Sistemas Hidráulicos y NeumáticosLEYES FISICAS DE LA POTENCIA HIDRAULICA

Profesor.- Gabriel Flores Barrionuevo

LEYES FISICAS DE LA POTENCIA HIDRAULICA

IntroducciónLas lecciones y ejercicios de esta guía le ayudarán a comprender mejor los principiosbásicos de las leyes físicas que rigen la Energía hidráulica. Estos principios soninmutables y su comprensión correcta le proporcionara una base sólida a partir de lacual podrá aprender mucho más acerca de la potencia desarrollada a través de laenergía hidráulica.No debiera existir una memorización de los contenidos si no que una comprensión de lamateria (conocimiento adquirido), toda competencia desarrollada por usted, está ligadaa sus conocimientos adquiridos que le darán la expertiz necesaria para iniciarse en elámbito laboral, la lectura de esta materia, la asimilación natural y no forzada de ella, ledará a usted la seguridad que lo lleva a recorrer el difícil camino del aprendizaje deesta materia, en la medida que usted lea y trate de entender el porqué de lo que aquíhay escrito, esta se ira encapsulando en su mente como parte de su propio yo, ycuando usted pueda responder abiertamente cualquiera de las interrogantes, sobre estamateria, es cuando debiera entender que su aprendizaje ha alcanzado lascompetencias necesarias en la oleo hidráulica y neumática.Hablamos hoy en día de educar por competencias, y esto requiere de su cooperacióncomo aprendiz, estar abierto a todo conocimiento que compete el desarrollo de sucarrera, es decir que usted debe educarse solo, aplicando y desarrollando su capacidadinvestigativa, utilizando a su profesor como mentor y fuente de ayuda, a lo que ustedencuentra en el amplio mundo de la internet. Educarse solo es desarrollar en usted elinterés y la curiosidad para saber más, “no hay mejor alumno que aquel que aventajacon el tiempo a su maestro”.Es por eso que le desafío a desarrollarse en esta materia, leyendo y comprendiendoesta guía que ahora usted tiene en sus manos, insisto una vez más, que no lamemorice, si no que la desarrolle paso a paso, como complemento de lo que hemosaprendido en clase, que su respuesta ante una evaluación sea un resorte que reaccionaa la descompresión y salta al instante, frente a cualquier interrogante, sus respuestassalgan al instante de su boca, como quien dijera que dos más dos son… CUATRO, yque primero está la A y al final la Z. y eso se entiende hoy en día como conocimientosadquiridos, durante su educación básica, para enfrentar la educación media, luego en lamedia adquirió conocimientos algebraicos, la física, para enfrentar la educaciónsuperior. Ahora está en etapa de adquirir nuevos conocimientos, para enfrentar sufuturo laboral y ser el mejor trabajador, cotizado por su expertiz y ¿cómo logra eso?Adquiriendo como propio toda la información instructiva que se le entrega a través desus maestros y medios informáticos… no detenga su proceso formativo, por unabanalidad pasajera, que usted la haga parte de su vida diaria, perjudicando su futuro.Por eso ahora lea esta guía, entiéndala y asimílela, no para la próxima evaluación, si nopara su competencia en hidroneumática a desarrollar en su futuro laboral.

Energía: Podemos empezar nuestro estudio de hidráulica básica estableciendo enprimer lugar que la potencia hidráulica es otro método para transferir energía. Estatransferencia de energía se genera desde un motor eléctrico, o fuente de potencia deentrada, a un actuador o dispositivo de salida. Este medio de transferencia de energía,aunque no siempre es el más eficiente, cuando se aplica correctamente puede ofrecerun control de trabajo .óptimo. La energía se puede definir como la capacidad de trabajo,cuando un elemento o un cuerpo, se encuentra en movimiento, se dice que poseeenergía.

Trabajo: El trabajo se define como fuerza a través dedistancia. Si levantamos o desplazamos 1000 Kilos a unadistancia de 2 metros, hemos ejecutado trabajo. La cantidadde trabajo se mide en Kilos-metros. En nuestro ejemplo,hemos movido 1000 Kilos a 2 metros, o hemos ejecutado2000 kilos-metros de trabajo.

