciones de operacin de la UPH.

Tomando en cuenta lo establecido en las condiciones de operacin y utilizando la ecuacin 1.6,

se tiene que:

Poth= P Q 0,000583 2.3

Donde:

- P =1500psi.

- Q = 8gpm.

- 0,000583 es el factor de conversin para obtener resultado en unidades de hp.

Sustituyendo en la ecuacin 2.3 se tiene el siguiente resultado

Poth= 1500psi 8gpm 0,000583 = 7hp.

Equipo Bomba Hidrulica

Tipo de Equipo Bomba de Paletas

Fabricante EATON Vickers

Modelo V210

Cdigo Modelo V210-8-1C-F8-12

Velocidad Mxima [rpm] 1800

Potencia Mx. Requerida @ Velocidad Mxima[kW] (HP)

8 (10,73)

Mximo Desplazamiento Geomtrico [cm3/rev] (in3/rev)

45 (2.8)

Mxima Presin bar [psi] @ 8 gpm

105 (1500)

34

Tomando en cuenta que la eficiencia total e de la bomba de paletas est alrededor de un 85%

para presiones cercanas a 1500psi [8], se obtiene la potencia til, segn la ecuacin 1.7:

Potu = 7hp / 0,85 = 8,24hp

La potencia del motor se calcula a partir de la ecuacin 1.8, usando un factor de seguridad

igual a 1,25, se obtiene el siguiente resultado:

Potm = 1,25 8,24hp = 10,29hp

2.4.4.2 Tanque

Por la gran cantidad de equipos de izamiento en el taller, se hace necesario dimensionar el

tanque tomando en cuenta los siguientes factores en (orden de importancia):

a) Portabilidad a causa del peso del tanque: El volumen del tanque debe permitir que la UPH

sea transportada por una persona. Una capacidad mayor a 150 litros (0,15 m3) dificulta su

transporte debido a la existencia de otros equipos en la unidad (el tanque lleno tendra un peso

aproximado de 200 kg), adems que su tamao debe ser menor al triler, ya que va a ser

desplazado por ste.

b) Volumen de los cilindros de mayor longitud: Para lograr un mayor rango de pruebas y la

versatilidad de la UPH, mientras mayor sea el volumen del tanque, se podrn probar cilindros de

mayor longitud y dimetro.

c) Forma: El tanque debe poseer una forma acorde al arreglo ms idneo de la UPH, que

permita un sistema hidrulico compacto, donde las conexiones con los otros equipos queden lo

ms cerca posible. Una forma cbica permite un arreglo vertical de los componentes principales

del sistema hidrulico (bomba y motor anclados a la parte superior del tanque).

La capacidad del tanque ser de 125 litros de capacidad (ver tabla 2.3). Esto se decidi en base

al tamao de uno de los cilindros hidrulicos existentes en el taller para una gra telescpica

(marca P&H) de 90 toneladas de capacidad de carga.

35

2.4.5 Lista preliminar de vlvulas, conexiones, instrumentos.

En las siguientes secciones se listan los accesorios que formarn parte del banco de pruebas.

2.4.5.1. Vlvulas

En la tabla 2.5 se listan las vlvulas a adquirir para la elaboracin de la UPH.

Tabla 2.5 Lista preliminar de vlvulas

Tipo Dimetro [in] Rango permitido de

presin [psi] Cantidad

Bola 1 0-150 2

Aguja 0-3000 1

2.4.5.2 Manmetros

Se utilizarn 3 manmetros en el proyecto. Estos sern de glicerina, rosca NPT de 1/4, con

rangos de lectura de 0-5000psi. El uso de glicerina en los manmetros atena las posibles

oscilaciones de la aguja indicadora. Estas oscilaciones se deben a posibles variaciones de la

presin dentro del sistema hidrulico.

2.4.5.3 Conexiones y mangueras

En las tablas 2.6 y 2.7 se listan las conexiones y mangueras a utilizar en la construccin de la

UPH. Con respecto a la clase de las conexiones, el nmero que define la clase se refiere a la

presin (en psi) para la cual fue construida la conexin. Las mangueras se seleccionaron segn la

presin mxima de trabajo y la disponibilidad de los proveedores.

36

Tabla 2.6 Lista preliminar de conexiones.

