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Diagnóstico 1.1
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Diagnóstico 1.1

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  • 1. 1. Pautas para el desarrollo de la Asignatura Puntualidad2. Adaptabilidad (sala – laboratorio)3. Materia para la prueba es: - Presentaciones (se entregan en formato PDF y si desean se deja un ejemplar en fotocopia) y lo dicho en Clases. - Bibliografía recomendada y sugerida.5. Pausas, no siempre y en el mismo momento.6. Pruebas en base a: a. Preguntas de desarrollo. b. Identificación de imágenes, simbología y esquemas. c. Ejemplo de una prueba en la lámina siguiente:7. Calendario de Pruebas, la próxima semana.8. Recuperaciones, el cuarto sábado del mes.9. Aunque halla faltado, se entiende que todos los alumnos conocen estas pautas10. Existe la posibilidad de que en algunas o en todas las clases, se hagan consultas de la materia vista en la clase anterior, por puntos o decimas para la prueba.11. Si se hace un trabajo para reemplazar una prueba, será con exposición oral y posiblemente fuera de horario de clases. Depende el avance de las materias y no hay opción para segundas presentaciones por ausencia o no haber terminado el trabajo.12. Firma por la asistencia a clases al final de esta y deben quedarse hasta el final. Si se retiran antes de pasar lista es sin firmar.13. Extensión de la materia, es posible que muchos más de lo indicado en los contenido (los contenidos son mínimo) 1
  • 2. I. Información:a. Datos: Alumno : Puntaje Obtenido : Profesor : Eduardo Silva A. Fecha : 22 de Junio 2012 Puntaje Total : 309 Porcentaje de la prueba : 30 % Puntaje para nota 4.0 : 183 Porcentaje de Dificultad : 60 %b. Unidades para ser evaluadas: 2.Sistemas Oleohidráulicos y 3. Sistemas Neumáticos: 2.4 Motores Hidráulicos, Filtros, Acumuladores, Tanque 2.7 Manuales de Servicio 2.5 Interpretación de Planos Oleohidráulicos 3.1 Sistemas Neumáticos 2.6 Montaje de Circuitos Oleohidráulicos 3.2 Aire Comprimidoc. Instrucciones: 1.Lea cuidadosamente toda la prueba, antes de responder. 2.Dispone de 2 horas reloj para resolver la prueba. 3.Cuando se equivoque, tache y escriba la nueva respuesta. 4.No emplee lápiz, ni bolígrafo rojo al escribir. 5.Utilice un solo tipo de letra y escriba en forma legible. 6.Durante el pruebas y exámenes no se permite el uso de celulares u otros aparatos tecnológicos (Por ejemplo MP3, MP4, etc.). (Deben estar apagados) 2 7.Entregue su prueba una vez que haya terminado y revisado nuevamente todas sus repuestas.
  • 3. Diagnóstico de Sistemas Hidraúlicos 1. Diagnóstico, 3. Diagnóstico, Mantenimiento y Mantenimiento yReparación de Sistemas Reparación de Sistemas Oleohidráulicos Electroneumáticos 2. Diagnóstico, Mantenimiento y Reparación de Sistemas Neumáticos 3
  • 4. 4
  • 5. Contenidos1.1 Variables físicas e instrumentos de medición Oleohidráulicos. Los temas a tratar en esta unidad son los siguientes: - Rango - Sistema de Unidades - Precisión - Magnitudes e instrumentos a. Presión: Manómetros b. Caudal: Fluxómetro c. Viscosidad: Viscosímetro. d. Temperatura: Termómetro 5
  • 6. 1.1 Variables físicas e instrumentos de medición Oleohidraúlico. 13 16 14a. Primer Paso: 17Vamos ahora explicar el circuito y la 7función de cada uno de sus 15componentes 12 12 6
  • 7. b. Segundo Paso: Vamos ahora identificar y clasificar cada uno de los componentes: 1 Actuador Cilindro Diferencial 2. Actuador Cilindro basculante con 2 sentidos de giro 3. Actuador Motor hidraúlico, con dos sentidos de giro y de caudal constante 4. Válvula Direccional 4/3 , mando por palanca y con bloqueo (enclavamiento) 5. Válvula Direccional 4/3 , mando por palanca y con bloqueo (enclavamiento 6. Válvula Direccional 4/3 , mando por palanca y con bloqueo (enclavamiento 7. Instrumentos Manómetro 8. Válvula Limitadora de presión, de seguridad. 9. Bomba Hidraúlica unidireccional de caudal variable 10. Motor Eléctrico 11. Filtro Aspiración 12. Estanque Retorno 13. Filtro De alta presión 14. Filtro Caudal secundario 15. Bomba Hidraúlica unidireccional de caudal constante. 16. Motor Eléctrico 17. Filtro Retorno 7
  • 8. c. Tercer paso: Explicación de las variables físicas que intervienen en el circuito: C1. La Presión: Es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando sobre una superficie de área A se aplica una fuerza normal F de una manera uniforme, la presión P viene dada por.... En todo circuito hidráulico, la presión se origina cuando el caudal enviado por la bomba encuentra resistencia, la cual puede ser debida a la carga del actuador o a una restricción en las tuberías. Una característica de los líquidos en los circuitos hidráulicos es que siempre toman el camino de menor resistencia. De esta manera, cuando las derivaciones para distintos circuitos ofrecen resistencias diferentes, la presión aumenta solamente en la medida requerida para circular por el camino de menor resistencia. Cuando en un circuito hidráulico tenemos varias válvulas o actuadores conectados en paralelo, el que requiere menos presión es el primero en moverse. Cuando los elementos están en serie, las presiones se suman. 8
