Dennis Edgardo Reyes

Ing. Mecánico Industrial, MBA

CALCULO DE POTENCIA MECANICA

Uso de conceptos: Trabajo, Presion, Caudal y Potencia Mecanica

Uso de conceptos: Trabajo, Presion, Caudal y Potencia Mecanica

En las empresas que visito, el personal  de mantenimiento siempre me hacen la siguiente pregunta: Cómo calcular la potencia de una bomba para trasegar un fluido en particular a una cierta velocidad y en un tiempo determinado. A continuación se presenta un ejemplo de un análisis sobre el uso de conceptos de Mecánica de Fluidos y de Hidráulica para responder a esta pregunta.

Todos los diseños de circuitos deben empezar con un trabajo por hacer. Hay un peso que levantar, una cabeza de herramienta que girar o una pieza que debe ser prensada.

El trabajo determina el tipo de actuador (pistón) que se va a usar. Si sólo se requiere levantar una carga, un cilindro hidráulico colocado debajo de ésta, hará el trabajo. Lo largo de la carrera del cilindro será cuando menos igual a lo largo de la distancia que la carga se tiene que mover. Su área será determinada por la fuerza requerida para levantar la carga y la presión operante deseada.

Supongamos que tenemos que seleccionar entre un pistón con un área transversal de 8 plg2 y otro 10 plgque será utilizado para levantar una carga de 8000 libras. La carrera del pistón es de 30 pulgadas. Se requiere que el pistón haga el trabajo en 3 segundos y la presión de diseño no puede exceder los 1000 psi.

Sabemos que la presión es la carga dividida entre el área (perpendiculares entre sí). Al dividir la carga de 8000 libras entre ambos pistones tenemos los siguientes resultados:

Pistón 1: 8000 lb / 8 plg2 = 1000 psi (presión máxima de diseño) y no nos queda ningún margen de error           

Pistón 2: 8000 lb / 10 plg2 = 800 psi (presión por debajo de la máxima permisible)

Basado en los resultados anteriores, conviene seleccionar el pistón No.2 porque esta 200 psi debajo de la presión máxima permisible, convirtiéndose los 200 psi como un factor de seguridad en nuestro diseño ó bien. Con el pistón No.2 quedaría una capacidad de levantamiento de 10,000 lbs. (Presión x Área)

El desplazamiento de arriba y abajo del cilindro será controlado con una válvula direccional, si la carga se tiene que parar en un punto intermedio de su desplazamiento, la válvula direccional deberá tener una posición neutral en la cual el fluido de aceite de la parte de debajo de pistón sea bloqueado para soportar la carga en el cilindro. La tasa a la cual la carga debe desplazarse determinará el tamaño de la bomba, que en nuestro caso es a 3 plg/seg

El pistón No.2 desplazara 10 pulgadas cúbicas por cada pulgada que esté levantado. Extendiendo el cilindro 30 pulgadas requerirá 300 pulgadas cúbicas de fluido. Si éste se tiene que mover a una tasa de 10 pulgadas por segundo éste requerirá 100 pulgadas cubicas de fluido por segundo o 6,000 pulgadas cubicas por minuto. Ya que normalmente las bombas están calculadas en GPM (Galones por Minuto), será necesario dividir 231 pulgadas cúbicas por galón) en 6000 para convertir los requerimientos en galones por minuto (6000/231 = 26 GPM).

Los caballos de fuerza necesarios para impulsar la bomba están en función  de su abastecimiento, o sea el caudal y la máxima presión a la cual funcionará.

Ahora calculamos el Flujo volumétrico, conocido también como caudal (Q). El caudal Q esta definido como la cantidad de volumen que fluye en un ducto por unidad de tiempo y se representa con la letra Q, entonces tenemos: Q = V / t

El volumen de aceite hidráulico requerido para nuestro proyecto se calcula multiplicando la carrera del pistón x área del pistón.

Entonces, V = (30 plg) x (10 plg2) = 300 plg3

Ahora, el caudal será Q = 300 plg3 / 3 seg = 100 plg3 /seg  = 26 gal / min

Recordemos que nuestra presión de operación será de 800 psi (8000 lb de carga con un pistón de 10 pg2 de sección) pero nuestro diseño se hace en relación a la presión máxima de 1000 psi.

