Hidraulica

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Hidraulica

  1. 1. Conceptos, elementos ,esquemas y aplicaciones Carlos Javier Martín Lucas
  2. 2. INTRODUCCIÓN <ul><li>La palabra Hidráulica proviene del griego &quot;hydor&quot; que significa agua. </li></ul><ul><li>Es la ciencia que estudia la transferencia de energía que ocurre cuando se empuja a un fluido líquido, el cual es su medio transmisor. </li></ul>
  3. 3. <ul><li>Suelen emplearse aceites minerales pero también líquidos sintéticos, agua o una emulsión agua-aceite. </li></ul><ul><li>La ventaja que implica la utilización de la hidráulica es la posibilidad de transmitir grandes presiones de trabajo (hasta 700 bar). </li></ul>
  4. 4. Fundamentos Físicos • LA PRESIÓN (P)
  5. 5. <ul><li>Principio de Pascal “La presión existente en un líquido confinado (encerrado) actúa igualmente en todas direcciones, y lo hace formando ángulos rectos con la superficie del recipiente&quot;. </li></ul><ul><li>Esta es la ley más elemental de la física referida a la hidráulica. </li></ul>P1 P2 P3 P4 P5 P 1 = P 2 = P 3 = P 4 =P 5
  6. 6. <ul><li>Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah Joseph Bramah , utilizó el descubrimiento de Pascal para fabricar una prensa hidráulica. </li></ul><ul><li>Si una pequeña fuerza, actúa sobre un área pequeña, ésta creará una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor. </li></ul><ul><li>Propagación de la presión </li></ul><ul><li>Multiplicación de la fuerza </li></ul><ul><li>Multiplicación de la presión </li></ul><ul><li>Multiplicación de la distancia </li></ul>
  7. 7. <ul><li>CAUDAL VOLUMÉTRICO Es el volumen de un liquido que fluye a través de un tubo por un tiempo conocido. </li></ul><ul><li>Q=V/t </li></ul><ul><li>Para un cilindro: </li></ul><ul><li>V=AxS-> Q=(AxS)/t </li></ul><ul><ul><li>Q: caudal </li></ul></ul><ul><ul><li>V: volumen </li></ul></ul><ul><ul><li>t: tiempo </li></ul></ul><ul><ul><li>A: área </li></ul></ul><ul><ul><li>S: carrera </li></ul></ul><ul><li>El caudal volumétrico de un líquido que fluye por un tubo de varios diámetros es igual en cualquier parte del tubo. Esto significa que el fluido a traviesa los segmentos más pequeños con mayor velocidad. </li></ul>
  8. 8. El flujo de fluidos en tuberías <ul><li>Flujo laminar </li></ul><ul><li>Las capas de fluido se mueven en forma paralela una a la otra, las próximas a las paredes internas de la tubería lo hacen más lentamente, mientras que las cercanas al centro lo hacen rápidamente. </li></ul>
  9. 9. <ul><li>Función del fluido oleohidráulico </li></ul><ul><li>Las finalidades esenciales de un fluido oleohidráulico son: </li></ul><ul><ul><li>Ser el medio transmisor de energía. </li></ul></ul><ul><ul><li>Lubrificar los componentes que constituyen el sistema. </li></ul></ul><ul><ul><li>Minimizar las fugas. </li></ul></ul><ul><ul><li>Disipar el calor generado en el sistema </li></ul></ul><ul><li>Además de estas funciones: </li></ul><ul><ul><ul><li>Impedir la corrosión (oxidación). </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Reducir la formación de espuma. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Compatibilidad con los elementos de estanqueidad. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Mantener un índice de viscosidad relativamente estable en un amplio rango de temperatura. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Resistencia al fuego. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>No ser tóxico </li></ul></ul></ul>
