Unidad 3 Fluidos sometidos a presión

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZUL INGENIERIA PETROLERA HIDRAULICA DOCENTE: JOSE GUADALUPE BASILIO RAMIREZ UNIDAD 3 FLUIDOS SOMETIDOS A PRESION PRESENTA: ABIMAEL DEL ANGEL CRISTOBAL NUMERO DE CONTROL: 14500883 QUINTO SEMESTRE

GRUPO 1

La palabra «hidráulica» proviene del griego ὑδϱαυλικός (hydraulikós) que, a su vez, viene de «tubo de agua», palabra compuesta por ὕδωϱ («agua») y αὐλός («tubo»).

¿QUÉ ES LA HIDRAULICA? Es la rama de la física que estudia el comportamiento de los fluidos en función con sus propiedades específicas. ¿QUÉ ES UN FLUIDO? Se denomina fluido a un tipo de medio contínuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable, donde sí hay fuerzas restitutivas).

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS HIDRAULICOS

Para comprender de forma adecuada el comportamiento de los sistemas hidráulicos, es necesario conocer previamente varias propiedades de los fluidos que determinan su comportamiento: Densidad: Cociente entre la masa de una determinada sustancia y el volumen que ésta ocupa. Presión de vapor: Presión que ejerce el vapor generado por un fluido dentro de un espacio cerrado cuando se equilibran la cantidad de fluido evaporado y el que se vuelve a condensar. La presión de vapor es una magnitud directamente proporcional a la temperatura del fluido. Cuando se iguala la presión de vapor de un fluido a la presión del exterior, el líquido entra en ebullición. En esta propiedad se basa el fenómeno de la cavitación que provoca enormes pérdidas y destrozos en las conducciones de fluidos debido a la corrosión ocasionada. Viscosidad: Oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. En el caso que nos ocupa, la viscosidad se pone de manifiesto por la fricción y el rozamiento que se produce entre las moléculas de un fluido al circular por una conducción y entre las moléculas del fluido y las paredes interiores de los conductos del circuito. Resistencia a la oxidación: Los aceites utilizados como fluidos en los circuitos hidráulicos, al ser derivados del petróleo, son oxidables, ya que el oxígeno atmosférico del aire disuelto en el aceite, se combina fácilmente con el carbono y el hidrógeno, dando lugar a productos tanto solubles como insolubles, pero en cualquier caso perjudiciales para la vida de los equipos. Régimen laminar: Cuando un fluido circula por un circuito hidráulico, cada una de sus partículas describe una trayectoria lineal bien definidas. Estas líneas reciben el nombre de trayectorias de flujo o de corriente. Se dice que el régimen de circulación es laminar cuando la velocidad del fluido no rebasa ciertos límites y como consecuencia el movimiento de las partículas de fluido tiene lugar entre capas paralelas que no se entremezclan, siendo prácticamente paralelas las líneas de flujo a las paredes de los conductos. Régimen turbulento: Si la velocidad de circulación del fluido dentro la conducción supera un cierto valor, llamado velocidad crítica, las capas de fluido se entremezclan y las trayectorias se complican, dando lugar a la aparición de remolinos, en este caso se dice que el régimen es turbulento.

En teoría cualquier líquido puede transmitir energía de presión. No obstante, el líquido utilizado en un hidráulico tiene que cumplir con ciertas condiciones adicionales.

sistema

CARACTERISTICAS  Movimiento no acotado de las moléculas: Son infinitamente deformables.  Compresibilidad: Todos los fluidos son compresibles en cierto grado.  Viscosidad: aunque la viscosidad en los gases es mucho menor que en los líquidos.  Distancia Molecular Grande: Esta es una de las características de los fluidos y esto le permite cambiar muy fácilmente su velocidad debido a fuerzas externas y facilita su compresión la cual sus moléculas se encuentran separadas.  Ausencia de memoria de forma: es decir, toman la forma del recipiente que lo contenga, sin que existan fuerzas de recuperación elástica como en los sólidos.

Características primarias: o Viscosidad o Densidad o Peso y volumen específico o Entropía o Entalpía o Energía interna o Presión o Temperatura o Calores específicos Características secundarias: o Viscosidad o Tensión superficial

o Comprensibilidad o Capilaridad o Conductividad térmica El estudio de la hidráulica industrial comenzó a finales del siglo XVII cuando Pascal formulo una ley que formaría la base fundamental de toda la ciencia hidráulica. El demostró qué en un fluido en reposo, la presión es transmitida de igual manera en todas direcciones. "La presión existente en un líquido confinado actúa igualmente en todas las direcciones"

Los líquidos elaborados en base a aceites minerales (también llamados aceites hidráulicos) cumplen con prácticamente todos los requisitos normales (que se plantean, por ejemplo, en las máquinas herramientas). En consecuencia, son los más difundidos en los sistemas hidráulicos. Tratándose de sistemas hidráulicos utilizados en zonas de mayor peligro de incendio, como, por ejemplo: +Minería +Fundición por gravedad

3.1 Funciones de los fluidos sometidos a presión Los fluidos utilizados en sistemas hidráulicos tiene que cumplir funciones muy diversas: - Transmitir presión - Lubricar las partes móviles - Refrigerar es decir derivar el calor producto de la transformación de energía - Amortiguar vibraciones causadas por picos de presión - Proteger contra la corrosión - Eliminar partículas abrasivas - Transmitir señales TIPOS DE FLUIDOS Los aceites hidráulicos se clasifican en tres tipos según sus propiedades y su composición: HL