Trabajo (Kilos-metros) = Fuerza (Kilos) x Distancia(metros)

Potencia: La potencia se puede definir comola velocidad de ejecución del trabajo, otrabajo en tiempo expresado en segundos. Silevantamos 1000 Kilos a 2 metros en 2segundos, habremos obtenido 1000unidades de potencia, o 1000 veces 2,dividido por 2 segundos. Para obtener unsignificado relativo para la medición depotencia, debemos convertir esto a potenciaen HP, o caballos de fuerza, que es unaunidad para medir la energía.

Caballos de Fuerza Hidráulicos (HHP)

Según el Glosario Petrolero de Schlumberger (http://www.glossary.oilfield.slb.com) éstaes una medición de la energía por unidad de tiempo que se consume a través de loschorros de la mecha. Comúnmente se calcula por la ecuación HHP=P*Q/1714, donde Prepresenta la Presión en Libras por Pulgada cuadrada, Q indica la Tasa de Flujoexpresada en Galones por Minuto, y 1714 es un factor de conversión necesario paraexpresar HHP en unidades de HP o Caballos de Fuerza.

Los fabricantes de mechas a menudo recomiendan que la energía hidráulica del fluidoa través de los chorros tenga valores de HHP ubicados entre un rango de 2,0 y 7,0. Ellopara garantizar un adecuado funcionamiento de los dientes de la mecha y la limpiezaen el fondo del hoy (con el valor mínimo de HHp) y también para evitar la erosión y/odesgaste prematuro de la mecha por sí misma (para ello se tiene un valor máximo deHHP)

(HPP) son las siglas en inglés de Hydraulic Horse Power, y la fórmula para estimarla es:

HHP= (P x Q) ÷1714

Donde HHP = Caballos de Fuerza HidráulicosP = Presión de Circulación, psiQ = Tasa de Circulación, gpm

Ejemplo: Determine los HHP con la siguiente información:

Presión de Circulación = 3500 psiTasa de Circulación = 800 gpmHHP= (3500 x 800) ÷1714HHP = 1633.6

NotasLa hidráulica es un medio de transmisión de potencia.

Potencia = Fuerza x DistanciaTiempo

Importante:Dado que ningún sistema es 100% eficiente, se debe agregar el factor de eficiencia alHP (caballos de fuerza) de entrada calculado.Ejemplo:

HP de entrada = 10 GPM x 1500 PSI = 8,75 HP = 10 HP1714 (constante) 0,85 (eficiencia)

Regla práctica: 1 GPM a 1500 psi = 1 caballo de fuerza (HP) de entrada

La unidad para medir la Potencia en el sistema internacional es N x m / s.

James Watt, el inventor de la máquina de vapor, que quería comparar la cantidad deenergía que podría producir con la energía producida por un caballo.Por métodos experimentales, Watt descubrió que un caballo podría levantar 76,05 kgf aun metro en un segundo, que es igual a:

1 HP = 76,05 Kg-m/seg.

En el sistema Internacional se traduce a que un caballo podría levantar 250 kgf a 30,5metros en un segundo, que es igual a:

Calor: “La ley de conservación de la energía establece que la energía no se puedecrear ni destruir, pero puede cambiar su forma”. La energía en un sistema hidráulicoque no se utiliza para trabajo asume la forma de calor. Por ejemplo, si tenemos 10galones por minuto que pasan a través de una válvula de alivio con un ajuste de presiónde 1500 psi, podemos calcular la energía que se transforma en calor.

Nota del Profesor.- Mediante el calor que desprenden los sistemas, se puedecomprobar la eficiencia de estos, todos los sistemas trabajan a una temperatura normalde trabajo que se indica en el manual de servicio del equipo en la sección deespecificaciones o el manual del operador. Si hay demasiada temperatura en unsistema, hay demasiada energía que se está perdiendo, por lo tanto la eficiencia dedicho sistema es baja (deficiente), una baja temperatura también nos habla de quealgo está funcionando mal.

