Introduction

Hydraulics is one of the most versatile and flexible forms of energy transmission invented by humans (Dransfield, 1981DRANSFIELD, P.: Hydraulic control systems-design and analysis of their dynamics, Ed. Springer, 1981.). Hydraulic systems simply convert energy from one form to another to perform work. In heavy machinery, this translates into using the energy provided by the internal combustion engine, commonly known as diesel engines, into hydraulic power (Guasumba et al., 2021GUASUMBA, M.J.E.; GARAY, C.V.A.; SOLÍS, S.J.M.; JIMA, M.J.C.: “Análisis del sistema de inyección electrónica de combustible para motor de combustión interna respecto a sus fallas y mantenimiento”, Polo del Conocimiento, 6(1): 603-621, 2021, ISSN: 2550-682X.).

The hydraulic pump is a mechanical system that is part of a hydraulic system that commonly exists today (Llanes et al., 2020LLANES, C.E.A.; MORENO, P.A.; GUAÑA, F.W.V.; JIMA, M.J.C.: “Análisis estructural de un bus por el método de elementos finitos”, 2020, ISSN: 2550-682X.). The pump's movement involves regulation and control actions to increase a flow rate (Manring and Fales, 2019MANRING, N.D.; FALES, R.C.: Hydraulic control systems, Ed. John Wiley & Sons, 2019, ISBN: 1-119-41647-7.).

The gear pump has a positive displacement, meaning its flow rate is determined by revolutions, but this cannot be varied (Tipán et al., 2021TIPÁN, S.A.M.; BELTRAN, C.C.M.; JIMA, M.J.C.; GUASUMBA, M.J.E.; VEGA, S.W.H.: “Análisis del rendimiento de las bombas hidráulicas de máquinas autopropulsadas dedicadas a movimiento de tierras”, Polo del Conocimiento, 6(3): 1570-1580, 2021, ISSN: 2550-682X.). The fluid is transported between the gear teeth and the casing, the meshing gears fitted to the casing (Paneque, 2010PANEQUE, R.P.: Elementos y Sistemas Oleohidráulicos en las Máquinas Agrícolas, Ed. Universidad Autónoma Chapingo, primera ed., vol. 1, Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola, Chapingo, Texcoco, Edo. México, 285 p., 2010, ISBN: 978-959-16-2382-9.). This type of pump operates at non-regulated high speeds and low pressures and is made of a cast iron or aluminum alloy casing (Merritt, 1967MERRITT, C.: “Systems Approach to Pipe Handling, Cementing, and Mud Mixing”, En: Annual Meeting of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers, Ed. SPE, p. SPE-1729, 1967, ISBN: 1-55563-841-4.).

The performance of a hydraulic pump is determined by the output pressure, the flow rate at which it operates, its displacement relative to the flow rate, its driving torque, and its angular velocity.

The absence of suction and discharge valves results in the existence of spaces in hydraulic machines between the fixed and moving walls, where the main energy losses occur (Paneque et al., 2018PANEQUE, R.P.; LÓPEZ, C.G.; MAYANS, C.P.; MUÑOZ, G.F.; GAYTÁN, R.J.G.; ROMANTCHIK, K.E.: Fundamentos Teóricos y Análisis de Máquinas Agrícolas, Ed. Universidad Autónoma Chapingo, vol. 1, Chapingo, Texcoco, México, 456 p., 2018, ISBN: 978-607-12-0532-2.; Yao, 2018YAO, J.: “Model-based nonlinear control of hydraulic servo systems: Challenges, developments and perspectives”, Frontiers of Mechanical Engineering, 13: 179-210, 2018, ISSN: 2095-0233.; Merritt, 1967MERRITT, C.: “Systems Approach to Pipe Handling, Cementing, and Mud Mixing”, En: Annual Meeting of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers, Ed. SPE, p. SPE-1729, 1967, ISBN: 1-55563-841-4.; Kong et al., 2022KONG, X.; CAI, B.; LIU, Y.; ZHU, H.; LIU, Y.; SHAO, H.; YANG, C.; LI, H.; MO, T.: “Optimal sensor placement methodology of hydraulic control system for fault diagnosis”, Mechanical Systems and Signal Processing, 174: 109069, 2022, ISSN: 0888-3270.). The operating speed of a hydraulic machine is determined by the following three parameters: pressure difference or gradient, rotor rotational angular velocity, and the dynamic viscosity coefficient of the fluid (Merritt, 1967MERRITT, C.: “Systems Approach to Pipe Handling, Cementing, and Mud Mixing”, En: Annual Meeting of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers, Ed. SPE, p. SPE-1729, 1967, ISBN: 1-55563-841-4.; Nekrasov, 1968aNEKRASOV, B.: Hidráulica, Ed. Mir, Moscú, Rusia, Moscú, Rusia, Publisher: MOSCÚ: MIR, 1968a.; 1968bNEKRASOV, B.: Hidráulica, Ed. Instituto cubano del libro, La Habana, Cuba, vol. 1, La Habana, Cuba, 976 p., 1968b.; Paneque, 2010PANEQUE, R.P.: Elementos y Sistemas Oleohidráulicos en las Máquinas Agrícolas, Ed. Universidad Autónoma Chapingo, primera ed., vol. 1, Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola, Chapingo, Texcoco, Edo. México, 285 p., 2010, ISBN: 978-959-16-2382-9.).

