Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Los mejores documentos en venta realizados por estudiantes que han terminado sus estudios
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Descubre las mejores universidades de tu país según los usuarios de Docsity
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
El concepto de hidráulica y cómo se genera, transmite y controla la aplicación de potencia a través del aire comprimido y el aceite en un circuito. Además, se detalla la Ley de Boyle y cómo se relaciona la presión y el volumen de un gas, así como la importancia de considerar la compresibilidad de los fluidos en aplicaciones hidráulicas. Finalmente, se aborda el tema de la caída de presión en tuberías.
Tipo: Apuntes
1 / 19
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
¿cómo funciona? ¿En qué consiste? Se trata de hacer aumentar la presión del fluido mediante una bomba para utilizarlo como trabajo útil en un actuador, normalmente un cilindro. El líquido ejerce presión sobre el cilindro que transformará su fuerza en un movimiento que será capaz de levantar un peso, abrir una puerta, accionar otro mecanismo etc. Ventajas Este sistema presenta algunas ventajas respecto a los sistemas neumáticos. Al utilizar aceite, es auto lubricante. El posicionamiento de los elementos mecánicos es ajustado y preciso porque el movimiento del aceite es más uniforme que el aire comprimido, transmitiendo la presión más rápido. Puede mover cargas mucho más pesadas. Desventajas Como desventaja no podemos obviar la suciedad además de que es inflamable. El aceite es sensible a la contaminación y a las temperaturas extremas. Los circuitos hidráulicos son algo más complejos porque, a diferencia de los neumáticos, no hay escapes y hay que reconducir el retorno a tanque. Al trabajar en circuito cerrado el aceite sufre desgaste y hay que sustituirlo cada cierto tiempo. Puede sufrir problemas de cavitación o entrada de aire, así como bloqueos. Por eso es muy importante realizar un correcto filtrado y mantenimiento de los sistemas hidráulicos. ¿Para qué sirve? El uso de la tecnología hidráulica es muy variado. Se emplea tanto en el ámbito industrial como en otros ámbitos cotidianos. Muchas excavadoras, camiones de volquete y coches utilizan sistemas hidráulicos para accionar mecanismos unidos a un actuador movido por aceite. Los aviones utilizan sistemas hidráulicos para activar sus controles y poner en funcionamiento los trenes de aterrizaje y frenos. En construcción se emplea sobre todo en compuertas, turbinas y presas. ¿De qué se compone una instalación hidráulica? Son varios los elementos que pueden formar una instalación o circuito hidráulico: la bomba, el motor, el depósito, las válvulas, los cilindros, filtros, acumuladores, manómetros, presostatos, termostatos, detectores de nivel, caudalímetros, refrigeradores y calentadores. Además de otros elementos no menos
Fig. 1 - SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA NEUMÁTICA E HIDRÁULICA. Comenzando desde la izquierda de] diagrama, la primera sección corresponde a la conversión de Energía Eléctrica y/o Mecánica en un sistema de energía Neumática ylo Hidráulica. Un motor eléctrico, de explosión o de otra naturaleza está vinculado a una bomba o compresor, a cuya salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presión. En la parte central del diagrama, el fluido es conducido a través de tubería al lugar de utilización. A la derecha en el diagrama, el aire comprimido o el aceite en movimiento produce una reconversión en Energía mecánica mediante su acción sobre un cilindro o un motor neumático o hidráulico. Con las válvulas se controla la dirección del movimiento, la velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o cilindro. Leyes físicas relativas a los fluidos Hay infinidad de leyes físicas relativas al comportamiento de los fluidos, muchas de ellas son utilizadas con propósitos científicos o de experimentación, nosotros nos limitaremos a estudiar aquellas que tienen aplicación práctica en nuestro trabajo. Ley de Pascal. La ley más elemental de la física referida a la hidráulica y neumática fue descubierta y formulada por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de Pascal, que dice: "La presión existente en un líquido confinado actúa igualmente en todas direcciones, y lo hace formando ángulos rectos con la superficie del recipiente". La figura siguiente ilustra la Ley de Pascal. El fluido confinado en la sección de una tubería ejerce igual fuerza en todas direcciones, y perpendicularmente a las paredes.
