HidrulicaLa rama de la hidrulica juega un papel importante
dentro de la construccin civil, para toda construccin en la que
intervenga almacenamiento, conduccin y manejo de los recursos de
agua as como de cualquier otro fluido como lo son oleoductos,
refineras, plantas de tratamiento, riego, etc.Aplicaciones de la
HidrulicaEn la actualidad las aplicaciones de la oleohidrulica y
neumtica son muy variadas, esta amplitud en los usos se debe
principalmente al diseo y fabricacin de elementos de mayor precisin
y con materiales de mejor calidad, acompaado adems de estudios mas
acabados de las materias y principios que rigen la hidrulica y
neumtica. Todo lo anterior se ha visto reflejado en equipos que
permiten trabajos cada vez con mayor precisin y con mayores niveles
de energa, lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de
la industria en general.Dentro de las aplicaciones se pueden
distinguir dos, mviles e industriales:
-Aplicaciones Mviles:El empleo de la energa proporcionada por el
aire y aceite a presin, puede aplicarse para transportar, excavar,
levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar
vehculos mviles tales como:TractoresGrasRetroexcavadorasCamiones
recolectores de basuraCargadores frontalesFrenos y suspensiones de
camionesVehculos para la construccin y mantencin de carreteras
-Aplicaciones Industriales:En la industria, es de primera
importancia contar con maquinaria especializada para controlar,
impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de
la lnea de produccin, para estos efectos se utiliza con regularidad
la energa proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene entre
otros:Maquinaria para la industria plsticaMquinas
herramientasMaquinaria para la elaboracin de alimentosEquipamiento
para robtica y manipulacin automatizadaEquipo para montaje
industrialMaquinaria para la mineraMaquinaria para la industria
siderrgica
-Otras Aplicaciones:Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas
propios de vehculos automotores, como automviles, aplicaciones
aerospaciales y aplicaciones navales, por otro lado se pueden tener
aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas
aquellas reas en que se requiere movimientos muy controlados y de
alta precisin, as se tiene:Aplicacin automotriz:suspensin, frenos,
direccin, refrigeracin, etc.Aplicacin Aeronutica:timones, alerones,
trenes de aterrizaje, frenos, simuladores, equipos de mantenimiento
aeronutico, etc.Aplicacin Naval:timn, mecanismos de transmisin,
sistemas de mandos, sistemas especializados de embarcaciones o
buques militaresMedicina:Instrumental quirrgico, mesas de
operaciones, camas de hospital, sillas e instrumental odontolgico,
etc.
La hidrulica y neumtica tienen aplicaciones tan variadas, que
pueden ser empleadas incluso en controles escnicos (teatro),
cinematografa, parques de entretenciones, represas, puentes
levadizos, plataformas de perforacin submarina, ascensores, mesas
de levante de automviles, etc.OtroLos antiguos romanos y griegos
aprovechaban la energa del agua; utilizaban ruedas hidrulicas para
moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y
animales de carga retras su aplicacin generalizada hasta el siglo
XII. Durante la edad media, las grandes ruedas hidrulicas de madera
desarrollaban una potencia mxima de cincuenta caballos.Las presas y
los canales eran necesarios para la instalacin de ruedas hidrulicas
sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La
construccin de grandes presas de contencin todava no era posible;
el bajo caudal de agua durante el verano y el otoo, unido a las
heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidrulicas
por mquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbn.Los
canales son conducciones a superficie libre que se utilizan en
sistemas de suministro de agua y en sistemas de drenaje de aguas
lluvias.En los sistemas de suministro de agua los canales pueden
emplearse entre la captacin y el tanque sedimentador, y luego entre
el desarenador y el tanque de almacenamiento. Posteriormente,
dependiendo de la forma como se programe la distribucin del agua a
partir del tanque de almacenamiento, se utilizan tuberas o
combinaciones de tuberas y canales.Los sistemas de drenaje de aguas
lluvias constan de un canal principal y una serie de ramales
secundarios y terciarios que captan en sus recorridos los caudales
de escorrenta que se generan en sus reas de influencia.Algunas
estructuras que se construyen en los canales son las siguientes:1.
Compuertas y Vertederos, para derivaciones, medicin de caudales y
control de niveles.1. Transiciones, para empalmar tramos de
diferente seccin transversal.1. Sifones y Acueductos, o puentes,
para atravesar corrientes naturales y cruzar por depresiones del
terreno.1. Tneles, para atravesar obstculos naturales.1. Rampas,
escalones y disipadores de energa, para controlar las velocidades
en canales de alta pendiente, entre otros.2.- TIPOS DE
CONSTRUCCIONES HIDRAULICAS2.1.- Gaviones.Desde el siglo XVI, los
ingenieros utilizaban en Europa unas cestas de mimbre rellenas de
tierra -denominadas por sus inventores italianosgabbioni, o "jaulas
grandes" para fortificar los emplazamientos militares y reforzar
las orillas de los ros. Hoy, se utilizan como bloques de
construccin en las estructuras hidrulicas de bajo costo y larga
duracin en los pases en desarrollo.Actualmente un armazn de tela
metlica, relleno de piedras en lugar de tierra, ha sustituido la
cesta de mimbre, pero la fuerza bsica de los gaviones -y sus
ventajas respecto a otras estructuras rgidas utilizadas en las
obras de ingeniera- es la misma. La flexibilidad intrnseca del
armazn de los gaviones, sujetos a tensin y comprensin alternantes,
les permite trabajar sin romperse, y as se evita que pierdan su
eficacia estructural. Como estructura deformable, todo cambio en su
forma por hundimiento de su base o por presin interna es una
caracterstica funcional y no un defecto. As pues, se adapta a los
pequeos movimientos de la tierra y, al deformarse, conserva su
solidez estructural sin fracturas.Como los gaviones se sujetan
entre s, la tela metlica resiste mucho la tensin, a diferencia del
concreto. Una estructura de gaviones soporta un grado de tensin que
comprometera mucho a una estructura de piedra seca y sera
francamente peligrosa para el concreto y la mampostera simples. El
armazn de tela metlica no es un mero recipiente para el relleno de
piedras, sino un refuerzo de toda la estructura. Un gavin bien
hecho puede tolerar aos de castigo: recientemente se someti a
examen uno utilizado para proteccin de la ribera de un ro hace ms
de 100 aos, y se concluy que est en perfectas condiciones.
