hidráulica

Introducción https://www.youtube.com/watch?v=fNJR

HGE6Jnk&list=PL0aeEFu4igKv-LL2RqEP_1UMoABJIn7NK

Definición La hidráulica es un sistema de transmisión

de energía a través de un fluido. La palabra “Hidráulica” proviene del

griego “hydor” que significa “agua”. Hoy el término hidráulica se emplea para referirse a la transmisión y control de fuerzas y movimientos por medio de líquidos, es decir, se utilizan los líquidos para la transmisión de energía.

Aplicaciones Cualquier automóvil tiene sistemas

hidráulicos para el circuito de frenado y la servodirección.

Ventajas Variación de la velocidad: La posibilidad de modificar

la velocidad final del accionador Reversibilidad: La posibilidad de invertir el sentido de

giro o de desplazamiento sin parada intermedia Protección: La posibilidad de incluir elementos de

seguridad para la protección de los componentes Arranque y paro en carga: La posibilidad de arrancar

y/o parar el equipo con una carga acoplada

Simultaneidad: La posibilidad de accionar diversos accionadores simultáneamente

Ahorro de energía: La posibilidad de consumir exclusivamente la energía requerida

Seguridad: La posibilidad de separar las fuentes de energía de los accionadores

Seguridad: La posibilidad de parar la máquina instantáneamente

Desventajas Fluido mas caro Perdidas de carga (fricción entre

partículas) Fluido sensible a la contaminación Fluidos contaminantes

Principios físicos

Presión La presión (p) en cualquier punto es la

razón de la fuerza normal, ejercida sobre una pequeña superficie, que incluya dicho punto.

P = F/A [N/m2] F = Fuerza en N A = Superficie en m2

En la mecánica de los fluidos, fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. En el Sistema Internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newton por metro cuadrado (N/m2):

N/m2 = 1 Pa (pascal

Caudal El caudal, es el volumen de fluido (litros,

m3, cm3 , etc.) por unidad de tiempo (min, horas, etc.) que circula por una determinada conducción.

Q = A x V [m3/s] A = Superficie en m2 V = velocidad del fluido (m/s)

El caudal y la presión son factores TOTALMENTE independientes

En condiciones normales de trabajo existe una presión y un caudal, sin embargo puede haber caudal sin presión (la mínima para que se genere un movimiento del fluido) y puede haber presión sin caudal; en un sistema oleohidráulico:

Caudal Velocidad

Presión Fuerza

Viscosidad Es la resistencia que opone un fluido al

movimiento o a escurrir. Esta propiedad física está relacionada en forma directa con la temperatura. Si la temperatura aumenta, la viscosidad de un fluido líquido disminuye y al revés, si la temperatura disminuye la viscosidad aumenta.

Los límites de viscosidad son importantes en la práctica: Una viscosidad demasiada baja (mucha

fluidez) provoca fugas. La película lubricante es delgada, por lo que puede romperse más fácilmente. En ese caso disminuye la protección contra el desgaste. A pesar de ello, es preferible utilizar aceite de baja viscosidad, ya que por su menor fricción se pierde menos presión y potencia.

Una viscosidad elevada (más consistencia) causa más fricción, lo que provoca pérdidas de presión y calentamiento especialmente en las zonas de estrangulamiento. De este modo se dificulta el arranque en frío y la segregación de agua, por lo que existe una mayor tendencia a desgaste por cavitación.

Principios hidráulicos

Un líquido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo

Los líquidos son incompresibles.

La LEY DE PASCAL cuando un fluido dentro de un

contenedor es sometido a presión, la presión se transmite igualmente en todas direcciones y a todas las caras del contenedor.

LEY DE PASCAL Ρ1= Ρ2

Ley de continuidad Considerando a los líquidos como

incompresibles y con densidad constantes, por cada sección de un tubo pasara el mismo caudal por unidad de tiempo

Teorema de bernouilli

bernouilli El fluido hidráulico, en un sistema que trabaja

contiene energía bajo tres formas: Energía potencial: que depende de la altura

de la columna sobre el nivel de referencia y por ende de la masa del líquido.

Energía hidrostática: debida a la presión. Energía cinética: o hidrodinámica debida a

la velocidad

El principio de Bernouilli establece que la suma de estas energías debe ser constante en los distintos puntos del sistema, esto implica por ejemplo, que si el diámetro de la tubería varía, entonces la velocidad del líquido cambia. Así pues, la energía cinética aumenta o disminuye; como ya es sabido, la energía no puede crearse ni destruirse, en consecuencia esta variación de energía cinética será compensada por un aumento o disminución de la energía de presión.