Importante: Para aplicar esta fórmula es necesario emplear valores depresión "absoluta" y no manométrica La presión absoluta es la presión que ejerce el aire atmosférico que es igual a 1,033 Kp /cm² = 1 atmósfera (kilogramo fuerza por centímetro cuadrado). Fig. 4 Ley de Boyle aplicada Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle. En la figura 1-4 A, 40 cm³ de gas están contenidas en un recipiente cerrado a una presión P. En la figura 1-4B el pistón se ha movido reduciendo el volumen a 20 cm³, provocando un incremento de la presión 2P. En la figura 1-4 C el pistón a comprimido el gas a 10 cm³ , provocando un incremento de cuatro veces la presión original 4P. Existe entonces una relación inversamente proporcional entre el volumen y la presión de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante, y que las lecturas de presión sean "absolutas" es decir referidas al vacío perfecto. La Ley de Boyle, describe el comportamiento de un gas llamado "perfecto". El aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a presiones menores de 70 Kg/cm² y los cálculos empleando la Ley de Boyle ofrecen resultados aceptables. No ocurre lo mismo con ciertos gases, particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno. Calculo. Partiendo con 40 cm³ de gas confinado a una presión manométrica de 3 Kg/cm², fig. 5 A, ¿Cuál será la presión final después de que el gas haya sido comprimido a un volumen cuatro veces menor? Primero convertiremos la presión manométrica en absoluta: 3 + 1,033 = 4,033 Kp/cm². A continuación, aplicaremos la ley de Boyle: Sí el volumen se redujo a 1/4, la presión se habrá multiplicado por 4 es decir: 4,033 x 4 = 16,132 Kp/cm² (absoluta). Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manométrica: 16,132 - 1,033 = 15,099 Kp/cm²
Fig. 5 Ley de Boyle aplicada Ley de Charles. Esta ley define la relación existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presión o ambas. Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemática y científica, y su campo de aplicación es reducido en la práctica diaria. La ley establece que: «Si la temperatura de un gas se incrementa, su volumen se incrementa en la misma proporción, permaneciendo su presión constante, o si la temperatura del gas se incrementa, se incrementa también su presión en la misma proporción, cuando permanece el volumen constante» Para la solución de problemas deben emplearse valores de presión y temperatura "absolutos". El efecto de la temperatura en los fluidos Es bien conocido el efecto de expansión de líquidos y gases por aumento de la temperatura. La relación entre la temperatura, volumen y presión de un gas podemos calcularla por la ley de Charles. La expansión del aceite hidráulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas condiciones por ejemplo un cilindro hidráulico lleno de aceite en una de sus cámaras y desconectado mediante acoplamientos rápidos de la línea de alimentación, no presenta lugar para una expansión cuando es expuesto al calor. La presión interna puede alcanzar valores de 350 Kg/cm² y aun 1.400 Kg/cm² dependiendo del incremento de temperatura y características del cilindro
Fig. 7 Transmisión de Potencia La distancia L que separa la generación, pistón A, del punto de utilización pistón B, es usualmente de 1,5 a 6 metros en los sistemas hidráulicos, y de 30 a 60 metros en aire comprimido. Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente diseñados. Presión Hidráulica. La presión ejercida por un fluido es medida en unidades de presión. Las unidades comúnmente utilizadas son: La libra por pulgada cuadrada = PSI El Kilogramo por centímetro cuadrado = Kg/cm² El Kilogramo fuerza por centímetro cuadrado = Kp/cm² El bar = bar Existiendo la siguiente relación aproximada: Kg /cm² ~ Kp/cm² ~ bar
En la figura 8 se muestra que la fuerza total aplicada al vástago de un pistón se distribuye sobre toda la superficie de este. Por ello para encontrar la presión que se desarrollará en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistón. Fig. 8 Cilindro hidráulico Este principio tiene carácter reversible, en la figura 9 la presión interna del fluido actuando sobre el área del pistón produce una fuerza de empuje en el extremo del vástago Fig. 9 Presión interna en un cilindro hidráulico Cañerías de Servicio. Estas cañerías o "bajadas" constituyen las alimentaciones a los equipos y dispositivos y herramientas neumáticas, en sus extremos se disponen acoplamientos rápidos y equipos de protección integrados por filtros, válvula reguladora de presión y lubricador neumático. Su dimensión debe realizarse de forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 m/segundo. Cañerías de Interconexión: El dimensionado de estas tuberías no siempre se tiene en cuenta y esto ocasiona serios inconvenientes en los equipos, dispositivos y herramientas neumáticas alimentados por estas líneas. Teniendo en cuenta que estos tramos de tubería son cortos podemos dimensionarlos para velocidades de circulación mayores del orden de los 20 m/s
CAÍDA DE PRESIÓN EN EL CIRCUITO DE UNA PRENSA HIDRÁULICA. Las figuras 13 y 14 vemos dos diagramas de bloques que muestran dos estados de un mismo ciclo de trabajo de una prensa. Se pueden efectuar grandes economías, cuando las necesidades de máxima fuerza a desarrollar por la prensa, son necesarias únicamente en condiciones estáticas, o a través de muy cortas carreras. Las válvulas y tuberías se subdimensiones a propósito por razones económicas, pero en la operación de la prensa esto no tiene efectos perjudiciales. Esto es cierto ya que se basa en el principio ya visto de que no hay caídas de presión cuando no existe circulación. He aquí como opera: El cilindro recibe fluido hidráulico desde la bomba y se mueve libremente. La restricción en la línea representa la resistencia a la circulación a través de válvulas y tuberías subdimensionadas. Esta restricción no reduce el volumen de aceite procedente de la bomba hidráulica de desplazamiento positivo, tal como veremos al estudiar estos elementos. La restricción en cambio consume una buena proporción de la presión que es capaz de desarrollar la bomba, pero esto no tiene importancia porque solamente una muy pequeña presión es necesaria para mover el cilindro en su carrera libre Fig. 13 Prensa en Reposo Fig. 14 Prensa en Trabajo En este diagrama el cilindro llega a su posición de trabajo. Cuando el cilindro se detiene cesa la circulación de fluido a través de las válvulas y tubería y la caída de presión desaparece del sistema. Toda la fuerza de empuje es obtenida entonces a pesar de lo pequeño de las válvulas y tuberías.
