SISTEMA HIDRAULICO DE AERONAVES

Fundamentos

ERNESTO SALAMANCATESH-488

OBJETIVO GENERAL

Conocer y aplicar los principios básicos de la hidráulica y sus ventajas en el campo de la aviación. Igualmente saber el funcionamiento de cada uno de los dispositivos que hacen parte de un sistema hidráulico, de una aeronave tipo ala rotatoria o ala fija con sus funciones y forma de operación.

FUNDAMENTOS HIDRAULICOS

Hidráulica : Es la ciencia que estudia las leyes que regulan el equilibrio y movimiento de los líquidos.

LIQUIDOS EN REPOSO

HIDRAULICA

ESTUDIA LA

HIDROSTATICA HIDRODINAMICA

LIQUIDOS EN MOVIMIENTO

FLUIDOS

¿Que es un fluido?

Los fluidos: Son líquidos y gases. Son sustancias que pueden fluir, es decir, son capaces de pasar a través de pequeños orificios. No tienen forma definida sino que adoptan a la forma del recipiente que los contiene.

IMPORTANTE

Líquidos: son poco compresibles. Gases: son muy compresibles.

FLUIDOS

Líquido: al presionar el émbolo no varía el volumen

Gas: al presionar el émbolo varía el volumen

PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS

Principal función: transmisión de energía

Lubricar los mecanismos y piezas en movimientosoportar presiones y temperaturas elevadas fluctuantesEvacuar el agua( índice de desemulsion)Evacuar el aire ( poder antiespumante)Eventualmente ser antiinflamable (ignifugas)Conservarse inalterable ( índice de anilina)Proteger las partes del sistema contra la corrosión (poder antioxidante)

VISCOSIDAD

INDICE DE VISCOSIDAD

Es un parámetro que tiene en cuenta el comportamiento del fluido frente a los cambios de temperatura , bien por aumento o por disminución de la misma.

Cuanto mayor es el índice de viscosidad de un fluido, mayor estabilidad presenta la viscosidad frente a los cambios de temperatura. Los líquidos con índices de viscosidades bajas sufren mucha variación cuando varia la temperatura. Estos líquidos son inaplicables en aviación.

VENTAJAS

Alta eficiencia Alto grado de confiabilidad Flexibilidad de instalación Bajos requisitos de espacio Auto lubricante Mantenimiento bajo Livianos La fuerza se transmite en cualquier dirección Se puede variar fuerza y velocidad en grandes rangos Menor perdida de potencia Suavidad de operación Fácilmente reversible (sin parar) Todo lo anterior reflejado en ahorros, mayor

economía.

APLICACIONES

Mandos de Vuelo

Alerones

Timón de profundidad

Estabilizador Horizontal

Timón de dirección

Frenos aerodinámicos

Inversores de Empuje

Tren de aterrizaje

Frenos

Control de dirección

Extensión / Retracción

Puertas de Cabina

Rampas y Portalones

Puertas de Bodega

Escaleras

Puertas y Escaleras

MOVIMIENTO DE LOS FLUIDOS

Flujo laminar

Es cuando las corrientes del fluido son paralelas, su flujo es lento y uniforme.

Flujo turbulento

Es el punto a partir del cual se rompen las corrientes paralelas y pasan a ser totalmente desordenadas.

TUBO VENTURI

TUBO VENTURI El paso de un fluido a través de un Venturi o a través

de una restricción que no tenga cambios bruscos de sección no produce turbulencia y solo se pierde una pequeña cantidad de energía, por consiguiente la presión, y la proporción del paso del fluido a ambos lados de un Venturi serán aproximadamente iguales; Una disminución de la presión en el Venturi resulta de un aumento en la velocidad del paso del fluido a través de la parte reducida del Venturi. Esta es la aplicación de una ley de física que establece que: a medida que aumenta la velocidad de un gas o un líquido, abra una disminución correspondiente en la presión.

El Venturi con frecuencia se usa como dispositivo para estabilizar la presión de depósitos o tanques de almacenamiento hidráulico.

TÉRMINOS DE HIDRÁULICA Para entender los principios de hidráulica y su aplicación a los sistemas hidráulicos

de las aeronaves, se definirá y relacionará los diferentes términos hidráulicos. Estos términos se definen así:

ÁREA: Es la medida de una superficie determinada; se expresa en pulgadas cuadradas.

FUERZA: Es la cantidad de empuje sobre un objeto, medida en libras fuerza.

PRESIÓN: Es la cantidad de fuerza sobre unidad de área, medida usualmente en libras por pulgada cuadrada ( PSI).

