OLEOHIDRAULICA BASICA

OLEOHIDRAULICA BASICA

Preparado por : Ing.MBA. Víctor Bernales Vera 2008

Qué es tecnología óleo hidráulica?  En la tecnología oleo hidráulica transmitimos y controlamos fuerzas y velocidades transmitiendo y controlando presión y caudal. Usamos actuadores hidráulicos y técnicas de control en casi todas las ramas de la tecnología.

Qué es tecnología óleo hidráulica?  Unos pocos ejemplos son:  ingeniería mecánica  tecnología automotriz  tecnología agricola  movimiento de tierras y minería  tecnología de construcción naval  aeronáutica y astronáutica

Qué es tecnología óleo hidráulica?  Los principios de la tecnología hidráulica no son nuevos. En el siglo XVIII en Londres fue construida una prensa hidráulica y la Torre Eiffel fue ajustada por gatas hidráulicas de agua. Cerca de 200 años AC los griegos ya usaban maquinas accionadas hidráulicamente con agua

Ley de Pascal  La Ley de Pascal, enunciada sencillamente, dice: la presión aplicada a un fluido confinado se transmite íntegramente en todas las direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales, actuando estas fuerzas normalmente en las paredes del recipiente,

Ley de Pascal  Esto explica por que una botella llena de agua se rompe si. introducimos un tapón en la cámara ya completamente llena El liquido es prácticamente incomprensible y transmite la fuerza aplicada al tap6n a todo el recipiente.  El resultado es una fuerza considerablemente mayor sobre un área superior a la del tapón. Así, es posible romper el fondo de la botella empujando el tapón con una fuerza moderada.

Ley de Pascal  Los sistemas oleohidráulicos operan de acuerdo a la ley de Pascal. La ley de Blaise Pascal dice: 'La presión, en un fluido hidráulico estático en un sistema cerrado, es la misma en todos los puntos'. Sin embargo, cuando la velocidad del flujo es constante, también se puede aplicar la ley de Pascal.

Qué es tecnología óleo hidráulica?

Ley de Pascal  Cuando el hombre salta sobre el pistón pequeño, induce una presión en el sistema. Esta presión también actúa en el pistón grande; debido al área mayor de este pistón, la fuerza inducida por la presión es capaz de elevar el automóvil. La presión puede ser calculada con la fórmula: donde: P= F/A  p = presión = (pascal: Pa)  F = fuerza (newton: N)  A = área (metro cuadrado: m2)

Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah  En los primeros años de la revolución industrial, un mecánico británico llamado Joseph Bramah utilizó el descubrimiento de Pascal para desarrollar una prensa hidráulica.  Bramah pensó que si una pequeña fuerza, actuando sobre un área pequeña, crea una fuerza proporcionalmente mas grande sobre un área mayor, el único limite a la fuerza que puede ejercer una máquina es el área a la cual se aplica la presión.

Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah  La figura 1 muestra cómo Bramah aplicación el principio de Pascal a la prensa hidráulica. La fuerza aplicada es la misma que en el tapón y el pequeño pistón tiene el área de 1 cm2. El pistón grande, sin embargo tiene un área de 10 cm2. El pistón grande es empujado con 10 Kp de fuerza por cm 2 de forma que puede soportar un peso total o fuerza de lOOK

Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah  Puede verse fácilmente que las fuerzas o pesos que equilibran este aparato son proporcionales a las áreas de los pistones. Así pues, si el área del pistón de salida es de 200 cm2, la fuerza de salida será de 2000 Kp (suponiendo el mismo empuje de 10 Kp sobre cada cm2). Este es el principio del funcionamiento de1 gato y de la prensa hidráulica.

Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah  Es interesante notar la similitud entre esta prensa simple y una palanca mecánica. Como Pascal ya habla indicado, en este caso, también la fuerza es a la fuerza como la distancia es a la distancia.

