UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL

MATERIA: CAJAS AUTOMATICASTEMA: NOCIONES BASICAS PRINCIPIOS HIDRAULICOS

Conceptos Básicos de Neumática e Hidráulica

 

La palabra "Hidráulica" proviene del griego "hydor" que significa "agua", cubrió originalmente el estudio del comportamiento físico del agua en reposo y en movimiento. El uso ha ampliado su significado para incluir el comportamiento de todos los líquidos, aunque se refiera sobre todo al movimiento de líquidos. La hidráulica incluye la manera de la cual los líquidos actúan en los tanques y las cañerías, se ocupa de sus características, y explora maneras de aprovechar las mismas. Hoy el término hidráulica se emplea para referirse a la transmisión y control de fuerzas y movimientos por medio de líquidos, es decir, se utilizan los líquidos para la transmisión de energía, en la mayoría de los casos se trata de aceites minerales pero también pueden emplearse otros fluidos, como líquidos sintéticos, agua o una emulsión agua-aceite.

La potencia fluida es un término que fue creado para incluir la generación, control, y el uso de la energía en forma continua y eficaz de fluidos bombeados o comprimidos (líquidos o gases) cuando se utiliza esta energía para proporcionar la fuerza y el movimiento a los mecanismos. Esta fuerza y movimiento puede estar en forma de empuje, tracción, rotación, regulación, o conducción. La potencia fluida incluye la hidráulica, que se relaciona con los líquidos, y la neumática, que se relaciona con los gases. Los líquidos y los gases son similares en muchos aspectos.

DESARROLLO DE LA HIDRÁULICA

Aunque el desarrollo moderno de la hidráulica sea comparativamente reciente, las antiguas civilizaciones estaban familiarizadas con muchos principios hidráulicos y sus usos. Los egipcios y la población antigua de Persia, India, y China transportaron el agua a lo largo de canales para la irrigación y propósitos domésticos, usando las presas y esclusas para controlar el caudal. Los antiguos cretenses tenían un sistema de fontanería avanzado. Arquímedes estudió las leyes de la flotación y cuerpos sumergidos. Los romanos construyeron los acueductos para llevar el agua a sus ciudades.

Después de la desintegración del mundo antiguo, hubo pocas novedades por muchos siglos. Luego, durante un período comparativamente corto, comenzando cerca del final del siglo XVII, el físico italiano, Evangelista Torricelle, el físico francés, Edme Mariotte, y posteriormente, Daniel Bernoulli condujeron experimentos para estudiar los elementos de fuerza en la descarga del agua a través de pequeñas aberturas a los lados de los tanques y a través de cañerías cortas. Durante el mismo período, Blaise Pascal, científico francés, descubrió la ley fundamental de la ciencia de la hidráulica.

La ley de Pascal indica que el aumento en la presión sobre la superficie de un líquido confinado es transmitido sin disminución a través del recipiente o del

sistema que lo contiene . (Éste es el principio básico de la hidráulica).

Para que la ley de Pascal sea útil en usos prácticos, era necesario tener un pistón que “encajara exactamente.” No fue sino hasta la última parte del siglo XVIII en que fueron encontrados métodos para hacer piezas que encajaran con precisión según los requerimientos de los sistemas hidráulicos. Esto fue logrado por la invención de máquinas que fueron utilizadas para cortar y para dar forma a las piezas, logrando el encastre necesario, particularmente, por el desarrollo de juntas y empaquetaduras. Desde entonces, componentes tales como válvulas, bombas, cilindros actuadores, y motores han progresado y perfeccionado para hacer de la hidráulica una de tecnologías principales para transmitir potencia.

La prensa hidráulica, inventada por el inglés John Brahmah, fue uno de los primeras partes realizables de maquinaria desarrolladas que utilizaron la hidráulica en su operación. Consistió en una bomba de émbolo canalizada por tubos a un cilindro grande y a un pistón. Esta prensa encontró uso amplio en Inglaterra porque proporcionó medios más eficaces y más económicos de aplicar grandes fuerzas en aplicaciones industriales. .

CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA HIDRAÚLICA Y NEUMÁTICA

En la actualidad las aplicaciones de la oleohidráulica y neumática son muy variadas, esta amplitud en los usos se debe principalmente al diseño y fabricación de elementos de mayor precisión y con materiales de mejor calidad, acompañado además de estudios mas acabados de las materias y principios que rigen la hidráulica y neumática. Todo lo anterior se ha visto reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con mayor precisión y con mayores niveles de energía, lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de la industria en general.

Hoy, se utiliza la potencia hidráulica para hacer funcionar muchas y variadas herramientas y mecanismos. En un garaje, un mecánico levanta el extremo de un automóvil con un gato hidráulico. Los dentistas y los peluqueros utilizan transmisión hidráulica, a través pequeños movimientos de una palanca de mando, para levantar y colocar sus sillas a una altura de trabajo conveniente. Los cierres hidráulicos evitan que puertas pesadas se cierren de golpe. Los frenos hidráulicos han sido un equipo estándar en los automóviles desde los años 30. La mayoría de los automóviles se equipan con transmisiones automáticas que son accionadas hidráulicamente. La dirección hidráulica es otro uso de la potencia hidráulica. Los trabajadores de construcción dependen de la energía hidráulica para la operación de varios componentes de su equipamiento. Por ejemplo, la pala de una niveladora es accionada normalmente por energía hidráulica. Durante el período precedente a la Segunda Guerra Mundial la marina de guerra comenzó a aplicar la hidráulica a los mecanismos navales extensivamente. Desde entonces, los usos navales han aumentado al punto donde muchos dispositivos hidráulicos ingeniosos se utilizan en la solución de problemas de artillería, de aeronáutica, y de navegación. A bordo de la nave, se utiliza la transmisión hidráulica para operar equipos tales como el guinche de ancla, las grúas, dirección, dispositivos teledirigidos, y los impulsores hidráulicos de elevación y de entrenamiento para el armamento y los lanzacohetes. Los elevadores en portaaviones utilizan potencia hidráulica para transferir los aviones de la cubierta de hangar a la cubierta de vuelo y viceversa.

El uso extenso de la hidráulica y de la neumática para transmitir energía es debido al hecho de que los sistemas fluidos correctamente construidos poseen un número de características favorables. Eliminan la necesidad de sistemas complicados de engranajes, de levas, y de palancas. El movimiento se puede transmitir sin la holgura inherente en el uso de las piezas sólidas de máquina. Los líquidos usados no están sujetos a roturas al igual que las piezas mecánicas, y los mecanismos no se están expuestos a un gran desgaste. Las diversas piezas de un sistema de energía fluido se pueden situar convenientemente en puntos muy distanciados, puesto que las fuerzas generadas se transmiten rápidamente a distancias considerables con pequeñas pérdidas. Estas fuerzas se pueden desplazar hacia arriba y hacia abajo o a través de codos con pequeñas pérdidas en eficacia y sin mecanismos complicados. Fuerzas muy grandes se pueden controlar por otras más pequeñas y se pueden transmitir a través de líneas y de orificios comparativamente pequeños.

Si el sistema se adapta bien al trabajo que se requiere realizar, y si no se emplea mal, puede proporcionar una acción continua, flexible, uniforme y sin vibraciones, y no es afectado por variaciones de la carga. En caso de una sobrecarga, una reducción automática de la presión puede ser garantizada, de manera de proteger el sistema contra averías o tensiones excesivas. Los sistemas de potencia mediante fluidos pueden proporcionar amplios movimientos variables, tanto en la transmisión de energía rotatoria como en forma rectilínea. La necesidad del control manual puede ser reducida al mínimo. Además, los sistemas de potencia fluida son económicos para operar.