  10. 10. <ul><li>Clasificación de los Fluidos </li></ul><ul><li>Desde 1977 la clasificación internacional adoptada para los aceites industriales (por el I.S.O.), está basada en la viscosidad a 40 gC en centiestokes . </li></ul><ul><li>Las distintas normas (AFNOR, DIN, CETOP, ISO)definen 4 tipos de fluidos: </li></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>HH : aceite mineral no inhibido. </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>HL : aceite mineral poseedor de propiedades antioxidantes y anticorrosión. </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>HM : fluido de categoria HL con características antidesgaste. </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>HV : fluido de categoria HM con propiedades viscosidad-temperatura mejoradas. </li></ul></ul></ul></ul></ul>
  11. 11. <ul><li>Propiedades de los fluidos </li></ul><ul><li>Densidad. </li></ul><ul><li>En la práctica, se puede asimilar al peso específico y proporciona, en algunos casos, una referencia en cuanto al origen del aceite. </li></ul><ul><li>La densidad se expresa en gramos por centímetro cúbico. </li></ul><ul><li>La densidad varia con la temperatura en 6x10 -4 g/cm 3 aproximadamente, por grado centígrado. </li></ul><ul><li>Cuanto mayor es el grado API, menor es la densidad. </li></ul><ul><li>La escala API va de 0 (que corresponde a 1076g/cm 3 ) y 100 (que corresponde a 0,6112g/cm 3 ). </li></ul>
  12. 12. <ul><li>Viscosidad </li></ul><ul><li>La viscosidad es la resistencia del fluido a derramarse o fluir por el interior de un conducto. Puede ser determinada midiendo el tiempo que tarda el fluido en fluir a través de un orificio normalizado a una determinada temperatura. Esta temperatura suele ser 100 gF y 210 gF (37.8 gC y 98.9 gC). En general, se definen dos tipos de viscosidad: </li></ul><ul><li>-La viscosidad dinámica </li></ul><ul><li>Donde τ es la tensión tangencial (se opone al movimiento) y es la dirección normal al movimiento. La unidad fundamental es al poise (en la práctica centipoise). </li></ul><ul><li>-La viscosidad cinemática </li></ul><ul><li>Donde ρ es la densidad del fluido. Su unidad fundamental es el stoke (en la práctica centistoke, cst). </li></ul>
  13. 13. Variación de la viscosidad: <ul><li>Temperatura, la viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad, que tiene lugar al aumentar la temperatura. </li></ul><ul><li>Presión , la viscosidad no se ve afectada ante presiones moderadas pero se han encontrado grandes incrementos a presiones sumamente elevadas. </li></ul>
  14. 14. <ul><li>Efectos a los que son sometido los fluidos </li></ul><ul><li>Un aumento de temperatura provoca un efecto de expansión en liquido y gases. La expansión del aceite hidráulico en un circuito cerrado es un problema, ya que la presión interna puede alcanzar valores de 1400 kg/cm2. </li></ul><ul><li>Todos los materiales son compresibles en mayor o menor grado (ya sean líquidos, gases o sólidos). El diseñado hidráulico debe tener en cuenta la compresibilidad de los líquidos para prevenir los golpes de ariete. </li></ul>
  15. 15. Elementos de una instalación hidráulica
  16. 16. Las bombas hidráulicas
  17. 18. Tipos de bombas
  18. 19. Bombas de engranajes <ul><li>De dientes externos: </li></ul><ul><li>Están compuestas por un par de engranajes que trabajan dentro de un cuerpo de aluminio. </li></ul><ul><li>El aceite atrapado entre los dientes de los engranajes y las paredes de la caja, es llevado hacia la boca de salida. </li></ul><ul><li>Gracias a los dientes opuestos impiden que el aceite retroceda, por lo tanto el aceite es obligado a circular por todo el sistema. </li></ul><ul><li>De dientes internos: </li></ul><ul><li>Estas también constan de dos engranajes, pero en ella el engranaje recto gira dentro de otro más grande de dientes internos. </li></ul><ul><li>El principio de funcionamiento es el mismo que el de la bomba de engranajes externos, con la diferencia que en ésta ambos engranajes giran en la misma dirección. </li></ul>
  19. 20. <ul><li>Engranaje de lóbulo: </li></ul><ul><li>Esta bomba funciona siguiendo el principio de la bomba de engranajes de dientes externos, ambos elementos giran en sentidos opuestos. </li></ul>