2.2.- Diques y vertederos.El Servicio de Recursos, Fomento y
Aprovechamiento de Aguas tiene mucha experiencia en construccin con
gaviones en distintos pases del mundo en desarrollo, como Botswana,
Etiopa, Nger, Nigeria, China, Viet Nam y Hait, donde todos los
proyectos de aprovechamiento de aguas e irrigacin han utilizado
gaviones importados o fabricados localmente. Estas estructuras
suelen ser represas de terraplenes hechas de gaviones, de proteccin
contra la erosin, y vertederos en la superficie tambin de
gaviones.El vertedero es un elemento fundamental de la estructura,
ya que es la parte que est en contacto directo con la corriente de
agua. Un vertedero bien diseado debera permitir controlar la
descarga del exceso de agua de una represa y proteger el terrapln
del hundimiento y la erosin. Con todo, advierte el Servicio de
Recursos, Fomento y Aprovechamiento de Aguas, aunque es ms bien
fcil fabricar gaviones, siempre hay que respetar las reglas bsicas
de la ingeniera para asegurar la estabilidad de la estructura y,
as, su sostenibilidad. En particular, los gaviones a menudo se
asocian a los cortes y rellenado de los terrenos y, por ende, debe
garantizarse la estabilidad esttica y la resistencia intrnseca de
la estructura en conjunto y de todas sus partes por separado.El
diseo y fabricacin de las estructuras de gaviones no siempre han
satisfecho las normas y, en consecuencia, han fallado en parte o
por completo las obras por el excesivo hundimiento de los cimientos
y, ms a menudo, por la gradual filtracin de agua entre los gaviones
y la tierra y los cimientos adyacentes. Esto algunas veces ha hecho
fracturarse toda la construccin.El Servicio de Recursos, Fomento y
Aprovechamiento de Aguas est preparando un conjunto de directrices
prcticas y normas destinadas a los ingenieros especialistas, para
la elaboracin y construccin de estructuras de tierra y gaviones. Se
har particular nfasis en la superficie de contacto entre ambos
materiales de construccin, precisamente donde se ha encontrado el
mayor riesgo de mal funcionamiento. La publicacin servir para
disear vertederos de gaviones para represas pequeas para las
laderas de las montaas, presas de acopio para sistemas de riego por
gravedad, rompeolas, soleras para el fondo de los ros y sistemas de
proteccin contra la erosin hidrulica. Se proporcionar un conjunto
de programas para computar la estabilidad de las construcciones,
con los manuales.2.3.- Captaciones.Las captaciones son las obras
que permiten derivar el agua desde la fuente que alimenta el
sistema. Esta fuente puede ser una corriente natural, un embalse o
un depsito de agua subterrnea; en este artculo se tratar de
captaciones en corrientes naturales.La captacin consta de la
bocatoma, el canal de aduccin y el tanque sedimentador o
desarenador.En la figura siguiente se muestran esquemticamente los
tipos de bocatoma ms utilizadas.Las magnitudes de los caudales que
se captan en las bocatomas son funcin de los niveles de agua que se
presentan inmediatamente arriba de la estructura de control.Como
estos niveles dependen del caudal Q de la corriente natural, y este
caudal es variable, entonces las bocatomas no captan un caudal
constante. Durante los estiajes captan caudales pequeos y durante
las crecientes captan excesos que deben ser devueltos a la
corriente lo ms pronto posible, ya sea desde el canal de aduccin o
desde el desarenador.La sedimentacin que se genera en la corriente
natural por causa de la obstruccin que se induce por la presencia
de la estructura de control es un gran inconveniente en la operacin
de las bocatomas laterales.El canal de aduccin conecta la bocatoma
con el desarenador; tiene una transicin de entrada, una curva
horizontal y un tramo recto, paralelo a la corriente natural, hasta
el desarenador. Es un canal de baja pendiente y rgimen tranquilo
que se disea para recibir los caudales de aguas altas que pueden
entrar por la toma. En la prctica es preferible que sea de corta
longitud y en algunos casos, cuando las condiciones topogrficas de
la zona de captacin lo permiten, se elimina el canal de aduccin y
el desarenador se incluye dentro de la estructura de la bocatoma.El
desarenador es un tanque sedimentador cuyas dimensiones dependen
del caudal de diseo de la toma, de la distribucin granulomtrica de
los sedimentos en suspensin que transporta la corriente natural y
de la eficiencia de remocin, la cual oscila entre el 60 y el 80%
del sedimento que entra al tanque. En el fondo tiene un espacio
disponible para recibir los sedimentos en suspensin que retiene;
estos sedimentos son removidos peridicamente mediante lavado
hidrulico o procedimientos manuales.Adems de su funcin de
sedimentador el desarenador cuenta con un vertedero de rebose que
permite devolver a la corriente natural los excesos de agua que
entran por la toma.2.4.- Compuertas.Son estructuras de control
hidrulico. Su funcin es la de presentar un obstculo al libre flujo
del agua, con el consiguiente represamiento aguas arriba de la
estructura, y el aumento de la velocidad aguas abajo.2.5.-
Transiciones.Las transiciones son estructuras que empalman tramos
de canales que tienen secciones transversales diferentes en forma o
en dimensin. Por ejemplo un tramo de seccin rectangular con uno de
seccin trapezoidal, o un tramo de seccin rectangular de ancho b1
con otro rectangular de ancho b2, etc.Las transiciones funcionan
mejor cuando los tramos que se van a empalmar son de baja
pendiente, con rgimen subcrtico; en este caso las prdidas
hidrulicas por cambio de seccin son relativamente pequeas. El
manejo clsico de las transiciones en rgimen subcrtico est explicado
con ejemplos en los textos de Hidrulica de Canales.Cuando la
transicin se coloca en tramos de alta pendiente, en rgimen
supercritico, las prdidas hidrulicas son altas y no son
cuantificables con buena precisin, lo cual hace que los clculos
hidrulicos no resulten aceptables. En esta circunstancia es
recomendable disear la transicin con ayuda de un modelo
hidrulico.1.6.- Rampas, Escalones y Disipadores de EnergiaLos
canales que se disean en tramos de pendiente fuerte resultan con
velocidades de flujo muy altas que superan muchas veces las mximas
admisibles para los materiales que se utilizan frecuentemente en su
construccin.Para controlar las velocidades en tramos de alta
pendiente se pueden utilizar combinaciones de rampas y escalones,
siguiendo las variaciones del terreno. Las rampas son canales
cortos de pendiente fuerte, con velocidades altas y rgimen
supercrtico; los escalones se forman cuando se colocan cadas al
final de tramos de baja pendiente, en rgimen subcrtico.Los
disipadores de energa son estructuras que se disean para generar
prdidas hidrulicas importantes en los flujos de alta velocidad. El
objetivo es reducir la velocidad y pasar el flujo de rgimen
supercrtico a subcrtico.Las prdidas de energa son ocasionadas por
choque contra una pantalla vertical en Disipadores de Impacto, por
cadas consecutivas en Canales Escalonados, o por la formacin de un
resalto hidrulico en Disipadores de Tanque.Uno de los aspectos que
generalmente merece especial atencin en el diseo de obras
hidrulicas de montaa es la disipacin de la energa cintica que
adquiere un chorro lquido por el incremento de la velocidad de
flujo. Esta situacin se presenta en vertederos de excedencias,
estructuras de cada, desfogues de fondo, bocatomas, salidas de
alcantarillas, etc.La disipacin de la energa cintica puede lograrse
aplicando diferentes medidas, a saber: generacin de resalto
hidrulico, impacto o incremento de la rugosidad.2.6.1.- Resalto
Hidrulico.El resalto hidrulico es el ascenso brusco del nivel del
agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo
que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad.Este
fenmeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que
tiene lugar un cambio violento del rgimen de flujo, de supercrtico
a subcrtico. Consideremos el siguiente esquema:Las caractersticas
del resalto hidrulico han sido aprovechadas para reducir las
velocidades de flujo en canales a valores que permitan el
escurrimiento sin ocasionar tensiones de corte superiores a los
lmites permitidos por los materiales que componen el permetro
mojado. El lugar geomtrico en el que se presenta el resalto se
denomina colchn hidrulico.Diferentes investigadores han
profundizado en el tema de la disipacin de la energa a travs de un
resalto hidrulico; algunos han puesto atencin a la relacin entre
los tirantes y condiciones de flujo antes y despus del resalto, los
menos han abordado los mecanismos internos que gobiernan un resalto
hidrulico.Se han investigado diferentes formas de colchones
hidrulicos con el objeto de lograr una mejor disipacin de energa en
una menor longitud.Un colchn hidrulico se hace necesario cuando no
es posible lograr la disipacin de energa deseada de manera natural,
es decir cuando el tirante conjugado necesario es mayor al tirante
existente aguas abajo.En esos casos se considera la alternativa de
forzar a la disipacin a travs de un cuenco artificial, obligando el
desarrollo del resalto hidrulico en un tramo definido que sea lo ms
corto posible, para este propsito sern necesarias obras