Tipo Rosca Dimetro [in] Clase Cantidad

Anillo NPT Hembra 3000 2

Codo NPT Hembra 1 3000 1

Codo NPT Hembra 3000 2

Anillo NPT Macho 1 3000 1

T NPT Hembra 3000 4

Tapa NPT Hembra 2 N/A 1

Tabla 2.7 Lista preliminar de mangueras

2.4.6 Estimacin de costos

En la tabla 2.8 est la estimacin de costos del proyecto. Se hizo con base en las cotizaciones

recibidas previamente de diferentes proveedores (ferreteras, importadoras, internet, etc.)

Tabla 2.8 Estimacin de Costos y Ahorro por recuperacin de equipos

Equipos Costo del Mercado

[BsF.] Ahorro por recuperacin [BsF.]

Motor 2.415,33

Bomba Vickers 20V 1.400,00 1.400,00

Cuerpo de Vlvulas Hydraulic Industries, Inc. 503021B

350,00 350,00

Vlvulas 564

Mangueras 600,00

Filtros 140,00

Tubos y Lminas 1.200,00

Manmetros 1.800,00

Otros Accesorios 300,00 180,00

Totales 8.769,33 1.930,00

Tipo de Manguera (serie SAE) Dimetro [in] Presin mxima [psi] Distancia [m]

100R2 3/4 3100 9

100R4 1 150 1

37

Como se puede apreciar en la tabla 2.8, gracias a la recuperacin de algunos equipos (bomba,

cuerpo de vlvulas, otros accesorios), se logra un ahorro de 22% en el costo total del proyecto.

2.5 Ingeniera de Detalles

Una vez realizado el diseo conceptual y bsico del proyecto, se procedi, previa aprobacin de

la Gerencia Tcnica, a realizar el diseo detallado de la UPH y su triler. Los detalles se realizan

en base a la revisin de la ingeniera bsica, a fin de adecuar y actualizar el proyecto a las

observaciones expresadas por la Directiva.

2.5.1 Planos de estructura de la UPH

En el Apndice A se pueden observar los planos estructurales del tanque, triler y soporte del

motor de la UPH. Las vistas de los planos estn organizadas segn la norma ISO-E. Tambin se

pueden apreciar el panel de control de la UPH y el acople bomba-motor.

En los planos se especifican los materiales a usar, peso, y los procedimientos de soldadura y de

pintura, siendo los ltimos implementados segn la norma PDVSA [7]. Se utiliz el programa de

diseo asistido por computadora AutoCAD 2006.

Por retrasos en la adquisicin del motor y la necesidad de agilizar la realizacin del proyecto, se

resolvi, con la directiva de la Compaa, que el diseo y la construccin del acople bomba-

motor se realizara en un taller especializado (MECALARIZ, C.A.).

2.5.2 Especificaciones de equipos, materiales, obras y rdenes de compra

En las siguientes secciones se describen las especificaciones del motor diesel (tabla 2.9),

informacin acerca de los materiales de construccin del tanque y del triler (tabla 2.10), as

como las rdenes de compra emitidas para la procura de los mismos.

38

2.5.2.1 Motor

Tabla 2.9 Especificaciones del motor diesel

2.5.2.2 Bomba

Las especificaciones de la bomba se encuentran en la tabla 2.3. Se listan los parmetros

importantes de su funcionamiento.

2.5.2.3 Tanque y triler

En el apndice A se encuentran los planos estructurales del tanque y triler, los cuales poseen

informacin adicional de los materiales con que fueron construidos, las conexiones utilizadas en

la construccin del tanque y otros datos adicionales.

Marca Toyama

Modelo T100FS

Tipo Mono-cilndrico, 4 tiempos, inyeccin directa de combustible (Diesel)

Refrigeracin Refrigerado por aire

Dimetro x Carrera [mm] 86 x 70

Cilindrada [L] 0.406

Rotacin nominal [rpm] 3000 3800

Potencia Nominal [KW] (HP) 5,7 (7,7) 8 (10,73)

Velocidad media del pistn [m/s] 7.0 8.4

Presin Efectiva Media[kPa] (kgf/cm3) 561,6 (5.73) 543,5 (5.55)

Relacin del consumo de combustible [g/kW.h] (g/HP.h)

39

2.5.2.4 Especificacin de materiales y rdenes de compra

Tabla 2.10 Especificacin de materiales

Material Cantidad Dimensiones Unidad de Medida

Tubo redondos de acero al carbono de 1 de

dimetro

3 6 Metros

Ruedas locas de 8 de dimetro

2 N/A N/A

Ruedas fijas de 8de dimetro

2 N/A N/A

Lmina de Acero estructural estriadas de

5mm de espesor

1 1,20 x 2,40 Metros

Lmina de Acero estructural lisa de 3mm

de espesor

1 1,00 x 2,00 Metros

Las rdenes de compra de estos equipos y materiales se encuentran en el apndice C.

