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SistemasOleohidrulicos

ResumenMediante este artculo conoceremos cmo somos be-

neficiarios de la ingeniera a travs del constante desa-rrollo tecnolgico que se ha dado desde la investigacin del comportamiento de los fluidos y el descubrimiento de un principio elemental como lo es el principio de Blaise Pascal, cientfico francs del siglo XVII, quien dedujo que la presin de un fluido confinado era igual a la fuerza sobre una superficie (P = F/A), frmula que revolucion el campo industrial y nuestra manera de vivir, ya que esto implicaba una capacidad brbara de multiplicar una fuerza.

Palabras clave: Sistema, presin, fuerza, superficie, oleohidrulica.

AbstractThis article describes how we are beneficiaries of en-

gineering through the constant technological develop-ment that has occurred since the investigation of fluid behavior and the discovery of a fundamental principle named ofter Pascal principle. Blaise Pascal, French scientist of the seventeenth century who concluded that the confined fluid pressure was equal to the force on its surface (P = F/A), a formula that revolutionized the industrial field and our way of life, as this implied an immense ability to multiply a force.

Key words: System, pressure, force, area, oleohydraulic

Febrero: Marzo, 2011Aceptado: Junio, 2011

Estudiante de Ingeniera Industrial, en la Unidad Acadmica Ciencias de la Ingeniera, Universidad Estatal de Milagro. Trabaja en el diseo de prototipos en AutoCad tridimensional 2011 y estructuras metlicas modernas. Idea, diseo y construccin de prototipos como: CASM HOPE (Tetracicleta) y Carlitos (Mobiliario Urbano para Reciclaje); particip en el XIX Congreso Latinoamericano de Estudiantes de Ingeniera Industrial (CLEIN), Buenos Aires, Argentina (2010). Expositor en el mismo ao del Prototipo de innovacin CASM HOPE en Feria de las ONGs, Buenos Aires.

Carlos AlbertoSaltos Medina1

cc_liuk@hotmail.com

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INTRODUCCINLa mayora de personas del mundo entero, han sido tes-tigos oculares de sistemas oleohidrulicos an sin saber cmo funcionan ni que leyes y principios rigen su compor-tamiento. Es caracterstico en estos sistemas observar una barra de acero con aspecto de acabado espejo saliendo o en-trando de un cilindro, el mismo que posee mangueras por las cuales circula un fluido a alta presin que acta sobre el rea de un mbolo haciendo despla-zar aquella barra de acero que mencionamos al inicio cuyo nombre tcnico es vstago y su aspecto espejo es debido a un proceso de cromado duro [1].

Por as decirlo, el secreto para mover grandes cargas se des-plaza por pequeas mangueras que transportan fluido a gran presin. Pero qu pensamos del trmino presin? En mu-chas circunstancias lo hemos mencionado aun sin saber la frmula que lo rige, bien pues, el cientfico Blaise Pascal tras un largo proceso de clculo y experimentos determin que la presin en un fluido confinado era el resultado de una fuerza sobre una superficie y a su vez la presin sera la misma en cualquier punto del sistema [2].

Es bajo este principio que tra-bajan los sistemas oleohidruli-cos ya sean manuales como el gato hidrulico de un vehculo o de accionamiento por bomba como los de una retroexcavado-ra, volqueta, entre otros [3].

Antes de seguir conociendo de estos sistemas, es necesario saber su historia y a qu rama de la ciencia pertenecen.

HidrulicaEl trmino "Hidrulica" proviene del griego "hydro" que significa "agua", y aulos que significa caera o entubamiento, origi-nalmente enfoc el estudio del comportamiento fsico del agua

en reposo y en movimiento [4].La hidrulica, por lo tanto,

est directamente relacionada con lquidos y es una rama de la fsica que estudia el compor-tamiento de los fluidos en repo-so o en movimiento, de aqu se deriva la hidrosttica y la hidro-dinmica [5].

Desarrollo de la HidrulicaDespus de la desintegracin del mundo antiguo, hubo po-cas novedades por muchos siglos. Luego, durante un pe-rodo comparativamente corto, comenzando cerca del final del siglo XVII, el fsico italiano, Evangelista Torricelli, el fsico francs, Edme Mariotte, y pos-teriormente, Daniel Bernoulli condujeron experimentos para estudiar los elementos de fuer-za en la descarga del agua a travs de pequeas aberturas a los lados de los tanques y a travs de caeras cortas. Durante el mismo perodo, Blaise Pascal, descubri la ley fundamental de la ciencia de la hidrulica siendo este su enunciado El aumento en la presin sobre la superficie de un lquido confinado es trans-mitido sin disminucin a travs del recipiente o del sistema que lo contiene [6].

La ecuacin (1) se la conoce como el Principio de Pascal. Y cuando la presin es uniforme en todos los puntos, la frmula (1) se transforma en una expre-sin ms familiar:

El ensayo de Pascal consisti en algo que hasta hoy un nio puede hacerlo didcticamente sin problemas.

