La pala de una máquina excavadora es accionada mediante un cilindro hidráulico de doble efecto y una bomba de engranajes, que es accionada a su vez por un motor eléctrico. Durante el avance, el émbolo realiza una fuerza de 20 kN con una presión de 2 MPa, siendo despreciable la fuerza del émbolo durante el retroceso.
- Si el émbolo se mueve con una velocidad de 0.1 m/s, tanto en el avance como en el retroceso, calcular el caudal mínimo necesario de la bomba. (1 punto).
- Suponiendo un rendimiento hidráulico del 100%, calcular la potencia mínima del motor eléctrico. (1 punto)
- Explicar brevemente la utilidad de los siguientes componentes hidráulicos: bomba hidráulica y filtro. (0.5 puntos)
a. Para calcular el caudal usamos la expresión:
El área podemos calcularla a partir de los datos de la presión y la fuerza del émbolo:
![\[ Q = \frac{F}{p} \cdot v = \frac{20 \cdot 10^3 N}{2 \cdot 10^6 Pa} \cdot 0.1 \frac{m}{s} = 0.001 \frac{m^3}{s} \]](https://technoteacher.es/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-77fd4f62d8469d531c11ca166f0141b2_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
b. Ya que el rendimiento es del 100 %, la potencia del motor eléctrico será igual a la potencia hidráulica producida.
![\[ P_h = p \cdot Q = 2 \cdot 10^6 Pa \cdot 0.001 \frac{m^3}{s} = 2000W \]](https://technoteacher.es/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-475adbe24fbd1348149e62b88f1374e1_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
c. Bomba hidráulica
La bomba hidráulica es el componente fundamental en cualquier sistema hidráulico. Su principal utilidad es convertir la energía mecánica (suministrada por el motor eléctrico en este caso) en energía hidráulica. Lo logra al generar un flujo de fluido hidráulico (aceite) a presión. Este fluido presurizado se dirige a través del sistema para accionar componentes como el cilindro hidráulico, que es el encargado de realizar el trabajo (por ejemplo, mover la pala de la excavadora). Sin la bomba, no habría movimiento de fluido ni presión para alimentar el sistema.
Filtro
El filtro es un componente esencial para mantener la vida útil y la eficiencia de un sistema hidráulico. Su principal utilidad es eliminar los contaminantes (como suciedad, partículas metálicas y otros residuos) del fluido hidráulico. Con el tiempo, el desgaste del sistema y la contaminación externa pueden introducir partículas en el fluido. Estas partículas pueden causar daños significativos a componentes sensibles como bombas, válvulas y cilindros, provocando un mayor desgaste, una reducción del rendimiento e incluso fallos catastróficos. Al asegurar que el fluido hidráulico se mantenga limpio, el filtro ayuda a prevenir daños en los componentes, reducir los costos de mantenimiento y extender la vida útil general del sistema hidráulico.