Ejemplos de Un Sistema Hidráulico

December 12, 2018 | Author: Juan Tunala | Category: Pump, Filtration, Actuator, Buckling, Piston
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Ejemplos de un sistema hidráulico

Los frenos hidráulicos de automóviles se convirtieron en el estándar de la industria en la década de 1930.

Los sistemas hidráulicos son sistemas que mueven líquidos a presión a través de espacios confnados, como tuberías y tubos. Muchas máquinas modernas y otros tipos de equipos utilizan sistemas hidráulicos, tales como los lo s au auto tomó móvi vile les. s. Si Sin n em emba bar ro, o, ta tamb mbié ién n pu pued edes es en enco cont ntra rarl rlos os en la naturaleza.

Frenos para vehículos Los sistemas hidráulicos de frenado de los vehículos adquirieron relevancia entre los fabricantes de automóviles durante la década de 1930. Son sistemas de pistones mltiples! lo que si"nifica que transmiten fuer#a entre dos o más pistones. Se"n $%& 'n"ineer! cuando presionas un pedal de freno hidráulico! la fuer#a comprime el pistón primero! conocido como el pistón de entrada! que a su ve# empu(a el fluido a través de man"ueras ) tubos. t ubos. La presión del fluido provoca que otros dos pistones! conocidos como los pistones de salida! empu(en hacia el e*terior. 'stos pistones están unidos a las #apatas del freno! que presionan contra las paredes de los frenos de tambor! ralenti#ando así la rotación de las ruedas.

Gatos Los traba(adores utili#an "atos hidráulicos para elevar ob(etos mu) pesados! tales como automóviles! materiales de construcción e incluso edificios enteros. %e acuerdo con $h)s Lin+! los "atos " atos utili#an un principio básico hidráulico conocido como el $rincipio de $ascal! el cual fue desarrollado por el científico francés ,laise $ascal en el si"lo -//. 'l principio establece que si aplicas una fuer#a a un líquido en el interior de un cilindro pequeo! serás capa# de "enerar una ma)or fuer#a de presión en un mismo cilindro más "rande. sí que cuando empu(as hacia aba(o la palanca de una bomba o de un "ato hidráulico! estás presionando líquidos por un pequeo cilindro! que empu(an a su ve# a los líquidos dentro de un cilindro más "rande. La presión resultante es suficientemente alta como para levantar ob(etos mu) pesados! a pesar de que la fuer#a relativa necesaria para aplicar sea pequea.

Dentales y sillas de barbero Se"n el 2useo de iencias de Londres! el estadounidense dentista ,asil 4il+erson inventó la silla a(ustable hidráulica en 1566! lo que muchas personas 7 especialmente dentistas ) barberos 7 todavía utili#an ho) en día. Las sillas traba(an al i"ual que las  bombas hidráulicas. hidráulicas. on el fin de de elevar una parte 7 ) con ello al ocupante ocupante sentado 7 necesitas empu(ar una palanca! que a su ve# comprime el líquido en un cilindro pequeo. 'n este caso el cilindro más "rande está unido a la parte inferior del asiento! así que la fuer#a que e(erces empu(a la silla hacia arriba.

Sistema cardiovascular 'l sistema humano cardiovascular! así como los sistemas circulatorios de muchos otros or"anismos! son también buenos e(emplos de sistemas hidráulicos. 'n este tipo de sistema hidráulico natural! el cora#ón funciona como una bomba central! que envía el o*í"eno al cuerpo usando un fluido a presión8 la san"re. 'ste fluido se despla#a a través de espacios confinados8 arterias ) venas. ircuitos &idráulicos &a) dos tipos de circuitos neumáticos. ircuito de anillo cerrado8 quel cu)o final de circuito vuelve al ori"en evitando  brincos por fluctuaciones fluctuaciones ) ofrecen ma)or velocidad de recuperación ante las fu"as! )a que el flu(o lle"a por dos lados. ircuito de anillo abierto8 quel cu)a distribución se forma por ramificaciones las cuales no retornan al ori"en! es más económica esta instalación pero hace traba(ar más a los compresores cuando ha) mucha demanda o fu"as en el sistema. 'stos circuitos a su ve# se pueden dividir en cuatro tipos de sub7sistemas neumáticos8 Sistema manual Sistemas semiautomáticos Sistemas automáticos Sistemas ló"icos Sistemas &idráulicos Los fluidos! )a sean líquidos o "ases son importantes medios para transmitir seales  )o potencias! ) tienen un amplio campo campo de aplicación en las estructuras pro:ductivas. pro:ductivas. Los sistemas en el que el fluido puesto en (ue"o es e s un líquido se llaman sis:temas hidráulicos. 'l líquido puede ser! a"ua! aceites! o substancias no o*idantes ) lubricantes! para evitar problemas de o*idación ) facilitar el despla#amiento de las pie#as en movimiento. Los sistemas hidráulicos tienen un amplio campo de aplicación! podemos men7cionar! además de la prensa hidráulica! el sistema hidráulico de accionamiento de los fre:nos! elevadores hidráulicos! el "ato hidráulico! los comandos de máquinas herramientas o de los sistemas mecánicos de los aviones! etc.! en estos casos el líquido es aceite. 's:tos mecanismos constan de una bomba con pistón de diámetro relativamente pequeo! que al traba(ar "enera una presión en el líquido! la que al actuar sobre un pistón de diá:metro mucho ma)or produce una fuer#a ma)or que la aplicada al pistón chico! ) que es la fuer#a utili#able.