Estas figuras son diagramas en bloque en la realidad cuando el cilindro se detiene, todo el caudal de la bomba es descargado a tanque a través de una válvula de alivio no mostrada en la figura 14. Hidráulica: Tanques y depósitos, accesorios, circuitos hidráulicos La mayoría de los sistemas hidráulicos de tamaño pequeño a mediano utilizan los tanques o depósitos como base de montaje para la bomba, motor eléctrico, válvula de alivio, y a menudo otras válvulas de control. Este conjunto se llama. "Unidad de bombeo", "Unidad Generada de Presión" etc. La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspección. Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior del tanque lleva soldadas cuplas para recibir la conexión de tuberías de retorno y drenaje. Se colocan guarniciones alrededor de las tuberías que pasan a través de la tapa para eliminar la entrada de aire. El tanque se completa con un indicador de nivel, un filtro de respiración que impide la entrada de aire sucio. Fig. 15 Unidad Hidráulica de almacenamiento de Aceite La posición de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig. 16 ). En primer lugar, establecer la separación entre la línea de succión y la descarga de retorno En segundo lugar, la capacidad de radiación de temperatura del tanque puede ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que el aceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 16.
Los depósitos hidráulicos están venteados a la atmósfera. Por ello la conexión de venteo debe estar protegida por un filtro. Cuando los sistemas operan en una atmósfera limpia puede emplearse un filtro de respiración de bajo costo como el de la figura 1 6. Pero si se opera en atmósferas muy contaminadas deben emplearse filtros de alta calidad capaces de retener partículas mayores de 10 micrones. FILTROS Coladera de Succión: La mayoría de las bombas utilizan para su protección un filtro destinado a retener partículas sólidas en la aspiración La práctica usual cuando se emplean aceites minerales estándar, es utilizar coladeras de malla metálica capaces de retener partículas mayores de 150 micrones. Cuando se emplean fluidos ignífugos que tienen un peso específico superior al aceite, es preferible emplear coladeras de malla 60 capaces de retener partículas mayores de 200 micrones, para evitar la cavitación de la bomba. Con la introducción de bombas y válvulas con alto grado de precisión, operación a presiones elevadas y altas eficiencias, el empleo de la coladera de aspiración no es protección suficiente para el sistema, si se quiere obtener una larga vida del mismo. El propósito de la filtración no es solo prolongar la vida útil de los componentes hidráulicos, si no también evitar paradas producidas por la acumulación de impurezas en las estrechas holguras y orificios de las modernas válvulas y servo válvulas Figura 19 Filtro de Aceite La figura 19 no muestra un filtro micrónico que puede ser empleado en el retorno o el envío, el elemento filtrante de papel impregnado en fibra de vidrio, metal sinterizado, u otros materiales puede ser removido desenroscando el recipiente. Cuando la calda de presión a través del elemento se incrementa, para evitar el colapso del mismo una válvula de retención se abre dando paso libre al aceite.
Filtro en Línea. Una configuración popular y económica es el filtro en línea de la figura 2- 12 que también lleva incluida una válvula de retención, su desventaja consiste en que hay que desmontar la tubería para su mantenimiento. Figura 20 Filtro de Aceite en línea La figura 22. vemos un filtro instalado a la salida de la bomba y delante de la válvula reguladora de presión y alivio. Estos filtros deben poseer una estructura que permite resistir la máxima presión del sistema. Por seguridad deben poseer una válvula de retención interna. La máxima perdida de carga recomendada con el elemento limpio es de 5 PSI. Figura 2 1 Filtro en la línea de presión. En este punto Fig.2 2 puede emplearse un filtro de baja presión. Es una disposición Ideal cuando trabajan válvulas de control de flujo en serie y el caudal de exceso se dirige vía la válvula de alivio permanentemente a tanque. La máxima perdida de carga recomendada es de 2 PSI con el elemento limpio.
APLICACIÓN DE LA HIDRÁULICA A LA DISTRIBUCION DE CAJAS EN UNA FAJA TRANSPORTADORA B-, A-