Energía potencial La Energia potencial (J) se calcula: W = m.g.h Con m = masa (Kg) g = gravedad (9,81 m2/s) h = altura del liquido (m)

Energía de presión La Energía de presión (J) se calcula W = p . V Con P = presión (Pa) V = variación del volumen (m3) La energía de presión es el resultado de

la presión que el fluido opone a la compresión

Energía cinética La energía cinética viene determinada

por la velocidad del flujo y por la masa W = ½ m .v2 Con m = masa en Kg v = velocidad en m/s

Potencia La potencia hidráulica viene

determinada por la presión y el caudal volumétrico

P = p. Q P = potencia (W = N/s) p = presión (Pa) Q = caudal (m3/s)

Cavitación: La cavitación es la eliminación de

pequeñísimas partículas en las superficies de los materiales. En los elementos hidráulicos (bombas y válvulas), la cavitación se produce en los perfiles agudos de los elementos de mando. Esta destrucción del material se debe a picos locales de presión y a rápidos y fuertes aumentos de temperatura.

Reducir cavitación Reducir velocidad Aumentar presión absoluta Aumentar presión de succión de la

bomba Disminución de curvas agudas Disminución de cambios bruscos de

dirección

las causas para los picos de presión y de temperatura Si en un segmento de estrangulamiento

aumenta la velocidad del caudal de aceite, se necesita energía cinética. Esa energía cinética implica una reducción de la energía de presión. De este modo pude provocarse una reducción de la presión en una zona de estrangulamiento, llegándose a producir una depresión

Después del segmento de estrangulamiento, vuelve a subir la presión, las burbujas se rompen y entonces se produce la cavitación por las siguientes razones:

Picos de presión: En el lugar en el que aumenta el diámetro se desprenden pequeñas partículas de la pared, provocando una fatiga del material y, posiblemente, su destrucción. Este proceso de cavitación es acompañado por ruidos considerables

Combustión espontánea de la mezcla de aceite y aire: Al romperse las burbujas, el aceite las invade instantáneamente. Debido a la elevada presión implicada en este proceso y por la consecuente compresión del aire, surgen temperaturas muy altas

FLUIDOS HIDRÁULICOS

Misión: 1. Transmitir potencia 2. Lubricar 3. Minimizar fugas 4. Minimizar pérdidas de carga 5. Disipar el calor

Fluidos empleados:

Aceites minerales procedentes de la destilación del petróleo

Agua – glicol Fluidos sintéticos Emulsiones agua – aceite

Factores para la selección de aceite 1. El aceite debe contener aditivos que permitan asegurar una buena característica anti-desgaste. No todos los aceites presentan estas características de manera notoria. 2. El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las características de lubricante y limitante de fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema hidráulico. 3. El aceite debe ser inhibidor de oxidación y corrosión. 4. El aceite debe presentar características antiespumantes.

Flujos del fluido Situación ideal cuando las capas se

mueven en forma paralela

Hay que dimensionar las tuberías de acuerdo con el caudal que circulará por ellas.

Tubería de diámetro reducido provocará elevadas velocidades de circulación y como consecuencia perdidas por fricción

Caídas de presión en tuberías Las perdidas de presión solo se producen

cuando el fluido está en movimiento Cuanto mas largas sean las tuberías y

mas restricciones mayores serán las perdidas de carga

Circulación libre

Con restricción

Sin circulación

Características de los fluidos Anti-desgaste Estabilidad a la oxidación Punto de escurrimiento Separabilidad del agua Prevención de herrumbre resistencia a la espuma y liberación de

aire

Anti-desgaste Los fluidos también lubrican las piezas del

sistema.

Estabilidad a la oxidación Habilidad del fluido para resistir la

oxidación (deterioro químico) en presencia de aire, calor y otras influencias.

El proceso de deterioro comienza lentamente pero se acelera a medida que el fluido llega al final de su vida útil.

Punto de escurrimiento Es la menor temperatura a la que el fluido

fluirá a presión atmosférica. Hay que tener en cuenta que los sistemas

hidráulicos operan en ambientes frios

Separabilidad del agua El agua libre se separa rápidamente y

puede ser drenada. El agua se emulsifica con el fluido Fluido con buena separabilidad de agua

resiste mejor la emulsificación.

Prevención de herrumbre La herrumbre es la oxidación de

cualquier metal.