Su ensayo fue por medio de dos cilindros de dimetros di-ferentes conectados por una

manguera, estos cilindros te-nan un mbolo que encaja-ba en cada cilindro y a su vez estos estaban llenos de agua. Mediante los experimentos descubri que si colocaba un pequeo peso en el mbolo de menor dimetro y un mayor peso en el embolo de mayor dimetro, el peso menor sobre el rea menor generara una presin en el fluido capaz de desplazarse hasta el mbolo de mayor dimetro y levantar aquel peso elevado. De esto se concluye que el rea es inversa-mente proporcional a la presin y directamente proporcional a la fuerza [7].

Unidades de la presinEn honor a la deduccin de Pas-cal esta unidad lleva su nombre [8], dado que la presin es igual a la fuerza sobre el rea:

Donde F puede ser considera-da como: fuerza, peso carga y a su vez est basada en la se-gunda ley de Newton [9].

siendom = masa de un cuerpo la cual se mide en kg (kilogramos).a= aceleracin de la gravedad de nuestro planeta cuyo valor

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Figura 1. Blaise Pascal (1623 - 1662) considerado una de las mentes privilegiadas de la historia intelectual de Occidente.

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Figura 2. Experimento de Pascal

En la Figura 2 se muestra grficamente el experimento de Pascal, donde:F1: Es la fuerza, peso carga actuando sobre el mbolo de menor dimetroA consecuencia de la fuerza (F1) sobre el mbolo 1 se genera como resultado la presin y el valor de esta es la misma en cualquier punto ya sea del cilindro 1, en la conexin entre el cilindro 1 y 2 en cualquier punto del cilindro 2, por esta razn se encuentran varios puntos en color magneta a fin de que el lector comprenda el enunciado de Pascal.Fluido utilizado para el experimento (agua)F2: Es la fuerza, peso carga actuando sobre el mbolo de mayor dimetro. Debido a que la presin generada en el cilindro 1 se transmite a travs del agua hasta el cilindro 2 y a su vez acta sobre toda el rea de su mbolo, es posible levantar un peso F2 mayor al peso ubicado en el cilindro 1.

es de 9.81 m/s (metros sobre segundos al cuadrado) [10].

De igual forma en honor a Sir Isaac Newton, al multiplicar 1kg 1m/s nos dar como resul-tado 1N (un newton). As queda definido que el peso viene en unidad de Newton [11].

Como ltima variable tene-mos A, que se refiere al rea de una superficie ya sea cua-drada, circular, etc, es muy co-mn en nuestro medio cuando nos referimos a terrenos, esta viene en m (metros cuadra-dos) [12].

Retomando la frmula de Pascal tenemos que:

Y finalmente cuando nos que-da como unidad N/m esta-mos hablando de la unidad de presin Pa (Pascal) [13] .Enton-ces:

La ley de Pascal y la Prensa de BramahSi bien fue Pascal quien dedu-jo que P= F/A, no fue l quien desarroll la prensa hidrulica sino el britnico Joseph Bra-mah (ver Figura 3) [14].

Joseph Bramah, (1749 1814, Londres): Inventor, me-cnico de profesin, llev a cabo varios inventos prcticos: una cerradura de seguridad,

una prensa hidrulica, el siste-ma de water-closet o inodoro, una impresora para numerar billetes de banco, y otros [15].

Esquema del comportamiento de un gato hidrulico:En el primer paso del funcio-namiento del gato hidrulico, se genera una succin cuando levantamos la palanca del gato hidrulico, la vlvula permite

el paso del aceite en una sola direccin, es decir; una vez ex-trado del depsito no puede retornar por la misma va (ver Figura 4).

En el segundo paso, cuando bajamos con una leve fuerza la palanca, generamos una presin que desplaza el aceite hacia el mbolo que subir el automvil, de igual forma tiene una vlvula que solo permite

Figura 3. Joseph Bramah (1749 1814)

Figura 4. Accionamiento inicial del gato hidrulico.

Figura 5. Fase 2 del funcionamiento del gato hidrulico.

Figura 6. Fase 3 del funcionamiento del gato hidrulico.

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que el aceite ingrese para le-vantar la carga (ver Figura 5)

Y finalmente asumiendo que hemos realizado por varias veces las acciones anteriores, cuando queremos retirar el gato hidrulico, giramos un tornillo que permite el retorno del aceite al depsito como se muestra en la Figura 6

Sistemas OleohidrulicosUn sistema oleohidrulico pue-de ser ejecutado de forma ma-nual en el caso del tpico gato hidrulico que transportamos en los automviles o a su vez ser accionado por una bomba capaz de generar gran presin y un considerable caudal, de esta ltima variable depender la velocidad de salida del vsta-go del cilindro que lo contiene [16].

Cabe destacar que en la mayor parte de este tipo de sistemas la bomba hidrulica va tomada a un motor y es este quien le tra