  20. 21. Bombas de paleta <ul><li>Desequilibradas: </li></ul><ul><li>Tiene un solo ciclo de trabajo a cada revolución del motor esta solo tiene una boca de entrada y una boca de salida y el rotor esta descentrado en relación con el estator. </li></ul><ul><li>Al tener la bomba una sola zona de alta presión se originan fuerzas que no son compensadas, lo que indica que la bomba se trata de una bomba desequilibrada. </li></ul><ul><li>Equilibradas: </li></ul><ul><li>El rotor y el anillo están ubicados concéntricamente. </li></ul><ul><li>Posee dos zonas de aspiración y dos de descarga, por lo tanto la aspiración y descarga se realiza dos veces en cada revolución. </li></ul><ul><li>Su caudal es fijo. </li></ul><ul><li>Las fuerzas resultantes se anulan, por lo tanto la bomba es equilibrada </li></ul>
  21. 22. Bombas de pistones <ul><li>Axiales: </li></ul><ul><li>El vaivén de los pistones se consigue por el ángulo que forman el eje de accionamiento de la placa con el eje longitudinal del bloque de cilindros bombeando el aceite. </li></ul><ul><li>Radiales: </li></ul><ul><li>Estas son las más ingeniosas de todas permite obtener altas presiones, grandes caudales, grandes velocidades y caudal variable . </li></ul>
  22. 23. Válvulas distribuidoras
  23. 25. <ul><li>El fluido que circula por el sistema hidráulico debe ser dirigido convenientemente a los diversos cilindros, actuadores, o motores, de acuerdo a las exigencias y secuencias del trabajo que se deba realizar. </li></ul><ul><li>Las válvulas direccionales más elementales son las de dos, tres y cuatro vías . </li></ul><ul><li>Los accionamientos suelen ser iguales a los usados en sistemas neumáticos (pulsadores, rodillos, solenoides, etc.) pero en hidráulica se ejecutan por la derecha. </li></ul>
  24. 26. Válvulas reguladoras de caudal <ul><li>Las aplicaciones de los reguladores de caudal no están limitadas a la reducción de la velocidad de los cilindros o actuadores en general, pues además tienen gran aplicación en accionamientos retardados, temporizaciones, impulsos, etc. </li></ul><ul><li>Los reguladores de caudal pueden se unidireccionales y bidireccionales. </li></ul><ul><li>Válvula de aguja </li></ul><ul><li>Válvula de compuerta </li></ul><ul><li>Válvula de esfera </li></ul>
  25. 27. Simbología <ul><li>Reguladora de caudal bidireccional </li></ul><ul><li>Reguladora de caudal unidireccional </li></ul><ul><li>Reguladora de caudal compensada </li></ul><ul><li>Válvula de estrangulación de diafragma </li></ul><ul><li>Válvula de estrangulación de diafragma unidireccional </li></ul><ul><li>Válvula de estrangulación de diafragma ajustable </li></ul><ul><li>Válvula de estrangulación de diafragma ajustable unidireccional </li></ul><ul><li>Reguladora de caudal en alimentación </li></ul><ul><li>Controles de caudal </li></ul>
  26. 28. Válvulas reguladoras de presión <ul><li>Una válvula reguladora de presión tiene por misión mantener en línea sistema un valor de presión constante, aún si la red de alimentación tiene presiones de valor oscilante y consumos variables. </li></ul><ul><li>Estas válvulas pueden tener un ajuste fijo o regulable, por lo que pueden ser con muelle o sin este. </li></ul>
  27. 29. Simbología <ul><li>Limitadora de presión </li></ul><ul><li>Limitadora de presión con piloto externo </li></ul><ul><li>Reductora de presión </li></ul><ul><li>Válvula de descarga </li></ul><ul><li>Reductora de presión con piloto externo </li></ul><ul><li>Válvula de secuencia </li></ul><ul><li>Válvula de secuencia con piloto externo </li></ul><ul><li>Limitadora de presión preaccionada </li></ul><ul><li>Válvula de descarga con antirretorno </li></ul><ul><li>Válvula de descarga con piloto externo </li></ul><ul><li>Válvula de secuencia con antirretorno </li></ul>