The efficiencies of rotary hydraulic machines are simply expressed by the isogonality coefficient and the leakage coefficients of fluid friction losses and dry friction losses (Pérez and Paneque, 2001PÉREZ, S.; PANEQUE, P.: “Parámetros de rendimiento de una bomba oleohidráulica”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 10(1): 37-40, 2001.).

Taking into account the above, the present work aims to develop an automated system for the theoretical determination of the operating parameters of hydraulic machines (pumps and motors).

Materials and methods

Based on the theoretical research developed by Pérez et al. (2005)PÉREZ, S.L.; PANEQUE, R.P.; DE LAS CUEVAS, M.H.: “Fundamentación de los parámetros de funcionamiento de la máquina hidráulica rotatoria”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 14(1): 19-22, 2005, ISSN: 1010-2760., as well as experimental and statistical data on the operating parameters of hydraulic machines, the automated Performance Curves version 2.0 system was developed using the Excel platform of Microsoft Office Professional Plus 2021.

This automated system (Performance Curves) is used to determine the operating parameters of rotating hydraulic machines. The software was developed based on the synthesized flow diagram shown in Figure 1.

Upon entering the system, you directly access the Control Panel, which includes the selection of the machine (pumps or motors), selection of the machine status (normal or abnormal), selection of the coefficients (normal or abnormal), results (table and graph) and About: (Figure 2).

The machine status selection window contains the following:

These windows have command buttons that facilitate returning to the Control Panel, the results table, and the efficiency graph for the selected conditions (Figures 3 and 4).

Conclusions

Introducción

La hidráulica es una de las formas más versátiles y flexibles que ha inventado el hombre para transmitir energía (Dransfield, 1981DRANSFIELD, P.: Hydraulic control systems-design and analysis of their dynamics, Ed. Springer, 1981.). Los sistemas hidráulicos sencillamente, convierten la energía de una forma a otra para realizar trabajos, en la maquinaria pesada esto se traduce en el uso de la energía otorgada por el motor de combustión interna que comúnmente son los motores diésel hacia una potencia hidráulica (Guasumba et al., 2021GUASUMBA, M.J.E.; GARAY, C.V.A.; SOLÍS, S.J.M.; JIMA, M.J.C.: “Análisis del sistema de inyección electrónica de combustible para motor de combustión interna respecto a sus fallas y mantenimiento”, Polo del Conocimiento, 6(1): 603-621, 2021, ISSN: 2550-682X.).

La bomba hidráulica es un sistema mecánico que forma parte de un sistema hidráulico que comúnmente existe en la actualidad (Llanes et al., 2020LLANES, C.E.A.; MORENO, P.A.; GUAÑA, F.W.V.; JIMA, M.J.C.: “Análisis estructural de un bus por el método de elementos finitos”, 2020, ISSN: 2550-682X.). El movimiento de la bomba son acciones de regulación y control para la elevación de un caudal (Manring y Fales, 2019MANRING, N.D.; FALES, R.C.: Hydraulic control systems, Ed. John Wiley & Sons, 2019, ISBN: 1-119-41647-7.).

La bomba de engranajes tiene un desplazamiento positivo, es decir una bomba en el cual su caudal se da por revoluciones, pero esta no puede variarse (Tipán et al., 2021TIPÁN, S.A.M.; BELTRAN, C.C.M.; JIMA, M.J.C.; GUASUMBA, M.J.E.; VEGA, S.W.H.: “Análisis del rendimiento de las bombas hidráulicas de máquinas autopropulsadas dedicadas a movimiento de tierras”, Polo del Conocimiento, 6(3): 1570-1580, 2021, ISSN: 2550-682X.). El fluido es llevado entre los dientes de engranes y la carcasa, los engranes de malla ajustados a la carcasa (Paneque, 2010PANEQUE, R.P.: Elementos y Sistemas Oleohidráulicos en las Máquinas Agrícolas, Ed. Universidad Autónoma Chapingo, primera ed., vol. 1, Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola, Chapingo, Texcoco, Edo. México, 285 p., 2010, ISBN: 978-959-16-2382-9.). Este tipo de bombas trabajan a una alta velocidad no regulable y a bajas presiones, está constituido por una carcasa de fundición de hierro o de aleación de aluminio (Merritt, 1967MERRITT, C.: “Systems Approach to Pipe Handling, Cementing, and Mud Mixing”, En: Annual Meeting of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers, Ed. SPE, p. SPE-1729, 1967, ISBN: 1-55563-841-4.).