Fuerza torsional: La fuerza torsional como su nombre lo dice, es una fuerza de torsión.Se puede medir en pies-libras, kilogramos-metros. Newton metros. En este ejemplo,generamos 10 pies-libras de fuerza torsional al aplicar 10 libras de fuerza a una llave detuercas de 1 pie de largo (12 pulg.). Esta misma teoría se aplica a los motoreshidráulicos. Los motores hidráulicos son actuadores clasificados en valores específicosde fuerza torsional a una presión determinada. La fuerza de torsión, o fuerza torsional,es el trabajo generado, también conocido como par motor. Las rpm (revoluciones porminuto) de un motor a una fuerza torsional determinada especifican el uso de energía orequisito de potencia hidráulica.

Torsión = Fuerza x Distancia

Cuestionario

1. Si se mueve 2 metros un peso de 500 Kilos, se obtienen 1000 Kilos-metros detrabajo.a) Verdaderob) Falso

2. La potencia se define como la velocidad de ejecución de trabajo.a) Verdaderob) Falso

3. La energía desperdiciada en un sistema hidráulico

a) hace que el sistema sea más eficiente.b) se destruye.c) se transforma en calord) se utiliza para generar trabajo.

4. La eficiencia de un sistema hidráulico se mide por.

a) el desplazamiento de los objetosb) la energía que desprendec) el cálculo de su presiónd) por el calor que desprende

NOTASUn caballo de fuerza = 76,05 Kilos metros por segundo o 76,05 kilos elevados a unmetro en un segundo.Un caballo de fuerza = 746 vatios* 1 HP = 745,6987158227022 WUn caballo de fuerza = 42,4 BTU por minuto.El caballo de vapor (CV) es una unidad de medida de potencia que se define como lapotencia necesaria para elevar verticalmente un peso de 75 Kgf a 1 m de altura en 1Seg.

1 CV = 0,986 320 070 619 67 HP = 735,498 75 W ≈ 735 W

1 CV = 0,9863 HP

1 HP = 1,013 869 665 423 850 CV = 745,698 715 821 60 W ≈ 746 W

Fórmulas de energía1 kW = 1,3 HP1 HP = 550 pies-libras por segundo

HP hidráulico = GPM x PSI____________1714 x Eficiencia. de la bomba

Fuerza torsional (pulg.-libras) = PSI x Despl. (pulg.3 /rev)6,28

Fuerza torsional (pulg.-libras) = HP x 63.025__RPM

HP = fuerza torsional (pies-libras) x RPM5252

Centígrados = (Fahrenheit - 32) 5/9

Para determinar el volumen (pulgadas cubicas) requerido para mover un pistón auna distancia determinada, multiplique el área de la sección transversal del pistón(pulgadas cuadradas) por el recorrido (pulgadas).

Volumen = A x L

La velocidad del pistón de un cilindro depende de su tamaño (área del pistón) y delCaudal de flujo dentro de cilindro.

Velocidad (centímetros/minuto) = Flujo (litros/minuto)área (centímetros cuadrados)

1 Litro = 1000 centímetros cúbicos (cm³)1 Galón = 3,754 Litros

Flujo

El flujo en un sistema hidráulico se produce desde una bomba de desplazamientopositivo. Esto es distinto del caso de una bomba centrífuga, que no es dedesplazamiento positivo. Existen tres principios importantes que se deben comprenderrelacionados con el flujo en un sistema hidráulico.

Primer principio: El flujo es lo que lo hace funcionar Para que cualquier elemento enun sistema hidráulico se mueva, se debe suministrar flujo al actuador (ver figura inferior)Este cilindro se retracta. Sólo se puede extender si hay flujo dentro del puerto B. Si sedesplaza la válvula de control direccional, esto hará que se envíe flujo, ya sea paraextender o retractar el cilindro.

Segundo principio: El caudal del flujo es lo que determina la velocidad. El caudal delflujo generalmente se mide en galones por minuto o GPM. Los GPM son determinadospor la bomba. Los cambios en el flujo de salida de la bomba cambian la velocidad delactuador

Tercer principio: Con un caudal de flujo determinado, los cambios en eldesplazamiento de volumen del actuador cambian la velocidad del actuador Si haymenos volumen para desplazar, los ciclos del actuador serán más rápidos. Por ejemplo,hay menos volumen para desplazar cuando se retracta, debido a que el vástago delcilindro ocupa espacio, reduciendo el volumen que se debe desplazar Observe ladiferencia de velocidad entre la extensión y la retracción.