La pregunta que puede presentarse es porqué usar la hidráulica en ciertos usos y neumática en otros. Muchos factores son considerados por el usuario y/o el fabricante al determinar qué tipo de sistema utilizar en un uso específico. No hay reglas claras e inmediatas a seguir; sin embargo, la experiencia pasada ha proporcionado algunas conclusiones que se consideran generalmente cuando se toman tales decisiones. Si la necesidad del sistema requiere velocidad, una cantidad media de presión, y solamente un control relativamente exacto, un sistema neumático puede ser utilizado. Si el uso requiere solamente una cantidad media de presión y de un control más preciso, una combinación de hidráulica y de neumática puede ser utilizada. Si el uso requiere una gran cantidad de presión y/o control extremadamente exacto, un sistema hidráulico deberá ser le opción a elegir.

La hidráulica y la neumática se combinan para algunos usos. Esta combinación se refiere como hidroneumática. Un ejemplo de esta combinación es la elevación usada en garajes y estaciones de gasolina. La presión de aire se aplica a la superficie del fluido hidráulico en un depósito. La presión de aire fuerza el líquido hidráulico a levantar el elevador.

Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos, móviles e industriales:

Aplicaciones Móviles

El empleo de la energía proporcionada por el aire y aceite a presión, puede aplicarse para transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar vehículos móviles tales como:

Tractores Grúas Retroexcavadoras Camiones recolectores de basura Cargadores frontales Frenos y suspensiones de camiones Vehículos para la construcción y mantención de carreteras Etc.

Aplicaciones Industriales

En la industria, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la línea de producción, para estos efectos se utiliza con regularidad la energía proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene entre otros:

Maquinaria para la industria plástica Máquinas herramientas Maquinaria para la elaboración de alimentos Equipamiento para robótica y manipulación automatizada Equipo para montaje industrial Maquinaria para la minería Maquinaria para la industria siderúrgica Etc.

Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios de vehículos automotores, como automóviles, aplicaciones aerospaciales y aplicaciones navales, por otro lado se pueden tener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas aquellas áreas en que se requiere movimientos muy controlados y de alta precisión, así se tiene:

Aplicación automotriz: suspensión, frenos, dirección, refrigeración, etc. Aplicación Aeronáutica: timones, alerones, trenes de aterrizaje, frenos,

simuladores, equipos de mantenimiento aeronáutico, etc. Aplicación Naval: timón, mecanismos de transmisión, sistemas de mandos,

sistemas especializados de embarcaciones o buques militares Medicina: Instrumental quirúrgico, mesas de operaciones, camas de

hospital, sillas e instrumental odontológico, etc.

La hidráulica y neumática tienen aplicaciones tan variadas, que pueden ser empleadas incluso en controles escénicos (teatro), cinematografía, parques de entretenciones, represas, puentes levadizos, plataformas de perforación submarina, ascensores, mesas de levante de automóviles, etc.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA HIDRAULICA Y NEUMATICA

Los sistemas de transmisión de energía oleohidráulicos y neumáticos son una garantía de seguridad, calidad y fiabilidad a la vez que reducen costos.

La flexibilidad extrema de los elementos de potencia fluida presenta un número de problemas a tener en cuenta. Puesto que los fluidos no tienen ninguna forma propia, éstos deben ser confinados seguramente a lo largo de todo el sistema.

Consideraciones especiales se deben dar a la integridad estructural de las partes de un sistema de potencia fluido. El sistema deberá estar compuesto por cañerías y envases resistentes. Las pérdidas deberán ser evitadas. Esto es un problema grave con la alta presión obtenida en muchas instalaciones de potencia fluida.

La operación del sistema implica el movimiento constante del líquido dentro de las líneas y de los componentes. Este movimiento causa fricción dentro del líquido mismo y contra las superficies que lo contienen que, si son excesivas, pueden llevar a las pérdidas serias en eficiencia. No se debe permitir que materiales extraños se acumulen en el sistema, donde éstos pueden taponar los pequeños pasos o trabar piezas con ensamble muy preciso. La acción química puede causar la corrosión. Cualquier persona que trabaje con sistemas de potencia fluida debe saber cómo funciona dichos sistema y sus componentes, tanto en términos de principios generales comunes a todos los mecanismos físicos, así como las particularidades del dispositivo actual en uso. .