CAPTULO III

PROCURA, CONSTRUCCIN Y PUESTA EN MARCHA

3.1 Mantenimiento mayor de equipos recuperados

En las siguientes secciones se describe el mantenimiento realizado a los equipos recuperados

(ver seccin 2.4.3).

3.1.1 Bomba

En la figura 3.1 se puede visualizar el resultado final del mantenimiento a la bomba. Se

procedi a recuperar la bomba a travs de las siguientes acciones:

a) Cambio de Sellos: La bomba est equipada con o-rings (aros-sellos). Se procedi a realizar el

cambio de stos para garantizar la hermeticidad de las tapas que rodean al impulsor, evitando

fugas y depsito de materia no deseada en la bomba.

b) Limpieza y lubricado: Se limpiaron las partes de la bomba a travs de inyeccin de gasoil

con aire comprimido. Luego se lubricaron para su posterior armado y pintado.

Figura 3.1 Bomba EATON Vickers recuperada.

41

3.1.2 Cuerpo de vlvulas

A pesar que el cuerpo de vlvulas posee dos vlvulas diferentes, el mantenimiento aplicable a la

vlvula direccional y al regulador de presin (vlvula de descarga) es similar:

a) Desarme y lijado: Los cilindros de las vlvulas son lijados para remover las rayas debidas al

funcionamiento prolongado del equipo. Si se dejan estas rayas, se pueden presentar pequeas

fugas que producen variaciones irregulares de la presin de trabajo del sistema. Para esta

limpieza, se usa una lija nmero 600, para garantizar un buen acabado.

b) Cambio de Sellos: Cambio de aros-sellos en las caras que unen las vlvulas.

c) Limpieza y lubricado: Se limpi la carcasa del cuerpo de vlvulas con inyeccin de gasoil con

aire comprimido, y se lubricaron las partes internas (vlvulas, resortes) para su posterior

armado y pintado.

Figura 3.2 Cuerpo de vlvulas recuperado

3.2 Construccin y ensamblaje del la UPH

Para la construccin del tanque y el triler de la UPH, se llevaron a cabo los procesos de

fabricacin presentes en la figura 3.3:

42

Doblado de Tubos y Lminas Cepillado

Soldadura Ensamblado inicial

Figura 3.3 Procesos iniciales de fabricacin de la UPH

Los doblados se realizaron de acuerdo a lo especificado en los planos. Se remueven las

partculas de xido presentes en las lminas de acero, especialmente en las superficies que

llevarn soldadura, para garantizar que las partes soldadas no se fragilicen o tengan un mal

acabado. Los procedimientos de soldadura se encuentran en el apndice B. Estos forman parte de

la norma establecida por la Compaa.

43

3.2.1 Especificaciones de pintura

Para la pintura de la UPH, se utiliz la norma PDVSA [9]. Esto debido a la necesidad que tiene

la Compaa de utilizar el equipo en las instalaciones de su cliente principal: Petrleos de

Venezuela S.A. (PDVSA). Se utiliz la especificacin 1B, descrita en la tabla 3.1. Otras

observaciones de esta especificacin se encuentran en la tabla 3.2. Para complementar la

informacin dada en las tablas anteriores, se muestra el proceso de pintura en la figura 3.4.