Cuestionario

1 Si se cambia el caudal del flujo de un actuador, esto no tendrá ningún efecto sobre lavelocidad del actuador

a) Verdadero

b) Falso

2. Si se reemplaza un cilindro por otro con un diámetro mayor, la velocidad a la que elnuevo cilindro se extiende y se retracta:

a) no cambia,

b) aumenta.

c) disminuye.

Fórmulas de Flujo

1 galón = 231 pulgadas cúbicas = 3,785 litros = 3785 cm³

Volumen (del cilindro) desplazado = recorrido x área efectiva

Velocidad del cilindro (cm/minuto) = Cm³Área (pistón)

Volumen (teórico) = RPM de la bomba x cm.3

Volumen requerido (L/M) = volumen desplazadotiempo (seg.)

Volumen requerido (motor Hidr.) = RPM x Desplazamiento. (cm.3)

Los fluidos son ligeramente compresibles, si embargo, para aplicación de la hidráulicalos consideraremos como no compresibles.

Definición de Presión

La presión en un sistema hidráulico proviene de la resistencia al flujo. Para ilustrarmejor este principio, piense en el flujo que se descarga desde una bomba hidráulica. Labomba produce flujo, no presión. Sin embargo, si empezamos a restringir el flujo desdela bomba, esto genera presión.

Esta resistencia al flujo es inducida por carga desde el actuador y también segenera a medida que el fluido pasa a través de los distintos conductores ycomponentes. Todos los puntos de resistencia, como por ejemplo, losrecorridos largos de tuberías, codos y los diversos componentes sonacumulativos en serie y contribuyen a la presión total del sistema.

La ley de Pascal es la base para comprender la relación entre fuerza, lapresión y el área. La relación a menudo se expresa con el siguiente símbolo:

Matemáticamente, esta relación se expresa como: Fuerza es igual a presiónmultiplicada por área. La presión es igual a la fuerza dividida por el área, y el área sepuede calcular dividiendo la fuerza por la presión.

La ley de Pascal se expresa de la siguiente manera: la presión quese aplica sobre un fluido confinado en reposo se transmite en igualintensidad, sin disminución en todas las direcciones y actúa confuerza igual sobre áreas iguales y en ángulo recto con respecto aellas. En el ejemplo siguiente, tenemos un recipiente lleno de unlíquido no comprimible. Si se aplican 10 libras de fuerza a un tapónde 1 pulgada cuadrada, el resultado será 10 libras de fuerza sobrecada pulgada cuadrada de la pared del recipiente. Si el fondo delrecipiente es de 20 pulgadas cuadradas en total, la fuerzaresultante será de 10 PSI multiplicado por 20 pulgadas cuadradas

o 200 libras de fuerza total, debido a que la fuerza es igual a la presión multiplicada porel área.

La fuerza (libras) ejercida por un pistón se puede determinar multiplicando el área delpistón (pulgadas cuadradas) por la presión aplicada (PSI).

(Para conocer cuál es el área, eleve el diámetro al cuadrado y multiplíquelo por 0,7854que es el equivalente a Pi cuarto)

A = d2 x 0,7854

A= d² x 3.1416 o r² x 3.1416

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Presión Inducida por Carga

La presión inducida por carga se define como la presión generada por la carga, o lafuerza sobre el actuador El área efectiva del pistón del cilindro es el área disponiblepara la generación de fuerza. En nuestro ejemplo, una fuerza de 10.000 librasrepresenta una presión inducida por carga de 1000 PSI, basándose en la fórmula.Cuando el cilindro se extiende, la presión requerida para mover la carga de 10.000libras es de 1000 PSI, menos la fricción.

Durante la retracción, el área efectiva es de sólo 5 pulgadas cuadradas. Esto aumentala presión requerida a 2.000 PSI, necesario para retractar la carga.

Caída de Presión

La presión que no se utiliza directamente para proporcionar trabajo se puede definircomo caída de presión o presión resistiva. Es la presión requerida para empujar elfluido a través de los conductores hacia el actuador Esta energía asume la forma decalor Una caída excesiva de la presión puede contribuir a la acumulación excesiva decalor en el sistema hidráulico. Esta presión resistiva es acumulativa y se debe agregar alos requisitos generales de presión del sistema.