La Seguridad es de vital importancia en la navegación aérea y espacial, en la producción y funcionamiento de vehículos, en la minería y en la fabricación de productos frágiles. Por ejemplo, los sistemas oleohidráulicos y neumáticos se utilizan para asistir la dirección y el frenado de coches, camiones y autobuses. Los sistemas de control oleohidráulico y el tren de aterrizaje son los responsables de la seguridad en el despegue, aterrizaje y vuelo de aviones y naves espaciales. Los rápidos avances realizados por la minería y construcción de túneles son el resultado de la aplicación de modernos sistemas oleohidráulicos y neumáticos.

La Fiabilidad y la Precisión son necesarias en una amplia gama de aplicaciones industriales en las que los usuarios exigen cada vez más una mayor calidad. Los sistemas oleohidráulicos y neumáticos utilizados en la manipulación, sistemas de fijación y robots de soldadura aseguran un rendimiento y una productividad elevados, por ejemplo, en la fabricación de automóviles.

En relación con la industria del plástico, la combinación de la oleohidráulica, la neumática y la electrónica hacen posible que la producción esté completamente automatizada, ofreciendo un nivel de calidad constante con un elevado grado de precisión.

Los sistemas neumáticos juegan un papel clave en aquellos procesos en los que la higiene y la precisión son de suma importancia, como es el caso de las instalaciones de la industria farmacéutica y alimenticia, entre otras.

La Reducción en el costo es un factor vital a la hora de asegurar la competitividad de un país industrial.

La tecnología moderna debe ser rentable y la respuesta se encuentra en los sistemas oleohidráulicos y neumáticos. Entre otros ejemplos, cabe citar el uso generalizado de estos sistemas en la industria de carretillas elevadoras controladas hidráulicamente, las máquinas herramientas de alta tecnología, así como los equipos de fabricación para procesos de producción automatizada, las modernas excavadoras, las máquinas de construcción y obras públicas y la maquinaria agrícola.

Con respecto a la manipulación de materiales y para citar unos ejemplos, los

sistemas oleohidráulicos permiten que una sola persona pueda trasladar, fácil y rápidamente, grandes cantidades de arena o de carbón.

Ventajas de la Oleohidráulica

Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o mementos de giro El aceite empleado en el sistema es fácilmente recuperable Velocidad de actuación fácilmente controlable Instalaciones compactas Protección simple contra sobrecargas Cambios rápidos de sentido

Desventajas de la Oleohidráulica

El fluido es mas caro Perdidas de carga Personal especializado para la mantención Fluido muy sensible a la contaminación.

ESTADOS DE LA MATERIA

El material que compone el universo se conoce como materia. La materia se define como cualquier sustancia que ocupe el espacio y tenga peso. La materia existe en tres estados: sólido, líquido, y gaseoso; cada uno tiene distintas características. Los sólidos tienen un volumen y una forma definidos; los líquidos tienen un volumen definido, pero toman la forma de los recipientes que los contienen; los gases no tienen ni una forma definida ni un volumen definido. Los gases no sólo toman la forma del recipiente que los contiene, sino también se expanden y llenan el recipiente, sin importar su volumen. Los ejemplos de los estados de la materia son hierro, agua, y aire.

La materia puede cambiar de un estado a otro. El agua es un buen ejemplo. A temperaturas altas está en estado gaseoso conocido como vapor. A temperaturas moderadas es un líquido, y a bajas temperaturas se convierte en hielo, que es definitivamente estado sólido. En este ejemplo, la temperatura es el factor dominante en la determinación del estado que la sustancia asume.

La presión es otro factor importante que afectará a cambios en los estados de la materia. A presiones inferiores a la presión atmosférica, el agua hervirá y se transformará en vapor a temperaturas menores a 212° Fahrenheit (F). La presión es también un factor crítico en el cambio de algunos gases a líquidos o sólidos. Normalmente, cuando presión y enfriamiento son aplicadas a un gas en forma simultánea, el gas se transforma en estado líquido. El aire líquido, que es una mezcla de oxígeno y de nitrógeno, se produce de este modo.

