Sistema hidráulico

Introducción

Hidráulica, aplicación de la
mecánica fluidos en ingeniería para construir
dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general
agua o aceite. La hidráulica resuelve problemas como el
flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el
diseño de presas de embalse, bomba y turbinas. Su
fundamento es el principio de Pascal, que establece que la
presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con
la misma intensidad a cada punto del mismo.

El filósofo y científico Blaise
Pascal formuló en 1647 el principio que lleva su
nombre, con aplicaciones muy importantes en
hidráulica.

Hulton Deutsc Aunque cada ciencia de la Tierra
tiene su enfoque particular, todas suelen superponerse con la
geología. De esta forma, el estudio del agua de la Tierra
en relación con los procesos geológicos requiere
conocimientos de hidrología y de oceanografía,
mientras que la medición de la superficie terrestre
utiliza la cartografía (mapas) y la geodesia
(topografía). Mecánica, rama de la Física
que se ocupa del movimiento de los objetos y de su respuesta a
las fuerzas.

Vectores y fuerza neta Con frecuencia, sobre un cuerpo
actúan simultáneamente varias fuerzas. Puede
resultar muy complejo calcular por separado el efecto de cada
una; sin embargo, las fuerzas son vectores y se pueden sumar para
formar una única fuerza neta o resultante (R) que permite
determinar el comportamiento del cuerpo.

La primera ley de Newton afirma que la
aceleración de un objeto es proporcional a la fuerza neta
a que está sometido. Si la fuerza neta es nula, la ley de
Newton indica que no puede haber aceleración. Un libro
situado sobre una mesa experimenta una fuerza hacia abajo debida
a la gravedad, y una fuerza hacia arriba ejercida por la mesa
(denominada fuerza normal). Ambas fuerzas se compensan
exactamente, por lo que el libro permanece en reposo.

Un sistema de fuerzas que actúa sobre un cuerpo
puede ser reemplazado por una fuerza resultante y por un momento
resultante que produzcan sobre el cuerpo el mismo efecto que
todas las fuerzas y todos los momentos actuando
conjuntamente.

CAPITULO II

Hidráulica

2. Hidráulica.- La hidráulica es un
método sencillo para la transmisión de grandes
fuerzas mediante fluidos a presión.

La hidráulica es la aplicación de la
mecánica de fluidos en ingeniería como es
maquinaria pesada, para construir dispositivos que funcionan con
líquidos, por lo general agua o aceite. La
hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por
conductos o canales abiertos y el diseño de presas de
embalse, bombas y turbinas. En otros dispositivos como boquillas,
válvulas, surtidores y medidores se encarga del control y
utilización de líquidos.

• Fluido.- Es una sustancia que toma siempre la
  forma del recipiente donde esta contenido.

Se puede distinguir dos tipos de fluidos:

• a) Líquidos

• b) Gases

Las partículas que componen un líquido no
están rígidamente adheridas entre sí, pero
están más unidas que las de un gas. El volumen de
un líquido contenido en un recipiente hermético
permanece constante, y el líquido tiene una superficie
límite definida. En contraste, un gas no tiene
límite natural, y se expande y difunde en el aire
disminuyendo su densidad.

2.2. Los principales componentes de un sistema
hidráulico son:

1.-Bomba

2.-Actuadores

3.-Válvula de seguridad

4.-Filtros

5.-Motor

6.-Depósito

• Ventajas de la hidráulica.

• A) Velocidad variable.- A través
  del cilindro de un sistema hidráulico se puede
  conseguir velocidades muy precisas, regulares y suaves, que
  no se logran con motores eléctricos.

• B) Reversibilidad.-Los actuadotes
  hidráulicos pueden invertir su movimiento sin
  problemas y, además, pueden arrancar bajo su
  máxima carga.

La carga.- Es la energía referida a la
unidad de peso. Fig. 1.

Fig. 1

• C) Protección contra las
  sobrecargas.-Las válvulas protegen al sistema
  hidráulico contra las sobre cargas de
  presión.

La válvula de seguridad limita la presión
a niveles aceptables. Fig. 2

Fig. 2

• Bombas.- La bomba aspira el
  fluido con dirección al cilindro. Cuando el cilindro
  se sobrecarga la presión empieza a aumentar. Esto es
  debido a que el fluido no puede circular libremente Fig.
  3.