complementarias que permitan proteger el permetro mojado de la zona
de mayores velocidades.Colchn hidrulico con un cuenco
amortiguadorTiene su aplicacin en vertederos de excedencias, rpidas
y estructuras de cada libre. Al pie de la cada se presenta el
tirante mnimo hmin y por lo tanto la energa especfica mxima.Resalto
hidrulico para hmin< h1Si hmin = h1, para la formacin del
hidrulico ser necesario contar con un tirante conjugado h2, que
deber desarrollarse por efecto de las condiciones de escurrimiento
existentes aguas abajo; es decir que h2 < hab.Si hab < h2, el
resalto hidrulico no se formar en la seccin 1, sino que por efecto
de su energa cin-tica, la zona de rgimen supercrtico se desplazar
hacia aguas abajo, hasta encontrar un tirante que sea prximo al
tirante conjugado. Sin embargo es posible que la zona de rgimen
supercrtico tenga una longitud mayor a la mxima establecida por los
criterios adoptados para el proyecto.Para incrementar el tirante de
aguas abajo existen varias posibilidades, a saber: profundizar la
solera o construir un travesao de fondo, incrementar la rugosidad
de la solera, reducir el ancho de la seccin, reducir la pendiente
de la solera, etc.Las tres ltimas posibilidades son normalmente
difciles de lograr por lo que se considerarn nicamente la primera y
la segunda de las posibilidades.La profundizacin de la solera en la
zona del colchn hidrulico, determina el incremento de la altura de
cada en la estructura y en consecuencia un menor tirante hmin (h1)
y un mayor tirante conjugado h2. Afortunadamente en el colchn
hidrulico no solo se presenta una compensacin geomtrica del dficit
de altura en el tirante aguas abajo, sino que la confinacin del
resalto hidrulico genera mayor intensidad de choques entre las
partculas de agua, contra las paredes laterales del cuenco y
principalmente contra la pared frontal que genera la profundizacin
del lecho.Dependiendo de las condiciones que presente la obra,
tambin es posible la formacin de un colchn hidrulico con la
aplicacin de un travesao de fondo, cuya misin ser elevar el tirante
aguas abajo hasta niveles que compensen el dficit del tirante
conjugado.3.- CONCLUSIONESCada vez que se quiera realizar un diseo
de ingeniera de presas y tranques se debe tener presente muchos
aspectos, como por ejemplo: seleccin de sitios y estudios de
factibilidad, investigaciones geotcnicas y de terreno, diseo de
detalle, gestin de contratos y manejo de proyectos.A pesar de que
el alcance de un diseo de ingeniera es especfico al sitio, incluye
un conjunto de conocimientos especializados tcnicos.El diseo de
tranques de relaves se realiza generalmente en la etapa de
evaluacin de un proyecto para determinar la viabilidad de una
prospeccin de mineral. A nivel de pre-factibilidad, el objetivo
generalmente consiste en descubrir los posibles fallas fatales. A
nivel de factibilidad del proyecto, se requiere una evaluacin ms
detallada para obtener informacin ms precisa que permita la
estimacin de los costos para efectos del financiamiento del
proyecto. El diseo de ingeniera final es el nivel final requerido
para efectos de la tramitacin de los permisos para un proyecto y
finalmente la construccin. El diseo de apoyo a la obtencin de
permisos requiere la realizacin de un considerable trabajo de
ingeniera suficiente para la revisin en el contexto de las normas
legales, autoridades de revisin de permisos y grupos de inters
especiales. Adems de una gran cantidad de requisitos para la
obtencin de permisos ambientales, esto suele incluir detallados
planos del diseo y especificaciones de construccin. Tambin es
frecuente que se requiera ingeniera de diseo durante las
operaciones o con posterioridad al abandono para hacer ajustes de
acuerdo con los cambios implementados o para resolver los problemas
planteados por condiciones no previstas que pueden surgir a pesar
del ms alto nivel de diseo original.Finalmente, se puede decir que
las construcciones hidrulicas de vertederos, compuertas, resaltos,
estn relacionados o se basan principalmente en la conservacin de la
energa, y su uso mayormente est destinado a la construccin de
Bocatomas, Embalses, Presas, etc.12Antigua rueda hidrulicaCestas de
mimbres, sigo XVIArmazn de tela metlica, actualidad.Utilizacin
degaviones en distintos tipos de estructuras hidrulicas:estructuras
para contener la tierra, como recubrimientos para el fondo de los
ros, muros de contencin para excavaciones y diques;estructuras
contra la erosin, en los bordes del mar, de los ros y canales, en
pequeas represas, aliviaderos (en Nger, arriba), azudes, rompeolas,
y para proteccin de presas y orillas de los lagos.Para estructuras
ms grandes se pueden fabricar estructuras hidrulicas de gaviones,
como soleras para el fondo de los ros, incluso en distintas etapas,
para permitir a los sedimentos depositarse tras la primera hilera
de gaviones. Una vez consolidados, se coloca la segunda fila de
gaviones sobre la primera y sobre los sedimentos ya depositados, y
as hasta alcanzar la altura prevista de la
solera.CompuertaOtraDESARROLLO DE LA
HIDRULICAAunqueeldesarrollomodernodelahidrulicaseacomparativamentereciente,lasantiguascivilizaciones
estaban familiarizadas con muchos principios hidrulicos y sus usos.
Los egipciosy la poblacin antigua de Persia, India, y China
transportaron el agua a lo largo de canales parala irrigacin y
propsitos domsticos, usando las presas y esclusas para controlar el
caudal.Los antiguos cretenses tenan un sistema de fontanera
avanzado. Arqumedes estudi lasleyes de la flotacin y cuerpos
sumergidos. Los romanos construyeron los acueductos parallevar el
agua a sus ciudades.Despus de la desintegracin del mundo antiguo,
hubo pocas novedades por muchos siglos.Luego, durante un perodo
comparativamente corto, comenzando cerca del final del siglo
XVII,el fsico italiano, Evangelista Torricelle, el fsico francs,
Edme Mariotte, y posteriormente,Daniel Bernoulli condujeron
experimentos para estudiar los elementos de fuerza en la
descargadel agua a travs de pequeas aberturas a los lados de los
tanques y a travs de caerascortas. Durante el mismo perodo, Blaise
Pascal, cientfico francs, descubri la leyfundamental de la ciencia
de la hidrulica.La ley de Pascal indica que el aumento en la presin
sobre la superficie de un lquido confinadoes transmitido sin
disminucin a travs del recipiente o del sistema que lo contiene .
(ste eselprincipio bsico de la hidrulica).Para que la ley de Pascal
sea til en usos prcticos, era necesario tener un pistn queencajara
exactamente. No fue sinohasta la ltima parte del siglo XVIII en que
fueronencontrados mtodos para hacer piezas que encajaran con
precisin segn los requerimientosde los sistemas hidrulicos. Esto
fue logrado por la invencin de mquinas que fueronutilizadas para
cortar y para dar forma a las piezas, logrando el encastre
necesario,particularmente, por el desarrollo de juntas y
empaquetaduras. Desde entonces, componentestales como vlvulas,
bombas, cilindros actuadores, y motores han progresado y
perfeccionadopara hacer de la hidrulica una de tecnologas
principales para transmitir potencia.La prensa hidrulica, inventada
por el ingls John Brahmah, fue uno de los primeras
partesrealizables de maquinaria desarrolladas que utilizaron la
hidrulica en su operacin. Consistien una bomba de mbolo canalizada
por tubos a un cilindro grande y a un pistn. Esta prensaencontr uso
amplio en Inglaterra porque proporcion medios ms eficaces y ms
econmicosde aplicar grandes fuerzas en aplicaciones industriales.
.CAMPO DE APLICACIN DE LA INGENIERIA HIDRAULICALos ingenieros
hidrulicos se ocupan de disear, construir y operar las obras
hidrulicas, lasllamadas grandes estructuras como, por ejemplo,
presas, esclusas, canales navegables,puertos, etc. As como tambin
obras relacionadas con la agricultura, especializacin de
laingeniera hidrulica conocida como hidrulica agrcola (rama propia
de Ingeniera agrcola):sistemas de riego, sistemas de drenaje. Y
adems obras relacionadas con el medio ambiente:presas filtrantes
para el control de la erosin y obras de encauzamiento de ros, entre
otros.Obra hidrulicaSe entiende porobra hidrulicaoinfraestructura
hidrulicaa una construccin, en el campo de laingeniera
civil,ingeniera agrcola,ingeniera hidrulica, donde el elemento
dominante tiene que ver con elagua. Se puede decir que las obras
hidrulicas constituyen un conjunto de estructuras construidas con
el objetivo de controlar el agua, cualquiera que sea su origen, con
fines de aprovechamiento o de defensa.Generalmente se consideran
obras hidrulicas: Canales, que pueden constar de diversos elementos
como por ejemplo: Bocatomasde derivacin. Compuertade entrada.
Controles de niveldel agua en el canal. VerCompuerta AMIS, estas se
utilizan para controlar el nivel del agua en estanques y canales
aguas arriba de la compuerta. VerCompuerta AVIS, se utilizan para
controlar el nivel del agua en canales aguas abajo de la compuerta.
Dispositivos para lamedicin del caudal. Dispositivos de seguridad.
Balsa de agua, considerando las construidas artificialmente.
Cruces: Canal de riego con dren -->puente canal Canal de riego o
de drenaje con caminos rurales -->alcantarillaopuente. Presas,
que pueden constar de las siguientes partes: Vertederoo aliviadero.