Tabla 3.1 Especificacin de pintura 1B PDVSA.[9]

MANO

PINTURA

TIEMPO SECADO

(hrs)

ESPESOR SECO (mils)

TIPO DE

LIMPIEZA COLOR

1

2

3 Y 4

3 Y 4

ZINC INORGNICO

FONDO EPOXI

POLIAMIDA

ESMALTE EPOXI

POLIAMIDA

ESMALTE POLIURETANO

GRIS

ROJO

*ALUMINIO

* BLANCO

12

12

24

12

3

2

2

2

SSPC-SP-5

Tabla 3.2 Observaciones adicionales especificacin de pintura 1B PDVSA [9]

USO

PARA TODAS LAS REAS DE LAS REFINERAS, UNIDADES DE CONVERSIN, TANQUES, ESFERAS/LNEAS BLQ. 23, ANILLO SUPERIOR, CORNISA Y TECHO FLOTANTE DE TANQUES. NO APLICA EN REAS DE HIDRODESULFURACIN, TORRES DE

ENFRIAMIENTO Y ZONA DE ADARO.

TEMPERATURA DE APLICACIN MXIMA 200 F (93 C)

FORMA DE APLICACIN RODILLO, BROCHA O PISTOLA

LIMPIEZA REQUERIDA CHORRO DE ARENA SSPC-SP-5.

PRECAUCIONES DE SEGURIDAD GUANTES, MSCARA, ETC.

44

Chorro de Arena - Zinc Inorgnico Fondo rojo epoxi poliamida

Esmalte epoxi poliamida

Figura 3.4 Pintura de equipos segn especificacin 1B

Para culminar el ensamblaje, se fabricaron las mangueras, especificadas segn el diagrama

P&ID del sistema y segn las medidas del triler y ubicacin de los instrumentos y vlvulas.

Estas especificaciones se detallan en el manual de operacin y servicio del banco de pruebas

(apndice D).

La construccin de los paneles de la UPH se hizo segn los planos mostrados en el apndice A.

El diseo se realiz en base a las medidas de los diferentes instrumentos, adems de la

accesibilidad que deben tener estos equipos para su manejo y lectura de datos.

45

En la figura 3.5 se visualizan los equipos principales de la UPH, como son el Motor, el cuerpo

de vlvulas, el panel de comando, la bomba hidrulica y el tanque hidrulico. Tambin se indica

la posicin de los manmetros 1 y 2 respectivamente, la vlvula de aguja A (ver Diagrama de

instrumentacin, p.28), el comando de la vlvula direccional y los conectores rpidos hacia el

cilindro a probar.

Figura 3.5 Esquema de UPH culminada.

3.3 Puesta en operacin de la UPH

Para garantizar el buen funcionamiento del sistema hidrulico al momento de la prueba de los

cilindros hidrulicos, se realizaron pruebas preliminares de la unidad funcionando en modo

neutro (esto es, circulando el flujo por todo el sistema sin enviar aceite al cilindro hidrulico) y en

los dos modos direccionales (para un cilindro preseleccionado). Esto se realiza con el fin de

verificar la ausencia de fugas, obstrucciones de flujo y otros factores que puedan afectar la

operacin de la UPH. En la figura 3.6 se visualiza la prueba en el momento de la salida del

vstago. El cilindro presenta fugas en el cabezal inferior. Los resultados de estas pruebas se

muestran en la tabla 3.3:

Cuerpo de Vlvulas

Motor

Tanque

Bomba de paletas Conectores rpidos

Vlvula A

Manmetros 1 y 2

Comando Vlvula Direccional

46

Tabla 3.3 Pruebas preliminares de la UPH

Equipo Unidad de Potencia Hidrulica (UPH)

Duracin total 20min de operacin continua

Comprobacin de sistemas

Motor

Nivel de Aceite OK Nivel de Combustible OK

Arranque Se detect una falla en el trompo del arranque manual. Se recomienda reemplazar la pieza o instalar

arranque elctrico. Observaciones El motor funcion satisfactoriamente. No present

ruidos extraos. Los gases de escape son los caractersticos del equipo.

Tanque Hidrulico Nivel de Aceite Tanque lleno

Presencia de fugas NO Estado del filtro Filtro nuevo, buenas condiciones. Observaciones El tanque est limpio internamente. Todas las

conexiones funcionan correctamente (sin obstrucciones).

Lneas y Vlvulas del sistema hidrulico Mangueras (Presencia de Fugas) NO

Adaptadores y reductores (Presencia de Fugas) NO Vlvulas (Presencia de Fugas) SI (ver observaciones)

Comandos direccionales El vstago del cilindro sali y entr sin problemas y a velocidad constante. Cabe resaltar que el cilindro present fugas de aceite durante y despus de la

prueba. Observaciones La vlvula de aguja present fugas del lado de la

descarga, debido a que uno de los reductores estaba flojo. Se corrigi el ajuste de la conexin.