Definición de presión  Para determinar la fuerza total ejercida sobre una superficie es necesario conocer la presión o fuerza sobre la unidad de área .  Generalmente expresamos esta presion en Kp por cm2. Conociendo la presión y el número. de cm2 de la superficie sobre la cual se ejerce, se puede determinar fácilmente la fuerza total.(fuerza en Kp = presi6n en Kp/cm2 x superficie en cm2)

Conversión de energía Una ley fundamental de la física afirma que la energía no puede crearse ni destruirse

Conversión de energía

 Diagrama de un sistema hidráulico bomba-motor simple 1 Depósito de aceite, 2 bomba hidráulica, 3 manómetro, 4 motor hidráulico(capaz de girar en ambos sentidos)  De hecho todos los sistemas hidráulicos pueden ser reducidos a un sistema bomba-motor simple como el mostrado en el diagrama.

Conversión de energía

 La bomba hidráulica es impulsada por un motor eléctrico ó un motor de combustión. La bomba hidráulica(2) succiona el aceite desde el depósito(1) y lo bombea a través de las líneas de tubería y mangueras hacia el motor hidráulico(4). El motor hidráulico por ejemplo acciona un winche.

Conversión de energía

 Así la bomba convierte la energía mecánica en energía hidráulica (presión y caudal) y el motor hidráulico convierte energía hidráulica en energía mecánica de nuevo!. El aceite fluye al depósito desde el lado de descarga del motor hidráulico .

Conversión de energía

 La presión en la línea de retorno es casi cero! La presión necesaria para mover el motor hidráulico se puede leer en el manómetro(3) , y está determinada por la resistencia en el sistema. La resistencia más importante es la carga a ser movida por el motor hidráulico(4). Las líneas y mangueras influyen también en el nivel de la presión.  La velocidad del motor hidráulico está determinada por sus dimensiones (desplazamiento) y por el caudal que es bombeado hacia él

Definición de oleohidráulica  Es un medio de transmitir energía empujando un liquido confinado. El componente de entrada se llama bomba; el de salida se denomina actuador.  El actuador puede ser lineal (cilindro), o rotativo (motor). Características especiales que destacan a la Hidráulica . Muchas razones hacen que la elección recaiga en un control y propulsión hidráulicos.

Definición de oleohidráulica  - Grandes fuerzas o momentos de giro producidos en reducidos espacios de montaje.  Las fuerzas se gradúan automáticamente a las necesidades. El movimiento puede realizarse con carga máxima desde el arranque.  Graduación continua simple (ya sea control o regulación) de la velocidad, momento o fuerza.  Protección simple contra sobrecarga.

Definición de oleohidráulica  Util para movimientos rápidos controlados, así como para movimientos de precisión extremadamente lentos.  Acumulación relativamente sencilla de energía por medio de gases. Posibilidad de sistema de propulsión central con transformación en energía mecánica descentralizada ( Gran economía).

Como se crea la presión  La presión se origina siempre que se produce una resistencia a la circulación de un liquido, o una fuerza que trata de impulsar el liquido. La tendencia a suministrar caudal (o empuje) puede originarse mediante una bomba mecánica o simplemente por el peso del fluido

Como se crea la presión  Es un hecho bien conocido que en una columna de agua la presión aumenta con la profundidad. La presión es siempre la misma a una profundidad determinada, debido al peso de la columna de agua sobre ella.

Como se crea la presión  En la época de Pascal, un científico italiano llamado Torricellí demostró que si se hace un agujero en el fondo de un tanque de agua, el agua se escapa a la máxima velocidad cuando el tanque está lleno y que el caudal disminuye a medida que baja el nivel de agua. En otras palabras a medida que disminuye la columna de agua sobre la abertura también se reduce la presión.

Como se crea la presión  Torricellí pudo expresar la presión en el fondo del tanque solamente coma "carga de agua" o sea la altura en metros de la columna de agua. Hoy en día, con el valor de Kp/cm2 como unidad de presión, podemos expresar la presi6n en. cualquier punto de un líquido o de un gas en términos más convenientes. Todo lo que se necesita es conocer el peso de un metro cúbico del fluido.

Como se crea la presión  Una columna de un metro de agua es equivalente a 0,1 Kp; una columna de agua de 5 metros equivale a O,5 Kp/cm2, y así sucesivamente. Una columna de aceite de la misma altura es equivalente aproximadamente, a 0,09 Kp/cm2. por metro.

Como se crea la presión  En muchos lugares se utiliza el término "carga" para describir la presión, sin tener en cuenta cómo ha sido creada. Por ejemplo, se dice que una caldera crea una carga de vapor cuando la presión se origina vaporizando agua en un recipiente cerrado . Los términos presión y carga se utilizan, a veces, indistintamente.