En el estudio de la potencia de los fluidos, nos referimos sobre todo a las características y propiedades de líquidos y gases. Sin embargo, usted deberá tener presente que las características de los sólidos también afectan a las características de líquidos y gases. Las líneas de tuberías y los componentes, que son sólidos, contienen y controlan el líquido o el gas en sus respectivos sistemas..

Definiciones:

Fluido: Elemento en estado líquido o gaseoso, en estas páginas utilizaremos en los sistemas neumáticos "aire comprimido y en los sistemas hidráulicos "aceites derivados de petróleo".

Fluidos Hidráulicos : Misión de un fluido en oleohidráulica

Transmitir potencia Lubricar Minimizar fugas Minimizar pérdidas de carga

Fluidos empleados

Aceites minerales procedentes de la destilación del petróleo Agua – glicol Fluidos sintéticos Emulsiones agua – aceite

Generalidades

El aceite en sistemas hidráulicos desempeña la doble función de lubricar y transmitir potencia.

Constituye un factor vital en un sistema hidráulico, y por lo tanto, debe hacerse una selección cuidadosa del aceite con la asistencia de un proveedor técnicamente bien capacitado.

Una selección adecuada del aceite asegura una vida y funcionamiento satisfactorios de los componentes del sistema, principalmente de las bombas y motores hidráulicos y en general de los actuadores.

Algunos de los factores especialmente importantes en la selección del aceite para el uso en un sistema hidráulico industrial, son los siguientes:

1. El aceite debe contener aditivos que permitan asegurar una buena característica anti desgaste. No todos los aceites presentan estas características de manera notoria.

2. El aceite debe tener una viscosidad adecuada para mantener las características de lubricante y limitante de fugas a la temperatura esperada de trabajo del sistema hidráulico.

3. El aceite debe ser inhibidor de oxidación y corrosión. 4. El aceite debe presentar características antiespumantes.

Para obtener una óptima vida de funcionamiento, tanto del aceite como del sistema hidráulico; se recomienda una temperatura máxima de trabajo de 65ºC.

El estudio de los líquidos se divide en dos ramas principales: líquidos en reposo (hidrostática) y líquidos en el movimiento (hidráulica). Los efectos de líquidos en reposo se pueden expresar a menudo por fórmulas simples. Los efectos de los líquidos en el movimiento son más difíciles expresar debido a los factores friccionales y otros cuyas acciones no se pueden expresar por matemáticas

simples.

Ya vimos que los líquidos tienen un volumen definido pero toman la forma del recipiente que los contiene. Hay dos características adicionales que debemos explorar antes de proseguir:

Los líquidos son casi incompresibles. Por ejemplo, si una presión de 100 libras por la pulgada cuadrada (psi) se aplica a un volumen dado de agua que esté a la presión atmosférica, el volumen disminuirá solamente un 0.03 por ciento. Necesitaríamos una fuerza de aproximadamente 32 toneladas para reducir su volumen en un 10 por ciento; sin embargo, cuando se quita esta fuerza, el agua vuelve inmediatamente a su volumen original. Otros líquidos se comportan de manera casi parecida al agua.

Otra característica de un líquido es la tendencia a mantener su nivel superficial libremente. Si la superficie no está a nivel, los líquidos fluirán en la dirección que corresponda tendiendo a nivelar su superficie.

Hidráulica : Líquidos hidráulicos. Propiedades.

FLUIDOS HIDRÁULICOS

Durante el diseño de equipamiento que requiera potencia fluida, muchos factores son considerados en la selección del tipo de sistema a ser usado (hidráulico, neumático, o de una combinación de los dos). Algunos de los factores son velocidad requerida y exactitud de la operación, condiciones atmosféricas en los alrededores, situaciones económicas, disponibilidad del líquido de reemplazo, nivel requerido de la presión, gama de temperaturas de funcionamiento, posibilidades de contaminación, coste de líneas de transmisión, limitaciones del equipo, lubricidad, seguridad a los operarios, y vida de servicio prevista del equipo.