  • 9. En general, algunos dividen en tres grupos la presión de trabajo: 1) Pequeña presión: de 0 a 50 bares 2) Media presión: de 50 a 150 bares 3) Alta presión: desde 150 barC2. Caudal: La medida fundamental que describe el movimiento de un fluido es el caudal. Decir que el río Paraná es más caudaloso que el Uruguay indica que el primero transporta más agua que el segundo en la misma cantidad de tiempo. En un sistema hidraúlico la velocidad queda indicada por el caudal y la fuerza por la presión. El caudal es el volumen que entrega la bomba en la unidad de tiempo y que origina el movimiento del actuador. El caudal que suministran las bombas puede ser constante o variable. Además hemos de considerar que cuando las partículas de un liquido circulan por una tubería se mueven según trayectorias rectas y paralelas. Este régimen se denomina laminar y se produce a baja velocidad, en tuberías rectas. Con régimen laminar el rozamiento es menor, el movimiento es suave y el fluido se mueve en láminas sin entremezclarse y cada partiúcla sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas. A continuación veremos un esquema de cómo se caracteriza el flujo laminar. 9
  • 10. Pero por otro lado, cuando las partículas en movimientos lo hacen en forma caótica odesordenada, se denomina como flujo turbulento. Cuando ocurre esto la trayectoria delas partículas se encuentra formando pequeños remolinos aperiódicos (no coordinados)como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoriade una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual latrayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.Para saber si el flujo es laminar o turbulento se emplea el numero de Reynolds, que esadimencional y que relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensiones de latubería por la cual circula el fluido. Debido a esto podemos decir:Si el número de Reynolds es menor a 2000 el flujo será laminar.Si el número de Reynolds está entre 2000 y 4000 el flujo será de transición o critico.Si el número de Reynolds es mayor a 4000 el flujo será turbulento. 10
  • 11. C3. Viscosidad: Es la resistencia que opone un fluido al movimiento o a escurrir, un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. Esta propiedad física esta relacionada en forma directa con la temperatura. Si la temperatura aumenta, la viscosidad de un fluido disminuye y al revés, si la temperatura disminuye la viscosidad aumenta. Podemos encontrar dos tipos de viscosidades, que son las siguientes: a. Viscosidad dinámica o absoluta: Entre las moléculas de un fluido se presentan fuerzas que mantienen unido al liquido, denominadas de cohesión. Al desplazarse o moverse las moléculas con respecto a otras, entonces se produce la fricción. El coeficiente de fricción interna de un fluido se denomina viscosidad y se designa con la legra griega μ. También la podemos definir de la siguiente manera Como una propiedad de los fluidos que indica la mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante. Unidades Kgf * s ; Poise (P) ; el Pascal – Segundo (Pa-S) ; centiPoise (cP) m2 1 Kgf*s = 98.066 Poise = 9.806 Pa -S = 9806.65 cP m2 1P = 0.1 Pa-S = 100 cP 11
  • 12. Grafica de Viscosidad Dinámica versus Temperatura 12
  • 13. b. Viscosidad Cinemática: Corresponde a la relación que existe entre la viscosidad dinámica μ y la densidad ρ. δ=μ ρ Algunas de las unidades para expresarla son el m2/s ; el stoke (St) y el centistoke (cSt), siendo las equivalencias las siguientes: 1 m2/s = 10000 St = 1 x 106 cSt Imagínese dos fluidos distintos con igual viscosidad absoluta, los cuales se harán fluir verticalmente a través de un orificio. Aquel de los fluidos que tenga mayor densidad fluirá mas rápido, es decir, aquel que tenga menor viscosidad cinemática. Uno de los dispositivos existentes para hallar esta propiedad es el Viscosímetro Savbolt, en el cual la muestra a analizar se introduce en un cilindro con un orifico en su parte inferior (de 1/8 o 1/16 “). El fluido se deja escurrir a través del orificio y se mide el tiempo. 13
  • 14. En un sistema hidráulico una viscosidad muy elevada conduce a grandes perdidas porrozamiento y flujo, medible como caída de presión y sobre calentamiento del aceite. Elarranque en frio del equipo empeora, aparecen retardos de conmutación y se dificultala eliminación del aire.Una viscosidad demasiado baja origina fugas, un mayor desgaste y con ello tambiénun sobre calentamiento del aceite. 14
  • 15. Grafica de ViscosidadCinemática versusTemperaturaComo vemos laviscosidad varia por latemperatura y la medidapara la variación deviscosidad en función dela temperatura, sedenomina como elíndice de viscosidad.Cuanto mayor sea elíndice viscosidad menores la dependencia deesta con la temperatura. 15
  • 16. c. Índice de Viscosidad: Todos sabemos que la viscosidad de los fluidos disminuye con la temperatura y que de acuerdo a la viscosidad determinamos el espesor de película que tendremos en un sistema. Recordemos que la viscosidad es la propiedad física más importante en los aceites. Pero en el funcionamiento de los equipos nos interesa que la viscosidad del lubricante disminuya lo menos posible con el aumento de la temperatura. Para cuantificar esa característica se ideó un sistema arbitrario denominado índice de viscosidad que fue ideado en 1929 por Dean y Deavis. El método consiste en comparar el aceite problema con dos aceites, uno de índice de viscosidad 0 y otro con un índice de viscosidad de 100. Lo que se hace en el laboratorio es tomar las viscosidad del aceite a 40 °C y a 100° C y luego se ingresan a un manual de ASTM los datos obtenidos, y en primer término se busca la viscosidad determinada de 100 °C y luego se busca la de 40 °C y la relación entre ellas es el famoso Índice de Viscosidad. La mayoría de los fluidos hidráulicos tienen un índice de viscosidad cercano a 100 pero, donde se encuentran temperaturas de operación de un rango muy amplio, por ejemplo en el sistema hidráulico de aviación se debe utilizar un aceite con un índice de viscosidad de 150 o más. 16