Presión atmosférica  La presión atmosférica no es otra cosa que la presión ejercida por el aire de nuestra atmósfera, debida a su propio peso. Al nivel del mar, una columna de aire de 1 cm2 de sección, y cuya altura es la atmosférica pesa 1,03 Kp.

Presión atmosférica  Así pues, la presión es 1,03 Kp/cm2. A alturas más elevadas, naturalmente la columna pesa menos y la presión es inferior. Bajo el nivel del mar la presión atmosférica es superiora 1 Kp/cm2 .

Presión atmosférica  Cualquier condición donde la presión sea inferior a la presión atmosférica se denomina vacío o vacío parcial. Un vacío perfecto es la ausencia total de presión o sea O Kp/cm2 absolutos.  La presi6n atmosférica también puede medirse en milímetros de mercurio (mm.Hg) mediante un aparato llamado barómetro.

Presión atmosférica  El barómetro de mercurio, inventado por Torricellí, se considera generalmente como el punto de partida y la inspiración de los estudios de Pascal sobre la presión. Torricellí descubrió que cuando se invierte un tubo lleno de mercurio, sumergiendolo en un recipiente abierto que contenga el mismo liquido, la columna del tubo desciende sólo una cierta distancia. Su razonamiento fue que la presión atmosférica sobre la superficie del liquido equilibraba el peso de la columna de mercurio al existir un vacío perfecto en la parte superior del tubo.

Presión atmosférica  En una atmósfera normal, la columna tendrá siempre una altura de 760 mm. Así pues, 760 mm. de mercurio es otro equivalente de la presión atmosférica.

Medida del vacío  Como el vacío es una presión inferior a la atmosférica puede medirse con las mismas unidades. Es decir, el vacío puede expresarse en Kp/cm2 o en mm de mercurio.  La mayoría de los vacuómetros, sin embargo, están calibrados en mm de mercurio. Un vacío perfecto, que equilibra una columna de mercurio de 760 mm de altura, es 760 mm. El vacío absoluto viene indicado con un cero en la escala del vacuómetro.

Medida del vacío  Resumen de escalas de presión y vacío  Puesto que hemos mencionado varias formas de medir la presión y el vacío, seria conveniente resumir las diferentes unidades.

Medida del vacío  1- Una atmósfera es una unidad de presión equivalente a 1,03 Kp/cm2 ( el peso de una columna de aire de 1 cm2 de sección sobre la superficie de la tierra o 760 mm de una columna de mercurio).  2- Los mm absolutos de mercurio son una escala que empieza en el vacío perfecto (cero). La presión atmosférica es 760 mm en esta escala.  3- Los mm manométricos de mercurio se calibran en las mismas unidades que los mm absolutos pero sin tener en cuenta la presión atmosférica.

Medida del vacío

 4- Para pasar de mm absolutos a mm manométricos:  mm manométricos / 760 = mm absolutos  mm absoluto -760 = mm manométricos 5-. La presión atmosférica en la graduaci6n del barómetro es 760mHg. Comparándolo a la escala absoluta de l p2 - p3 = presorte y debido al hecho de que presorte constante (8 bar) el compensador de presión mantiene la caída de presión a través de la válvula de aguja en un valor constante de 8 bar.

La válvula reguladora de caudal de 2 vías  Esto significa que el flujo a través de la válvula de aguja se mantiene constante! Cuando la carga aumenta, la presión p3 aumenta y la corredera está fuera de balance y es empujada hacia la izquierda. La presión p2 crecerá también y la corredera encontrará su balance de nuevo. La caída de presión a través de la válvula de aguja sigue siendo 8 bar así que el caudal se mantiene en 10 l/min y por lo tanto la velocidad del cilindro se mantiene constante e independiente de la carga!!

La válvula reguladora de caudal de 2 vías

La válvula limitadora de presión en el circuito de un motor  El diagrama muestra el circuito de un motor hidráulico; el sentido de rotación del motor esta determinado por la posición de la válvula direccional 4/3 . En la posición central de la válvula todos los puertos están cerrados. Después de activar el lado izquierdo de la válvula, el motor hidráulico empieza a girar en la dirección indicada.