Cuestionario

1 Si se aumenta la carga sobre un actuador, se produce una reducción en la presión delsistema.

a) Verdadero

b) Falso

2. La presión es un resultado del flujo.

a) Verdadero

b) Falso

3. La presión se mide en pulgadas-libras.

a) Verdadero

b) Falso

Fórmulas de Presión

Bar =14,5 PSIKPa = 0,1450 PSIKg/cm² = 14,22334 PSIFuerza (Kg) = Presión x Área

Presión (Kg/cm²) = Fuerza Área (Cm.2) = FuerzaÁrea (Cm.2) Presión (p)

Área = d2 x 0,7854 Diámetro = Área0,7854

PSI = Ibs. = Libras por pulgada cuadrada absolutoPulg².

Presión absoluta, es la presión marcada por el manómetro mas la presión atmosférica.

NOTAS________________________________________________________

Los tipos de fluido hidráulico varían según las aplicaciones; los cuatro tipos máscomunes son.

1 Con base de petróleo, el más común y de mejor aplicación cuando no se requiere unretardador de incendios.

2. Glicol de agua, se utiliza cuando se requiere un fluido ignífugo. Cuando se utilizaglicol de agua se debe reducir la capacidad normal de la mayoría de las bombas o serequieren cojinetes especiales.

3. Sintéticos: se utilizan cuando las aplicaciones requieren propiedades ignífugas oaislantes. Los fluidos sintéticos normalmente no son compatibles con la mayoría de loscompuestos de sellado,

4. No causa daño al medio ambiente: Los fluidos cuyo impacto en el medio ambienteserá mínimo en el caso de un derrame.

Fluidos

Descripción General

El estudio de la potencia hidráulica implica la comprensión del mecanismo detransmisión de energía a través de un líquido confinado. El fluido hidráulico bien puedeser considerado como el componente más importante de un sistema hidráulico. Sirvecomo lubricante, como medio de transferencia de energía y como sellador

NOTAS_________________________________________

Velocidad máxima del aceite recomendada en tuberías hidráulicas:

• Tubería de succión de la bomba 60.96 – 121.92 Cm/seg. (2-4 pies/segundo)

• Tuberías de presión a 500 PSI 304,8 – 457,2 Cm/seg (10-15 pies/segundo)

• Tuberías de presión a 3000 PSI 457,2 – 762 (15-20 pies/segundo)

• Tuberías de presión a más de 3000 PSI 762 Cm/seg (25 pies/segundo)

1 Kg/cm²= 14,22 PSI

La característica más importante de un fluido es su viscosidad.

En nuestro ejemplo de lubricación, el fluido hidráulico como lubricante permite que estebloque se deslice con menos fricción y desgaste de las piezas. En el ejemplo de medio

de transferencia de calor, el fluido calentado entra e irradia su energía hacia afuera,dejando el sistema más refrigerado. En el ejemplo de transferencia de energía, el fluidohidráulico transfiere la energía desde el lado de entrada hacia el lado de salida debido aque el fluido es básicamente no comprimible. En el ejemplo de sellador, el fluidohidráulico entre la pared y el pistón actúa como sellador debido a su viscosidad.

El fluido hidráulico es básicamente no comprimible y puede asumirla forma de cualquier recipiente. Debido a ello, presenta ciertaventaja en la transmisión de fuerza. Estos son ejemplos en los queel fluido adopta la forma de un recipiente.

Si se utiliza una bomba de desplazamiento positivo, se transmiteenergía desde el motor eléctrico, o fuente de entrada, hacia elactuador, que es la salida, a través del medio representado por unfluido no comprimible. A medida que el fluido pasa por losconductores y componentes, se deben cumplir determinadasconsideraciones para asegurar la máxima eficiencia

en la transferencia de energía. Entre estas consideraciones se incluyen la comprensióny la aplicación adecuada de la velocidad y la viscosidad del fluido.

