OLEOHIDRAULICA: 1. Principios y leyes Fundamentales de la Hidráulica.

OLEOHIDRAULICA:
1. Principios y leyes Fundamentales de la Hidráulica.
- Los aceites no son compresibles (pero sí elásticos)
-Los aceites transmiten en todas las direcciones la presión
que se les aplica (Principio de Pascal)
-Los aceites toman la forma de la tubería o aparato, por los
que circulan en cualquier dirección.
-Los aceites permiten multiplicar la fuerza aplicada (prensa
hidráulica). Las fuerzas aplicadas y transmitidas son
directamente proporcionales a sus superficies.
-Energía de presión:
EP = P(presión) x V(Volumen)
-Energía Cinética:
1
EC = m(masa) x V2(velocidad al cuadrado)
2
OBS: en los circuitos hidráulicos la velocidad del aceite no
debe pasar de los 7
𝑚
𝑠
2. Caída de Presión o Pérdida de Carga.
Es la pérdida de presión que sufre un aceite al pasar por una
tubería, válvula o aparato.
Ap = 4,15 x VK x L x Y x
P=
𝐹𝑈𝐸𝑅𝑍𝐴
𝐴𝑅𝐸𝐴
=
𝐹
𝐴
1.1 Fuerza Hidráulica.
Es igual al producto de la presión por la superficie sobre la
cual actúa.
F=AxP
La fuerza se expresa en Kg y en Newton, donde
1 Kg = 9,8 N. La presión se expresa en
𝐾𝑔
𝑐𝑚2
, bar, atmósferas,
psi.
1
𝐾𝑔
𝑐𝑚2
= 1 bar = 1 atmósfera = 14,7 psi
1.2 Caudal.
Es la cantidad de aceite que se desplaza por una tubería o
aparato en un tiempo determinado.
Q=AxV
Q = caudal A = área o sección V = velocidad
En hidráulica el caudal se da en litros por minuto esto es
𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜
, la superficie en 𝑐𝑚2 y la velocidad en metros por
segundo
𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜
Para poder aplicar las fórmula es estas unidades tenemos que
hacer lo siguiente:
- Que las magnitudes sean consistentes.
- Aplicar el método estudiado en clases.
100 cm2
0,454 Kg
30,5 psi
lb
1 plg
9,8 N
2
2
2
2,54 cm
𝑝𝑙𝑔
1m
1 lb
1 Kg
finalmente:
30,5 psi = 534, 25 kPa (kilo Pascal)
1.3 ley de continuidad.
Establece que el caudal es constante a lo largo de un circuito.
Supongamos una tubería.
Q1 = Q2 = Q3 = CONSTANTE
A1 x V1= A2 x V2 = A3 x V3 = Constante
1.4 Teorema de Bernoille.
Dice que la energía total de un fluido permanece constante
en cualquier punto del circuito hidráulico.
La energía total del aceite en un punto de la
instalación es la suma de tres energías:
- Energía potencial:
EH = m x g x h
m = masa
g = gravedad
h = altura
𝑄
𝑑4
donde Ap = pérdida de carga en bar
d = diámetro de la tubería en cm
VK = viscosidad en Stokes
L = longitud de la tubería en metros
Y = peso específico del aceite
Q = caudal, en este caso
𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜
3. Golpe de Ariete.
El fenómeno de golpe de ariete se produce cuando el aceite
sufre una parada o cambio brusco, como por ejemplo, cuando
se cierra una válvula, grifo o se para una bomba.
El frenado del aceite provoca una onda de choque que se
propaga aguas arriba (del aparato o tubería cerrado hacia la
bomba). Las consecuencias son un aumento de la presión de
hasta un 50 % (sobrepresión), fatigando los materiales.
4. Número de Reynolds.
Cuando el aceite circula por las tuberías hasta las velocidades
máximas que ya dijimos, circula en régimen laminar, si
aumentáramos el caudal o disminuyéramos la sección (área)
de la tubería el aceite circularía en régimen turbulento. Esto
es perjudicial para la instalación pues las máquinas
funcionarían mal y el aceite se calentaría.
El número de Reynolds es un número a dimensional (no
tiene unidades de medida), que depende del caudal y del
diámetro de la tubería.
Re < 2.000 = régimen laminar
2.000 < Re < 5.000 = transición
Re > 2.500 = turbulento
Presiones más empleadas en hidráulica industrial:
-Baja presión: 20 - 60 bar en maquinas-herramientas
-Media presión: 60 -100 bar (siderurgia)
-Alta presión: más de 120 bar, plásticos; entre 150 y
700 bar, prensas, maquinaria agrícola y maquinaria obras
públicas.
Rendimiento:
- Potencia motor eléctrico: 3% a 5%
- Potencia entregada a la bomba: 4% a 5%
- Potencia hidráulica sumistrada por la bomba:3%
- Potencia hidráulica que entra en los motores:10%
- Pérdida efectiva = 20% a 22%.