Dentales y sillas de barbero Se"n el 2useo de iencias de Londres! el estadounidense dentista ,asil 4il+erson inventó la silla a(ustable hidráulica en 1566! lo que muchas personas 7 especialmente dentistas ) barberos 7 todavía utili#an ho) en día. Las sillas traba(an al i"ual que las  bombas hidráulicas. hidráulicas. on el fin de de elevar una parte 7 ) con ello al ocupante ocupante sentado 7 necesitas empu(ar una palanca! que a su ve# comprime el líquido en un cilindro pequeo. 'n este caso el cilindro más "rande está unido a la parte inferior del asiento! así que la fuer#a que e(erces empu(a la silla hacia arriba.

Sistema cardiovascular 'l sistema humano cardiovascular! así como los sistemas circulatorios de muchos otros or"anismos! son también buenos e(emplos de sistemas hidráulicos. 'n este tipo de sistema hidráulico natural! el cora#ón funciona como una bomba central! que envía el o*í"eno al cuerpo usando un fluido a presión8 la san"re. 'ste fluido se despla#a a través de espacios confinados8 arterias ) venas. ircuitos &idráulicos &a) dos tipos de circuitos neumáticos. ircuito de anillo cerrado8 quel cu)o final de circuito vuelve al ori"en evitando  brincos por fluctuaciones fluctuaciones ) ofrecen ma)or velocidad de recuperación ante las fu"as! )a que el flu(o lle"a por dos lados. ircuito de anillo abierto8 quel cu)a distribución se forma por ramificaciones las cuales no retornan al ori"en! es más económica esta instalación pero hace traba(ar más a los compresores cuando ha) mucha demanda o fu"as en el sistema. 'stos circuitos a su ve# se pueden dividir en cuatro tipos de sub7sistemas neumáticos8 Sistema manual Sistemas semiautomáticos Sistemas automáticos Sistemas ló"icos Sistemas &idráulicos Los fluidos! )a sean líquidos o "ases son importantes medios para transmitir seales  )o potencias! ) tienen un amplio campo campo de aplicación en las estructuras pro:ductivas. pro:ductivas. Los sistemas en el que el fluido puesto en (ue"o es e s un líquido se llaman sis:temas hidráulicos. 'l líquido puede ser! a"ua! aceites! o substancias no o*idantes ) lubricantes! para evitar problemas de o*idación ) facilitar el despla#amiento de las pie#as en movimiento. Los sistemas hidráulicos tienen un amplio campo de aplicación! podemos men7cionar! además de la prensa hidráulica! el sistema hidráulico de accionamiento de los fre:nos! elevadores hidráulicos! el "ato hidráulico! los comandos de máquinas herramientas o de los sistemas mecánicos de los aviones! etc.! en estos casos el líquido es aceite. 's:tos mecanismos constan de una bomba con pistón de diámetro relativamente pequeo! que al traba(ar "enera una presión en el líquido! la que al actuar sobre un pistón de diá:metro mucho ma)or produce una fuer#a ma)or que la aplicada al pistón chico! ) que es la fuer#a utili#able.