  • 17. C4. Temperatura: El aumento de temperatura de un fluido hidraúlico en operación, se debe a ineficiencias en el sistema, las cuales dan por resultado perdidas en la potencia suministrada que se transforman en calor. La carga de calor de un sistema hidraúlico es igual a la perdida total de potencia (PL) causada por las ineficiencias del sistema y se puede expresar matemáticamente de la siguiente forma: PL total = PL bomba + PL válvulas + PL tuberías + PL actuadores Si la potencia total perdida en forma de calor es mayor que la cantidad de calor disipada, eventualmente el sistema hidraúlico se sobrecalentara. Fluidos Hidraúlicos que presenten temperaturas por encima de los 82°C, aceleran su degradación y provocaran que se dañen la mayoría de los compuestos con los que se fabrican los sellos. Por un lado, debe evitarse operar sistemas Hidraúlicos con temperaturas por encima de los 82°C, pero también, la temperatura de un aceite será demasiado alta, si la viscosidad cae por debajo del valor optimo, para el correcto desempeño de los componentes del sistema. Esto puede ocurrir mucho antes de los 82 °C , dependiendo del grado de viscosidad del fluido que se este utilizando. Recordemos que el calor se desarrolla en el fluido a medida que es forzado a través de todo el sistema. En sistemas convencionales, las temperaturas excesivas oxidarán al aceite y llevarán a la formación de depósitos en el circuito, de barniz y lodos. 17
  • 18. Por el contrario, si las temperaturas son muy bajas se permitirá la condensación en elestanque y aumentará la probabilidad de cavitación en la bomba.Mantenga la temperatura entre 40 y 60 °C en sistemas hidráulicos convencionales.Algunos sistemas con bombas variables y transmisiones hidráulicas operan hasta 120°C.. Mantenga a los sistemas que operan con un fluido base agua por debajo de 60°Cpara evitar que el agua se evapore.Los depósitos originados por las altas temperaturas taponarán las válvulas y pantallas desucción y provocarán fallas u operación defectuosa en las servoválvulas de toleranciasestrechas. Para permitir que el calor se irradie del sistema, mantenga limpio el exteriordel depósito y el área circundante libre de obstrucciones.Asegúrese que el enfriador de aceite funciona correctamente y mantenga los radiadoresrefrigerados por aire libres de polvo. A causa de las restricciones de espacio, estossistemas están típicamente diseñados con depósitos pequeños y tiempos de residenciacortos para el aceite hidráulico. Operando a presiones hasta 3500 psi, las temperaturasdel aceite pueden superar los 55 °C en muchas máquinas. Con mínimo tiempo deresidencia del aceite en el estanque y altas presiones, las burbujas atrapadas puedenprovocar calor extremo localizado en el fluido hidráulico. Esto resulta en la fijación denitrógeno que, combinada con oxidación del aceite, puede formar depósitos que taponanlos filtros de aceite y causen el pegado de las servoválvulas. 18
  • 19. d. Cuarto paso: Instrumentos de Medición: d1. Metrología: La Metrología es, simplemente, la ciencia y arte de medir "bien". Como las mediciones son importantes en prácticamente todos los procesos productivos, su relevancia para la calidad es evidente. Medir "bien" no es sólo medir con cuidado, o utilizando el procedimiento y los instrumentos adecuados. Además de lo anterior, se trata de que las unidades de medida sean equivalentes, es decir, que cuando yo mido por ejemplo 3,6 cm,"mis" centímetros sean los mismos que los de un francés, coreano o esquimal. Esto se asegura cuando cada país tiene una infraestructura metrológica, compatible y ligada con las infraestructuras metrológicas de otros países, consistente en la disponibilidad de laboratorios donde se pueda calibrar los instrumentos de medición. d2. Instrumento de medición: Los instrumentos son herramientas indispensables que sirven para conseguir y conservar la calidad con que se identifica el producto que se esta manufacturando. Se utilizan para controlar las variables de un sistema o proceso en forma tan exacta como se necesite para satisfacer las especificaciones del producto en lo que respecta a composición química, forma color o acabado. d3. Unidades del Sistema Internacional de medida: En la tabla siguiente se muestra un extracto del sistema internacional de medida. 19
  • 20. 20