Fig. 3

• La presión.- La presión
  también se va creando por las cañerías
  o0 tuberías (mangueras), y esto puede provocar una
  avería. Por lo tanto ello, necesitamos colocar en el
  sistema una válvula de seguridad. Fig. 4.

Fig.4

• La válvula actúa rebajando la
  presión del sistema al devolver el fluido al
  depósito Fig.5.

Fig. 5

• D) Tamaño pequeño.-El
  tamaño de los componentes hidráulicos es
  pequeño comparándolo con la potencia y
  energía que puedan transmitir. Fig.5.

Los pequeños componentes del sistema
hidráulica de esta maquina le dan la potencia necesaria
para accionar su circuito de elevación Fig.6.

Fig. 6

2,3. Empuje (E).- Cuando introducimos un cuerpo
en un recipiente en un fluido, el nivel de éste se eleva.
Este aumento de nivel es debido al volumen del cuerpo. Este no
lleva a anunciar el siguiente principio Fig. 7.

Fig. 7

El aumento del nivel del fluido es debido
al volumen del cuerpo introducido en su seno.

Principio de Arquímedes.-Todo cuerpo
sumergido en un líquido, experimenta una fuerza vertical y
hacia arriba, igual al peso del volumen de fluido desalojado.
Esta fuerza es empuje.

E = V.p Donde:

V = Volumen

P = Presión

La presión de bloque en el fluido se establezca
cuando el empuje es igual a su peso.

2.4.- Presión (p).-Cuando los
líquidos son incompresibles, su presión aumenta
cuando encuentra un obstáculo a su circulación. En
un sistema hidráulico, la presión empieza a
aumentar cuando el líquido llega a cilindro y se encuentra
con el émbolo. La presión podemos medirla de
diferentes maneras:

• A) presión hidrostática.-
  Una columna de cualquier líquido, debido a su peso,
  ejerce una presión sobre la superficie en que se
  apoya. Esta es la presión hidrostática y se
  define como: Fig. 8.

p = p .g. h

Fig. 8

• B) Presión por fuerzas externas.-
  Cuando aplicamos una fuerza sobre el sistema en un recipiente
  cerrado esto nos lleva a enunciar la siguiente
  Ley:

Ley de Pascal,- Cualquier líquido dentro
de un recipiente ejerce una presión sobre éste, que
se transmite por igual en todas sus direcciones. Fig.
9.

P = F/ A

Fig. 9

Émbolos a la misma altura.-Se aplica una
fuerza F1 a un pequeño émbolo de
área S1. El resultado es una fuerza F2
mucho más grande en el émbolo de área
S2. Debido a que la presión es la misma a la
misma altura por ambos lados, se verifica que: Fig.
9.a.

Fig. 9.a

Para mantener a la misma altura los dos émbolos,
tenemos que poner un número de pesas sobre cada
émbolo de modo que se cumpla la relación dada en el
apartado anterior.

Émbolos a distinta altura.-Un
ejercicio interesante, es el de determinar la altura de ambas
columnas de fluido cuando se ponen n1 pesas en el
émbolo de la izquierda y n2 pesas en el
émbolo de la derecha. Fig. 9.b.

Sean A y B dos puntos del fluido que están a la
misma altura. El punto A una profundidad h1 por debajo
del émbolo de área S1 y el B situado
h2 por debajo del émbolo de área
S2.

Fig.9.b

La presión en cada uno de dichos puntos es la
suma de tres términos:

• La presión atmosférica

• La presión debida a la columna de
  fluido

• La presión debida a las pesas situadas sobre
  el émbolo

• Caudal (Q).- Es la cantidad de fluido que
  atraviesa una superficie plana en un tiempo determinado.
  Puede expresarse además de dos modos:

1.- Como volumen que atraviesa una sección por
unidad de tiempo. Fig.10.

Q = V / t

Fig. 10

2.- Como el producto de una sección
y la velocidad del fluido al atravesarla. Fig. 11

Q = A. v

Fig. 11

Teorema torricelli.- La velocidad de salida de un
liquido por un orificio pequeño, hecho en la pared del
recipiente que lo contiene, es igual a la velocidad que
alcanzaría un cuerpo al caer libremente desde una altura
igual a la distancia que hay entre la superficie del
líquido y el orificio de salida Fig.12.

v = (2 g . h)1/2

Fig. 12

• Potencia hidráulica (P).-Se define
  como el trabajo por unidad de tiempo. Obteniendo mayor
  potencia a que sistema hidráulico que desarrollando el
  mismo trabajo haya invertido menos tiempo.