La válvula limitadora de presión en el circuito de un motor  Generalmente en los sistemas hidráulicos el momento de inercia de la carga impulsada es de un nivel considerable, así que, en el momento en que se activa la posición central de la válvula 4/3, el motor actuará como una bomba movido por la carga.

La válvula limitadora de presión en el circuito de un motor  Esto ocasionará un gran incremento de la presión en el lado derecho del motor hidráulico y si no hubiese una válvula de seguridad, los componentes más débiles del sistema fallarían ó reventarían! En este sistema por el contrario la válvula limitadora de presión se abrirá y el aceite fluirá de vuelta hacia el lado izquierdo del motor.

La válvula limitadora de presión en el circuito de un motor  Debido a la presión en el lado derecho del motor la velocidad de rotación de este disminuirá hasta 0 rpm. El motor hidráulico tiene una línea externa de fugas, así que parte del aceite del circuito desaparece a la larga. Esto podría causar cavitación en el lado izquierdo del motor.

La válvula limitadora de presión en el circuito de un motor  En este sistema, sin embargo, el sistema está protegido contra la cavitación por las válvulas antirretorno) (válvulas de succión). El diagrama en esta página es un diagrama básico para la mayoría de circuitos de motores.

La válvula antirretorno pilotada  Una válvula antirretorno pilotada se usa para mantener una parte del sistema libre de fugas internas, por ejemplo un cilindro hidráulico ó un motor. Un muy buen ejemplo es la aplicación de la válvula antirretorno pilotada en el cilindro apoyo de una grúa. El cilindro está conectado al puerto B de la válvula antirretorno.

La válvula antirretorno pilotada  Cuando se entrega aceite al puerto A, el aceite puede fluir libremente hacia el puerto B y al cilindro. Cuando el patín tiene que ser retraído, se suministra aceite hacia la cámara del vástago del cilindro. La presión en el lado del vástago es usada como presión piloto en el puerto Z para abrir la válvula antiretorno.

La válvula antirretorno pilotada  Ahora el aceite puede fluir de vuelta desde B hacia A. La presión en el puerto Z necesaria para abrir la válvula antiretorno contra la presión del cilindro detrás de la válvula principal es de aproximadamente 1/3 a 1/10 de la presión del cilindro ( llamado rango de apertura).

La válvula de contrabalance  De hecho una válvula de contrabalance es una válvula antirretorno pilotada mejorada. La mayor y más importante diferencia entre estas dos válvulas es que: -la presión de apertura de una válvula antirretorno pilotada depende de la presión (aplicada por la carga) detrás de la válvula; -la presión de apertura de una válvula de contrabalance depende de la presión del resorte detrás de la válvula.

La válvula de contrabalance  El desempeño dinámico de una válvula de balance es muchas veces mejor que el desempeño dinámico de una válvula antirretorno pilotada. La válvula de balance se aplica como una 'válvula de freno' en sistemas de grúas relativamente pequeñas para obtener un control positivo en un cilindro o motor hidráulicos con una carga negativa.

La válvula de contrabalance  Funcionamiento (ver diagrama): Cuando se activa el lado izquierdo de la válvula direccional 4/3 el cilindro hará su 'carrera de salida'. El aceite fluye a través de la válvula antirretorno que está integrada en la carcasa de de la válvula de balance. Para bajar el cilindro se tiene que activar el lado derecho de la válvula 4/3. Desde ese momento en adelante la presión aumenta en el lado del vástago del cilindro.

La válvula de contrabalance  Esta presión abre la válvula de balance y el aceite del lado del pistón fluye a través de la válvula de balance y de la válvula direccional de vuelta al depósito. Como la carga ayuda a bajar al pistón-vástago, este podría bajar más rápido de lo que el aceite es suministrado al lado del vástago del cilindro (el cilindro no esta bajo control en ese momento).

La válvula de contrabalance  Sin embargo, la presión en el lado del vástago y por lo tanto la presión piloto en la válvula de balance disminuirían y el resorte cerraría la válvula de balance, hasta que encuentre un nuevo 'balance'. Cuando la válvula direccional es puesta repentinamente en su posición central mientras el cilindro cargado estaba bajando, la válvula de contrabalance se cierra inmediatamente.