  • 21. d4. Características de los Instrumentos de medida: d4.1 Exactitud y Precisión En primer lugar vamos a analizar la diferencia entre los términos precisión y exactitud . En general estas dos palabras son sinónimos, pero en el campo de las mediciones indican dos conceptos completamente diferentes. Se dice que el valor de un parámetro es muy preciso cuando está muy bien definido. Por otra parte, se dice que dicho valor es muy exacto cuando se aproxima mucho al verdadero valor. Veamos este ejemplo: En el reloj de pulsera de la Fig. 1, solo están marcadas las posiciones de las 12, las 3, las 6 y las 9. Como podemos observar, este reloj aunque funcione correctamente y por lo tanto indique en cada momento la hora exacta, no tiene precisión, ya que resulta difícil leer los minutos, e imposible determinar los segundos. En base a esto podemos definir precisión en la siguiente lamina: 21
  • 22. • La precision se refiere a cuánto concuerdan dos o más mediciones de una misma cantidad.• Ej. Todos los lanzamientos de las flechas concuerdan 1 en un punto que no es la posición exacta• Hay precisión en los lanzamientos pero no exactitud. 22
  • 23. Supongamos ahora que tenemos un reloj digital muy preciso, como el de la Fig. 2,que en un momento dado indica las 12 horas, 15 minutos, 30 segundos, 3décimas, 4 centésimas. Ahora bien, si en realidad son las doce y media, este relojno nos sirve de nada, porque aunque es muy preciso no tiene ninguna exactitud.En base a esto podemos definir exáctitud en la siguiente lámina: 23
  • 24. • La exactitud indica cuán cerca está una medición del valor real de la cantidad medida.• Ej.Todas las flechas alcanzan el centro que es 1 la posición exacta de los lanzamientos..• Hay exactitud y precisión en el lanzamiento 24
  • 25. • En la figura siguiente no hay precisión ni exactitud en los lanzamientos 1 25
  • 26. d4.2 Error: La exactitud la medimos en función del error. El error se define como la diferencia entre el valor indicado y el verdadero, el cual está dado por un elemento patrón. E=I - V donde E = Error I = Valor indicado V = Valor verdaderod4.3 Corrección: La corrección se define como la diferencia entre el valor verdadero y el valor indicado, esto es: C= V -I Como podemos observar, la corrección tiene signo opuesto al error. Es conveniente determinar la curva de corrección para cada uno de los instrumentos que utilicemos.d4.4 Resolución: La resolución de un instrumento es igual a una unidad del valor de la mínima división de la escala. Al emplear un instrumento cualquiera debemos dedicar unos instantes a familiarizarnos con su escala e identificar su resolución para entender que las mediciones que realicemos con él tienen, en el mejor de los casos, el significado indicado por el intervalo de arriba, que puede expresarse también en la forma: lectura ± una unidad de la mínima división de escala . 26
  • 27. d4.5 Rango o campo: Se entiende por campo o rango de medida el conjunto de valores de la variable a medir comprendida dentro de la capacidad de medición y transmisión del instrumento; es decir, los valores para los cuales el aparato proporciona una lectura fiable. El campo de medición de una aparato suele definirse estableciendo los límites superior e inferior del rango de medición posible. A modo de ejemplo en la figura siguiente1 se recoge un Manómetro, en el cual puede apreciarse como su rango de medición es: 0 – 10 psib.d.4.6 Reproductibilidad: Se refiere a la capacidad que tenga una prueba o experimento de ser reproducido o replicado. 27
  • 28. d4. Presión: Manómetros El manómetro es un instrumento que se emplea para la medición de la presión en los fluidos (líquidos y gases). Algunas de las alternativas que podemos encontrar son las siguientes: d.4.1. Mecánicos d.4.1.1. Primarios de Medida Directa d.4.1.2. Primarios Elásticos d.4.2. Electromecánicos Por ejemplo aquellos que usan galgas Extensiométricas Veamos ahora cada uno de ellos: d.4.1. Mecánicos d.4.1.1. Primarios de Medida Directa Son aquellos que miden la presión comparándola con la ejercida por un liquido de densidad y altura conocidas. En este tipo podemos encontrar de dos alternativas: 28
  • 29. d.4.1.1.1. Barómetro de cubeta (Mercurio) Fue inventado por Torricelli en 1643. Un barómetro de mercurio está formado por un tubo de vidrio de unos 850 mm de altura, cerrado por el extremo superior y abierto por el inferior. El tubo se llena de mercurio, se invierte y se coloca el extremo abierto en un recipiente lleno del mismo líquido Si entonces se destapa se verá que el mercurio del tubo desciende unos centímetros, dejando en la parte superior un espacio vacío (cámara barométrica o vacío de Torricelli)d.4.1.1.2. Manómetro de tubo en U 29
  • 30. d.4.1.2. Primarios Elásticos d.4.1.2.1. Barómetro Aneroide Es un barómetro que no utiliza mercurio. Indica las variaciones de presión atmosférica por las deformaciones más o menos grandes que aquélla hace experimentar a una caja metálica de paredes muy elásticas en cuyo interior se ha hecho el vacío más absoluto. Se gradúa por comparación con un barómetro de mercurio pero sus indicaciones son cada vez más inexactas por causa de la variación de la elasticidad del resorte metálico. Fue inventado por Lucien Vidie en 1844. d.4.1.2.2. Manómetro con elemento de diafragma Los elementos de diafragma tienen forma circular y membrana onduladas. Estas están sujetas alrededor del borde entre dos bridas o Sello soldadas y sujetos a la presión del medio actuando en un lado. La de desviación causada de esta forma se utiliza como medición para la diafragma presión y es mostrada por la aguja indicadora del instrumento. En comparación con los tubos Bourdon, estos elementos de diafragma tienen una fuerza activadora relativamente alta y debido a ello la sujeción en su periferia del elemento es insensible a la vibración.El elemento de diafragma puede someterse a una fuerte sobrecarga a través de lospuntos de aceptación (al traer el elementos de diafragma contra la brida superior).30
