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Principios de la Hidráulica: Transformación de Energía y Aplicaciones - Prof. Zarate, Thesis of Web Design and Development

Este documento explora los principios fundamentales de la hidráulica, centrándose en la transformación de energía en sistemas hidráulicos. Se utiliza el ejemplo de una prensa hidráulica para ilustrar las etapas de conversión de energía mecánica a potencial, cinética y térmica. Además, se analizan las aplicaciones de la hidráulica en máquinas con líquido aceite, como la transmisión de fuerza, el control de velocidad y el frenado. Se incluyen dos ejercicios prácticos que permiten aplicar el principio de pascal y el principio de arquímedes.

Typology: Thesis

2023/2024

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Deber de Hidráulica y Neumática
Nombre: Nain Isaias Sanchez Sanchez
Fecha: 1/06/2023
1. Con la ayuda de un ejemplo, consulte y explique los pasos de la transformación de
energía en instalación hidráulica.
Una instalación hidráulica es un sistema que utiliza aceite presurizado para transmitir la energía
mecánica de un lugar a otro. La transformación de energía en este tipo de sistema se produce
en varias etapas, y puede ser ilustrada con el siguiente ejemplo:
Supongamos que tenemos una prensa hidráulica que se utiliza para aplastar metales. La prensa
hidráulica está compuesta por una bomba hidráulica, un cilindro hidráulico y un fluido hidráulico
(en este caso, aceite). El proceso de transformación de energía en este sistema comienza cuando
el operador acciona una palanca que activa la bomba hidráulica.
1. Etapa de energía mecánica: Cuando el operador acciona la palanca, aplica una fuerza mecánica
al pistón de la bomba hidráulica. Esta fuerza hace que el pistón se mueva hacia abajo,
comprimiendo el aceite hidráulico en el interior de la bomba. La energía mecánica aplicada por
el operador se convierte en energía potencial en el aceite hidráulico.
2. Etapa de energía potencial: El aceite hidráulico comprimido en la bomba hidráulica tiene ahora
una energía potencial, almacenada en forma de presión. La presión del aceite hidráulico
aumenta a medida que el pistón de la bomba se mueve hacia abajo, y esta presión se transmite
a través de las tuberías hidráulicas hasta el cilindro hidráulico.
3. Etapa de energía cinética: Cuando la presión del aceite hidráulico llega al cilindro hidráulico,
se aplica una fuerza sobre el pistón del cilindro. Esta fuerza se traduce en una energía cinética,
que se utiliza para mover el pistón del cilindro hacia arriba. El pistón del cilindro está conectado
a la plataforma de la prensa hidráulica, y su movimiento hacia arriba ejerce una fuerza sobre el
metal que se está aplastando.
4. Etapa de energía térmica: A medida que el aceite hidráulico se mueve a través del sistema, se
produce una fricción entre el aceite y las paredes de las tuberías y componentes. Esta fricción
genera calor, lo que significa que parte de la energía hidráulica se convierte en energía térmica.
Para evitar que el aceite se caliente demasiado, se utiliza un sistema de enfriamiento que disipa
el calor generado.
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Deber de Hidráulica y Neumática Nombre: Nain Isaias Sanchez Sanchez Fecha: 1/06/

1. Con la ayuda de un ejemplo, consulte y explique los pasos de la transformación de energía en instalación hidráulica. Una instalación hidráulica es un sistema que utiliza aceite presurizado para transmitir la energía mecánica de un lugar a otro. La transformación de energía en este tipo de sistema se produce en varias etapas, y puede ser ilustrada con el siguiente ejemplo: Supongamos que tenemos una prensa hidráulica que se utiliza para aplastar metales. La prensa hidráulica está compuesta por una bomba hidráulica, un cilindro hidráulico y un fluido hidráulico (en este caso, aceite). El proceso de transformación de energía en este sistema comienza cuando el operador acciona una palanca que activa la bomba hidráulica.