RECORRIDO: (Largo), es una medida de la distancia expresada en pulgadas y representa la distancia que se mueve un pistón en un cilindro.

VOLUMEN: (Desplazamiento), es una medida de cantidad, expresada en pulgadas cúbicas, que representa la cantidad de fluido contenido en un depósito o desplazado por una bomba o cilindro expulsor.

En general los líquidos se expanden al ser calentados y se contraen al ser enfriados.

LEY DE PASCAL

Esta ley de física es la base para los cálculos matemáticos en hidráulica y para la aplicación práctica de estos cálculos en los sistemas de trabajo.

Ley de Pascal: expresa que cuando se ejerce una fuerza sobre un líquido encerrado, la presión es transmitida por igual y sin disminución en todas las direcciones. Preste particular atención a las palabras fuerza y presión. De ahora en adelante estas palabras y otros términos deberán ser usados de acuerdo con su significado estricto, recuerde que la ley de Pascal solo se aplica a los fluidos encerrados; siempre que un fluido esta en movimiento en un sistema hidráulico no esta regido por esta ley.

LEY DE PASCAL

FORMULAS

EJEMPLO

VENTAJA MECÁNICA

La cantidad por la cual el esfuerzo aplicado se multiplica en el rendimiento del dispositivo es la ventaja mecánica. Para el ingeniero diseñador, en sus cálculos matemáticos, uno de sus intereses primordiales es la ventaja mecánica lo cual lo pone en condiciones de determinar con precisión entre otras cosas el tamaño de los cilindros, pistones impulsores y la distancia que el pistón debe recorrer para hacer funcionar un mecanismo.

El tamaño de las unidades es importante ya que el espacio dentro de una aeronave es limitado y las unidades de funcionamiento deben ser diseñadas no solo con la resistencia necesaria, si no también lo más pequeñas y livianas posibles.

VENTAJA MECÁNICA

TRANSMISIÓN DE PRESIÓN

10 lbs. fuerza

TIPOS DE FLUIDOS HIDRAULICOS

LIQUIDO HIDRAULICO Base Vegetal

BASE MINERAL derivado del petróleo

MIL-PRF-6083: Es autorizado para cierto uso en las aeronaves, sirve como preservativo, pruebas en algunos componentes, pero no puede ser usado en sistemas hidráulicos operacionales de aeronaves .

MIL-PRF-5606: Su color es rojo para identificarlo y es utilizado con obturadores de caucho sintético. Principalmente, pero también puede usar de cuero o un compuesto de metal, se provee en un solo grado que le da un margen de operación de 65°F a 275°F (-54°C-135°C).

BASE SINTÉTICA

MIL-PRF-83282: El punto de ignición es mas alto, tiene aditivos que proveen mejores características contra el desgaste y mejor resistencia contra la corrosión y la oxidación. Su rango de operación llega a 400°F, es compatible con el liquido MIL-PRF-5606.

MIL-PRF-8446: Se distingue por su color dorado ámbar, su margen de operación en de 67°F-400°F.

PRECAUCIONES

Para determinar que fluido hidráulico se debe usar en una aeronave, remítase al manual de mantenimiento de la aeronave. El fluido retirado de una aeronave o componente hidráulico no se debe reutilizar, debe ser rechazado y tarjeteado como condenable.

Fluido drenado (No es reutilizable)

OBTURADORES

Los obturadores en los componentes hidráulicos y neumáticos son usados para evitar escapes de fluido en un sistema, están divididos en tres grupos:

EMPAQUES

EMPAQUETADURA

OBTURADORES DE FORMA ESPECIAL

EMPAQUES

Se utilizan para obturar o sellar dos partes de una pieza o componente y que se mueven una dentro de la otra son generalmente en forma de anillo o en “O”. Son fabricados de caucho natural, sintético, caucho con sustancias especiales y de metales.

EMPAQUETADURA

Es utilizada para sellar dos partes fijas de un componente o una línea hidráulica y pueden ser en “O” o también planos. Estos pueden ser fabricados en papel húmedo o en papel plomaginado.

OBTURADORES DE FORMA ESPECIAL

Como su nombre lo indica tienen formas que difieren de los anteriormente vistos pero cumplen las mismas funciones, es así como encontramos: obturadores en forma de “O” en forma de “V” en forma de “U” y planos. Nombre que se le da por su forma y que se utilizan normalmente en amortiguadores de trenes de aterrizaje y/o alrededor de ejes fijos o rotatorios, etc. Este tipo de anillos obtura en una sola dirección.