La válvula de contrabalance  Esto causará un incremento de presión en el lado del pistón del cilindro. Sin embargo, la válvula de contrabalance se abrirá y ajustará la presión y así protegerá al cilindro contra una sobrepresión!.

El acumulador  Cuando el sistema necesita un caudal considerable por un periodo corto  cuando el sistema ó una parte de este tiene que permanecer bajo presión;  para acumular picos de presión ó vibraciones de presión ;  como un elemento de amortiguación.

El acumulador  En los sistemas hidráulicos se usan los siguientes tipos de acumuladores: 





El acumulador de pistón; animación (para suministrar aceite; acumulador relativamente lento debido a la fricción entre el pistón y el cilindro) el acumulador de vejiga (para suministrar aceite; acumulador rápido) el acumulador de diafragma (elemento de amortiguación; compensador de presión)

El acumulador  Este ejemplo explica el funcionamiento del acumulador de pistón (animación); el funcionamiento de los otros tipos es similar a este. En el lado del pistón el acumulador el llenado con nitrógeno gaseoso. La presión del gas debe tener cierto valor, en este caso 80 bar (8 Mpa). Esta presión, predeterminada por el fabricante del sistema, tiene que ser comprobada cuando no haya aceite en el otro lado del pistón.

El acumulador  En el momento en que el acumulador es llenado con aceite, la presión en el lado del aceite crece de inmediato hasta el nivel de la presión del gas. Puede ver esto en la animación. Para un funcionamiento adecuado del sistema, la presión del gas debe tener el valor correcto. Los fabricantes recomiendan cada cuánto tiempo se debe comprobar la presión.

El acumulador  Cuidado: Los acumuladores almacenan energía hidráulica y por lo tanto pueden ser muy peligrosos, especialmente cuando no se está familiarizado con el sistema y los acumuladores!! Cuando repare ó modifique un sistema hidráulico asegúrese de que el acumulador esté drenado y proceda al corte como sugiere el fabricante!

El cilindro con amortiguación de fin de carrera  Cuando se alcanza el fin de la carrera el pistón y el vástago son desacelerados hasta la parada. La energía cinética resultante de esto, debe ser absorbida por un tope final, la cabeza del cilindro ó la tapa del cilindro. La capacidad de absorber esta energía depende del límite elástico del material.

El cilindro con amortiguación de fin de carrera  Si la energía cinética excede este límite, el cilindro necesita un amortiguamiento externo ó interno. En este ejemplo usamos un amortiguamiento interno. Cuando el pistón con el buje amortiguador ingresa al agujero en la tapa del cilindro, el fluido debe escapar desde la cámara del pistón a través de una válvula estranguladora variable. Este estrangulamiento regula el grado de amortiguación

El sistema de lazo cerrado con la bomba principal en cilindrada cero

El sistema de lazo cerrado con la bomba principal activada

Cavitación  Un fenómeno indeseable en un sistema hidráulico es la cavitación. La mayoría de las veces la cavitación ocurre en la parte de succión del sistema. Cuando ocurre cavitación, la presión del fluido decrece a un nivel por debajo de la presión ambiental formando así vacíos en el fluido.

Cavitación  Cuando la presión se incrementa, por ejemplo en la bomba, estos vacíos implosionan. Durante esta implosión la presión se incrementa tremendamente y la temperatura alcanza aproximadamente los 1100ºC. La alta presión junto con la alta temperatura, causan mucho daño a los componentes hidráulicos. Una bomba cavitante podría deteriorarse por completo en algunas horas y los cuerpos del desgaste podrían causar daño al sistema.

Cavitación  La cavitacion puede ser causada por:  Aceleración del flujo de aceite después de un estrangulamiento ó cuando al aceite contiene agua o aire  Alta temperatura del fluido  Una resistencia hidráulica en la parte de succión del sistema

Cavitación  Diámetro muy pequeño de la línea de succión  Una manguera de succión con el interior dañado  Un filtro de succión obstruido con suciedad(animación)  Alta viscosidad del aceite  Ventilación insuficiente del depósito de aceite

Compresibilidad de los fluidos  Muchas personas piensan que un fluido es incompresible. Sin embargo, los fluidos son como cualquier material, compresibles en cierta medida. Para cálculos: el grado de compresibilidad de un fluido es considerado el 1% del volumen por cada 100 bar. Esto significa que por ejemplo, cuando se agrega aceite a un barril de 200 litros que ya está completamente lleno, la presión aumentará en 100 bar por cada 2 litros de aceite adicional.