  • 31. d.4.1.2. Primarios Elásticos d.4.1.2.3. Manómetros con fuelle Los manómetros de fuelle tienen un elemento elástico en forma de fuelle (como el acordeón) al que se le aplica la presión a medir, esta presión estira el fuelle y el movimiento de su extremo libre se transforma en el movimiento de la aguja indicadora como se muestra en la figura 3 de manera esquemática. Una variante del manómetro de fuelle es el manómetro de diafragma, en este caso la presión actúa sobre un diafragma elástico el que se deforma y la deformación se convierte en el movimiento del puntero indicador. La figura 4 muestra un esquema mas terminado de un manómetro donde una cápsula elástica funciona como elemento sensor de la presión.Figura 3 Figura 4 31
  • 32. d.4.1.2. Primarios Elásticos d.4.1.2.3. Manómetro de Bourdon Estos manómetros tienen un tubo metálico elástico, aplanado y curvado de forma especial conocido como tubo de Bourdon tal y como se muestra en la figura 2 en rojo. Este tubo tiende a enderezarse cuando en su interior actúa una presión, por lo que el extremo libre del tubo de Bourdon se desplaza y este desplazamiento mueve un juego de palancas y engranajes que lo transforman en el movimiento amplificado de una aguja que indica directamente la presión en la escala. 32
  • 33. Tipo Rango Exactitud Presión máximaBarometro 0,1 a 3 m H20 O,5 a 1 % 6 BarTubo en U 0,2 a 1,2 m H20 O,5 a 1 % 10 BarTubo Bourdon 0,5 a 6000 bar O,5 a 1 % 6000 BarDiafragma 50 mm a 2 bar O,5 a 1 % 2 barFuelle 100 mn a 2 bar O,5 a 1 % 2 Bar 33
  • 34. d.4.2. Electromecánicos El tipo que presentaremos se refiere al que usa galgas Extensiométricas (130 Bar). Estas, en su forma más común, consiste en un estampado de una lámina metálica fijada a una base flexible y aislante. La galga se adhiere al objeto cuya deformación se quiere estudiar mediante un adhesivo, como el cianoacrilato. Según se deforma el objeto, también lo hace la lámina, provocando así una variación en su resistencia eléctrica. Las galgas extensiométricas aprovechan la propiedad física de la resistencia eléctrica y su dependencia no sólo de la resistividad del conductor, la cual es una propiedad del propio material, sino también de la geometría del conductor. Cuando un conductor eléctrico es deformado dentro de su límite de elasticidad, de tal forma que no se produzca rotura o deformación permanente en el mismo, éste se volverá más estrecho y alargado. Este hecho incrementa su resistencia eléctrica. Análogamente, cuando el conductor es comprimido se acorta y ensancha, reduciendo así su resistencia al paso de corriente eléctrica. De esta manera, midiendo la resistencia eléctrica de la galga, puede deducirse la magnitud del esfuerzo aplicado sobre el objeto. 34
  • 35. d5. Caudal: Flujómetros Un caudalímetro es un instrumento de medida para la medición de caudal o gasto volumétrico de un fluido. Estos aparatos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. También suelen llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujómetros. Algunos tipos de flujómetros son los siguientes: Sistema Elemento Presión Diferencial De Obstrucción Tubo Venturi Boquilla o Tobera de flujo Placa Orificio Tubo Pitot Área Variable Rotámetro Velocidad Turbina Sonda Ultrasónica Tensión Inducida Medidor Magnético Desplazamiento Positivo Disco giratorio Pistón alternativo 35
  • 36. d5.1 Presión Diferencial d5.1.1 Tubo Venturi El tubo Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. Está compuesto por una tubería corta recta o garganta entre dos tramos cónicos, uno convergente y uno divergente o de descarga. El tubo Venturi posee una elevada precisión del orden de ± 0,75%, permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de sólidos. Presenta la desventaja de ser costoso. 36
  • 37. d5.1.2 Boquilla o tobera de flujo Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta. Debido a la contracción pareja y gradual, existe una pérdida muy pequeña. La tobera de flujo, es un instrumento de medición que permite medir diferencial de presiones cuando la velocidad del flujo es mucho mayor (que la placa orificio) y las perdidas empiezan a hacerse notorias. Luego, al instalar un medidor de este tipo se logran mediciones mucho más exactas. Además este tipo de medidor es útil para fluidos con muchas partículas en suspensión o sedimentos, su forma hidrodinámica evita que sedimentos transportados por el fluido queden adheridos a la tobera. La instalación de este medidor requiere que la tubería donde se vaya a medir caudal, este en línea recta sin importar la orientación que esta tenga. La tobera consta de un tubo corto cuyo diámetro disminuye en forma gradual de un extremo al otro. También posee dos tomas de presión, una ubicada del lado anterior y otra ubicada del lado posterior de la tobera, en las que se puede conectar un manómetro de presión diferencial. La tobera se la puede emplear para medir caudal de fluidos con dos fases, de vapor o líquidos viscosos, para líquidos que tengan una pequeña cantidad de sólidos en suspensión. Sin embargo, no debe emplearse para líquidos con concentraciones de sólidos mayores que puedan llegar a obturarla. El costo de la tobera es de 8 a 16 veces el de la placa orificio y su precisión es del orden de ±0.95% a ±1,5%. 37