CUIDADOS EN LA INSTALACIÓN

Revise él CURE DATE en el empaque del obturador. Esta información le dará la fecha de manufactura del obturador, Ejemplo: cure date 2Q70 nos dice. Este sello fue fabricado en el segundo cuarto del año 1970. La vida operativa de un obturador casi siempre esta garantizada para 24 meses, pero puede durar mucho más, si se tiene garantizado un buen almacenamiento para ellos.

Antes de instalarlo revise la superficie donde va a instalarlo por rebabas, daños o deformaciones antes de instalarlo.

Siempre que usted instale obturadores tenga en cuenta algunas precauciones para evitar que en poco tiempo tenga que volver a cambiarlos:

Verifique el tamaño correcto de acuerdo al manual de mantenimiento.

Inspecciónelo visualmente por cortaduras, melladuras o imperfectos. Lubrique el obturador antes de instalarlo

Evite rayarlo o cortarlo cuando lo este instalando.

ANILLO DE APOYO

Apoya los empaques protegiéndolos de mordeduras y le dan una resistencia adicional, generalmente son de teflón o cuero. Estos anillos de apoyo son utilizados generalmente para presiones medianas o altas.

Claves de Color

La clave de color en un obturador identifica el tipo de sistema en el cual debe ser usado. Esa identificación la da el fabricante, toda esta información ayuda también de forma positiva a la identificación total del sistema.

TUBERIA HIDRAULICAS

Uniones hidráulicas

Tuberías rígidas, metálicas

Tuberías flexibles, de materiales tipo elastómero o caucho sintético.

UNIONES HIDRÁULICAS O HERRAJES

La aviación moderna utiliza uniones o herrajes de la norma AN (abocardado) o MS (sin abocardar).

Estas uniones tienen diversidad de formas con el fin de adaptarlas a nuestras necesidades es así como encontramos uniones en T, adaptadores, codos a 90 grados, 75 grados y 45 grados, universales.

Casi siempre estas uniones llevan impresas letras de su norma en el cuerpo de la misma.

Todos ellos son identificados por un número de parte compuesto por dos letras, cinco dígitos y uno o dos dígitos antecedidos de un guión.

Las letras nos dan la especificación militar, los cinco dígitos nos dan la forma y los dos últimos dígitos su tamaño. Cuando estos dos últimos dígitos están o no acompañados por una letra. Podemos conocer el material del cual esta fabricada la unión.

UNIONES HIDRÁULICAS O HERRAJES

Las uniones de ensamble pueden ser AN o MS dependiendo del tipo de unión que utilicen. Las uniones AN tienen un borde biselado que se amolda al reborde de la tubería: En las uniones de norma MS cuando se aprieta la tuerca del tubo la manga penetra en el borde interno biselado de la unión formando un obturador o sello metálico entre las partes.

Los herrajes se puede identificar fácilmente por su color: los herrajes de aleación de aluminio son de color azul.Los de acero al carbono son negros.Los de acero inoxidable son de color natural.

Como precaución asegúrese que el material de los herrajes que se use sea similar al de la tubería.Use herrajes de acero con tubería de acero, y herrajes de aluminio con tuberías de aleación de aluminio.

TIPOS DE UNIONES O HERRAJES

Entre los herrajes más utilizados en los sistemas hidráulicos tenemos los siguientes:

Elbow (codo) a 90°, 75° y 45°.

Unión

Unión en T

Cross (universal)

Plug (tapón)

Reducer (reductor)

HERRAJES AN

HERRAJES MS

TUBERÍAS

Las canalizaciones hidráulicas de la aeronaves se llaman tuberías.

Se dice una canalización de liquido, es un circuito cuando incluye trayectos de ida y vuelta del fluido operativo.

Hay veces que una misma tubería condice liquido a presión hacia una de las caras del actuador y otras veces conduce liquido de retorno de la cara opuesta, por esta razón, estas se llaman líneas alternativas.

TUBERIA RIGIDA

Acero inoxidable MIL-T-8504 y MIL-T-6845, son usadas en sistemas de alta presión (3000 PSI) tales como el tren de aterrizaje y frenos.

Tuberías de aluminio WW-T-700/1, son usadas en sistemas de baja presión, como en los instrumentos. WW-T-700/4 y WW-T-700/6, es la más común en sistemas de baja a mediana presión (1000-1500 PSI).

NOTA: La tubería WW-T-700/1 y WW-T-700/6 no se debe utilizar en sistemas hidráulicos.

