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La Hidráulica y la Neumática Industrial, son ramas de la mecánica de los fluidos que se ocupan del diseño y funcionamiento de los sistemas Hidráulicos y Neumáticos utilizados en la industria en general
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Los fluidos se emplean para la transmisión de presión, y la capacidad de estos de transmitir energía
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La mecánica de fluidos nace con Prandtl (1875-1953), que en las primera décadas del siglo actual elaboró la síntesis entre la Hidráulica practica y la Hidrodinámica teórica
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Cinco matemáticos del siglo XVIII, Bernoulli, Clairaut, D`Alembert, Lagrange y Euler habían elaborado con el creciente cálculo diferencial e integral una síntesis Hidrodinámica perfecta; pero no habían obtenido grandes resultados prácticos
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Técnicas de Fluidos
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Se ocupan de las características mecánicas de los fluidos
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Fluido
Es aquella sustancia que debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que los contiene. Los fluidos se dividen en líquidos y gases
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Hidromecánica
La hidromecánica estudia la propiedades físicas y la conducta de los líquidos en reposo y en movimiento
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Leyes Hidrostáticas
Para la Mecánica de líquidos en reposo
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Leyes de la Hidrocinética
Para la Mecánica de líquidos en movimiento
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ENERGIA
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Según la primera ley de la termodinámica
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“La energía puede transformarse, pero no se puede crear ni destruir”
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Es decir la energía solo se transforma
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Sistema de transformación de energía
Salida de energía
Sistema
Entrada de energía
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La energía óleo hidráulica
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Tiene como fuente
un sistema de transformación de un sistema de transformación de energía que conoceremos comoenergía que conoceremos como
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Unidad central de fuerza
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Esquema básico UCF
Motor eléctrico + Bomba hidráulicaMotor eléctrico + Bomba hidráulica
Entrada:Entrada: energía energía eléctrica ó eléctrica ó mecánicamecánica
Salida:Salida: energía energía hidráulicahidráulica
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Diagrama hidráulico UCF
P/1 Moto BombaP/1 Moto Bomba LP/1 Limitadora presiónLP/1 Limitadora presión PI/1 manómetroPI/1 manómetro T/1 EstanqueT/1 Estanque FL/1 Filtro SucciónFL/1 Filtro Succión
MP/1
LP/1
PI/1
T/1 FL/1
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Sistema que transforma
La energía eléctrica ó mecánica en La energía eléctrica ó mecánica en potencia hidráulica (presión * caudal)potencia hidráulica (presión * caudal)
P = p * Q P = p * Q
P = [(bar *l/min)/600] KwP = [(bar *l/min)/600] Kw
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Energía hidráulica
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Sistema Transformación
Energía hidráulica en MecánicaEnergía hidráulica en Mecánica
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Salida Movimiento lineal ó rotatorio
Sistema Transformación
Entrada de energía hidráulica
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actuadores hidráulicos
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Cilindros y motores,Cilindros y motores,
transforman la energía hidráulica transforman la energía hidráulica en trabajo mecánico, basado en en trabajo mecánico, basado en las leyes de la hidromecánica las leyes de la hidromecánica (hidrostática e hidrocinética)(hidrostática e hidrocinética)
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Salida: Movimiento linealW = F * s
W = (p * A) * s
Cilindro HidráulicoF = p * a
Entrada: energía hidráulicaP = p * Q
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Características de la técnica de fluidos hidráulicos
Transmite fuerzas grandes o de tamaño Transmite fuerzas grandes o de tamaño reducidoreducido
El funcionamiento bajo carga es posible desde El funcionamiento bajo carga es posible desde el reposoel reposo
La variación continua, (mando y regulación) se La variación continua, (mando y regulación) se puede realizar fácilmentepuede realizar fácilmente
Protección simple contra sobrecargasProtección simple contra sobrecargasPermite la acumulación de energía con gasesPermite la acumulación de energía con gasesTransformación simple de energíaTransformación simple de energía
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Presión:
La presión ejercida por un cuerpo, sobre La presión ejercida por un cuerpo, sobre una superficie horizontal de área A, una superficie horizontal de área A, debida a la fuerza vertical F, esta debida a la fuerza vertical F, esta definida por la siguiente ecuacióndefinida por la siguiente ecuación
Pam
N
A
FP 2
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Ejemplo
calcule la presión ejercida por los tacos de una dama que pesa 51 Kg y el Ø de sus tacos es 1 Cm:
2A
Fp
dónde gmF y 4
2dA
m = 51 Kg d = 1 Cm = 0.01 m g = 9.81 m/s2 1 N/m2 = 0.00001 Bar
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La presión de los tacos
23.50081.951s
mKgF
y
22
0000785.04
01.0mA
l u e g o )(318662420000785.0
3.5002
Pam
Np
Bar,costap 931
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Para presiones bajas
la presión generada por una columna de la presión generada por una columna de liquido es función de la altura equivalente, liquido es función de la altura equivalente, expresada con frecuenciaexpresada con frecuencia,, como la presión en como la presión en altura equivalente;altura equivalente;
por ejemplo:por ejemplo: en metro de columna de agua,en metro de columna de agua, en mm de columna de mercurio.en mm de columna de mercurio.