Después de que el tipo de sistema se haya seleccionado, muchos de estos mismos factores deben ser considerados en la selección del fluido para el funcionamiento del sistema. Veamos a continuación las propiedades y las características deseadas de líquidos hidráulicos; tipos de líquidos hidráulicos; peligros y medidas de seguridad para de trabajo, manejo, y disposición de líquidos hidráulicos; tipos y control de contaminación; y muestreo

PROPIEDADES

Si la fluidez (la característica física de una sustancia que le permite fluir) y la incompresibilidad eran las únicas características requeridas, cualquier líquido no muy denso se

podría utilizar en un sistema hidráulico.

Sin embargo, un líquido satisfactorio para un sistema particular debe poseer un número de otras propiedades. Las propiedades más importantes y algunas características se discuten en los párrafos siguientes

VISCOSIDAD

La viscosidad es una de las características más importantes de los líquidos hidráulicos. Es una medida de la resistencia de un líquido al flujo. Un líquido, tal como gasolina, que fluye fácilmente tiene una viscosidad baja; y un líquido, tal como alquitrán, que fluye lentamente tiene una gran viscosidad. La viscosidad de un líquido es afectada por los cambios en temperatura y la presión.

Mientras que la temperatura de un líquido aumenta, su viscosidad disminuye. Es decir, un líquido fluye más fácilmente cuando está caliente que cuando está frío. La viscosidad de un líquido se incrementa a medida que la presión sobre el mismo sube.

Un líquido satisfactorio para un sistema hidráulico debe ser lo suficientemente denso para proporcionar un buen sello en las bombas, motores, válvulas, y así sucesivamente. Estos componentes dependen de un estrecho encastre para crear y mantener la presión. Cualquier fuga interna a través de estos encastres da lugar a pérdidas de presión, de control instantáneo, y de eficacia de la bomba.

Las pérdidas por filtraciones son mayores con líquidos más livianos (viscosidad baja). Un líquido que es demasiado liviano también permitirá un rápido desgaste de piezas móviles, o de las piezas que funcionan bajo cargas pesadas. Por otra parte, si el líquido es demasiado espeso (viscosidad demasiado elevada), la fricción interna del líquido causará un aumento en la resistencia al flujo del líquido a través de las separaciones de piezas con ajuste estrecho, de líneas, y de pasos internos. Esto da lugar a caídas de presión a través de todo el sistema, lentitud de operación del equipo, y un aumento en el consumo de energía.

PODER LUBRICANTE

Si el movimiento ocurre entre superficies en contacto, la fricción tiende a oponerse al movimiento.

Cuando la presión empuja el líquido de un sistema hidráulico entre las superficies de piezas móviles, el líquido se extiende en

una fina película que permite a las piezas moverse más libremente. Diversos líquidos, incluyendo los aceites, varían ampliamente no sólo en su capacidad de lubricación sino también en la resistencia de la película. La resistencia de película es la capacidad de un líquido a resistir de ser limpiado o ser escurrido entre las superficies cuando se dispersa en una capa extremadamente delgada. Un líquido no lubricará más si la película se rompe, puesto que el movimiento de una parte contra otra parte barre el metal limpiando el líquido.

El poder lubricante varía con los cambios de temperatura; por lo tanto, las condiciones climáticas y de trabajo deben entrar en la determinación de las calidades de lubricación de un líquido. A diferencia de la viscosidad, que es una característica física, el poder lubricante y resistencia de la película de un líquido están directamente relacionados con su naturaleza química. Las cualidades de lubricación y de resistencia de la película se pueden mejorar mediante la adición de ciertos agentes químicos. ESTABILIDAD QUÍMICA

La estabilidad química es otra característica que es excesivamente importante en la selección de un líquido hidráulico. Se define como la capacidad del líquido de resistir la oxidación y el deterioro por largos períodos. Todos los líquidos tienden a experimentar cambios desfavorables bajo condiciones de funcionamiento severas. Esto es el caso, por ejemplo, cuando un sistema funciona por un considerable periodo de tiempo a elevadas temperaturas.