Compresibilidad de los fluidos  Cuando se aumentan 3 litros, el incremento de presión será de 150 bar. La compresibilidad de un fluido juega un papel muy importante en, por ejemplo, sistemas hidráulicos rápidos como los servo-sistemas de un simulador de vuelo. Para obtener un desempeño dinámico máximo, la compresibilidad debe ser la menor posible. Esto se obtiene montando las válvulas de control directamente sobre el motor ó cilindro hidráulico. En tal caso la cantidad de fluido entre la válvula de control y al actuador es la menor.

Compresibilidad de los fluidos  Calcular para un deposito de 140 litros:  Si se adicionan 5 litros¿cuál es aumento de la presión?  Si la presión aumento en 180 bar¿qué cantidad de liquido se adiciono?  ¿cuál es la presión final si en adicionar 3 litros, si la presion normal era de 150 bar?

Como se crea la presión en un circuito hidráulico  La presión se origina cuando el caudal encuentra resistencia. La resistencia puede ser debida a la carga del actuador o a una restricción ( u orificio) en las tuberías.

Derivaciones de caudal  Una característica inherente a los líquidos, es que siempre toman el camino de menor resistencia. Asi pues, cuando las derivaciones ofrecen resistencias diferentes, la presi6n aumenta solamente en la cantidad requerida para circular por el camino de menos resistencia

Derivaciones de caudal  Cuando el caudal de salida de una bomba se dirige hacia dos actuadores, el actuador que necesita menos presión es el primero en moverse. Como es difícil equilibrar las cargas exactas, los cilindros que deben moverse juntos se suelen conectar mecánicamente.

Circulación de caudal en serie  Cuando las resistencias al caudal están conectadas en serie, las presiones se suman.

Caída de presión a través de un orificio  Un orificio es un paso restringido en una línea hidráulica o componente, usado para controlar el caudal o crear una diferencia de presión ( caída de presión) Para que el aceite fluya a través de un orificio, tiene que haber una diferencia de presión a través del orificio (el término caída" procede del hecho de que la presión inferior siempre está más abajo en el sentido de la corriente). Inversamente, si no hay caudal no hay diferencia de presión a través del orificio.

Velocidad de un actuador  La velocidad de desplazamiento del vástago de un cilindro o de giro de un motor depende de su tamaño y del caudal que se le envía. Para relacionar el caudal con la velocidad, consideremos el volumen que requiere el actuador para obtener un desplazamiento determinado.

Velocidad de un actuador  La relación entre estas magnitudes puede expresarse como sigue:

Velocidad de un actuador    

Volumen/tiempo=velocidad*superficie S=centímetros cuadrados V= centímetros/minuto Según esto, podemos sacar las siguientes conclusiones:  que la fuerza o par de un actuador es directamente proporcional a la presi6n e independiente del caudal  Que su velocidad depende del caudal que reciba. ,con independencia de la presión.

Velocidad en las tuberías  A este respecto, hay que observar que: La velocidad a que circula el fluido hidráulico a través de las líneas es una consideraci6n de diseño importante, debido al efecto de la velocidad sobre el rozamiento. generalmente las velocidades recomendadas son:  Línea de aspiración de la bomba: de 0,6 a 1,2 metros por segundo.  Línea de trabajo: de 2 a 5 metros por segundo.

Velocidad en las tuberías  1- La velocidad del aceite varia inversamente al cuadrado del diámetro interior del tubo.  2- Generalmente el rozamiento de un liquido que circula por una línea es proporcional a la velocidad. Sin embargo, si el régimen fuese turbulento, el rozamiento variaría con el cuadrado de la velocidad.  El rozamiento origina turbulencia en la corriente de aceite y opone resistencia al caudal, lo que da como resultado un aumento de presión en la línea. Se recomienda una velocidad muy baja para la línea de aspiración de la bomba porque allí la caída de presión admisible es muy pequeña.