La vlvula reguladora de presin en el cuerpo de vlvulas estaba instalada en forma invertida, causando rebotes de presin y paradas abruptas de la UPH. Se

corrigi el error y el sistema funcion satisfactoriamente.

Bomba Presencia de fugas NO

Vibraciones NO Funcionamiento de vlvula de alivio Abre a 1500psi

Observaciones La bomba no present ruidos a pesar que oper a mxima velocidad (3000rpm), Se comprob su

operacin mxima de 1500psi (a travs de la lectura registrada en el manmetro 1).

Instrumentos de medicin Nmero de manmetros 2

Fugas de Glicerina SI (ver observaciones) Calibracin Verificada

Observaciones Se present una fuga de glicerina ya que la carcasa no estaba apretada lo suficiente. Se corrigi la falla.

47

Los resultados de las pruebas preliminares presentes en la tabla 3.3, determinaron que la UPH

se encuentra apta para realizar las primeras pruebas con un cilindro hidrulico..

3.4 Manual de operacin y servicio

Luego de la puesta en marcha de la UPH y de la definicin de los parmetros de prueba, se

elabor el Manual de Operacin y Servicio que se encuentra en el apndice D. Este manual est

conformado por las siguientes secciones:

a) Precauciones de Seguridad.

b) Descripcin de la UPH y especificacin de equipos principales.

c) Puesta en operacin.

d) Mantenimiento.

e) Servicio.

3.5 Resultados del proyecto

A efectos de cumplir con los objetivos principales del proyecto, es necesario describir los

resultados segn los parmetros descritos en las secciones siguientes.

3.5.1 Horas de Trabajo Costos Operativos

En las pruebas preliminares se pudo observar que el tiempo de deteccin de desperfectos en un

cilindro es de 20 minutos. Sin embargo, considerando que se deben realizar posteriores pruebas

para comprobar lo observado, se establecer que la prueba de un cilindro se har durante 60

minutos. Para realizar la misma, slo se requerir de 3 personas.

Es evidente que, en comparacin al viejo procedimiento de pruebas de cilindros (ver tabla 2.2),

se reduce significativamente el tiempo (30 veces menos) y el empleo de operadores y ayudantes

(de 4 a 3), lo cual permitir una disminucin importante en los costos operativos. La

cuantificacin exacta de la reduccin de costos quedar como recomendacin para futuros

trabajos que continen este proyecto.

48

3.5.2 Diagnostico de Fallas

Uno de los fines planteados para este desarrollo, es permitir la correccin en vivo de fugas de

aceite que se presenten en los cilindros hidrulicos (ver seccin 2.2.1). Esta tarea es difcil de

realizar con el procedimiento de prueba utilizado hasta la fecha, sin embargo, con la UPH se

cumple este objetivo. Con la construccin de la unidad, la inspeccin de fallas en los cilindros se

har de dos maneras:

Inspeccin de fugas internas: Se realiza con el monitoreo de la lectura del manmetro 2 (ver

Fig. 2.6) durante la prueba (el procedimiento de la prueba se detalla en el anexo D). Cadas de

presin en el manmetro 2 seran causadas por fugas internas debido al desgaste en los sellos del

pistn.

Inspeccin de fugas externas: Durante la prueba, se revisa cuidadosamente el cilindro, para

detectar fugas en la camisa del cilindro, las tapas o en las conexiones de las mangueras.

3.5.3 Metodologa de trabajo

La UPH y su Manual de Operaciones, definen un nuevo procedimiento de prueba de cilindros

hidrulicos. La metodologa propuesta se enmarca dentro de los procedimientos oficiales de la

Compaa.

Los documentos elaborados facilitarn la formacin de operadores para las pruebas de

cilindros. El registro de esta metodologa constituye una ventaja, ya que, anteriormente, las

pruebas se realizaban exclusivamente segn la experiencia de los operadores de los equipos de

izamiento del taller.

49

Conclusiones

La UPH y el triler, como componentes principales del banco de pruebas de cilindros

hidrulicos, cumplieron de manera exitosa su funcin, ya que se consigui un equipo compacto,

fcil de desplazar y que opera de manera ptima a las presiones de trabajo necesarias para una

prueba sin inconvenientes de seguridad ni de operacin.