Los circuitos hidráulicos básicos están formados por cuatro componentes8 un depósito para "uardar el fluido hidráulico! una bomba para for#ar el fluido a través t ravés del circuito!  válvulas para controlar controlar la presión del fluido fluido ) su flu(o! ) uno o más actuadores actuadores que convierten la ener"ía hidráulica en mecánica. Los actuadores reali#an la función opuesta a la de las bombas. 'l depósito! la bomba! las válvulas de control ) los actuado7 res son dispositivos mecánicos.

'n los circuitos hidráulicos el fluido es un líquido! que es capa# de transmitir presión a lo lar"o de un circuito cerrado ;'n los circuitos hidráulicos el liquido retorna al depósito después de reali#ar un traba(o<

Este es un ejemplo de elevador hidráulico:

 enta(as ) desventa(as desventa(as de los sistemas hidráulicos hidráulicos  l"unas venta(as8 'l fluido hidráulico acta como lubricante ) además puede transportar el calor "enerado hacia un intercambiador. Los actuadores! aun pequeos! pueden desarrollar "randes fuer#as o pares.= operar en forma continua sin daarse= etc.  l"unas desventa(as8 La potencia hidráulica no es tan t an fácilmente disponible! en comparación con la potencia eléctrica. 'l costo de un sistema hidráulico en "eneral es ma)or que el de un sistema eléctrico seme(ante que cumpla la misma función= etc. et c.  mpliación conceptual conceptual de sistemas >eumáticos >eumáticos e &idráulicos /ntroducción ?na de las aportaciones a la automati#ación de los procesos industriales más recientes lo han supuesto la neumática ) la hidráulica! que consisten en la aportación de presión

sobre un fluido ;aire o un líquido! normalmente aceites especiales< )! a través de la ener"ía acumulada sobre ellos! efectuar un traba(o til.   tu alrededor puedes puedes ver muchos e(emplos e(emplos en los que se se emplean Sistemas >eumáticos o &idráulicos8 Las puertas de los colectivos ) trenes modernos! se accionan con aire comprimido! ) al"unos camiones! autobuses ) otros otros vehículos "randes tienen frenos accionados por aire comprimido! etc.

Denición

m. Un sistema hidráulico es un método de aplicación de fuerzas a través de la presión ue e!ercen los "uidos. Descripción #mpliada $l principio más importante en hidráulica es de %ascal ue postula ue& La fuerza e!ercida so're un liuido se transmite en forma de presión so're todo el volumen del l(uido ) en todas direcciones.  *odas las máuinas de movimiento de tierras+ en ma)or o menor medida+ emplean para su funcionamiento los sistemas hidráulicos. %rincipios de funcionamiento de un sistema hidráulico %ara el funcionamiento de un sistema hidráulico se necesitan al,unos componentes simples ue se com'inan para formar un circuito hidráulico. De'emos+ en principio+ 'asarnos en dos conceptos fundamentales& -uerza ) %resión -uerza & es toda acción capaz de cam'iar de posición un o'!eto+ por e!emplo el peso de un cuerpo es la fuerza ue e!erce+ so're el suelo+ ese o'!eto. %resión & es el resultado de dividir esa fuerza por la supercie ue dicho o'!eto tiene en contacto con el suelo. De ello se deduce la fórmula de %resión  -uerza/upercie. %  -/ De au( podemos deducir ue -uerza  %resión  upercie2 ) upercie  -uerza/%resión. La presión se mide ,eneralmente en ilo,ramos/cm4. La hidráulica consiste en utilizar un liuido para transmitir una fuerza de un punto a otro. 5aracter(sticas de los l(uidos Los l(uidos poseen al,unas caracter(sticas ue los hacen ideales para esta función+ a sa'er& 6 7ncompresi'ilidad. 8Los l(uidos no pueden comprimirse

6 :ovimiento li're de sus moléculas. 8Los l(uidos adaptan su forma a la supercie ue los contiene. 6 ;iscosidad. 8eneralmente la fuerza hidráulica se consi,ue empu!ando el aceite por medio de una 'om'a conectada a un motor+ se transmite a través de tu'er(as metálicas+ conductos+ lati,uillos+ etc. ) se pro)ecta en cilindros hidráulicos+ motores+ etc. Un circuito hidráulico 'ásico podr(a constar de un depósito de aceite+ una 'om'a ue lo impulsa+ una tu'er(a ue lo transmite ) un cilindro ue act?a.