  1. Etapa de energía mecánica: Cuando el operador acciona la palanca, aplica una fuerza mecánica al pistón de la bomba hidráulica. Esta fuerza hace que el pistón se mueva hacia abajo, comprimiendo el aceite hidráulico en el interior de la bomba. La energía mecánica aplicada por el operador se convierte en energía potencial en el aceite hidráulico.
  2. Etapa de energía potencial: El aceite hidráulico comprimido en la bomba hidráulica tiene ahora una energía potencial, almacenada en forma de presión. La presión del aceite hidráulico aumenta a medida que el pistón de la bomba se mueve hacia abajo, y esta presión se transmite a través de las tuberías hidráulicas hasta el cilindro hidráulico.
  3. Etapa de energía cinética: Cuando la presión del aceite hidráulico llega al cilindro hidráulico, se aplica una fuerza sobre el pistón del cilindro. Esta fuerza se traduce en una energía cinética, que se utiliza para mover el pistón del cilindro hacia arriba. El pistón del cilindro está conectado a la plataforma de la prensa hidráulica, y su movimiento hacia arriba ejerce una fuerza sobre el metal que se está aplastando.
  4. Etapa de energía térmica: A medida que el aceite hidráulico se mueve a través del sistema, se produce una fricción entre el aceite y las paredes de las tuberías y componentes. Esta fricción genera calor, lo que significa que parte de la energía hidráulica se convierte en energía térmica. Para evitar que el aceite se caliente demasiado, se utiliza un sistema de enfriamiento que disipa el calor generado.

En conclusión, la transformación de energía en una instalación hidráulica se produce en varias etapas, desde la energía mecánica aplicada por el operador hasta la energía térmica generada por la fricción del aceite en el sistema. Cada etapa es esencial para el funcionamiento del sistema en su conjunto, y la eficiencia del sistema depende de cómo se gestionen y controlen estas et

2. Analice y elabore un argumento sobre las aplicaciones de la hidráulica. Además, plantee tres ejemplos. La hidráulica es una rama de la ingeniería que se encarga del estudio y aplicación de los líquidos en movimiento, especialmente el agua y los aceites. En el caso de las máquinas que utilizan líquido aceite en su funcionamiento, la hidráulica es una herramienta fundamental para su diseño y operación eficiente. A continuación, se presentan algunos argumentos y ejemplos de aplicaciones hidráulicas en máquinas con líquido aceite: 1. Transmisión de fuerza: Una de las principales ventajas de las máquinas con líquido aceite es su capacidad para transmitir grandes fuerzas a través de pequeñas áreas de contacto. Esto se logra mediante la aplicación de la ley de Pascal, que establece que la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite de manera uniforme a todas las partes del mismo. De esta manera, se pueden diseñar sistemas hidráulicos que transmitan grandes cantidades de energía a través de pequeñas tuberías y mangueras, lo que facilita su transporte y almacenamiento. 2. Control de velocidad : Otra aplicación importante de la hidráulica en las máquinas con líquido aceite es el control de velocidad. Los sistemas hidráulicos permiten regular la velocidad de los motores y cilindros mediante la variación de la cantidad de líquido que fluye a través de ellos. Esta característica es especialmente útil en máquinas que requieren movimientos precisos y suaves, como las grúas y las excavadoras. 3. Frenado: El líquido aceite también se utiliza en sistemas de frenado hidráulicos, especialmente en vehículos pesados como camiones y autobuses. Estos sistemas funcionan mediante la aplicación de una presión hidráulica al líquido contenido en un cilindro, que a su vez presiona las pastillas de freno contra los discos de freno. Los sistemas de frenado hidráulicos ofrecen una mayor eficiencia y durabilidad que los sistemas de frenado mecánicos. **Ejemplos de máquinas con líquido aceite que utilizan la hidráulica:

  1. Excavadoras:** Las excavadoras son máquinas pesadas utilizadas en la construcción y la minería para excavar y mover grandes cantidades de tierra y roca. Estas máquinas utilizan sistemas hidráulicos para controlar los movimientos de los brazos y las cucharas, lo que les permite realizar trabajos precisos y eficientes. 2. Prensas hidráulicas: Las prensas hidráulicas se utilizan en la industria para aplicar grandes cantidades de fuerza en la fabricación de piezas y componentes metálicos. Estas máquinas utilizan sistemas hidráulicos para controlar la presión aplicada a los moldes y matrices, lo que les permite producir piezas de alta calidad y precisión. 3. Grúas hidráulicas: Las grúas hidráulicas se utilizan en la construcción y la industria para levantar y mover grandes cargas. Estas máquinas