  • 38. d5.1.3 Placa Orificio La placa orificio consiste en una placa perforada ubicada en el interior de una tubería. Posee además, dos tomas de presión, una en la parte anterior y otra en la parte posterior de la placa, a las cuales se conecta un manómetro de presión diferencial. El orificio de la placa puede ser concéntrico, excéntrico o segmentado, como se muestra en la figura. El concéntrico es el más comúnmente utilizado. El orificio de la placa es circular y concéntrico con el tubo en el que va instalado. El excéntrico, el orificio en la placa es circular y tangente a la pared interna de la cañería en un punto. Se utiliza para fluidos con dos fases: vapor húmedo, líquidos que contienen sólidos, aceites que contienen agua, etc. El segmentado, es un orificio en forma de segmento circular tangente en un punto a la circunferencia interna de la cañería. En cuanto a la precisión de la placa orificio está en el orden de ±1% y ±2%. 38
  • 39. La placa orificio hace que la obstrucción al paso del fluido por la tuberíasea de forma abrupta, esto provoca que la vena fluida presente una seccióninferior a la del estrechamiento que se denomina “vena contracta” y que seencuentra corriente abajo del mismo (ver figura). El efecto de la venacontracta no sucede cuando el estrechamiento de la sección de la cañeríaes de forma gradual. 39
  • 40. d5.1.4 Comparación entre Placa Orificio, Tobera o Boquilla y Venturi. 40
  • 41. d5.1.5 Tubo Pitot. Cuando un fluido en movimiento es obligado a pararse debido a que se encuentra un objeto estacionario, se genera una presión mayor que la presión de la corriente del fluido. La magnitud de esta presión incrementada se relaciona con la velocidad del fluido en movimiento. El tubo pitot es un tubo hueco puesto de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente a la corriente del fluido. La presión en la punta provoca que se soporte una columna del fluido. El fluido en o dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento. Solo se requiere la diferencia entre la presión estática y la presión de estancamiento para calcular la velocidad, que en forma simultánea se mide con el tubo pitot. Su precisión es baja, del orden de 1,5% - 4%, y de emplea normalmente para la medición de grandes caudales de fluidos limpios con una baja pérdida de carga. 41
  • 42. d5.2 Área Variable: Rotámetro El rotámetro es un medidor de área variable que consta de un tubo transparente que se amplia y un medidor de "flotador" (más pesado que el líquido) el cual se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente de un fluido en la tubería. El tubo se encuentra graduado para leer directamente el caudal. Las ranuras en el flotador hace que rote y, por consiguiente, que mantenga su posición central en el tubo. Entre mayor sea el caudal, mayor es la altura que asume el flotador. Los rotámetros presentan algunas desventajas; deben ser montados en posición vertical, el flotador puede quedar no visible si el líquido empleado es opaco, no debe ser utilizado para líquidos que contengan grandes porcentajes de sólidos en suspensión y son costosos para líquidos con altas presiones y/o altas temperaturas. Las ventajas que presentan son; tienen una escala uniforme en todo el rango del instrumento, la pérdida de presión es fija para todo el rango de medida, la capacidad se puede cambiar con cierta facilidad si se reemplaza el flotador o el tubo, pueden manejar líquidos corrosivos sin inconvenientes y son de fácil lectura. Su precisión es del 1% cuando se encuentran calibrados. 42
  • 43. FLUJO FLUJO FLUJO FLUJO FLUJO FLUJO FLUJO FLUJOFLUJO FLUJO 43
  • 44. FLUJO FLUJOFLUJO FLUJO 44
  • 45. d5.3 Velocidad: d.5.3.1 Turbina El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad, que depende de la velocidad de flujo. Conforme cada una de las aspas de rotor pasa a través de una bobina magnética, se genera un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrónico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en velocidad de flujo. Velocidades de flujo desde 0.02 L/min hasta algunos miles de L/min se pueden medir con fluxómetros de turbina de varios tamaños. Los medidores de turbina consisten en un rotor de múltiples aspas montado en una tubería, perpendicular al movimiento del líquido. El paso del líquido a través de las aspas ejerce una fuerza de rotación que hace girar al rotor a una velocidad que resulta directamente proporcional al caudal. La velocidad de rotación de la turbina es censada por un transductor magnético, cuya señal de salida es un tren de pulsos, los cuales pueden ser contados y totalizados. El número de pulsos contados en un período de tiempo dado, es directamente proporcional al caudal volumétrico. El uso de la turbina está limitado por la viscosidad del fluido, cuando aumenta la viscosidad, cambia la velocidad del perfil del líquido a través de la tubería. Es adecuado para la medida de caudales de líquidos45 limpios y filtrados. Su precisión es muy elevada, está en el orden de ±0,3%.