El rendimiento de la bomba hidráulica está dado por la presión de salida, el caudal al que trabaja, su cilindrada respecto al caudal, su par de accionamiento y su velocidad angular.

La ausencia de válvulas de aspiración e impulsión condicionan la existencia de espacios en las máquinas hidráulicas entre las paredes fijas y móviles donde tienen lugar las pérdidas principales de energía (Paneque et al., 2018PANEQUE, R.P.; LÓPEZ, C.G.; MAYANS, C.P.; MUÑOZ, G.F.; GAYTÁN, R.J.G.; ROMANTCHIK, K.E.: Fundamentos Teóricos y Análisis de Máquinas Agrícolas, Ed. Universidad Autónoma Chapingo, vol. 1, Chapingo, Texcoco, México, 456 p., 2018, ISBN: 978-607-12-0532-2.; Yao, 2018YAO, J.: “Model-based nonlinear control of hydraulic servo systems: Challenges, developments and perspectives”, Frontiers of Mechanical Engineering, 13: 179-210, 2018, ISSN: 2095-0233.; Merritt, 1967MERRITT, C.: “Systems Approach to Pipe Handling, Cementing, and Mud Mixing”, En: Annual Meeting of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers, Ed. SPE, p. SPE-1729, 1967, ISBN: 1-55563-841-4.; Kong et al., 2022KONG, X.; CAI, B.; LIU, Y.; ZHU, H.; LIU, Y.; SHAO, H.; YANG, C.; LI, H.; MO, T.: “Optimal sensor placement methodology of hydraulic control system for fault diagnosis”, Mechanical Systems and Signal Processing, 174: 109069, 2022, ISSN: 0888-3270.).

El régimen de trabajo de la máquina hidráulica se determina por los tres parámetros siguientes: diferencia o gradiente de presión, velocidad angular de giro del rotor y coeficiente dinámico de viscosidad del líquido (Merritt, 1967MERRITT, C.: “Systems Approach to Pipe Handling, Cementing, and Mud Mixing”, En: Annual Meeting of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers, Ed. SPE, p. SPE-1729, 1967, ISBN: 1-55563-841-4.; Nekrasov, 1968aNEKRASOV, B.: Hidráulica, Ed. Mir, Moscú, Rusia, Moscú, Rusia, Publisher: MOSCÚ: MIR, 1968a.; 1968bNEKRASOV, B.: Hidráulica, Ed. Instituto cubano del libro, La Habana, Cuba, vol. 1, La Habana, Cuba, 976 p., 1968b.; Paneque, 2010PANEQUE, R.P.: Elementos y Sistemas Oleohidráulicos en las Máquinas Agrícolas, Ed. Universidad Autónoma Chapingo, primera ed., vol. 1, Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola, Chapingo, Texcoco, Edo. México, 285 p., 2010, ISBN: 978-959-16-2382-9.).

Las eficiencias de las máquinas hidráulicas rotatorias se expresan simplemente por el coeficiente de isogonalidad y los coeficientes de fugas de pérdidas por rozamiento del líquido y de pérdidas por rozamiento seco (Pérez y Paneque, 2001PÉREZ, S.; PANEQUE, P.: “Parámetros de rendimiento de una bomba oleohidráulica”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 10(1): 37-40, 2001.).

Teniendo en cuenta la expresado anteriormente el presente trabajo tiene como objetivo desarrollar un sistema automatizado para la determinación teórica de los parámetros de funcionamiento de las máquinas hidráulicas (bombas y motores).

Materiales y métodos

Sobre la base de la investigación teórica desarrollada por Pérez et al. (2005)PÉREZ, S.L.; PANEQUE, R.P.; DE LAS CUEVAS, M.H.: “Fundamentación de los parámetros de funcionamiento de la máquina hidráulica rotatoria”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 14(1): 19-22, 2005, ISSN: 1010-2760., así como, los datos experimentales y estadísticos sobre los parámetros de funcionamiento de máquinas hidráulicas, se desarrolló el sistema automatizado Performance Curves ver. 2.0, sobre plataforma Excel de Microsoft Office Professional Plus 2021.

Sistema automatizado (Performance Curves) para determina los parámetros de funcionamiento de las máquinas hidráulicas rotatorias. El software se desarrolló a partir del diagrama de flujo sintetizado que se muestra en la Figura 1.

Al entrar al sistema se accede directamente al Panel de Control, el cual contempla la selección de la máquina (bombas o motores), selección del status de la máquina (normal o anormal), selección de los coeficientes (normal o anormal), resultados (tabla y gráfico) y Acerca de: (Figura 2).

La selección del status de la máquina contiene lo siguiente:

Estas ventanas poseen botones de comando que facilitan el regreso al Panel de Control, a la tabla de resultados y al gráfico de eficiencia para las condiciones escogidas. (Figuras 3 y 4).

Conclusiones