Descarga de fondo Cuencas de disipacin Bocatomaspara los diversos
usos delembalse. Escalera de pecesCompuerta AMIS
Lascompuertas AMIS1se utilizan para controlar el nivel del agua
enestanquesycanalesaguas arribade lacompuerta.El principio de
funcionamiento: La compuerta est fijada a un brazo oscilante,
equilibrado por uno o ms contrapesos. Solidariamente unido a la
compuerta tipo sector se encuentra un fluctuador sumergido en el
agua aguas arriba de la compuerta. Si el nivel aguas arriba se
eleva el fluctuador elevar la compuerta incrementando la abertura
por la cual fluye el agua, y por lo tanto dejando salir mayor
cantidad de agua, el nivel aguas arriba tender a disminuir. Si el
nivel agua arriba de la compuerta se reduce, la compuerta siguiendo
el fluctuador se baja y disminuye el caudal de salida.Compuerta
AVIS
Lascompuertas AVIS1se utilizan para controlar el nivel del agua
encanalesaguas abajode lacompuerta.El principio de funcionamiento:
La compuerta est fijada a un brazo oscilante, equilibrado por uno o
ms contrapesos. Solidariamente unido a la compuerta tipo sector se
encuentra un fluctuador sumergido en el agua aguas abajo de la
compuerta. Si el nivel aguas abajo de la compuerta disminuye, el
flotador baja y consecuentemente la compuerta se levanta dejando
pasar mayor cantidad de agua, es decir que el mivel tender a subir,
cerrando la compuerta.Ingeniera hidrulicaLaingeniera hidrulicaes la
rama de laingenieraque se ocupa de la proyeccin y ejecucin de obras
relacionadas con elagua, sea para su uso, como en la obtencin
deenerga hidrulica, lairrigacin,potabilizacin,canalizacinu otras,
sea para la construccin de estructuras enmares,ros,lagos, o
entornos similares, incluyendo, por
ejemplo,diques,represas,canales,puertos,muelles,esclusas,rompeolas,
adecuacin de entre otras construcciones.reas de
actividad[editar]Los ingenieros hidrulicos se ocupan de disear,
construir y operar lasobras hidrulicas, valindose principalmente de
la investigacin, dado que la ingeniera hidrulica se sustenta, casi
en un 90%, en resultados experimentales.Leonardo da
Vinciafirmaba:cuando trates con el agua, consulta primero la
prctica, y luego la teora. Mucho se ha avanzado desde entonces, por
los dos caminos. Las formulaciones tericas utilizan en todo momento
los instrumentos matemticos ms avanzados de cada poca, pero al
final, siempre acaba apareciendo un coeficiente emprico, unafrmula
emprica, que es llevada a la prctica para su posterior calibracin,
una vez hecho esto, se comprueba como todo ensayo experimental, la
validacin de dicha frmula o coeficiente, permitiendo as resolver el
problema prctico, y que fue determinada en funcin de experimentos,
tanto de laboratorio, como en obras construidas y operantes.Los
ingenieros hidrulicos se ocupan de: Las llamadas grandes
estructuras como, por ejemplo,presas,esclusas,canales
navegables,puertos, etc. Obras relacionadas con laagricultura,
especializacin de la ingeniera hidrulica, conocida como hidrulica
agrcola (rama propia deingeniera agrcola): sistemas
deriego,sistemas de drenaje. Obras relacionadas con elmedio
ambiente:presas filtrantespara el control de la erosin, obras
deencauzamiento de ros obras relacionados con el suministro de agua
potable , desde pozos, redes de distribucin, construccin de
capatacion y almacenamiento.OtraHidraulica1. 1. Hidrulica Laby
CharryCristian Garzn2. 2.Hidrulica La Hidrulica es la parte de la
Mecnica que estudia el equilibrio y el movimiento de los fluidos
con aplicacin a los problemas de naturaleza prctica (conducciones,
abastecimientos, riegos, saneamientos, etc.). Partiendo de la
Mecnica racional, deduce, auxiliada por la experiencia, las frmulas
que permiten resolver los problemas de ndole prctica con que a
diario se encuentra el tcnico. Se estudian los lquidos como si
fueran fluidos perfectos (homogneos, no viscosos e incompresibles)
y se les aplican las leyes de la Mecnica, corrigiendo las frmulas
con coeficientes determinados empricamente para que se ajusten a la
realidad. Por lo tanto, la Hidrulica es una ciencia aplicada y
semiemprica.3. 3. La palabra "Hidrulica" proviene del griego
"hydor" que significa "agua", cubri originalmente el estudio del
comportamiento fsico del agua en reposo y en movimiento. El uso ha
ampliado su significado para incluir el comportamiento de todos los
lquidos, aunque se refiera sobre todo al movimiento de lquidos. La
hidrulica incluye la manera de la cual los lquidos actan en los
tanques y las caeras, se ocupa de sus caractersticas, y explora
maneras de aprovechar las mismas. Hoy el trmino hidrulica se emplea
para referirse a la transmisin y control de fuerzas y movimientos
por medio de lquidos, es decir, se utilizan los lquidos para la
transmisin de energa, en la mayora de los casos se trata de aceites
minerales pero tambin pueden emplearse otros fluidos, como lquidos
sintticos, agua o una emulsin agua-aceite.4. 4.CAMPOS DE APLICACIN
DE LA HIDRALICA Y NEUMTICA Hoy, se utiliza la hidrulica para hacer
funcionar muchas y variadas herramientas y mecanismos. En un
garaje, un mecnico levanta el extremo de un automvil con un gato
hidrulico. Los dentistas y los peluqueros utilizan transmisin
hidrulica, a travs pequeos movimientos de una palanca de mando,
para levantar y colocar sus sillas a una altura de trabajo
conveniente. Los cierres hidrulicos evitan que puertas pesadas se
cierren de golpe. Los frenos hidrulicos han sido un equipo estndar
en los automviles desde los aos 30. La mayora de los automviles se
equipan con transmisiones automticas que son accionadas
hidrulicamente. La direccin hidrulica es otro uso de la potencia
hidrulica. Los trabajadores de construccin dependen de la energa
hidrulica para la operacin de varios componentes de su
equipamiento. Por ejemplo, la pala de una niveladora es accionada
normalmente por energa hidrulica.5. 5. El uso extenso de la
hidrulica para transmitir energa es debido al hecho de que los
sistemas fluidos correctamente construidos poseen un nmero de
caractersticas favorables. Eliminan la necesidad de sistemas
complicados de engranajes, de levas, y de palancas. El movimiento
se puede transmitir sin la holgura inherente en el uso de las
piezas slidas de mquina. Los lquidos usados no estn sujetos a
roturas al igual que las piezas mecnicas, y los mecanismos no se
estn expuestos a un gran desgaste.6. 6.Aplicaciones de la Hidrulica
En la actualidad las aplicaciones de la hidrulica son muy variadas,
esta amplitud en los usos se debe principalmente al diseo y
fabricacin de elementos de mayor precisin y con materiales de mejor
calidad, acompaado adems de estudios mas acabados de las materias y
principios que rigen la hidrulica. Todo lo anterior se ha visto
reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con mayor
precisin y con mayores niveles de energa, lo que sin duda ha
permitido un creciente desarrollo de la industria en general.7. 7.
Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos, mviles e
industriales: Aplicaciones Mviles: El empleo de la energa
proporcionada por el aire y aceite a presin, puede aplicarse para
transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales,
controlar e impulsar vehculos mviles tales como: Tractores Gras
Retroexcavadoras Camiones recolectores de basura Cargadores
frontales Frenos y suspensiones de camiones Vehculos para la
construccin y mantencin de carreteras Aplicaciones Industriales: En
la industria, es de primera importancia contar con maquinaria
especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar
elementos o materiales propios de la lnea de produccin, para estos
efectos se utiliza con regularidad la energa proporcionada por
fluidos comprimidos. Se tiene entre otros: Maquinaria para la
industria plstica Mquinas herramientas Maquinaria para la
elaboracin de alimentos Equipamiento para robtica y manipulacin
automatizada Equipo para montaje industrial Maquinaria para la
minera Maquinaria para la industria siderrgica8. 8. Otras
Aplicaciones: Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios
de vehculos automotores, como automviles, aplicaciones
aerospaciales y aplicaciones navales, por otro lado se pueden tener
aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas
aquellas reas en que se requiere movimientos muy controlados y de
alta precisin, as se tiene: Aplicacin automotriz: suspensin,
frenos, direccin, refrigeracin, etc. Aplicacin Aeronutica: timones,
alerones, trenes de aterrizaje, frenos, simuladores, equipos de
mantenimiento aeronutico, etc. Aplicacin Naval: timn, mecanismos de
transmisin, sistemas de mandos, sistemas especializados de
embarcaciones o buques militares Medicina: Instrumental quirrgico,
mesas de operaciones, camas de hospital, sillas e instrumental
odontolgico, etc.9. 9. http://www.edumedia-sciences.com/es/a260-g
http://www.youtube.com/watch?v= LpFGRPUFuj0Hidrulica
Hidrulica e hidrosttica ilustrada.Lahidrulicaes la rama de
lafsicaque estudia el comportamiento de losfluidosen funcin de sus
propiedades especficas. Es decir, estudia las propiedades mecnicas
de los lquidos dependiendo de lasfuerzasa que pueden ser sometidos.
Todo esto depende de lasfuerzasque se interponen con lamasay a las
condiciones a que est sometido el fluido, relacionadas con
laviscosidadde este.