  • 46. 46
  • 47. d5.3 Velocidad: d.5.3.2 Sonda Ultrasónica La medición del caudal se realiza por medio de una onda sonora ultrasónica que se propaga a través del líquido. Constan básicamente de dos transductores piezoeléctricos, uno actúa como transmisor y otro como receptor de la onda sonora. Ambos transductores se ubican en los lados opuestos de la cañería. Para utilizar este tipo de caudalímetro, es necesario conocer la velocidad de propagación de la onda ultrasónica en el líquido al cuál se quiere medir el caudal. Entre los caudalímetros ultrasónicos se encuentran el de tiempo de vuelo y el efecto Doppler. d.5.3.2.1 Caudalímetro de tiempo de vuelo. El transmisor y el receptor se ubican uno de cada lado de la cañería como se muestra en la figura. El transmisor envía una onda de sonido pulsante de una frecuencia determinada, y se mide el tiempo en que la onda tarda en llegar al receptor. 47
  • 48. d.5.3.2.1 Caudalímetro de efecto Doppler. La velocidad del fluido se determina midiendo el corrimiento de frecuencia que experimenta la señal de retorno al reflejarse en partículas contenidas en el fluido. El empleo de éste caudalímetro está limitado a fluidos que contengan partículas sólidas en suspensión, pero permite medir algunos caudales de fluidos tales como mezclas gas-líquido, fangos, etc. Algunas de las ventajas que presentan los caudalímetros ultrasónicos son: no ofrecen obstrucción al paso del fluido, son resistentes a la corrosión, el Doppler se puede instalar fuera de la tubería, tienen un bajo consumo de energía, etc. La precisión de éste tipo de caudalímetros está en al orden del ±2%. 48
  • 49. d5.4 Tensión Inducida: Medidor Magnético Su principio de medida esta basado en la Ley de Faraday, la cual expresa que al pasar un fluido conductivo a través de un campo magnético, se produce una fuerza electromagnética (F.E.M.), directamente proporcional a la velocidad del mismo, de donde se puede deducir también el caudal. En la parte externa se colocan los dispositivos para generar el campo magnético, y todo se recubre de una protección externa, con diversos grados de seguridad. El flujo completamente sin obstrucciones es una de las ventajas de este medidor. El fluido debe ser ligeramente conductor debido a que el medidor opera bajo el principio de que cuando un conductor en movimiento corta un campo magnético, se induce un voltaje. Los componentes principales incluyen un tubo con un material no conductor, dos bobinas electromagnéticas y dos electrodos, alejados uno del otro, montados a 180° en la pared del tubo. Los electrodos detectan el voltaje generado en el fluido. Puesto que le voltaje generado es directamente proporcional a la velocidad del fluido, una mayor velocidad de flujo genera un voltaje mayor. Su salida es completamente independiente de la temperatura, viscosidad, gravedad específica o turbulencia. Los tamaños existentes en el mercado van desde 5 mm hasta varios metros de diámetro. Poseen una elevada precisión, del orden del 0.1%. 49
  • 50. 50
  • 51. d5.5 Desplazamiento positivo Los medidores de desplazamiento positivo miden el caudal volumétrico contando o integrando volúmenes separados del líquido. Las partes mecánicas de éstos instrumentos se mueven aprovechando la energía del fluido en movimiento. La precisión depende de los espacios entre las partes móviles y las fijas y aumenta con la calidad de la mecanización y con el tamaño del instrumento. Dentro de los medidores de desplazamiento positivo se encuentran: el medidor de disco giratorio y el medidor de pistón alternativo. d5.5.1 Medidor de disco giratorio El instrumento está compuesto por una cámara circular con un disco plano móvil el cual posee una ranura en la que está intercalada una placa fija. Esta placa separa la entrada de la salida e impide el giro del disco durante el paso del fluido. La cara baja del disco está siempre en contacto con la parte inferior de la cámara, mientras que su parte superior roza con la parte superior de la cámara en el lado opuesto. De este modo la cámara está dividida en compartimientos separados de volumen conocido. Cuando pasa el fluido, el disco toma un movimiento de giro inclinado como un trompo caído y su eje transmite el movimiento a un tren de engranajes de un contador mecánico. Este instrumento se utiliza en aplicaciones domésticas para la medición de consumo de agua, se utiliza industrialmente en la medición de caudales de agua fría, agua caliente, aceite y líquidos alimenticios. La precisión es de ±1% a51 2 %.
  • 52. 52
  • 53. d5.5.2 Medidor de pistón alternativo El medidor de pistón convencional es el más antiguo de los medidores de desplazamiento positivo. Básicamente, está compuesto por un cilindro en donde se aloja el pistón y las válvulas que permiten la entrada y salida del líquido en su interior. El instrumento se fabrica en muchas formas: de varios pistones, pistones de doble acción, que son los que el líquido se encuentra en ambas caras del pistón, válvulas rotativas, válvulas deslizantes horizontales, etc. Algunos caudalímetros, en lugar de tener válvulas, poseen lumbreras por donde entra y sale el líquido del cilindro, en este caso, es el pistón quien se encarga de abrirlas o cerrarlas con su cara lateral. Los pistones se unen mecánicamente a un cigüeñal por medio de una biela, para transformar el movimiento alternativo de los pistones en movimiento circular. En el cigüeñal van ubicados uno o varios pequeños imanes que giran con él. Muy cerca de los imanes se coloca un transductor magnético, similar a los que poseen los medidores de turbina. Cuando un imán pasa frente al transductor, éste envía un pulso eléctrico como señal de salida. El cálculo del caudal se realiza mediante el conteo de los pulsos del transductor en un intervalo de tiempo determinado. La precisión de este instrumento es muy elevada, del orden de ±0,2%. Su capacidad es pequeña comparada con los tamaños de otros medidores. Su costo inicial es alto y son difíciles de reparar. 53