P = p. Q

• Teorema de Bernoulli.-En un sistema
  hidráulico el fluido que circula tiene tipos de
  energía: Fig. 13.

Fig.13

1.- Energía cinética.-
Debido a la velocidad y masa del fluido.

2.- Energía potencial.-que
depende de la posición del fluido.

3.- Energía de
presión.-Debido a su compresibilidad. Fig.
14.

Fig. 14

• Perdidas por cargas.-Es un tipo de
  energía que se distingue dentro del sistema, debido a
  todos los componentes de este. Podemos mencionar tres tipos
  de perdidas de carga:

1.- Perdidas debidas a las tuberías

2.- Pérdidas debidas a las bombas

3.- Pérdidas debidas a las turbinas. Fig.
15

Fig. 15

• Régimen de flujo.-Las
  pérdidas de carga en un sistema hidráulico
  están ligadas al modo en que circula el fluido por sus
  conductos.

El fluido puede circular por un conducto de
dos formas: Fig. 16.

1.-En régimen laminar

2.-En régimen turbulento

Fig.16

La energía hidráulica es la
suma de las energías que contiene el fluido:
Fig.17.

1.-Energía de
presión

2.-Energía
cinética

Fig.17

Elementos principales de una central
hidráulica Fig.18.

Fig.1

• Válvula de seguridad.-Es
  importante para que el sistema no sea dañado por un
  exceso de presión el actuador se detenga
  Fig.19.

Fig.19

• Tipos de bombas.-Se tienen dos
  tipos de bombas como son:

1.- Bombas de desplazamiento
positivo.- Son las bombas de: Fig.20

• a. Rotor

• b. Engranaje

• c. Diafragma

Fig. 20

2.-Bombas de desplazamiento no
positivo.-Se tiene las bombas siguientes:

Fig.21.

a. Turbinas

b. Paletas

c. Émbolos radiales

Fig.21

2,12. Circuitos de la bomba o aspiración de la
bomba. Fig.22.

Fig.22.

• Diagnóstico de
  averías:

Algunas averías que se pueden
presentarse son:

1,-No hay presión.-Es debido
que hay poco aceite en el depósito; también puede
ser por fugas en los conductos.

2.-Funcionamiento lento.-Es por
desgaste de la bomba o fugas parciales de aceite en algún
lugar o circuitos de distribución.

3.-No hay caudal.- Es por mal
montaje de la bomba o mal cebado de la bomba y aire en el
circuito de aspiración y distribución.

4.-Ruido.-Esto es debido por
daños serios en la bomba. La presencia de aire en el
sistema origina ruidos, esto puede ser:

a. Un nivel de aceite demasiado
bajo

b. conexiones sueltas en las
cañerías de aspiración

c. Arranca la bomba sin aceite en el tanque
o depósito.

2.13. Objetivos del fluido: Fig.23.

1.-Trasmitir potencia

2.-Lubricar las piezas móviles

3.-Estanqueidad (mínima fugas)

4.-Enfriar o disipara el calor generado en el
sistema

Fig.23

• Principales propiedades de los
  fluidos.

Las principales propiedades de los fluidos
son:

• Fluidez

• Viscosidad

• Compresibilidad

• Régimen de fluido

Fluidos sintéticos.- Se trata fluidos
sintéticos inflamables obtenidos en laboratorio, alguno de
estos son:

• Ester fosfatos

• Hidrocarburos clarados

• Mezcla de esterfosfatos, e hidrocarburos
  colrados.

• Aplicaciones: Fig.23.

• 1. Sistema hidráulico de maquinaria
  pesada

• 2. Sistema hidráulico de
  transmisión de caja de velocidades de
  maquinarias.

• 3. Sistema de suspensión de
  maquinarias

• 4. Sistema de dirección de maquinarias
  en general

• 5. Maquinas perforadoras
  hidráulicas

• 6. Sistema de frenos de maquinarias

• 7. Prensas hidráulicas

• 8. Gatos hidráulicos

• 9. Otros aplicaciones

Autor:

Ing. Dionicio Gutierrez Quispe

INSTITUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
TECNOLÓGICO "TÚPAC AMARU"-CUSCO

CARRERA PROFESIONAL

MECÁNICA AUTOMOTRIZ

HIDRÁULICA

CUSCO- PERÚ