La generacin de energa[editar]
Rueda hidrulica.La principal fuente de energa de la antigedad
fue el llamado molino griego, constituido por un eje de madera
vertical, en cuya parte inferior haba una serie de paletas
sumergidas en el agua. Este tipo de molino fue usado principalmente
para moler los granos, el eje pasaba a travs de la mquina inferior
y haca girar la mquina superior, a la cual estaba unido. Molinos de
este tipo requeran una corriente veloz, y seguramente se originaron
en las regiones colinares delMedio Oriente, a pesar de quePlinio el
Viejoatribuye la creacin de los molinos de agua para moler granos
al norte deItalia. Estos molinos generalmente eran pequeos y ms
bien lentos, la piedra de moler giraba a la misma velocidad que la
rueda, tenan por lo tanto una pequea capacidad de molienda, y su
uso era puramente local. Sin embargo pueden ser considerados los
precursores de laturbina hidrulica, y su uso se extendi por ms de
tres mil aos.El tipo de molino hidrulico con eje horizontal y rueda
vertical se comenz a construir en el siglo Ia.C. por el ingeniero
militarMarco Vitruvio Polione. Su inspiracin puede haber sido la
rueda persa o saqya, un dispositivo para elevar el agua, que estaba
formado por una serie de recipientes dispuestos en la
circunferencia de la rueda que se hace girar con fuerza humana o
animal. Esta rueda fue usada en Egipto (Siglo IVa.C.). La rueda
hidrulica vitruviana, o rueda de tazas, es bsicamente una rueda que
funciona en el sentido contrario. Diseada para moler grano, las
ruedas estaban conectadas a la mquina mvil por medio de engranajes
de madera que daban una reduccin de aproximadamente 5:1. Los
primeros molinos de este tipo eran del tipo en los que el agua pasa
por debajo.Ms tarde se observ que una rueda alimentada desde arriba
era ms eficiente, al aprovechar tambin la diferencia de peso entre
las tazas llenas y las vacas. Este tipo de rueda,
significativamente ms eficiente requieren una instalacin adicional
considerable para asegurar el suministro de agua: generalmente se
represaba un curso de agua, de manera a formar un embalse, desde el
cual un canal llevaba un flujo regularizado de agua a la rueda.
Serrera romana de Hierpolis. Del siglo III de la Era Cristiana,
es la muestra ms antigua del mecanismobiela-manivela.123Este tipo
de molino fue una fuente de energa mayor a la que se dispona
anteriormente, y no solo revolucion la molienda de granos, sino que
abri el camino a la mecanizacin de muchas otras operaciones
industriales. Un molino de la poca romana del tipo alimentado por
debajo, en Venafro, con una rueda de 2 m de dimetro poda moler
aproximadamente 180 kg de granos en una hora, lo que corresponde
aproximadamente a 3 caballos vapor, en comparacin, un molino movido
por un asno, o por dos hombres poda apenas moler 4,5 kg de grano
por hora.Desde el siglo IVd.C. en el Imperio romano se instalaron
molinos de notables dimensiones. EnBarbegal, en las proximidades
deArls, en el 310, se usaron para moler granos 16 ruedas
alimentadas desde arriba, que tenan un dimetro de hasta 2,7 m cada
una. Cada una de ellas accionaba, mediante engranajes de madera dos
mquinas: La capacidad llegaba a 3 toneladas por hora, suficientes
para abastecer la demanda de una poblacin de 80 mil habitantes, la
poblacin de Arls en aquella poca no sobrepasaba las 10 mil
personas, es por lo tanto claro que abasteca a una vasta zona.Es
sorprendente que el molino de Vitruvio no se popularizara, en el
Imperio romano hasta el tercero o cuarto siglo. Siendo disponible
en la poca los esclavos y otra mano de obra a bajo precio, no haba
un gran incentivo para promover una actividad que requera la
utilizacin de capital, se dice adems que el emperadorVespasiano(69
79d.C.) se habra opuesto al uso de la energa hidrulica porque esta
habra provocado la desocupacin.
NeumticaLaneumtica(delgriego [pneuma], aire) es la tecnologa que
emplea elaire comprimidocomo modo de transmisin de
laenerganecesaria para mover y hacer funcionarmecanismos. El aire
es un material elstico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se
comprime, mantiene esta compresin y devuelve la energa acumulada
cuando se le permite expandirse, segn dicta laley de los gases
ideales.Mandos neumticos[editar]Los mandos neumticos estn
constituidos por elementos de sealizacin, elementos de mando y un
aporte de trabajo. Los elementos de sealizacin y mando modulan las
fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominanvlvulas.
Los sistemas neumticos e hidrulicos estn constituidos por:
Elementos de informacin. Elementos de trabajo. Elementos
artsticos.Para el tratamiento de la informacin de mando es preciso
emplear aparatos que controlen y dirijan elfluidode forma
preestablecida, lo que obliga a disponer de una serie de elementos
que efecten las funciones deseadas relativas al control y direccin
del flujo del aire comprimido.En los principios de la
automatizacin, los elementos rediseados se mandan manual o
mecnicamente. Cuando por necesidades de trabajo se precisaba
efectuar el mando a distancia, se utilizan elementos de comando por
smbolo neumtico (cuervo).Actualmente, adems de los mandos manuales
para la actuacin de estos elementos, se emplean para el comando
procedimientos servo-neumticos, electro-neumticos y automticos que
efectan en su totalidad el tratamiento de la informacin y de la
amplificacin de seales.La gran evolucin de la neumtica y la
hidrulica han hecho, a su vez, evolucionar los procesos para el
tratamiento y amplificacin de seales, y por tanto, hoy en da se
dispone de una gama muy extensa de vlvulas y distribuidores que nos
permiten elegir el sistema que mejor se adapte a las
necesidades.Hay veces que el comando se realiza manualmente, y
otras nos obliga a recurrir a la electricidad (para automatizar)
por razones diversas, sobre todo cuando las distancias son
importantes y no existen circunstancias adversas.Las vlvulas en
trminos generales, tienen las siguientes misiones: Distribuir el
fluido Regular caudal Regular presinLas vlvulas son elementos que
mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la direccin, as
como la presin o el caudal del fluido enviado por el compresor o
almacenado en un depsito. sta es la definicin de la norma DIN/ISO
1219 conforme a una recomendacin del CETOP (Comit Europen des
Transmissions Olohydrauliques et Pneumatiques).Segn su funcin las
vlvulas se subdividen en 5 grupos:1. Vlvulas de vas o
distribuidoras2. Vlvulas de bloqueo3. Vlvulas de presin4. Vlvulas
de caudal5. Vlvulas de cierre6. Valvulas de bmx street7. Campos de
aplicacin de la neumtica y la hidrulica.8. En la actualidad las
aplicaciones de la oleo hidrulica y neumtica son muy variadas, esta
amplitud en los usos se debe principalmente al diseo y fabricacin
de elementos de mayor precisin y con materiales de mejor calidad,
acompaado adems de estudios mas acabados de las materias y
principios que rigen la hidrulica y neumtica. Todo lo anterior se
ha visto reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con
mayor precisin y con mayores niveles de energa, lo que sin duda ha
permitido un creciente desarrollo de la industria en general.9. 10.
Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos, mviles e
industriales:11. Aplicaciones Mviles12. El empleo de la energa
proporcionada por el aire y aceite a presin, puede aplicarse para
transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales,
controlar e impulsar vehculos mviles tales como:13. Tractores14.
Gras15. Retroexcavadoras16. Camiones recolectores de basura17.
Cargadores frontales18. Frenos y suspensiones de camiones19.
Vehculos para la construccin y manutencin de carreteras20. Etc.
Aplicaciones IndustrialesEn la industria, es de primera
importancia contar con maquinaria especializada para controlar,
impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de
la lnea de produccin, para estos efectos se utiliza con regularidad
la energa proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene entre
otros:Maquinaria para la industria plsticaMquinas
herramientasMaquinaria para la elaboracin de alimentosEquipamiento
para robtica y manipulacin automatizadaEquipo para montaje
industrialMaquinaria para la mineraMaquinaria para la industria
siderrgicaEtc.Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios
de vehculos automotores, como automviles, aplicaciones
aeroespaciales y aplicaciones navales, por otro lado se pueden
tener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas
aquellas reas en que se requiere movimientos muy controlados y de
alta precisin, as se tiene:
Aplicacin automotriz:Suspensin, frenos, direccin, refrigeracin,
etc.
Aplicacin Aeronutica:Timones, alerones, trenes de aterrizaje,
frenos, simuladores, equipos de mantenimiento aeronutico, etc.
Aplicacin Naval: Timn, mecanismos de transmisin, sistemas de
mandos, sistemas especializados de embarcaciones o buques
militares.
Medicina:Instrumental quirrgico, mesas de operaciones, camas de
hospital, sillas e instrumental odontolgico, etc.