Se estim que una presin de 1500psi para pruebas de cilindros hidrulicos en vaco (ver

Introduccin, p.2) est en el orden de magnitud de las presiones generadas en las pruebas

estticas realizadas por Petro Advance C.A. hasta la fecha. Con las pruebas a esta presin se

podr detectar inmediatamente si el cilindro tiene fallas en los sellos.

Se logr cumplir con la premisa fijada por la Compaa, segn la cual se deban

aprovechar al mximo los recursos existentes en ella. Para la construccin de la UPH se

recuperaron algunos equipos desincorporados y/o sobrantes. Se verific la necesidad de la

aplicacin de la ingeniera de proyectos para cumplir con cada uno de los objetivos del trabajo.

Esto permiti la finalizacin del proyecto dentro de los tiempos estipulados de la pasanta, sin

tener contratiempos importantes.

El banco desarrollado permitir mejorar el factor de servicio a los futuros clientes de la

Compaa, al optimizar los tiempos de respuesta ante reparaciones de equipos de izamiento en las

instalaciones de los clientes. Se reducen de las horas de trabajo en mantenimiento.

50

Recomendaciones

Entre las mejoras que pueden realizarse en el banco de pruebas, se plantea el diseo y la

construccin de la bancada, la cual debe ser diseada especialmente para cilindros hidrulicos de

grandes longitudes (ms de 5m).

Por otra parte, para tener un mayor control al fijar las presiones de trabajo en el sistema

hidrulico, se propone estudiar la relacin Presin de trabajo [psi] vs. Potencia del motor [hp].

Esto se puede realizar estudiando la curva de potencia del motor diesel, y evaluando la

proporcionalidad de la potencia con la presin de trabajo.

Aunque el banco desarrollado permite identificar problemas en los sellos, las pruebas a

1500psi no garantizan que el cilindro no presentar fallas cuando est sometido a las cargas

dinmicas que sentir durante su operacin en una gra. Como proyecto futuro, se podr mejorar

el banco a efectos de realizar pruebas en las que el cilindro hidrulico sienta fuerza entre sus dos

extremos, adems de la presin interna. Esto requerir el uso de instrumentos de medicin de

fuerzas. Asimismo, para cumplir con este nuevo fin, habr que estudiar la necesidad de

reemplazar algunas de las partes (e.g. bomba hidrulica y motor) por otras de mayor capacidad.

51

Referencias

[1] Rueda Salcedo, C. Hidrulica Prctica, Nueva Jersey, pp. 3,6,8 (2008)

[2] Gerhart, P.; Gross, R.; Hochstein, J."Fundamentos de mecnica de fluidos", 2da. edicin, Editorial Addison-Wesley Iberoamericana. EUA .1992.

[3] McNickle, L.S. Hidrulica Simplificada, Editorial Continental, Mxico, pp 51 90 (1968).

[4] Harvey, C.A. Control Automtico Industrial: Neumtica e Hidrulica. Disponible en Internet: http://www.sapiensman.com/neumatica/mapadelsitio.htm, consultado en Julio de 2009. [5] Universidad Nacional de Ingeniera.Sistemas Hidrulicos. Teora de Funcionamiento, Lima,

Per, p. 8 (2005)

[6] Czekaj, D. Aplicaciones de la ingeniera: maquinaria hidrulica en embarcaciones pesqueras pequeas. Food & Agriculture Org., 1988

[7] Overhaul Manual for Vickers V200 Series Pump. Eaton Vickers, 2002.

[8] Universidad Nacional Autnoma de Nuevo Len. Sistemas Hidrulicos. Disponible en Internet: http://cdigital.dgb.uanl.mx/te/1080111923/1080111923_04.pdf, consultado en Septiembre de 2009.

[9] CRP Gerencia de Ingeniera de Confiabilidad. Especificaciones de Pintura y

Revestimientos. Revisin N 10 (2000)

52

Anexo A

Planos de Estructura de la UPH

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54

55

56

57

58

59

60

Anexo B

Datos tcnicos de procedimientos de soldadura

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62

63

Anexo C

rdenes de Compra

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66

67

68

Anexo D

Manual de Operacin y Servicio

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