Las temperaturas excesivas, especialmente extremadamente altas temperaturas, tienen un gran efecto sobre la vida de un líquido. La temperatura del líquido en el depósito de un sistema hidráulico, no siempre indica las condiciones de funcionamiento a lo largo del sistema. Puntos calientes localizados ocurren en los cojinetes, dientes de engranaje, o en otros puntos donde el líquido bajo presión es forzado a pasar través de pequeños orificios. El paso continuo del líquido a través de estos puntos puede producir temperaturas locales suficientemente altas como para carbonizar el líquido o para convertirlo en sedimento, y a la vez el líquido en el depósito puede no indicar una temperatura excesivamente alta.

Los líquidos se pueden contaminar si están expuestos al aire, al agua, a la sal, o a otras impurezas, especialmente si están en el movimiento constante o se sujetan al calor. Algunos metales, tales como cinc, plomo, latón, y cobre, tienen reacciones químicas indeseables con ciertos líquidos.

Estas reacciones químicas dan lugar a la formación de lodo, gomas, carbón, u otros depósitos que obstruyen aberturas, y hacen que válvulas y pistones se peguen o produzcan pérdidas, dando una lubricación pobre a las piezas móviles. Una vez que una pequeña cantidad de lodo o de otros depósitos se forma, el índice de formación aumenta generalmente más rápidamente. Mientras que se forman estos depósitos, ciertos cambios en las características físicas y químicas del líquido ocurren. El líquido llega a ser generalmente más oscuro, la viscosidad aumenta y se forman ácidos perjudiciales.

El grado al cual los cambios ocurren en diversos líquidos depende del tipo de

fluido, tipo de refinamiento, y si el mismo se ha tratado para proporcionar mayor resistencia a la oxidación. La estabilidad de líquidos se puede mejorar mediante la adición de inhibidores de oxidación. Los inhibidores seleccionados para mejorar la estabilidad deben ser compatibles con las otras características requeridas del líquido.

GRADO DE ACIDEZ

Un líquido hidráulico ideal debe estar libre de los ácidos que causan la corrosión de los metales en el sistema. En la mayoría de los líquidos no se puede esperar que éstos sigan siendo no corrosivos bajo condiciones de funcionamiento severas. El grado de acidez de un líquido, cuando es nuevo, puede ser satisfactorio; pero por el uso posterior, el líquido puede tender a llegar a ser corrosivo mientras que comienza a deteriorar.

Muchos sistemas quedan parados por largos periodos de tiempo después de funcionar a temperaturas altas. Esto permite que la humedad se condense en el sistema, dando por resultado la formación de herrumbre.

Ciertos aditivos para evitar la corrosión y el óxido se agregan a los líquidos hidráulicos. Algunos de estos aditivos son eficaces solamente por un período limitado. Por lo tanto, el mejor procedimiento es utilizar el líquido especificado para el sistema, durante el tiempo especificado por el fabricante del sistema y proteger el líquido y el sistema tanto como sea posible contra la contaminación por material extraño, contra temperaturas anormales, y contra el uso erróneo.

PUNTO DE INFLAMACIÓN

El punto de inflamación es la temperatura a la cual un líquido emite vapor en suficiente cantidad para encender momentáneamente o para producir un destello cuando una llama es aplicada. Un alto punto de inflamación es deseable para los líquidos hidráulicos porque así se proporciona una buena resistencia a la combustión y un grado bajo de evaporación a temperaturas normales. Los mínimos requeridos del punto de inflamación varían desde 300°F para los aceites más livianos a 510°F para los aceites más pesados

PUNTO DE IGNICIÓN

El punto de ignición es la temperatura en la cual una sustancia emite el vapor en suficiente cantidad para encenderse y para continuar quemándose cuando está expuesta a una chispa o a una llama. Como el punto de inflamación, un alto punto de ignición es deseable en los líquidos hidráulicos.

TOXICIDAD MÍNIMA

La toxicidad se define como la calidad, el estado, o el grado tóxico o venenoso. Algunos líquidos contienen productos químicos que son un peligro tóxico serio. Estos productos químicos tóxicos o venenosos pueden ingresar al cuerpo por inhalación, por absorción a través de la piel, o a través de los ojos o de la boca. El resultado es una enfermedad y, en algunos casos, la muerte.