Ahora viene el cálculo de la potencia para la selección correcta de nuestra bomba hidráulica

Si la presión P se mide en psi y el caudal Q se mide en GPM o Galones/minuto  entonces tenemos la Potencia de la siguiente manera:

Potencia = Presión x Caudal x 0.0007

El factor 0.0007 se obtiene al estimar una eficiencia del 80%.

De acuerdo a nuestros valores establecidos por el proyecto tenemos lo siguiente:

Pot = (1000 lbs /plg2) x (26 gal / min) x 0.0007

Como podemos ver, el caudal debemos convertirlo a GPM con las siguientes conversiones

1galon = 231 plg3

1hp = 33,000 lb-pie / min

1hp = 550 lb-pie /seg

Pot = (1000 lbs /plg2) x (100 plg3 / s) x (1Gal / 231 plg3) x (60 seg / min)x0.0007 = 18.2 hp

Por lo tanto, la potencia de la bomba requerida es

Pot = 18.2 hp

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24 febrero 2009 - Posted by | Problemas de Ingeniería

19 comentarios »

  1. Estoy intentando encontrar una solución para este problema que no me parece sea dificil para un experto.
    Se trata de bombear agua utilizando varios cilindros de 80mm. de diámetro a una tubería de 200mm. de diametro que a su vez está conectada a un gran depósito de 6m de altura.
    La carrera prevista sería de 100mm. y la frecuencia de aprox. 8” (segundos)
    Los cilindros se recargarían con agua de un rio más alto que la situación en la que están ellos.
    Le agradecería infinito me indique como solventarlo y la fuerza que habría que ejercer sobre el pistón.
    Por supuesto que me interesa mucho tener las fórmulas explicadas.
    Muhas gracias.

    Comentario por Angel José | 20 agosto 2009

  2. Tenemos un articulo interesante Mecanica De La Fractura Aplicada A Soldadura Utilizando Computadoras realizado por el Ing.Omar Serrano Valarezo revisenlo en dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/4399

    Comentario por kenjoth | 28 octubre 2009

  3. muy interesante y bien detallado sobre el calculo, me gustaria saber si se puede aplicar a todos los liquidos a ser bombeados o hay algun deferencia.
    gracias.

    Comentario por fernando | 15 diciembre 2009

  4. Se puede utilizar para todos los liquidos, ademas, se puede considerar una eficiencia mayor o menor….el ejemplo considera una eficiciencia del 80%.

    Comentario por Dennis Edgardo Reyes Caballero | 16 diciembre 2009

  5. Bien día, Me pudieras explicar la parte de la ecuacuión donde se pone (60seg/min)como sale ese dato y la parte del 80% que es de .0007 apartir de dond sale gracias

    Comentario por Marco Arturo | 4 febrero 2010

  6. hello estoy construyendo una prensa hidraulica y para eso me he comprado el sistema hidraulico de un montacarga clark, que consiste en 2 pistones de 3pulg de diametro y recorrido de 4 pulg, una bomba cuyo motor gira a 3340 rpm insul f, time rating cont e, salida 3.2 hp.
    quisiera saber cual es la presion maxima que puede generar mi bomba? ya que tengo electrovalvulas parker de 5000 psi y no quisiera que se me dañen porque cuestan mucho dinero

    Comentario por jioribel | 10 marzo 2010

  7. El factor de 60seg/min es para convertir el flujo masico a una tasa por minuto y NO de segundos, ya que la formula considera Galones por Minuto (GPM) y No Galones por Segundos.

    El 80% es factor de eficiencia que es un criterio del diseñador, por supuesto lo puedes cambiar a un valor mayor o menor, segun el criterio del ingeniero. Al realizar este ajuste en la formula y operar los valores numericos aparece el numoer 0.0007.

    Busca en este blog la deduccion completa y la encontraras…si tienes mas dudas avisame y con gusto te ayudare.

    Comentario por Dennis Edgardo Reyes Caballero | 31 mayo 2010

  8. que buen pos te felicito me gustaria saber como contruir una bomba hidraulicas de paletas

    Comentario por wilinton | 17 noviembre 2010

  9. Gracias por tu comentario. En relacion con asl bombas de alabes o paletas te recomiendo que busques informacion en el libro de Mataix y el de Mott…ambos son muy buenos y puedes encontrar mucha ayuda en ellos.