Selección del diámetro de tubería  Se dispone de dos fórmulas para calcular el diámetro y la velocidad en las tuberías hidráulicas.  Si se conocen el caudal en 1/mm. y la velocidad deseada, se utiliza esta relación para hallar la secci6n interior:  Cuando se tiene el caudal en 1/mm y el diámetro de la tubería, se utiliza esta relación para hallar cual será la velocidad final:

Selección del diámetro de tubería  Calcular diámetro de tubería de caudal 20 l/s Y una velocidad de 50 cm/ Calcular diametros de cañeria , si de sea desplazar un volumen de 2000 litros en 1 hora, a una velocidad de 7 m/s

Trabajo y potencia  Cuando se ejerce una fuerza a lo largo de una distancia, se realiza un trabajo:  Trabajo = fuerza x distancia  El trabajo se expresa generalmente en Kgm. Por ejemplo, si un peso de lo Kp se eleva a 10 metros, el trabajo es 10 Kp x 10 m, o sea 100 Kgm.  La fórmula precedente para el trabajo no toma en consideraci6n con que velocidad se realiza dicho trabajo. El trabajo realizado por unidad de tiempo se denomina potencia.

Trabajo y potencia  Para visualizar la potencia pensemos en la operación de subir :unas escaleras. El trabajo realizado es el peso del cuerpo multiplicado por la altura de las escaleras. Pero es más difícil correr por las escaleras que andar. Cuando se corre se hace el mismo trabajo pero a mayor velocidad.

Trabajo y potencia  La unidad de potencia es el caballo de potencia, en abreviatura hp. Es equivalente a 75 Kgm/seg. También tiene equivalencias en potencias eléctrica y calorífica.  1 hp = 746 W (potencia eléctrica)  1 hp - 176,6 cal/seg (potencia calorífica)  Evidentemente es deseable poder transformar la potencia hidráulica en potencia mecánica y conocer su equivalente mecánico , eléctrico y calorífico.

Potencia en un sistema hidráulico  En un sistema hidráulico la velocidad queda indicada por el caudal, en litros por minuto, y la fuerza, por la presión. De esta forma podemos expresar la potencia hidráulica como sigue:

Potencia en un sistema hidráulico  Para expresar esta relación en unidades, hacemos lo siguiente:

Potencia en un sistema hidráulico  Así:

Potencia en un sistema hidráulico 

Esta fórmula corresponde a la potencia hidráulica a la salida de la bomba. La potencia requerida para accionaría ser algo mayor puesto que el rendimiento del sistema no es del 100 % Si suponemos un rendimiento medio del 80%, la potencia mecánica para el accionamiento de la bomba será:

Potencia y par  De forma equivalente podríamos deducir que:

Diseño de un sistema hidráulico sencillo  A partir de la información dada es posible diseñar un circuito hidráulico sencillo . Se indica a continuación la forma en que se debe proceder para hacerlo  Para diseñar un circuito , la primera consideración es sobre el trabajo que se debe realizar. Este trabajo puede ser levantar un peso, girar una herramienta o bloquear algún elemento. El trabajo determina el tipo de actuador que hay que utilizar.

Diseño de un sistema hidráulico sencillo  Probablemente el primer paso será la selección del actuador.  Si los requerimientos fuesen simplemente de levantar una carga,. un cilindro hidráulico colocado bajo ella haría el trabajo . La longitud de carrera del cilindro seria, por lo menos ,igual a la distancia de desplazamiento de la carga. Su superficie se determinaría mediante la fuerza requerida para elevar la carga y la presión de funcionamiento deseada.

Diseño de un sistema hidráulico sencillo  Supongamos que un peso de 4000 Kp ha de elevarse. a una altura de 1 metro y que la presi6n máxima de funcionamiento debe limitarse a 50 Kp/cm2 El cilindro seleccionado tendría una longitud de carrera de, por lo me nos, 1 metro, y con una superficie de pist6n de 80 cm2 proporcionaría una fuerza máxima de 4000 Kp. Esto, sin embargo, no prevé ningún margen de error. Una mejor selecci6n seria un cilindro de 100 cm2 que permitiría levantar la carga a 50 Kp/cm2 proporcionando una capacidad de elevación de hasta 5000 Kp.