Se emplean inhibidores de herrumbre para dar protección extra

Liberación del aire Cuando el aceite hidráulico en presencia

de aire puede formar espuma y atrapamiento de aire puede causar problemas mecánicos.

El aire atrapado es compresible y causa una operación lenta y errática del sistema.

Transmisión de potencia

Fuerza mecánica, trabajo o potencia es aplicada en el pistón A. La presión interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistón B.

Puede ubicarse componentes aislantes y transmitir la fuerza de forma inmediata a través de distancias considerables con escasas pérdidas.

Elementos hidráulicos

Depósitos hidráulicos Recipientes destinados a contener lquido

hidráulico

Misión Suministrar fluido Reponer perdidas Recoger exceso de líquido hidráulico Proporcionar espacio aéreo para la

extensión del aceite por cambios de temperatura

Acumulador Deposito destinado a almacenar una

cantidad de fluido incomprensible y conservarlo.

Misión Acumulador de energía Anti-golpes de ariete Anti-pulsaciones Compensador de fugas Fuerza auxiliar de emergencia Amortiguador de vibraciones

Bombas Las bombas crean caudal y no presión.

Crea vacío en la entrada de la bomba, este

vacío hace posible a la presión atmosférica forzar al flujo desde el deposito a la bomba.

La acción mecánica de la bomba atrapa el flujo dentro de las cavidades de la bomba trasportándolo a través de ella y forzándola dentro del circuito hidráulico

filtros El propósito es: Prolongar la vida útil de los componentes hidráulicos. Evitar paradas producidas por la acumulación de impurezas.

Elementos contaminantes para el aceite Agua Ácidos Hilos fibras Polvo, partículas de junta y pintura

ubicación En la línea de carcasa de la bomba En la línea de retorno

Elemento filtrante Papel micronic Filtros de malla de alambre Filtros de absorción Filtros magnéticos

Manómetro Nos permite saber la presión desarrollada

dentro de un circuito hidráulico, es necesario para ajustar las válvulas de control de presión.

actuadores Cuando la energía hidráulica es

aprovechada en movimiento rectilíneo utilizamos cilindros.

Cuando obtenemos un movimiento giratorio utilizamos motores hidráulicos

mantenimiento Prácticas generales de limpieza Alineación e instalación de los cilindros para

asegurar una carga mínima sobre los cojinetes y juntas.

Accionamiento rápido de válvulas con centro cerrado puede originar puede originar puntas de presión que deterioran el cilindro.

Presiones excesivas pueden originar un desgaste rápido de juntas

Cierres y sellos Juntas: se utilizan para producir el cierre

entre dos piezas que están en movimiento una respecto a la otra.

Empaquetaduras: se emplean entre dos piezas estacionarias dentro del mismo conjunto.

materiales De cuero: fluidos de base de petróleo Caucho sintético: fluidos de base

petróleo y fluidos sintéticos. Caucho natural: base de aceites

vegetales Teflón: fluidos sintéticos Metélicas: todo tipo de fluido hidráulico

formas Juntas tóricas: su función es asegurar la

estanqueidad de fluidos.

Juntas en V Se utilizan en rodamientos y cojinetes

axiales. Estanquiza de manera efectiva polvo, suciedad, aceite, grasa, etc

juntas planas Se utilizan en mecanismos que tengan

presión interna como motores de explosión o compresores

De doble efecto y cuatro labios Dinámicas: estanquizar pistones vástagos

en movimiento alternativo Estanquizar ejes ,juntas vástagos rotativos

en movimiento rotativo Estáticos: juntas en casquillos Donde existe riesgo de torsión

Juntas rascadoras Se montan en camaras abiertas

Aros de apoyo

Tuberías y racores Las tuberías pueden se: Principales

De aspiración De presión De retorno

Secundarias De drenaje De pilotaje

También se pueden clasificar en: Rígidas Fabricadas en aleaciones de titanio,

acero y aleaciones de aluminio La dureza depende del material de

construcción y del grosor de la pared.

Flexibles; se utilizan cuando hay vibraciones o cuando desde un punto fijo a uno móvil se ha de transportar el fluido. Pueden ser: Mangueras de baja presión Mangueras de presión media Mangueras de alta presión

Racores Elementos destinados al acoplamiento o

unión entre tuberías

Crea la unidad motriz

Añade al circuito una válvula 4/3

Acoplamos un actuador

¿Faltan elementos a este circuito hidráulico?

Para evitar sacudidas en el cilindro: Se utiliza un anti-retorno desbloqueable

Colocarlo en el circuito anterior