    Saludos

    Comentario por Dennis Edgardo Reyes Caballero | 17 noviembre 2010

  10. Buenos días
    Tengo un sistema de bombeo en paralelo y cada bomba descarga 1225 gpm @ 5131 ft. La pregunta es: en el momento que funcionan las dos, cuales serian las condiciones finales de presión y caudal?
    Tengo entendido que la presión se mantiene constante y el caudal se debe sumar con las curvas. Es precisamente este detalle el que no comprendo muy bien. Gracias.

    Comentario por andres sanchez | 18 noviembre 2010

  11. quisiera saber como los consideras la presion de diseño como se halla
    ese valor de q depende y quiero acoplar un piston para un camion q se habra la puerta lateral mediante un piston hidraulico quisiera ideas porfavor y q parametros tomar para ponerle un piston y bomba y motor electrico espero su respuesta gracias

    Comentario por jorge | 17 marzo 2011

  12. Hola, quisiera saber cual es la potencia del motor, tipo de bomba, medidas de los gatos hidráulicos y cuantos,requeridos para levantar un prisma de 150 toneladas cuyas medidas son 20 mts. por 2 mts. y 2 mts. de alto. en 2 minutos.Si pueden ayudarme a sacar el cálulo estaría muy agradecido

    Comentario por Ignacio | 24 mayo 2011

  13. tengo una prensa hidraulica y tiene un motor de 10 caballos de potencia y un piston x como puedo calcular la fuersa que me genera ese piston x

    Comentario por sergio ramos | 27 septiembre 2012

  14. hola , bastante buena su explicacion su explicacion , me gustaria que me ayudara a determinar la potencia de una bomba que bombea aceite sae 10w-30 por un tubo estirado de 8m de L y 1 cm de D, descarga =0,000785 mcubicos/s. la bomba esta en linea con la tuberia, las presiones en puntos 1 y2 son iguales. viscosidadd cinematica=7,6x10elevado a la -5 ,peso especifico=8630n/mcubicos,con una eficiencia del 100%

    Comentario por edecio medina | 6 noviembre 2012

  15. Para el calculo de la potencia con esta formula, debes haber notado que solo necesitas el caudal del fluido y la presion. Para una eficiencia al 100% no multipliques por el factor de correccion que tiene la formula. Si analizas la formula te daras cuenta que el tipo de fluido y la viscocidad no afectan en el calculo.

    Comentario por Dennis Edgardo Reyes Caballero | 8 noviembre 2012

  16. la presion en un fluído esta relacionada con la fuerza dividida entre el area, en este caso el area del pisto que seguramente debe ser un circulo. Debes conocer el radio o el diametro del piston para calcular el area del mismo. Para obtener la fuerza debes conocer el flujo o caudal de liquido, es decir, la velocidad a la que se mueve el líquido por unidad de tiempo. Con este caudal puedes conocer la presion la cual deberas multiplicar por el area del piston y obtendras la fuerza que buscas. Si necesitas mas aclaracion escribe nuevamente. Espero que las demas personas que lean este blog ayuden y comenten para que todos aprendamos. Gracias

    Comentario por Dennis Edgardo Reyes Caballero | 8 noviembre 2012

  17. Por favor necesito ayuda para resolver el siguiente problema.
    Un ciclo de stirling opera como unciclo cerrado con 0,5 kg de hidrogeno como un fluido de trabajo entre depositos A TH=1000K Y TL =300K. La presion mas alata durante el ciclo es de 3Mpa, y la presion mas baja de 0,5 Mpa. Se desea calcular la transferencia de calor para los dos depositos de energia por ciclo, la transferencia de calor hacia el regeneradorpor ciclo, el trabajo total por ciclo y la eficiencia termica del ciclo. Muchas gracias

    Comentario por edecio medina | 20 noviembre 2012

  18. buenas noches, por favor si me puede ayudar a calcular los hp requeridos para mover una bomba de 6 pulg, para trabajar a caudal. muchas gracias

    Comentario por gustavo gomez | 6 junio 2013

  19. La informacion que nos brindas no es suficiente….no entiendo cuando dices una bomba de 6 pulgadas….por favor, re-plantea tu pregunta para ver si podemos ayudarte.

    Comentario por Dennis Edgardo Reyes Caballero | 6 junio 2013


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