La hidrulica y neumtica tienen aplicaciones tan variadas, que
pueden ser empleadas incluso en controles escnicos (teatro),
cinematografa, parques de entretenciones, represas, puentes
levadizos, plataformas de perforacin submarina, ascensores, mesas
de levante de automviles, etc.Ventajas y desventajas de la
hidrulica y neumticaLos sistemas de transmisin de energa oleo
hidrulicos y neumticos son una garanta de seguridad, calidad y
fiabilidad a la vez que reducen costos.La Seguridad es de vital
importancia en la navegacin area y espacial, en la produccin y
funcionamiento de vehculos, en la minera y en la fabricacin de
productos frgiles. Por ejemplo, los sistemas oleo hidrulicos y
neumticos se utilizan para asistir la direccin y el frenado de
coches, camiones y autobuses. Los sistemas de control oleo
hidrulico y el tren de aterrizaje son los responsables de la
seguridad en el despegue, aterrizaje y vuelo de aviones y naves
espaciales. Los rpidos avances realizados por la minera y
construccin de tneles son el resultado de la aplicacin de modernos
sistemas oleo hidrulicos y neumticos.La Fiabilidad y la Precisin
son necesarias en una amplia gama de aplicaciones industriales en
las que los usuarios exigen cada vez ms una mayor calidad. Los
sistemas oleo hidrulicos y neumticos utilizados en la manipulacin,
sistemas de fijacin y robots de soldadura aseguran un rendimiento y
una productividad elevados, por ejemplo, en la fabricacin de
automviles.En relacin con la industria del plstico, la combinacin
de la oleo hidrulica, la neumtica y la electrnica hacen posible que
la produccin est completamente automatizada, ofreciendo un nivel de
calidad constante con un elevado grado de precisin.Los sistemas
neumticos juegan un papel clave en aquellos procesos en los que la
higiene y la precisin son de suma importancia, como es el caso de
las instalaciones de la industria farmacutica y alimenticia, entre
otras.La Reduccin en el costo es un factor vital a la hora de
asegurar la competitividad de un pas industrial.La tecnologa
moderna debe ser rentable y la respuesta se encuentra en los
sistemas oleo hidrulicos y neumticos. Entre otros ejemplos, cabe
citar el uso generalizado de estos sistemas en la industria de
carretillas elevadoras controladas hidrulicamente, las mquinas
herramientas de alta tecnologa, as como los equipos de fabricacin
para procesos de produccin automatizada, las modernas excavadoras,
las mquinas de construccin y obras pblicas y la maquinaria
agrcola.Con respecto a la manipulacin de materiales y para citar
unos ejemplos, los sistemas oleo hidrulicos permiten que una sola
persona pueda trasladar, fcil y rpidamente, grandes cantidades de
arena o de carbn.Ventajas de la NeumticaEl aire es de fcil captacin
y abunda en la tierra. El aire no posee propiedades explosivas, por
lo que no existen riesgos de chispas. Los actuadores pueden
trabajar a velocidades razonablemente altas y fcilmente regulables.
El trabajo con aire no daa los componentes de un circuito por
efecto de golpes de ariete. Las sobrecargas no constituyen
situaciones peligrosas o que daen los equipos en forma permanente.
Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa.
Energa limpia. Cambios instantneos de sentidoDesventajas de la
neumticaEn circuitos muy extensos se producen prdidas de cargas
considerables. Requiere de instalaciones especiales para recuperar
el aire previamente empleado. Las presiones a las que trabajan
normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas. Altos niveles de
ruido generado por la descarga del aire hacia la atmsferaVentajas
de la Oleo hidrulicaPermite trabajar con elevados niveles de fuerza
o mementos de giro. El aceite empleado en el sistema es fcilmente
recuperable. Velocidad de actuacin fcilmente controlable.
Instalaciones compactas. Proteccin simple contra sobrecargas.
Cambios rpidos de sentidoDesventajas de la Oleo hidrulicaEl fluido
es ms caro. Perdidas de carga. Personal especializado para la
manutencin. Fluido muy sensible a la contaminacin.
1.4.- APLICACIONES DE LA NEUMTICA
1.4.1.- CAMPOS DE APLICACIN
La neumtica est presente en cualquier proceso industrial, tanto
manual como semiautomtico, que requiera incrementar la produccin.
La automatizacin de los diferentes procesos industriales, releva al
hombre de ciertas actividades, lo que ocasiona posibles prdidas de
puestos de trabajo en las empresas. Por esto, la sociedad
industrial tiene ante s un reto importante en crear nuevos puestos
de trabajo, con mayor especializacin del personal. Resulta
paradjico que en los pases ms industrializados a nivel mundial las
nuevas tecnologas han creado ms puestos de trabajo que en el
resto.La progresiva sustitucin de la energa humana por la neumtica,
hidrulica o elctrica responde sobre todo al intento de minimizar
costes de produccin y automatizar los procesos industriales. De
este modo, la neumtica se ha convertido en un elemento
imprescindible en la automatizacin de la produccin en todos los
sectores industriales:
- Industria del automvil, aeronutica, ferroviaria, naval,
aeroespacial, maderera,- Industria textil, del calzado,
agroalimentaria, crnica- Produccin de energa- Refineras e
industrias petrolferas y qumicas, siderurgia, minera,- Industrias
de logstica, mquinas de embalaje, imprentas y artes grficas-
Construccin y obras pblicas- Robtica, etc.
1.4.2.- APLICACIONES ESPECFICAS
A continuacin expondr diferentes aplicaciones especficas de la
tecnologa neumtica, para que pueda comprenderse el alcance que sta
tiene en la industrial y la sociedad actual. Primero se explicar
una de las aplicaciones ms importantes, la generacin de vaco, y
posteriormente se vern diferentes mquinas y elementos neumticos de
uso comn en la industrial y otras aplicaciones ms especiales. Las
referencias estn disponibles al final de este trabajo.
1) Elementos neumticos industriales
En la siguiente tabla se presentan algunos elementos neumticos y
aplicaciones comunes (aparte obviamente de los compresores y
actuadores neumticos)
- Todo tipo de automatismos en mquinas herramientas de cualquier
ndole.- Elevadores, rampas, compuertas neumticas, manipuladores
neumticos.- Martillos, destornilladores, taladradoras, lijadoras,
remachadoras,- Armas de aire comprimido- Interruptores neumticos-
Sistemas de correo neumticos- Frenos de aire comprimido, en trenes,
autobuses y camiones- Tornos de dentista- Barostatos, para mantener
presin constante en cavidades cerradas (usado en
neurogastroenterologa)- Mquinas de insercin de cables en tubos de
gran longitud-
Fig. 1. 30 - Diversas aplicaciones especficas de la tecnologa
neumtica [18].
Correo neumtico en un edificio (arriba a la izquierda), barstato
(abajo a la izquierda) ymquinas de insercin de cables (derecha)
2) Tecnologa de vaco
El vaco es una condicin de los gases cuando estn a una presin
menor que la atmosfrica. En la tecnologa del vaco, la presin
atmosfrica normal se considera igual a 1,013 bar. El diagrama
siguiente muestra las diferentes escalas de vaco, junto con dos
parmetros carac-tersticos (para aire a +20C): el nmero de molculas
por centmetro cbico y la distancia libre media de las molculas (el
valor medio de las distancias que una partcula recorrera entre dos
impactos consecutivos con otras molculas).
Fig. 1. 31 - Rangos de vaco industriales.
La tecnologa del vaco tiene una amplia aplicacin en los campos
industrial, cientfico y militar. Las aplicaciones ms caractersticas
comprenden la evaporacin, destilacin, cristalizacin, secado,
desodorizacin y enrarecimiento. El vaco se aplica especialmente
para eliminacin de gas o condensado de un producto que por
determinadas circunstancias no pueda ser sometido a temperaturas
elevadas. El uso del vaco, con frecuencia, aumenta rendimientos y
reduce tiempos de un proceso.
3) Aplicaciones especiales
Veamos a continuacin algunas de las aplicaciones ms especficas y
especiales de la tecnologa neumtica.
Barreras neumticas marinas
El equipo consiste en una lnea con perforaciones por donde se
dejan escapar burbujas de aire bajo el agua, stas suben hasta la
superficie y se expanden. Durante su desplazamiento generan una
corriente ascendente de agua, la misma que al llegar a la
superficie se transforma en corrientes superficiales que se alejan
del punto de afloramiento y pueden servir para contener una mancha
de petrleo.Una ventaja de este equipo de contencin es que no
interfiere con el paso de cualquier tipo de embarcacin. Las
desventajas principales son dos: a) la barrera slo resulta efectiva
en aguas tranquilas y con condiciones ambientales estables ya que
el oleaje y las corrientes anularan su efecto, b) la corriente
natural del agua pueden producir efectos en el desplazamiento de
las burbujas hacia la superficie y si es mayor de 30, el efecto de
la cortina se rompe (con corrientes de 0.75 m/seg es suficiente)
permitiendo el paso de gotas de petrleo.Una instalacin tpica consta
de una tubera sumergida en el fondo de 30 a 100 metros de longitud,
con caudales de 0,2 a 1,3 m3/min, agujeros cada 30 cm (dimetros
entre 0.5~0.7 mm) dependientes, como la presin de aire, de la
profundidad del agua (agujeros ms pequeos son utilizados para mayor
profundidad).
Fig. 1. 32 - Mtodo de la burbuja de aire para contencin de
hidrocarburos [19].
Este mtodo se utiliza, adems de para la contencin de
hidrocarburos, para evitar la entrada de aguas saladas, como
rompeolas, contra explosiones subacuticas como amortiguador,
Locomotora de aire comprimido
Como ejemplo, tenemos la locomotora de la empresa minera
Homestake Mining (Dakota del Sur, USA), que funcionaba con aire
comprimido y se usaba para la extraccin de material en las
minas.