Velocidad

La velocidad es la distancia que recorre el fluido por unidad de tiempo. En el caso de unvolumen fijo de fluido que atraviesa un conductor, la velocidad del fluido depende deldiámetro interno del conductor Si el diámetro de un conductor aumenta, la velocidad delfluido disminuye. A la inversa, si el diámetro del conductor disminuye, la velocidad delfluido aumenta.

Para ilustrar mejor este principio, tenemos dos sistemas simples en los cuales dosbombas con un desplazamiento igual de 30 galones por minuto desplazan el fluido porconductores de distintos tamaños. El desplazamiento es el mismo, mientras que lavelocidad del fluido varía según el tamaño del conductor El fluido que hace girar elvolante 2 se mueve 4 veces más rápido que el fluido que hace girar el volante 1, debidoa que el diámetro interno de la tubería para el volante 1 es dos veces mayor que eldiámetro interno para el volante 2. Sin embargo, los volantes giran a la misma velocidaddebido a que el desplazamiento de volumen es igual en ambos sistemas.

Viscosidad

La viscosidad es una medida de la resistencia al flujo de un líquido. Un fluido másdenso presenta más resistencia al flujo y una mayor viscosidad. La temperatura afecta

la viscosidad. A medida que aumenta la temperatura de un fluido hidráulico, suviscosidad o resistencia al flujo disminuye.

NOTAS________________________________________________________

Lo siguiente se aplica a los fluidos hidráulicos con base a petróleo.

El aceite hidráulico sirve como lubricante y es prácticamente no comprimible. Secomprime aproximadamente 0,5 % a 70,3696 Kg/cm² (1000 PSI).

La presión en el fondo de una columna de aceite de un pie será de aproximadamenteKg/cm² (0,4 PSI). Para conocer la presión en el fondo de cualquier columna de aceite,se debe multiplicarla altura en Metros 8,028 o pies por 0,4.

La presión atmosférica es equivalente a 1,0335 Kg/cm²a 14,7 psi a nivel del mar(Kg/cm²a o psi. Kilogramos por centímetros al cuadrado o libras por pulgada cuadradaabsoluto).

Las lecturas del manómetro no incluyen la presiónatmosférica a menos que se indiquen las psia.Un viscosímetro, el dispositivo que se utiliza para medir laviscosidad de un líquido, consiste en un pequeño depósitorodeado por un baño maría que se utiliza para calentar ymantener el líquido a una temperatura constante. Hay unpequeño orificio debajo del depósito a través del cual ellíquido puede pasar una vez que se calienta a unatemperatura especificada. Se utiliza un temporizador paradeterminar cuánto tiempo se tarda en llenar un recipiente de60 mililitros. La cantidad de segundos que se tarda en llenarel recipiente a una temperatura determinada es la viscosidaddel líquido a esa temperatura.

Cuestionario

1 La viscosidad se ve afectada por el diámetro del conductor de fluido.

a) Verdadero

b) Falso

2. Con un determinado caudal de flujo, si se aumenta el diámetro del conductor defluido esto hace que la velocidad del fluido aumente.

a) Verdadero

b) Falso

3. La caída de presión en un conductor de fluido se debe a una fuga.

a) Verdadero

b) Falso

Fórmulas de fluidos

Caudal del Flujo = Velocidad x Área

Área del conductor = Caudal del FlujoVelocidad

Velocidad del fluido = Caudal del FlujoÁrea

NOTAS_______________________________________________________

El fluido es empujado, no succionado hacia dentro de una bomba. Por presión creadadentro del estanque por los vapores desprendidos desde el aceite (estanquepresurizado) o por la presión atmosférica (estanque ventilado)

Las bombas no bombean presión; su propósito es crear flujo (la presión es el resultadode la resistencia al flujo por cualquier componente del sistema).