TIPOS

TAMAÑOS DE TUBERIAS

Diámetro exterior: Es en incrementos de dieciseisavos de pulgadas. Ejemplo, un numero -6 es igual a un dieciséis de pulgada o 6/16 (3/8), y un numero -8 es igual 8/16 (1/2) pulgada.

Example: -8= 8/16ths or 1/2in.

Espesor de la pared: Es medida en milésimas de pulgada. Ejemplo –4 es igual .035 milésimas de pulgada.

Example: .040 wall thickness.

DAÑOS EN LA TUBERIA

Abolladuras: Cualquier abolladura con menos de un 20% del diámetro del tubo esta bien siempre y cuando no este al pie de un doblez.

Rasguños: Si tiene menos de un 15% de la pared se puede pulir. Mas de un 15%, el tubo se tiene que remplazar.

Al pie del doblez: Tubería con rasguños cerca de la curva y que tienen mas de 100 libras de presión, se tienen que remplazar.

CORTE DE TUBOS

Corta tubos .

Segueta: Si el corta tubos no esta disponible, se puede usar una segueta de 32 dientes por pulgada.

CORTA TUBO

CORTA TUBO

PLIEGUES DE DOBLADO

Los tubos se pueden doblar por medio de una variedad de herramientas de dobles.

USO DEL DOBLADOR

TUBERIAS FLEXIBLES Esta tubería se utiliza para conectar piezas movibles con piezas estacionarias. También sirve como conexión en sistemas de tubería rígida.

IDENTIFICACION

Su identificación es por una banda metálica adherida a su cuerpo con la siguiente información: •presión operacional•Parte numero •fecha de prueba •numero de código del fabricante.

SISTEMA HIDRAULICO BÁSICO

La descripción de un sistema básico deberá permitirle a usted comprender la construcción y operación de los sistemas específicos que se van a describir posteriormente en el curso. En la Fig. siguiente se muestra el diagrama de un sistema básico hidráulico. Se muestra solamente aquellas unidades que son absolutamente necesarias para la operación.

SISTEMA HIDRAULICO BÁSICO

DEPOSITO BOMBA Y SELECTOR

Haciendo referencia a la Fig. anterior el depósito (B) contiene el fluido del sistema y lo suministra a la bomba (C) por medio de la gravedad y el efecto de succión de la bomba.

La bomba puede ser actuada desde un impulsor de accesorios de motor de avión por un motor eléctrico y hasta turbinas de aire, como se usan en algunos aviones. En un sistema sencillo como el que se muestra en la figura anterior, será más práctico la bomba operada a mano.

Las lumbreras de presión y de retorno se encuentran directamente puestas, a 180 grados separadas, lo mismo que las dos tuberías alternas que van al cilindro impulsor. Las tuberías se llaman alternas por que la dirección del flujo se alterna con la posición de la válvula selectora. Primero, una tubería alterna puede suministrar presión al impulsor y después, cuando la válvula selector se hace girar 90 grados, la tubería se convertirá en un retorno. Un ejemplo sería el sistema del tren de aterrizaje, Flaps, etc.

DEPOSITO BOMBA Y SELECTOR

Por su caudal pueden ser de dos tipos:

Por su mecanismo de impulsión se clasifican en:

Bombas de caudal constante

Bombas de caudal variable

siempre de caudal constante Bombas de engranajes Contacto externo Contacto interno.

Bombas de paletas

Bombas de pistones

Pueden ser de caudal

Variable y/o constante

CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS HIDRÁULICAS

BOMBA DE ENGRANAJE DE CONTACTO EXTERNO

BOMBAS DE ENGRANAJES DE CONTACTO INTERNO

BOMBAS DE PALETAS

SISTEMA HIDRAULICO

SISTEMA HIDRAULICO

SISTEMA HIDRAULICO

REGULADOR DE PRESION

El regulador de presión o válvula de descarga (c) mantiene la presión del sistema entre dos límites predeterminados y alivia la bomba cuando los mecanismos no son impulsados.

En la Fig. 13 y 14 se muestran un regulador de presión típico en sus dos fases de operación. El regulador tiene dos opciones “conectado” y “desconectado”.

Obsérvese que al salir el fluido de la bomba, va tanto a la parte superior como a la inferior del regulador.

TIPOS DE SISTEMAS HIDRAULICOS

ESQUEMA DE SISTEMA ABIERTO

ESQUEMA DE SISTEMA ABIERTO

ESQUEMA DE SISTEMA CERRADO