5. Ventajas y desventajas de la hidráulica.
5.1 Ventajas:
- Simplicidad. Hay pocas piezas en movimiento (bombas,
motores y cilindros)
- Flexibilidad. El aceite se adapta a las tuberías y transmite la
fuerza como si fuera una barra de acero.
- Tamaño. Es pequeño comparado con la mecánica y la
electricidad a igual potencia.
- Seguridad. salvo algún peligro de incendios ciertas
instalaciones.
- Multiplicación de fuerzas.
5.2 Desventajas:
- Limpieza. En la manipulación de los aceites, aparatos y
tuberías, como el lugar de ubicación de la máquina; en la
práctica, hay muy pocas máquinas hidráulicas en las que se
extremen las medidas de limpieza.
- Alta presión. exige un buen mantenimiento.
- Precio. Las bombas, motores, válvulas proporcionales y
servo válvulas son caras.
6. Aplicaciones industriales de la hidráulica.
6.1 Industrial del metal. Sector máquinas-herramientas
(tornos y fresadoras), mandrinadoras, brochadoras,
plegadoras y rectificadoras.
6.2 Sector mantención. En líneas automáticas de transporte.
6.3 sector prensas y cizallas.
6.4 Industria siderúrgica. Laminadores en frío y en caliente,
líneas de acabado y máquinas de colada continua.
6.5 Industria eléctrica. Turbinas e interruptores de alta
presión.
6.6 Industria química. Mezcladores y en ambientes
explosivos.
6.7 Industria electromagnética. Hornos de fusión,
tratamientos térmicos y soldaduras automáticas.
6.8 Industria textil. Máquinas de estampado de tejidos y
telares.
6.9 Industria de la madera y del papel. Máquinas continuas,
rotativas, impresoras y periódicos.
6.10 Otras. Obras públicas, maquinaria agrícola, barcos y
aviones.
7. Comparación de tas técnicas de transmisión de energía
(neumática, hidráulica, eléctrica y mecánica)
7.1 Facilidad de transmisión. El orden en que trasmiten
mejor la energía es: ELECTRICIDAD > NEUMÁTICA >
HIDRÁULICA > MECÁNICA.
7.2 Facilidad de ampliación (multiplicación) de fuerzas. El
orden en la facilidad de amplificación de las fuerzas es:
HIDRÁULICA > ELECTRICIDAD > NEUMÁTICA > MEANICA
7.3 Facilidad de regulación. El orden en que las energías
regulan es:
HIDRÁULICA > ELACTRICIDAD > NEUMÁTICA
7,4 Dificultad de mantenimiento. El orden en que va de la
más difícil es:
ELECTRICA > HIDRÁULICA > MECÁNICA.
8. Cuestionario.
8.1 Mencione los principios fundamentales de la Hidráulica
referido a los aceites.
8.2 De termine la Fuerza hidráulica en [N] si el área es
A=9⅜[plg] y la presión que actúa sobre dicha área es
200[
𝐾𝑔
𝑐𝑚2
]
8.3 Calcula la presión que aplica un esquiador de 70 kg de
masa sobre la nieve cuando: a) calza unas botas cuyas
dimensiones son 3[plg] x 1 [pie] y b) cuando se pone unos
esquís de dimensiones 1,90[m] x 12 [cm].
8.4 Por una cañería circular de 3 pulgadas de diámetro se
llena un estanque de 20 pie3, en media hora. Calcular el
caudal de alimentación[lt/s] y la velocidad de flujo en la
cañería en [m/min].
8.4 Si en un estanque que está vacío y cuya capacidad es de
3.600 litros, se abrieran al mismo tiempo tres llaves y un
desagüe, el estanque se llenaría en 15 minutos. Por el
desagüe salen 240 litros en 4 minutos. Si el estanque tiene
600 litros de agua y está cerrado el desagüe, ¿en cuánto
tiempo lo acabarán de llenar las tres llaves?
8.5 Explique que es el golpe de Ariete.
8.6 Explique que es el Número de Reylods.
8.7 Calcular la energía potencial [Joules] que posee un libro
de 500 gramos de masa que está colocado sobre una mesa de
80 centímetros de altura.
8.8 Calcula la energía cinética [ J ] de un móvil de 500 kg de
masa que se mueve a una velocidad de 100 [Pie/min].
8.9 Por un tubo, que tiene un diámetro de 1 pulgada por la
parte ancha (1) y ¾ pulgada en la parte estrecha (2), circula
agua. Calcule:¿Cuántos metros cúbicos de agua por segundo
circulan por el tubo en el punto 2 ?
¿Cuánto vale V2 en [m/s] ?
H
2
1
V1 = 5,8[lt/min]
8.10
VA = 9,23[lt/min] VB = ?
B
AA
Ai
re
DA = 10 cm
Líquid
o
DB = 2,5 cm