Diseño de un sistema hidráulico sencillo  El desplazamiento hacia arriba y hacia abajo del cilindro seria controlado mediante una válvula direccional. Si la carga debe detenerse en puntos intermedios de su trayecto, la válvula direccional deber tener una posici6n neutral en la cual el caudal de aceite del lado inferior del pistón quede bloqueado, para soportar el peso sobre el cilindro. La velocidad a la cual debe desplazarse la carga determina el tamaño de la bomba.

Diseño de un sistema hidráulico sencillo  El pistón de 100 cm2 desplaza 100 cm3 por cada cm que se levanta El mover el cilindro 10 cm requerirá 1000 cm3 de aceite. Si hay que moverlo a razón de 10 cm por segundo, requerirá 1000 cm3 de aceite por segundo o 60 1/mm. Como las bombas generalmente se dimensionan en galones por minuto , será necesario dividir 60/3,765 para obtener el valor en galones por minuto; 60/3,785 = 16 gpm.

Diseño de un sistema hidráulico sencillo  La potencia necesaria para accionar la bomba depende de su caudal y de la presi6n a la cual funciona. La fórmula siguiente determina el tamaño del motor eléctrico requerido, suponiendo un rendimiento medio del 80 %

Diseño de un sistema hidráulico sencillo  Para impedir la sobrecarga del motor eléctrico y para proteger .la bomba y otros componentes contra una presión excesiva, debida a sobrecargas o bloqueo, se monta una válvula de seguridad para limitar la presión máxima del sistema, en la línea, entre la salida de la bomba y la entrada de la válvula direccional.Un depósito dimensionado para contener aproximadamente de 2 a 3 veces la capacidad de la bomba en galones por minuto y tuberías de interconexión adecuadas completarán el sistema.

Como se mide el caudal  Existen dos maneras de medir el caudal de un liquido:  Velocidad. Es la velocidad media de las partículas del liquido en un punto determinado a la distancia media que las partículas recorren por unidad de tiempo. Se mide en metros por segundo o en metros por minuto.  Caudal. Es la cantidad de liquido que pasa por un punto, por unidad de tiempo. Los caudales grandes se miden en litros por minuto. Los caudales pequeños pueden expresarse en cm3/minuto.

Caudal y velocidad  La velocidad de un actuador hidráulico, depende siempre del tamaño del actuador y del caudal que actúa sobre él. Como el volumen de un actuador se expresa generalmente en litros, hay que tener en cuenta que:  1 1/mm = 1 dm3/min = 1000 cm3/ min

Régimen laminar y turbulento  Idealmente, 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.  Cuando las trayectorias de las partículas no son paralelas y se cruzan, el régimen se denomina turbulento.

Régimen laminar y turbulento  El régimen turbulento se origina por cambios bruscos en la dirección o en la sección, o por una velocidad demasiado elevada. El resultado es un rozamiento mucho mayor que origina calentamiento, aumenta la presión de trabajo y malgasta potencia

Teorema de Bernoulli  El fluido hidráulico, en un sistema que trabaja, contiene energía bajo tres formas: energía cinética que depende de la velocidad y masa del fluido, energía potencial que depende de su posición,' y energía de presión que depende de su compresión.  Daniel Bernoulli, un científico suizo, demostró que, en un sistema con caudal constante, la energía se transforma de una forma u otra cada vez que se modifica el área de la sección transversal de la tubería.

Teorema de Bernoulli  El principio de Bernoulli afirma que la suma de las energías cinética, potencial y de presión, en distintos puntos del sistema, debe ser constante. Al variar el diámetro de la tubería la velocidad cambia.

Teorema de Bernoulli  Así pues, la energía cinética aumenta o disminuye. Ahora bien, la energía no puede crearse ni destruirse. Por lo tanto la variación de energía cinética debe ser compensada por un aumento o disminución de la energía de compresión, es decir, de la presión.

Teorema de Bernoulli  La utilización de un tubo de Venturí en el carburador de un automóvil , es un ejemplo familiar del teorema de Bernoulli. La presión del aire, que pasa a través del cuerpo del carburador, disminuye cuando pasa por un estrangulamiento. La disminución de presión permite que fluya la gasolina, se vaporice y se mezcle con la corriente de aire.