Fig. 1. 33 - Locomotora de aire comprimido [20].
Arranque de motores de avin
Cuando la turbina est parada, para crear el primer flujo de aire
que alimenta al reactor se tiene la llamada APU (Auxiliar Power
Unit), que no es ms que un motor convencional situado generalmente
en la cola del avin, y que tiene dos funciones: proporciona energa
elctrica y climatizacin al avin cuando est parado, y puede mover el
eje primario del turbofan del reactor por medio de ciertos
mecanismos con el objetivo de generar ese primer flujo de aire a
travs del reactor.
Coches de aire comprimido
Un vehculo de aire comprimido es un vehculo de transporte que
funciona a base de aire comprimido. En 2007, estos vehculos seguan
en la etapa de diseo y de prototipo. Podran llegar a ser parte del
transporte y ocio urbano y sus aplicaciones podran incluir
ciclo-taxis, servicios postales y transporte en parajes
tursticos.Los vehculos de aire comprimido son comparables en muchos
aspectos a los vehculos elctricos. Sus ventajas potenciales sobre
vehculos elctricos incluyen:
- Movimiento cclico lento (10~60 ciclos/min) y alta relacin
par/volumen.- El diseo mecnico secuencial del motor simple y
robusto- El motor no sufre por corrosin de las bateras en climas
hmedos o clidos- Tiene bajo costo de fabricacin y mantenimiento-
Reciclado y recarga de depsitos de aire comprimido con menos
contaminacin y ms ciclos de vida que las bateras
Las desventajas son poco conocidas por que los vehculos son
prototipos o estn en etapa de diseo.
Compaas
Actualmente son tres las compaas que aparecen en este sector con
fuerza y capacidad para entrar en el mercado: MDI, Energine y la
emergente Yakey Corp., que basan el desarrollo de sus proyectos
neumticos en vehculos pequeos, reduciendo el peso en vaco al
mximo.MDIEsta compaa (Moteur Development International) propone
varias innovaciones, aunque los proyectos ha permanecido en la
etapa de diseo cerca de quince aos (en fecha 2007) y no est todava
listo para la comercializacin.El Air Car es un prototipo de
automvil desarrollado y producido por dicha compaa, creado por el
inventor francs Guy Ngre. El aire comprimido se almacena en un
tanque de fibra de carbono a alta presin, del orden de 30 MPa (4500
psi o 300 bar).Otra divisin de MDI, CityCATS, est desarrollando
algunos modelos: un camin, un mono-plaza, un taxi y un pickup con
un motor limitado a 25 CV. Se estima una autonoma para ellos de 160
a 240 Km en ciclo urbano y una velocidad mxima de 110 Km/h. El
depsito puede ser rellenado en un tiempo de 4,5 a 6 horas, con su
propio sistema contenido (motor compresor/ unidad compresor)
partiendo de un compresor de alta presin. El peso aproximado de
estos vehculos es de 900 Kg [21].EnergineLos ingenieros de esta
compaa han creado, partiendo de un Daewoo Matiz, un prototipo de
motor hbrido elctrico/aire comprimido (PHEV, Pneumatic Hybrid
Electric Vehicle). El motor de aire comprimido se utiliza para
activar un alternador, el cual extiende la capacidad de operacin
autnoma del coche [22].Yakey Corp.Esta empresa emergente es la
primera en presentar a nivel mundial un vehculo hbrido que funciona
con motor de combustin y con motor de aire comprimido que se
auto-recarga, supera las limitaciones urbanas de pendientes y
largas distancias, con la ventaja de que el consumidor final podr
decidir si el mismo es 60% o 100% ecolgico.La versin 100% ecolgica
cuenta con un motor inventado y patentado por su director de
proyectos, cuya caracterstica principal es la simplicidad mecnica
en la expansin de la energa acumulada, convirtiendo el movimiento
lineal en movimiento rotativo sin el uso de resortes ni pistones.
Hasta hace poco, existan en el mundo dos motores aparentemente
eficientes pero muy rudimentarios: uno de MDI, poco sofisticado y
otro desarrollado en Uruguay, basado en sistemas de cadena, resorte
y eje libre.Este tercer motor de aire comprimido totalmente
funcional existente, fue creado por William Mercay, fundador de
Yakey Corp. bautizado como "Motor de desplazamiento inverso
MercayPulzar", Mercay logra transformar el movimiento lineal de
cilindros convencionales en movimiento continuo rotatorio, sin
cadenas, resortes, discos, balancines ni cigeales; se puede adaptar
a vehculos pequeos o de grandes dimensiones. Es un motor robusto,
con una mecnica ingeniosa pero sencilla, de alta durabilidad, poco
mantenimiento, resistencia a friccin y facilidad total a la hora de
cambiar repuestos.Yakey Corp. ser en la primera fbrica de vehculos
de aire comprimido en serie, ya que el resto no ha logrado hasta
ahora desarrollo suficiente para comercializar en masa.El coche en
cuestin es el Salamandra Lexion, un vehculo de uso urbano que se
ofrecer en versin hbrida aire/gasolina o slo con el motor de
aire.
Fig. 1. 34 - Prototipo del coche neumtico Salamandra Lexion, de
la Yakey Corp [20].
Aunque el proyecto est todava en la etapa de desarrollo, el
Salamadra Lexion se present el 1 de marzo de 2009 y ser
comercializado a un precio realmente accesible de 5.000 a 7.000
euros, dependiendo de la versin. La velocidad punta ser de unos 140
km/h [23].
4) Fludica y lgica neumtica
La Fludica o lgica de fluidos es la tecnologa que utiliza
fluidos para generar y actuar con seales analgicas u operar con
seales digitales de manera similar a la electrnica.Esta ha sido
utilizada a menudo en procesos industriales, basndose en lgica
primaria: unidades SI, NO, O, temporizadores, enclavamientos,
aunque en las ltimas dcadas ha sido reemplazada por la lgica de los
sistemas de control elctricos y, posteriormente, los sistemas
electrnicos, debido al menor tamao y ms bajo coste. Las unidades
neumticas son todava usadas en procesos donde el aire comprimido es
la nica fuente de energa (como en sistemas expuestos a alta
interferencia electromagntica o radiacin ionizante). An as, la
tecnologa electrnica es la base actual y futura para el control.Un
chorro de fluido puede ser deflectado por medio de otros mucho ms
pequeos, que los modifican, si existe un diseo adecuado de las
conducciones. Esto proporciona una amplificacin de seales no
lineal, similar a la de los transistores electrnicos.La
nanotecnologa considera la Fludica como uno de sus instrumentos. En
su campo, los efectos de fuerzas fluido-slido y fluido-fluido son a
menudo importantes, y de ah su posibilidad de aplicacin.El concepto
de funcionamiento de un amplificador fludico es el siguiente: Una
fuente fluida (aire generalmente) entra por un orificio. La presin
aplicada en los orificios C1 y C2 deflecta el chorro, generando un
cicln para que este salga por O1 u O2. Debido a que la presin
necesaria en los terminales C para la deflexin es mucho menor que
la generada por el chorro, obtenemos una ganancia, con lo que
tenemos un amplificador.
Fig. 1. 35 - Amplificador fludico (Patente USA #4.000.757)
[24].
A partir de esta unidad bsica, se pueden construir los
equivalentes electrnicos a biestables y circuitos basculantes, as
como circuitos de lgica digital simples. Por otra parte, la
respuesta de este tipo de amplificadores suele ser de un ancho de
banda de pocos Kilohertzios, con lo que estos sistemas son bastante
lentos comparados con los electrnicos.
5) Sistemas oleoneumticos
La desventaja siempre aducida en la Neumtica es la
compresibilidad del aire, que repercute en mayor o menor grado slo
en los avances lentos. Si en un avance neumtico puro el aire es
estrangulado con demasiada intensidad a causa de un avance
particularmente lento, el mbolo se mueva a sacudidas en el cilindro
porque siempre debe establecerse la presin para el movimiento del
mbolo. En cuanto el rozamiento de los elementos obturadores
elsticos es mayor qu la fuerza del mbolo, el cilindro se para hasta
que la presin se establece de nuevo. El "tirn" del mbolo puede
medir menos de un milmetro o varios centmetros. As no puede
conservarse una velocidad de avance constante desde el principio
hasta el final de la carrera. Esto puede corregirse con ayuda de la
Hidrulica, que complementa a la Neumtica, distinguindose tres
sistemas distintos: convertidor oleoneumtico, cilindro de freno de
aceite y transformador de presin (un convertidor con cambios de
seccin, ver figura siguiente).
Fig. 1. 36 - Multiplicador de presin.