Protección anticorrosiva y aumento de la resistencia al envejecimiento. Equipos en los que surgen elevadas solicitaciones térmicas o en los que es posible la corrosión por entradas de agua. HLP Mayor resistencia al desgaste. Igual que los aceites Hl y, además, para equipos en los que por su estructura o modo de funcionamiento hay más rozamientos. HV Viscosidad menos afectada por la temperatura Igual que los aceites HLP, se utiliza en equipos sometidos a variaciones de temperatura o que trabajan a temperaturas ambientales bajas. La letra H significa que trata de un aceite hidráulico y las demás se refieren a los aditivos. A las siglas se les agrega un coeficiente de viscosidad según DIN 51517 (clasificación de viscosidad según ISO). L: con aditivos para obtener una mayor protección anticorrosiva y/o mayor resistencia al envejecimiento P: con aditivos para reducir y/o aumentar la resistencia 68: coeficiente de viscosidad según DIN 51517

3.2 CARACTERISTICAS Y REQUISITOS Para que los aceites hidráulicos puedan cumplir con las funciones antes planteadas, tienen que contar con determinadas características según su aplicación. En consecuencia, las propiedades de las sustancias son las siguientes: • • • • • • • •

Densidad lo más baja posible Poca compresibilidad Viscosidad no demasiado baja Buenas características de viscosidad en función de la temperatura Buenas características de viscosidad en función de la presión Buena resistencia al envejecimiento Baja inflamabilidad Compatibilidad con otros materiales

Además, los aceites hidráulicos deben cumplir con las siguientes condiciones: • Segregar el aire • No formar espuma

• • • •

Resistencia al frio Ofrecer protección contra el desgaste y la corrosión Capacidad de segregación de agua La viscosidad es un criterio de diferenciación importante para los aceites hidráulicos

3.3 VISCOSIDAD Se habla de viscosidad para hacer referencia a la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Se trata de una propiedad caracterizada por la resistencia a fluir que se genera por el rozamiento entre las moléculas. Dado que todos los fluidos conocidos presentan algún nivel de viscosidad, el hipotético fluido sin viscosidad (es decir, con viscosidad nula) se conoce como fluido ideal.

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aumentar la viscosidad aumenta la fricción interna del flujo y por lo tanto es mayor la perdida de presión y potencia a causa del calor. Una viscosidad elevada (más consistencia) causa mas fricción, lo que provoca pérdidas de presión y calentamiento especialmente en las zonas de estrangulamiento. De este modo se dificulta el arranque en frío y la segregación de agua, por lo que existe una mayor tendencia a desgaste por abrasión. En las aplicaciones deberán tenerse en cuenta las características de la viscosidad de los fluidos en función de la temperatura, puesto que la viscosidad del fluido sometido a presión cambia según la temperatura. Viscosidad Cinemática: Es la viscosidad en centipoise divida por la densidad a la misma temperatura y se designa en unidades Stokes o centiStokes.

Viscosidad Furol Saybolt (SSF): Es el tiempo en segundo que tarda en fluir 60cc de muestra a través de un orificio mayor que el Universal, calibrado en condiciones específicas, utilizando un viscosímetro Saybolt. Viscosidad Universal Saybolt (SSU): Es el tiempo en segundos para que un Flujo de 60cc salga de un recipiente tubular por medio de un orificio tipo universal, debidamente calibrado y dispuesto en el fondo del recipiente, el cual se ha mantenido a temperatura constante.

Factores que afectan la viscosidad: A) Efecto de la temperatura. Correlación de Slotte. El propósito de aumentar la temperatura del crudo es disminuir su viscosidad mediante el incremento de la velocidad de las moléculas y, por ende, tanto la disminución de sus fuerzas de cohesión como también la disminución de la resistencia molecular interna al desplazamiento. B) Correlación de viscosidad con temperatura. Al haber gas en solución y subirle la temperatura, bajaría la solubilidad, pues saldría gas de solución (si P se mantiene constante) y se estaría efectuando el efecto combinado de mayor temperatura y menos gas en solución con efectos contrapuestos. Sin embargo, el efecto de la temperatura es el de mayor importancia. C) Efecto de la presión sobre la viscosidad. El aumento de presión mecánica aumenta la viscosidad. Si el incremento de la presión se efectúa por medios mecánicos, sin adición de gas, el aumento de presión resulta en un aumento de viscosidad. Este comportamiento obedece a que está disminuyendo las distancias entre las moléculas y en consecuencia se está aumentando la resistencia de las moléculas a desplazarse. Es evidente que cualquier aumento mecánico de presión para un crudo saturado de gas lo situara en una condición de sub-saturación.

D) Efecto de la solubilidad del gas sobre la viscosidad Correlación de Chew- Connally La adición de gas en solución a un crudo a temperatura constante reduce su viscosidad y esto se produce porque las moléculas relativamente pequeñas de los componentes del gas pasan a formar parte de la configuración molecular y aumenta la separación intermolecular entre las moléculas complejas de la fase liquida, lo cual reduce la resistencia al movimiento.