Para determinar la capacidad requerida de la bomba.

capacidad requerida = Velocidad (rpm) x Desplazamiento

*Notas del profesor

Neumática e Hidráulica

Neumática: técnica que utiliza el aire comprimido (p > patm) para trasmitir energíasi (p < patm técnicas de vacío)

Frente a la energía eléctrica:Ventajas– Regulación de velocidad sencilla (estrangulación)– Fácil almacenamiento de energía– Elementos de funcionamiento sencillo– Sistema seguro, las fugas no son peligrosas, sin peligro de incendio o explosiones– Fácil bloqueo de los actuadores

Inconvenientes:– Mayor coste de la energía € E Neu = 10 € E ElecVelocidad de transmisión reducida (< 10 m/s)– Distancias de transporte limitadas (< 1 km)

Frente a la hidráulica:Ventajas– Mayor velocidad de transmisión (10 m/s frente a 3 m/s)– No necesita tuberías de retorno– Fugas limpias– Mayor distancia de transporte (1 km frente a 100 m)– Menos sensible a los cambios de Tº– Componentes más baratos

Inconvenientes:– Presión de trabajo limitada (12 bars frente a)– Mayor coste de la energía € E Neu = 2,5 € E Hid.– Permiten mayores fuerzas (F Neu < 30.000 N ; F Hid. ↑↑ )– Ruido en los escapes– La compresibilidad del aire puede acarrear movimientos inversos

Magnitudes, unidades, equivalencias y Leyes de comportamiento

Fuerza: (masa x aceleración)Newton, 1 N = 1 kg-m/s2

1 Kgf = 1 kPa = 9,8 NPeso específico: (peso / vol. = densidad x g)N / m3 = (k / m3).(m/s2) = (kg.m/s)/ m3

Presión: (fuerza / superficie)Pascal, 1 Pa = 1 N/m2 = 1,01971K/cm³1 bar = 100.000 PaPabs = Patm + PmanTrabajo: (fuerza x desplazamiento)Julio, 1 J = 1 NmPotencia: (trabajo / tiempo)Vatio, 1 W = 1 J / s1 CV = 736 WEcuación fundamental de la HidrostáticaPA -PB = ρ.g.(hA-hB) = γ.(hA-hB)

Ecuación de estado de gases idealesLas hipótesis básicas para modelar el comportamiento del gas ideal son: El gas está compuesto por una cantidad muy grande de moléculas, que además

tienen energía cinética. No existen fuerzas de atracción entre las moléculas, esto por que se encuentran

relativamente alejados entre sí. Los choques entre moléculas y las paredes del recipiente son perfectamente

elásticos.De lo recién señalado, la más elemental de las hipótesis es que no existen fuerzasintermoleculares; por lo tanto, se está en presencia de una sustancia simple y pura. Laforma normal de la ecuación de estado de un gas ideal es:

Ecuacion de la continuidad de un flujo

M = ρ QLa masa del fluido a la entrada es igual a la masa a lasalida del tuboM 1 = M 2 ρ 1 Q 1 = ρ 2 Q 2 ρ1 ( V1 A1 ) = ρ 2(V2A2 )

Si el fluido es incompresible (en tubería corta), yγ1 = γ2

El Caudal a la entrada del tubo es igual al caudal en la salidaQ 1= Q 2 = V1A1=V2 A2

LEY DE BOYLE – MARIOTTEEsta establece que si la temperatura y el número de moles de una muestra de gaspermanecen constantes, entonces el volumen de esta muestra será inversamenteproporcional a la presión ejercida sobre él. Esto es:

Aplicaciones neumáticas e hidráulicas (II)Multiplicador de fuerza (I)

P1=P2

Desarrollar:

F1= 2542 Kgf.A1= 5 mm.A2= 125 mmF2= ¿?

Multiplicador de fuerza (II)

• Coche de 1.500 kgf• D1 de 5 cm• D2 de 150 cm

Multiplicador de fuerza (III)

• Coche de 1.500 kgf• A1 de 5 cm• F1 de 10 kgf

Nota.- Presion Absoluta = P x Pats.

Multiplicador de distancia (I)

Multiplicador de distancia (II)

• A1 de 25 cm2

• A2 de 3750 cm2

• S2 de 0,5 m

Multiplicador de distancia (III)

• A2 de 3750 cm2• S1 de 2 m• S2 de 0,5 m

1 Kgf =10N

Multiplicador de presión (I)

Ejercicios: (nota del profesor.- cuando hablamos de medidas, si decimos porejemplo Centímetros (cm) estamos hablando de longitud, y si se dice centímetroscuadrados (cm²) estamos hablando de superficie o área y si decimos centímetroscúbicos (cm³) estamos hablando de volumen, sea la medida que sea es igual.)