  28. 30. Válvulas de seguridad <ul><li>La válvula de seguridad es un elemento indispensable en las instalaciones hidráulicas y es el aparato que más cerca debe ponerse de la bomba, su misión es limitar la presión máxima del circuito para proteger a los elementos de la instalación. </li></ul><ul><li>Esta válvula, también conocida como válvula de descarga, de alivio, de sobrepresión o VLP, actúa cuando se alcanza el valor de la presión regulada en el resorte. </li></ul>
  29. 31. Válvulas de retención <ul><li>También llamadas de bloqueo, antirretorno, check o clapet. </li></ul><ul><li>Es una válvula que permite la circulación del fluido en un solo sentido, en la dirección contraria se cierra impidiendo el paso. </li></ul><ul><li>La obturación del paso puede lograrse con una bola, disco, cono, etc., impulsada por la propia presión de trabajo o bien con la ayuda complementaria de un muelle. </li></ul><ul><li>Sin precarga </li></ul><ul><li>Con resorte de precarga </li></ul><ul><li>Desbloqueable </li></ul>
  30. 32. Actuadores
  31. 33. <ul><li>Cilindros </li></ul><ul><li>Retorno por resorte </li></ul><ul><li>Extensión por resorte </li></ul><ul><li>Retorno por fuerza externa </li></ul><ul><li>Con vástago simple( general) </li></ul><ul><li>Con amortiguación ajustable </li></ul><ul><li>A vías múltiples </li></ul><ul><li>Diferencial </li></ul><ul><li>Compresión </li></ul><ul><li>Telescópico </li></ul><ul><li>A tracción </li></ul><ul><li>Telescópico doble efecto </li></ul>
  32. 34. Elementos de una unidad hidráulica
  33. 35. Depósitos <ul><li>Los depósitos de fluidos hidráulicos son fabricados con láminas de aceros, fundiciones especiales y aluminio. </li></ul><ul><li>Se clasifican en dos grandes grupos: </li></ul><ul><ul><li>los abiertos al aire libre </li></ul></ul><ul><ul><li>los cerrados bajo presión </li></ul></ul><ul><li>Y pueden ir instalados: </li></ul><ul><li>Con tubería que desemboca por encima del nivel del fluido. </li></ul><ul><li>Con tubería que desemboca por debajo del nivel del fluido (caso corriente). </li></ul><ul><li>Con tubería en carga. </li></ul><ul><li>Propósito de los depósitos: </li></ul><ul><li>Almacenar el fluido de transmisión de potencia. </li></ul><ul><li>Compensar las fugas. </li></ul><ul><li>Permitir que el fluido se desecante y se desemulsione. </li></ul><ul><li>Actuar como un regulador térmico. </li></ul><ul><li>Completar la función de filtrado. </li></ul><ul><li>Proteger al fluido contra la suciedad y cuerpos extraños. </li></ul>
  34. 37. Acumuladores <ul><li>Los acumuladores son dispositivos hidráulicos que pueden realizar la misma función que una bomba, es decir, actúan como “generadores de energía”. </li></ul><ul><li>Propósitos de los acumuladores: </li></ul><ul><ul><li>Acumulador de energía </li></ul></ul><ul><ul><li>Antigolpe de ariete </li></ul></ul><ul><ul><li>Antipulsaciones </li></ul></ul><ul><ul><li>Compensador de fugas </li></ul></ul><ul><ul><li>Fuerza auxiliar de emergencias </li></ul></ul><ul><ul><li>Amortiguador de vibraciones </li></ul></ul><ul><ul><li>Transmisor de energía de un fluido a otro </li></ul></ul>
  35. 38. Tipos de acumuladores <ul><li>Acumulador de contrapeso </li></ul><ul><li>Acumulador cargado por muelle </li></ul>
  36. 39. <ul><li>Acumulador de Pistón </li></ul><ul><li>Acumulador de Diafragma </li></ul><ul><li>Acumulador de gas no separado </li></ul><ul><li>Acumulador de vejiga </li></ul>
  37. 40. Equipos de medición y otros componentes <ul><li>Filtros </li></ul><ul><li>manómetros. </li></ul><ul><li>Termómetro. </li></ul><ul><li>Medidor de caudal. </li></ul><ul><li>Enfriador </li></ul><ul><li>Enfriador – calentador </li></ul><ul><li>Enfriador por aire </li></ul>
  38. 41. Algunas aplicaciones de los sistemas hidráulicos

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