La ventaja del uso de equipos combinados neumtico-hidrulicos,
como el convertidor o el multiplicador de presin radican en que el
aceite es poco compresible (prcticamente nada) por lo que es apto
para avances lentos y regulaciones de velocidad constante. Sus
aplicaciones principales tienen lugar en la industria aeronutica,
siendo los principales componentes donde se usa las superficies de
control de las aeronaves: trenes de aterrizaje, flaps, slats y
aerofrenos (Control de la sustentacin aerodinmica), alerones, timn
de cola y de profundidad (Control del alabeo, la guiada y el
cabeceo respectivamente),
1.4.3.- COMPARACIN CON LA HIDRULICA Y LA ELECTRICIDAD
Las dos tecnologas disponibles que pueden realizar las mismas
funciones que la neumtica son la hidrulica y la elctrica. Cada una
posee unos pros y unos contras dependiendo de la aplicacin que se
quiera hacer de ellas. A modo de breve resumen, vemos en la tabla
ventajas e inconvenientes de cada una de ellas, tanto en la parte
de control como en la de actuacin.
OtraAPLICACIONES DE LA NEUMTICA EN MI ENTORNO DIARIO
Hoy en da el aprovechamiento del aire comprimido para realizar
trabajo, es una de las tcnicas que ha contribuido con el
mejoramiento y optimizacin de muchas actividades o procesos que se
requieren a diario para la transformacin del entorno y la
adquisicin de elementos para un mejor nivel de vida. Dentro de este
contexto de mejoramiento continuo, cumplen un papel fundamental los
principios o leyes fsicas que se aplican a diario en la
cotidianidad, as como en las diferentes tcnicas de produccin a
nivel industrial tales como sistemas electrnicos, mecnicos,
elctricos, neumticos e hidrulicos segn las necesidades y
requerimientos especficos, o bien una integracin de todas ellas,
para poder obtener mejores resultados en cuanto a la competitividad
industrial, apuntando a un mayor control de sus procesos mediante
la automatizacin industrial.
En la actualidad el mercado ofrece una gran serie de elementos
neumticos adaptados a cualquier aplicacin los cuales resultan tiles
al permitir realizar un trabajo fsico que en ocasiones no puede
desempear el hombre, o integran componentes de sistemas sin los
cuales sera imposible obtener un resultado final. El
aprovechamiento de la energa del aire para realizar trabajo se
puede apreciar en diferentes aplicaciones tales como:
El control de apertura y cierre de puertas: En vehculos de
servicio pblico, en conjuntos cerrados. El principio de
funcionamiento consiste en accionar un cilindro el cual mediante la
energa del aire a una presin determinada mediante un movimiento
lineal permite el desplazamiento de un resorte mecnico el cul se
estira cerrando la puerta y al recuperar su posicin inicial (al
contraerse) la abre.
La utilizacin de la fresa en el consultorio de odontologa: Esta
herramienta trabaja con la energa que le suministra el aire a
presin permitiendo el movimiento rotativo para obturar.
Limpieza a presin para limpiar: Los sopletes y las aspiradoras
aprovechan la presin del aire para recoger impurezas o al contrario
expulsan el aire con fuerza para desalojar partculas que se
encuentran en reas de difcil acceso. Tambin se utiliza la presin
del aire en los sopletes para pintar vehculos u otros artefactos
logrando una gran homogeneidad en la superficie.
Para elevar y bajar cargas en los montacargas: El funcionamiento
es a travs de un cilindro de doble efecto, ya que permite el
movimiento en dos direcciones hacia arriba, y hacia abajo. Tambin
permite mantener la carga elevada durante un determinado tiempo
mediante un enclavamiento.
La bomba de accin manual: Nos permite suministrar aire a los
neumticos de los vehculos de transporte, a los balones y bombas
mediante la impulsin del vstago de manera consecutiva y a una
presin alta y uniforme para obtener un buen caudal de aire.
Estas son algunas de las mltiples aplicaciones que permiten
transformar la energa del aire para realizar diferentes trabajos en
muchas situaciones de nuestra vida cotidiana, desde el respirar que
es una actividad esencial en el ser humano para vivir, hasta su
utilizacin en mquinas, herramientas y sistemas para realizar tareas
controladas. El uso del aire es muy ventajoso ya que este es un
elemento que abunda en la tierra y no tiene costo, este hecho nos
permite explotar sus bondades y reconocer su gran utilidad en el
desempeo de mecanismos para el desarrollo industrial y por
consiguiente de una sociedad que busca da a da obtener un mejor
nivel de vida aprovechando los recursos que la naturaleza nos
brinda. Son muchas las ventajas que se pueden obtener con los
sistemas neumticos ya que brindan un gran rendimiento en comparacin
con otras tecnologas gracias a su sencilla instalacin y
aplicabilidad.
GENERALIDADES DE LA NEUMATICA
1. Contextualizacin
Una industria cada vez mas automatizada, con exigencias de mayor
flexibilidad, productividad, rapidez y confiabilidad de las tareas
programadas, exigen personal especializado y muy altamente
entrenado en los sistemas que logran realizar estas funciones. La
ignorancia o falta de atencin en la instalacin o funcionamiento de
los componentes neumticos, puede generar gastos innecesarios en
forma de reduccin de capacidad o, en el peor de los casos, paradas
en las mquinas o procesos. La neumtica ofrece una amplia gama de
posibilidades de entrenamiento y de aplicacin actual en la
industria.El aire comprimido ha experimentado en estos ltimos
tiempos un auge inusitado debido a su alto poder de adaptacin a
cualquier sistema de trabajo organizado, siendo evidente que sus
cualidades innatas lo hacen recomendable para ejecutar labores que
difcilmente pueden cubrir otras energas; bajo sta apreciacin
debemos tener en cuenta que el control de las mquinas est dado por
la integracin de sensores, elementos procesadores, mecanismos de
accionamiento y actuadores.La tcnica neumtica se emplea hoy en
muchos campos, se prev que en el futuro ocupe un puesto importante
en la automatizacin de instalaciones y procesos industriales por su
manejo sencillo y su amplia gama de soluciones; esto se debe, entre
otras cosas, a que en el resultado de algunos problemas de
automatizacin no puede disponerse de otro medio que sea ms simple y
ms econmico.
El aire comprimido es una de las formas de energa ms antiguas
que conoce el hombre y que aprovecha para fortalecer sus
capacidades fsicas. Aunque sus aplicaciones datan entre los ms
antiguos conocimientos de la humanidad, no fue sino hasta el siglo
pasado cuando empezaron a investigarse sistemticamente su
comportamiento y sus reglas. Slo desde aprox. 1950 podemos hablar
de una verdadera aplicacin industrial de la neumtica en los
procesos de fabricacin.
2. Definicin de Neumtica
La neumtica trata de la generacin y transformacin de movimientos
mediante el aire como fuente de energa; aplica tambin al conjunto
de aparatos destinados a operar con aire.El trmino proviene de la
expresin griega pneuma que significa hlito, soplo, aire. Para las
aplicaciones de la neumtica el aire lo obtenemos del manto gaseoso
con el que est envuelta la tierra y, especialmente, de la parte ms
cercana llamada troposfera.El aire comprimido es una de las formas
de energa ms antiguas que conoce el hombre y que aprovecha para
fortalecer sus capacidades fsicas. Aunque sus aplicaciones datan
entre los ms antiguos conocimientos de la humanidad, no fue sino
hasta el siglo pasado cuando empezaron a investigarse
sistemticamente su comportamiento y sus reglas. Slo desde aprox.
1950 podemos hablar de una verdadera aplicacin industrial de la
neumtica en los procesos de fabricacin.
3. Evolucin Histrica del Aire Comprimido
El ser humano, sin saberlo, lleva representado en sus pulmones
el compresor ms antiguo de la historia y el ms natural, pudiendo
tratar 100 litros de aire por minuto. En estado de salud normal,
este compresor humano posee una seguridad inigualable y los costos
de funcionamiento son casi nulos. La impulsin del aire para
conseguir un fin til, figura inmerso desde pocas prehistricas en
las vivencias del hombre. Ejemplos: los cazadores utilizando la
cerbatana para lanzar una flecha; la accin de soplar para encender
y activar el fuego; actualmente, el inflar una bomba para el adorno
de eventos familiares, etc.
Como primer compresor mecnico se puede citar el fuelle manual y
el fuelle de pie, que no comenz a emplearse sino hasta unos mil
quinientos aos antes de nuestra Era.Las primeras mquinas soplantes
sirvieron para suministrar aire de combustin a los hornos de
fundicin y en la ventilacin de explotaciones mineras.
El conocimiento y las aplicaciones empleando aire comprimido,
tomaron consistencia cientfica a partir de la segunda mitad del
siglo XVII, cuando el estudio de los gases era el objeto de
cientficos como Torricelli, Pascal, Boyle, Marriotte, Gay Lussac,
entre otros, quienes desarrollaron formulaciones prcticas para
lograr una mayor eficiencia en el uso de esta tcnica.