 Introducción 1.1- Fundamentos

Los fundamentos de la hidráulica se basan en dos principios fundamentales de la física, a saber: • Principio de Pascal: el cual expresa que la presión que ejerce un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido • Principio de Bernoulli: expone que en un fluido ideal !sin viscosidad ni ro"amiento# en r$gimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes: cin$tica !que es la energía debida a la velocidad que posee el fluido#, potencial o gravitacional !que es la energía debido a la altitud del fluido#, y una energía que podríamos llamar de %flujo% !que es la energía que un fluido contiene debido a su presión# En la siguiente ecuación, conocida como %Ecuación de &ernoulli% expresa matemáticamente este concepto: v 2 ·ρ  + P + ρ·g·z = constante 2 

siendo, v  la velocidad del fluido en la sección considerada'  ρ la densidad del fluido' P  es la presión del fluido a lo largo de la línea de flujo'

g  la acelaración de la gravedad' z  la altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia Los sistemas hidráulicos, objeto de estudio de este tutorial, constituyen una de las formas tecnológicas que actualmente empleamos para la transmisión de potencia en máquinas (odo sistema hidráulico está compuesto de los siguientes elementos principales:

) *n depósito acumulador del fluido hidráulico' ) *na bomba impulsora, que aspirando el fluido desde el depósito crea el flujo en el circuito hidráulico' ) +álvula de control que permite controlar la dirección de movimiento del fluido' ) ctuador o pistón hidráulico, que puede ser de simple o doble efecto, siendo el elemento que transmite la fuer"a final' ) -ed de conductos por el que circula el fluido desde la bomba hasta los actuadores y retorna al depósito acumulador' ) .iltros de limpie"a del fluido hidráulico' ) +álvula de alivio, que proporciona una salida al sistema en caso de producirse un aumento excesivo de la presión del fluido dentro del circuito 1.2- Ventajas e inconvenientes

  continuación se exponen algunas ventajas e inconvenientes de los sistemas hidráulicos frente a otros sistemas convencionales de transmisión de potencia: a# +entajas: • Los sistemas hidráulicos permiten desarrollar elevados ratios de fuer"a con el empleo de sistemas muy compactos • /ermiten la regulación continua de las fuer"as que se transmiten, no existiendo riesgo de calentamiento por  sobrecargas •  0on elementos muy flexibles y que pueden adaptarse a cualquier geometría, gracias a la flexibilidad de los conductos que conducen el aceite hidráulico hasta los actuadores • Los actuadores o cilindros hidráulicos son elementos reversibles, que pueden actuar en uno u otro sentido y que además permiten su frenada en marcha demás son elementos seguros, haciendo posible su enclavamiento en caso de producirse una avería o fuga del fluido hidráulico

b# 1nconvenientes: •  La baja velocidad de accionamiento de los actuadores o pistones hidráulicos • La alta presión de trabajo exige labores de mantenimiento preventivos !vigilancia de posibles fugas en las juntas# • 0istema no muy limpio, debido a la presencia de aceites o fluidos hidráulicos • En general, es un sistema más caro que otros, por ejemplo los sistemas de aire comprimido

2- Componentes del sistema 2.1- Fluido hidrulico

/ara que un fluido pueda ser empleado como líquido del circuito de un sistema hidráulico, $ste deberá presentar las siguientes propiedades:

• 0er un fluido incompresible para un rango amplio de presiones' • 2frecer una buena capacidad de lubricación en metales y gomas'

•  &uena viscosidad con un alto punto de ebullición y bajo punto de congelación !el rango de trabajo debe oscilar entre )3456 hasta 78456#' • /resentar un punto de autoignición superior, al menos a los 94456' • o ser inflamable' • 0er químicamente inerte y no corrosivo' • 0er un buen disipador de calor, al funcionar tambi$n como refrigerante del sistema' • /resentar buenas condiciones en cuanto a su almacenamiento y manipulación

Los fluidos hidráulicos presentes en el mercado se pueden agrupar, en general, en tres grandes grupos: • 1- Fluidos sint!ticos de "ase acuosa:  son resistentes a la inflamación  su ve", se subdividen en dos tipos: ) Emulsiones de agua y aceite En este tipo de fluidos, además del aceite de base mineral emulsionable se emplean aditivos que le confieren propiedades antioxidantes, antidesgaste, etc ) 0oluciones de agua)glicol ;e"clas de 4= agua, más aditivos especiales