¿Qué presiones se necesita para empujar y tirar de este peso? Si A1= 157mm dediámetro y A2=80mm de diámetro.

¿Que Presión se necesita para levantar el peso?

Un cilindro vertical que soporta una masa de 70 kg, y su presióninterna es de 3980 Kg/cm².

Se tiene una bomba que desplaza un caudal de 256 Lts/min. Y se necesita unavelocidad de 25 cm/seg para desplazar una compuerta. ¿de qué diámetro deberíaser el cilindro a aplicar?

Un cargador frontal tiene un balde de 546 Kg. de peso y el balde tiene unacapacidad de 6 toneladas de carga. ¿Que presión necesita desarrollar en amboscilindros, si estos tienen un pistón de 255 mm de diámetro?

¿Qué presión se requiere para levantar la carga de 3200 Kg?

¿Qué presión se requiere para desplazar hacia adentro la carga de 1800Kg?

¿Qué presión en la entrada del intensificador dará como resultado una presión de 400Kg/cm2 en la salida?

¿Qué fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10.000 kg?Considerar los datos del dibujo.

Se dispone de una tubería horizontal de 20 mm de diámetro. La presión en el inicio deesta sección es de 1 bar y la velocidad de 1 m/s. A 100 m del inicio hay unestrechamiento con un diámetro de 10 mm. La tubería tiene una pérdida de carga de10 mm de columna de agua por metro de tubería. Calcula la presión en elestrechamiento.

Una prensa hidráulica consta de un émbolo de diámetro 10 cm que es accionadomediante una palanca que tiene 42 mm desde la base hasta el embolo bomba y de 546mm desde el embolo bomba hasta el extremo de la palanca. Al aplicar una fuerza de100 N en el extremo de la palanca, ésta ejerce una fuerza F1 sobre el émbolo bombael cual transmite y amplifica hidráulicamente hasta un pistón de diámetro 1 mt. Calcularel peso máximo que podría levantar la prensa.(Solución 50.000 N)

Se mueve un cilindro de simple efecto con un fluido. El diámetro del pistón es de75 mm y el diámetro del vástago de 20 mm, la presión de trabajo es de 6x105 Pa(1Pa=1 N/mm2) y la resistencia del muelle de 60 N. Su rendimiento es del 90%.Calcule:a) La fuerza teórica que el cilindro entrega en su carrera de avance.b) La fuerza real o efectiva del cilindro.

Un cilindro de doble efecto tiene 60 mm de diámetro y 15 mm de vástago siendola presión de trabajo de 6 bar. Calcular la fuerza queejerce en el avance y en el retroceso.

Determine la velocidad de un cilindro de doble efecto en el avance yretroceso, sabiendo que el diámetro del émbolo es de 60 mm, el del vástago8 mm y la carrera de 40 mm. El cilindro funciona a un caudal de 153litros/min.

Una prensa hidráulica consta de dos cilindros, el primero tiene una secciónde 2,5 cm2 y una carrera de 7 cm. Se ejerce sobre él una fuerza de 50 N. Determinarcual será la fuerza resultante sobre el otro cilindro de 150 cm2, así como elnúmero de emboladas necesarias para que se produzca un desplazamientode 10 cm.(Solución:3.000 N y 86 emboladas)

¿Qué caudal se necesitará para que un cilindro de simple efecto de 30 mmde diámetro recorra una distancia de 250 mm en 0,8 segundos?

Un cilindro hidráulico de doble efecto tiene un émbolo de 70 mm de diámetroy el vástago de 20 mm de diámetro, carrera 250 mm. La presión de trabajoes de 6 bar. Calcule el volumen de aceite en condiciones normales

Un cilindro de doble efecto tiene 60 mm de diámetro y 15 mm de vástago ysu carrera de 456 mm, siendo su recorrido en un tiempo de 12 min, presiónde trabajo de 6 bar. Calcular el caudal que requiere en el avance y en elretroceso.

Cuando el joven, se prepara para ser guerrero, pasaa ser un hombre nuevo, y ese hombre nuevo entierra susantiguas costumbres, para aprender otras nuevas yser ese otro hombre, triunfador en la vida (Filosofía maya)