La fórmula del principio de Pascal es la siguiente: F1/A1 = F2/A2, donde F1 es la fuerza aplicada en el émbolo grande, A1 es el área del émbolo grande, F2 es la fuerza resultante en el émbolo pequeño y A2 es el área del émbolo pequeño. Podemos sustituir los valores en la fórmula y despejar la fuerza F2: F1/A1 = F2/A 50 N / 10 cm² = F2 / 1 cm² F2 = 5 N Por lo tanto, la fuerza resultante en el émbolo pequeño es de 5 N. Esto se debe a que la presión es la misma en ambos émbolos, y como el émbolo pequeño tiene un área 10 veces menor que el émbolo grande, la fuerza resultante en el émbolo pequeño es 10 veces menor que la fuerza aplicada en el émbolo grande.

  1. Consulte o plantee dos ejercicios sobre el principio de Arquímedes Ejercicio 1: Una esfera maciza de hierro tiene un diámetro de 10 cm y pesa 8 kg. Determine el empuje que experimenta la esfera cuando se sumerge completamente en agua. Solución: El volumen de la esfera se puede calcular como: V = (4/3)πr^ Donde r es el radio de la esfera, que es la mitad del diámetro, por lo tanto r = 5 cm. V = (4/3)π(5 cm)^3 = 523.6 cm^ El peso de la esfera es de 8 kg, que se puede convertir en masa utilizando la fórmula P = m*g donde g es la aceleración debido a la gravedad. m = P/g = 8 kg / 9.8 m/s^2 = 0.816 kg El principio de Arquímedes establece que el empuje experimentado por un objeto sumergido en un fluido es igual al peso del fluido desplazado por el objeto. El volumen de agua desplazado por la esfera es el mismo que el volumen de la esfera: 523.6 cm^3. La densidad del hierro es de aproximadamente 7.86 g/cm^3. La densidad del agua es de aproximadamente 1 g/cm^3.

La masa de agua desplazada por la esfera es: m_agua = densidad * volumen = 1 g/cm^3 * 523.6 cm^3 = 523.6 g Finalmente, el empuje experimentado por la esfera es igual al peso del agua desplazada: E = m_agua * g = 523.6 g * 9.8 m/s^2 = 5.13 N Por lo tanto, la esfera experimenta un empuje de 5.13 N cuando se sumerge completamente en agua. Ejercicio 2: Un objeto de forma irregular se sumerge en agua y se determina que el empuje experimentado es de 9 N. Si el objeto pesa 12 N en el aire, determine su densidad y su volumen. Solución: El principio de Arquímedes establece que el empuje experimentado por un objeto sumergido en un fluido es igual al peso del fluido desplazado por el objeto. En este caso, el empuje experimentado es de 9 N. La masa del objeto se puede calcular utilizando la fórmula P = m*g donde P es el peso del objeto en el aire y g es la aceleración debido a la gravedad. m = P/g = 12 N / 9.8 m/s^2 = 1.22 kg La densidad del objeto se puede calcular utilizando la fórmula de la densidad: densidad = masa / volumen El volumen del objeto se puede obtener dividiendo el empuje experimentado por la densidad del agua, que es de aproximadamente 1 g/cm^3. V = E / densidad_agua = 9 N / (1 g/cm^3 * 9.8 m/s^2) = 0.918 cm^ Por lo tanto, el volumen del objeto es de 0.918 cm^3. Finalmente, la densidad del objeto se puede calcular como: densidad = masa / volumen = 1.22 kg / 0.918 cm^3 = 1,33 g/cm^

Fuente bibliográficas

Aula. (2023, 15 mayo). Qué es un sistema hidráulico, para qué sirve y cómo funciona.

aula21 | Formación para la Industria. https://www.cursosaula21.com/que-es-

un-sistema-hidraulico/

Sebastián Delnero, Ing. Aeron. (1a. C.). SISTEMAS HIDRÁULICOS. aero.ing.

https://cursos.aiu.edu/sistemas%20hidraulicas%20y%20neumaticos/pdf/tema%

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Sumifluid, C. P. (2022, 24 agosto). Procesos y Aplicaciones Hidráulicas| Sumifluid 【

Profesionales 】. Sumifluid®. https://sumifluid.com/hidraulica-procesos-

aplicaciones/