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Presión en columna
A continuación se deduce una ecuación, que A continuación se deduce una ecuación, que permite pasar fácilmente de una presión permite pasar fácilmente de una presión expresada en columna equivalente de un expresada en columna equivalente de un fluido a la expresada en unidades de presión fluido a la expresada en unidades de presión de un sistema cualquierade un sistema cualquiera
A
ghA
A
gV
A
FP
*****
hgp **
Pascalm
N
ms
mmKgp
22
3
*
*/
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DENSIDAD ABSOLUTA:
La densidad de un fluido es la masa por unidad de La densidad de un fluido es la masa por unidad de volumen. La densidad de un fluido es función de la volumen. La densidad de un fluido es función de la temperatura y la presión. La variación de la densidad temperatura y la presión. La variación de la densidad absoluta de los líquidos es muy pequeña, salvo a absoluta de los líquidos es muy pequeña, salvo a presiones relativamente altas y para todos los cálculos presiones relativamente altas y para todos los cálculos prácticos esta pequeña variación puede despreciaseprácticos esta pequeña variación puede despreciase..
M = Masa del fluido.M = Masa del fluido.
V = Volumen del fluidoV = Volumen del fluido
V
M
3m
Kg
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DENSIDAD RELATIVA:
Es la relación entre la masa de un cuerpo y la Es la relación entre la masa de un cuerpo y la masa de un mismo volumen de agua a la presión masa de un mismo volumen de agua a la presión atmosférica y un temperatura de 4ºC. Esta atmosférica y un temperatura de 4ºC. Esta relación es igual a la de los pesos específicos del relación es igual a la de los pesos específicos del cuerpo en cuestión y del agua en las mismas cuerpo en cuestión y del agua en las mismas condiciones. La densidad condiciones. La densidad relativa es una magnitud relativa es una magnitud adimensional.adimensional.
OH
s
2 ó
OH
s
2
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Ejemplo
Para el aguaPara el agua
3
3
1000
10002
mKg
mKg
OH
12 OH
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Densidad Relativa de Algunos Líquidos
Líquido Densidad relativa Temperatura º C
Agua Dulce 1 4 Agua de mar 1.02 – 1.03 4 Petróleo bruto ligero 0.86 – 0.88 15 Petróleo bruto medio 0.88 – 0.90 15 Petróleo bruto pesado 0.92 – 0.93 15 Kerosene 0.79 – 0.82 15 Gasolina ordinaria 0.70 – 0.75 15 Aceite lubricante 0.89 – 0.92 15 Fuel oil 0.89 – 0.94 15 Alcohol sin agua 0.79 – 0.80 15 Glicerina 1.26 0 Mercurio 13.6 0
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Ejemplo Sí se calcula en metros columna de agua la Sí se calcula en metros columna de agua la
presión ejercida por 1 atmósfera, tenemos:presión ejercida por 1 atmósfera, tenemos: P = 1 atm. = 10P = 1 atm. = 1055 N/m N/m22
Densidad Absoluta agua = 1000 Kg/mDensidad Absoluta agua = 1000 Kg/m33
g = 9.81 m/sg = 9.81 m/s22
100000 = 1000 * 9.81 * h100000 = 1000 * 9.81 * h
hgp OH **2
OH2
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Presión atmosférica en m.c.h
mh 19.109810
100000
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PRESION ATMOSFERICA:
Sobre la superficie libre de un liquido Sobre la superficie libre de un liquido reina la presión de aire o gas que reina la presión de aire o gas que sobre ella existe.sobre ella existe.
Esta presión puede adquirir un valor Esta presión puede adquirir un valor cualquiera en un recipiente cerrado, cualquiera en un recipiente cerrado, pero si el recipiente se encuentra pero si el recipiente se encuentra abierto, sobre la superficie libre del abierto, sobre la superficie libre del liquido reina la presión atmosféricaliquido reina la presión atmosférica
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PRESION ABSOLUTA:
Las presiones absolutas se Las presiones absolutas se miden con relación al 0 miden con relación al 0 absoluto (vacío total ó 100% absoluto (vacío total ó 100% de vacío).de vacío).
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PRESION RELATIVA:
Las presiones relativas Las presiones relativas (Manométrica y Vacuométrica) se (Manométrica y Vacuométrica) se miden con relación a la presión miden con relación a la presión atmosférica. La mayoría de los atmosférica. La mayoría de los manómetros están construidos de manómetros están construidos de manera que solo miden presiones manera que solo miden presiones relativas con relación a la relativas con relación a la atmósfera localatmósfera local
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aatmosfericrelativaabsoluta PPP
Presión Absoluta
P absolutavacío
P absoluta
P atmosféricanormal
P atmosféricalocal
P relativa(manométrica)