  • 54. d6. Viscosidad: Viscosímetros Un viscosímetro es un instrumento empleado para medir la viscosidad y algunos otros parámetros de flujo de un fluido. Los viscosímetros se pueden dividir en dos tipos: d6.1. Viscosímetros para obtener viscosidades absolutas Estos se basan en la resistencia que ofrece el fluido al movimiento cuando una superficie sólida se mueve en su seno. Como ejemplo de estos viscosímetros se tienen los decaída de la esfera, de Codatte-Ratsahek, de Stormer, etc. De estos el que vamos es el viscosímetro de caída de esfera: Este equipo presenta un tubo de vidrio o plástico que se llena con el fluido cuya viscosidad se quiere determinar y permite obtener la velocidad límite que alcanza la esfera de un material determinado (acero, vidrio, etc.), que se deja caer en su seno. Esta velocidad se medirá entre los dos aforos del equipo. La densidad de la esfera se deberá determinar con mucha exactitud, por cualquier método conocido. Se harán mediciones con distintas esferas y luego se compararán los resultados. 54
  • 55. 55
  • 56. d6.2. Viscosímetros para obtener viscosidades cinemáticas Los viscosímetros que determinan viscosidades cinemáticas se basan en el tiempo que requiere un determinado volumen de fluido en pasar libremente a través de un orificio normalizado, por ejemplo, los viscosímetros de Saybolt, Saybolt Furol, Engler, capilar, etc. De este grupo vamos a ver los siguientes: d.6.2.1. Viscosímetro Saybolt y Saybolt Furol y Universal: Este equipo consiste en un recipiente destinado a contener el fluido cuya viscosidad se quiere determinar y donde en su parte inferior dispone un orificio de diámetro normalizado. Este recipiente se halla a su vez dentro de otro que le sirve de baño termostático para poder determinar viscosidades a distintas temperaturas. Está dotado de un sistema de calentamiento integrado. Una clase especial de viscosímetro Saybolt es el denominado de Saybolt – Furol, que tiene idénticos principios de funcionamiento pero su orificio tiene un diámetro mayor y sirve para fluidos cuyas viscosidades son altas (desde 480 cP en adelante). La denominación “Furol” proviene de la contracción de las palabras “Fuel and Road Oil”. En estos dos equipos se mide el tiempo de vaciado de un volumen de muestra a través de un orificio calibrado. 56
  • 57. El viscosímetro Saybolt Universal sirve para líquidos que tengan entre 32 y900 segundos de tiempo de vaciado (fuera de esos extremos se observanviscosidades erróneas). Antes de comenzar a trabajar con este equipo debeser limpiado totalmente con el solvente adecuado y luego secado con unacorriente de aire. Además, el orificio debe permanecer libre deobstrucciones. Se deberán realizar mediciones a tres temperaturasdiferentes. Para cada temperatura de trabajo, se determinará la densidaddel fluido empleado con el objetivo de obtener viscosidades absolutas. 57
  • 58. d.6.2.1. Viscosímetro Engler: El principio de funcionamiento de este equipo es igual al de los viscosímetros Saybolt. Las diferencias residen en las formas de los orificios normalizados y en que el viscosímetro Engler requiere un sistema de calentamiento externo. Como ya fue mencionado, en los viscosímetros de Saybolt y Engler, se determinan viscosidades cinemáticas, que se obtienen midiendo el tiempo de vaciado de un volumen de fluido a través de un orificio normalizado que se recogen en un balón aforado y previamente calibrado. Los resultados de viscosidad cinemática obtenidos se expresan en base al tiempo de descarga en: Segundos Saybolt Universal (SSU) o Segundos Engler Universal (ºE). 58
  • 59. d7. Temperatura: Termómetros El termómetro es un instrumento que se usa para medir la temperatura. Alguno de los tipos que podemos encontrar son los siguientes: d7.1. Termómetro de Mercurio: Es un tupo de vidrio sellado que contiene mecurio, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumen se visualiza en una escala graduada. 59
  • 60. d7.2. Pirómetros: Termómetro para altas temperaturas, son utilizados en fundiciones, fabricas de vidrio, hornos para cocción de cerámica, de acuerdo al principio de funcionamientos podremos mencionar algunos como: d.7.2.1 Pirómetro óptico: Se fundamenta en la ley de Wien de distribución de la radiación térmica, según la cual, el color de la radiación varía con la temperatura. El color de la radiación de la superficie a medir se compara con el color emitido por un filamento que se ajusta con un reóstato calibrado. Se utilizan para medir temperaturas elevadas, desde 700 °C hasta 3200 °C. 60
  • 61. d.7.2.1 Pirómetro infrarrojos: Captan la radiación infrarroja, filtrada por una lente, mediante un sensor foto resistivo, dando lugar a una corriente eléctrica a partir de la cual un circuito electrónico calcula la temperatura. Pueden medir desde temperaturas inferiores a 0 °C hasta valores superiores a 2.000 °C.d7.3. Termómetro de gas: Pueden ser a presión constante o a volumen constante. Este tipo de termómetros son muy exactos y generalmente son utilizados para la calibración de otros termómetros. 61
  • 62. 62
  • 63. d.7.4. Termómetros digitales: Son aquellos que, valiéndose de dispositivos transductores, utilizan luego circuitos electrónicos para convertir en números las pequeñas variaciones de tensión obtenidas, mostrando finalmente la temperatura en un visualizador. 63
  • 64. Resumen de Contenidos Vistos1.1 Variables físicas e instrumentos de medición Oleohidráulicos. Los temas a tratar en esta unidad son los siguientes: - Rango - Sistema de Unidades - Precisión - Magnitudes e instrumentos a. Presión: Manómetros b. Caudal: Fluxómetro c. Viscosidad: Viscosímetro. d. Temperatura: Termómetro 64