• 2- Fluidos sint!ticos no acuosos: son compuestos sint$ticos orgánicos !fosfatos $steres simples o clorados, hidrocarburos clorados y silicatos $steres# 0on caros, pero presentan un punto de inflamación muy alto • #- $ceites minerales o sint!ticos: son hidrocarburos extraídos del petróleo a los que se le a?aden aditivos químicos, que les confiere unas buenas prestaciones a un coste relativamente bajo 0on los más usados comercialmente La forma de denominar a los fluidos hidráulicos está regulada [email protected] la norma A1 B9BC< y B9BCB sí, los fluidos hidráulicos siguiendo esta normativa se denominan todos con la letra % a la que se le a?aden otras letras, para indicar el tipo de aditivos o propiedades del fluido  continuación, se muestra la designación de los fluidos hidráulicos [email protected] su tipo: • ceites minerales o sint$ticos: - %%: si se trata de un aceite mineral sin aditivos' - %&: si se trata de un aceite mineral con propiedades antioxidantes y anticorrosivas' - %P 'ó %&P(: aceite tipo DL con aditivos que mejoran la resistencia a cargas' - %) 'ó %&)(: aceite mineral tipo DL que incluye además aditivos antidesgaste' - %V: aceite tipo D; que además incorpora aditivos que mejoran su índice de viscosidad En ocasiones, a las siglas anteriores se les agrega un [email protected] que indica el coeficiente de viscosidad [email protected] A1 B9B93 !clasificación de viscosidad [email protected] 102# Ejemplo, HLP 68 , que indica: H : se trata de aceite hidráulico' L: con aditivos para protección anticorrosivas, con propiedades antioxidantes' P : posee aditivos que mejora la carga' 68 : código de viscosidad, [email protected] A1 B9B93 • .luidos sint$ticos de base acuosa: - %F$: emulsión de aceite en agua !contenido de agua: 84) 8=#' - %FB: emulsión de agua en aceite !contenido de agua: 84 m/s 2 # @  es el es el factor de fricción de Aarcy)Heisbach Ae la anterior expresión todos los parámetros son conocidos salvo el factor de fricción [email protected] # El factor de fricción [email protected] #, es un parámetro adimensional que depende del [email protected] de -eynolds ! e# del fluido hidráulico empleado y de la rugosidad relativa de la tubería ! A    # @ = @ ( e  A    ) donde el [email protected] de -eynolds ! e# viene expresado por la siguiente formulación:  ρ · v · D  e M  B 

siendo,  ρ la densidad del aceite o fluido hidráulico !kg/m.#

v  es la velocidad del fluido por el interior de la tubería !m/s# D es el diámetro interior de la tubería !m#  B  es viscosidad dinámica del aceite o fluido hidráulico !kg/m·s# /or otro lado, la rugosidad relativa de la tubería ! A    # viene dada en función de la rugosidad absoluta ! A # del material del que está fabricada la tubería y de su diámetro interior ! D# de acuerdo a la siguiente expresión: A  A    M D

En la siguiente tabla se muestran los valores de rugosidad absoluta para distintos materiales: [email protected]/,I*$* $B,[email protected]$ *8 )$8+I$&8, )aterial

ε  'mm(

)aterial

ε  'mm(

/lástico !/E, /+6#

4,449B

.undición asfaltada

4,4>)4,98

/oli$ster refor"ado con fibra de vidrio

4,49

.undición

4,9C)4,>4

(ubos estirados de acero

4,44C<

(ubos de latón o cobre

4,449B

Dierro forjado

4,4F)4,4

4,44C<

Dierro galvani"ado

4,4>)4,C<

4,44C<

;adera

4,98)4,4

4,44F

Dormigón

4,F)F,4

.undición revestida de cemento .undición con revestimiento bituminoso .undición centrifugada

cero comercial y soldado 4,4F)4,4

(abla 94 -ugosidades absolutas de materiales El [email protected] de -eynolds ! e# representa la relación entre las fuer"as de inercia y las viscosas en la tubería 6uando las fuer"as predominantes son las viscosas !ocurre para  e con valores bajos#, el fluido discurre de forma laminar por la tubería y la importancia de la rugosidad en la p$rdida de carga es menor que las debida al propio comportamiento viscoso del fluido /or otro

lado, en r$gimen turbulento !  e  grande#, las fuer"as de inercia predominan sobre las viscosas y la influencia de la rugosidad se hace más patente Los valores de transición entre r$gimen laminar y turbulento se encuentra con el [email protected] de -eynolds en la franja de C444 a
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