Los fabricantes de líquidos hidráulicos se esfuerzan por producir líquidos

adecuados que no contengan ningún producto químico tóxico y, consecuentemente, la mayoría de los líquidos hidráulicos están libres de estos productos químicos riesgosos. Algunos líquidos resistentes al fuego son tóxicos, y la protección y el cuidado conveniente en la manipulación de los mismos deben ser informados al usuario.

DENSIDAD Y COMPRESIBILIDAD

Un líquido con una gravedad específica de menos de 1.0 es deseable cuando el peso es crítico, aunque con un diseño de sistema apropiado, un líquido con una gravedad específica mayor que uno puede ser tolerado. Donde la evasión en la detección por unidades militares sea necesaria, un líquido que se hunda en vez de subir a la superficie del agua es preferible. Los fluidos que tengan una gravedad específica mayor de 1.0 son los más indicados, dado que al escaparse el líquido, éste se hundirá, permitiendo que el recipiente con la pérdida siga siendo desapercibido.

Vimos que bajo presión extrema un líquido se puede comprimir hasta 7 por ciento de su volumen original. Los fluidos altamente compresibles producen una operación lenta del sistema. Esto no presenta un problema grave en operaciones pequeñas, de baja velocidad, pero debe ser considerado en las instrucciones de manejo.

TENDENCIA A PRODUCIR ESPUMA

La espuma es una emulsión de burbujas de gas en el líquido. La espuma en un sistema hidráulico resulta de los gases comprimidos en el líquido hidráulico. Un líquido bajo alta presión puede contener un gran volumen de burbujas de aire. Cuando se despresuriza este líquido, y luego alcanza el depósito, las burbujas de gas en el fluido crecen y producen espuma. Cualquier cantidad de espuma puede causar cavitación de la bomba y producir una pobre respuesta del sistema. Por lo tanto, agentes despumantes se agregan a menudo a los líquidos para evitar la formación de espuma.

La limpieza en sistemas hidráulicos ha recibido la considerable atención recientemente. Algunos sistemas hidráulicos, tales como sistemas hidráulicos aeroespaciales, son extremadamente sensibles a la contaminación. La limpieza del fluido es de importancia primaria porque los contaminantes pueden causar el malfuncionamiento de los componentes, evitar el cierre apropiado de las válvulas, causar desgaste en componentes, y puede aumentar el tiempo de reacción de servoválvulas.

LIMPIEZA

El interior de un sistema hidráulico sólo se puede mantener tan limpio como el líquido agregado al mismo. La limpieza inicial del líquido hidráulico puede ser alcanzada observando rigurosos requisitos de limpieza, o filtrando todo el líquido agregado al sistema.

TIPOS DE LÍQUIDOS HIDRÁULICOS

Ha habido muchos líquidos probados para el uso en sistemas hidráulicos.

Actualmente, los líquidos que son utilizados incluyen el aceite mineral, el agua, el ester de fosfato, compuestos a base de agua de glicol de etileno, y los fluidos de silicona. Los tres tipos más comunes de líquidos hidráulicos son a base de petróleo, sintéticos resistentes al fuego, y a base de agua resistentes al fuego

Sistema de transmisión de energía Neumática e Hidráulica.

Es un sistema en el cual se genera, transmite y controla la aplicación de potencia a través del aire comprimido y la circulación de aceite en un circuito. El sistema puede dividirse en tres grandes grupos que observamos en el diagrama de bloques de la figura 1.1.

Comenzando desde la izquierda de] diagrama, la primera sección corresponde a la conversión de Energía Eléctrica y/o Mecánica en un sistema de energía Neumática ylo Hidráulica.

Un motor eléctrico, de explosión o de otra naturaleza está vinculado a una bomba o compresor, a cuya salida se obtiene un cierto

caudal a una determinada presión. 

En la parte central del diagrama, el fluido es conducido a través de tubería al lugar de utilización.

A la derecha en el diagrama, el aire comprimido o el aceite en movimiento produce una reconversión en Energía mecánica mediante su acción sobre un cilindro o un motor neumático o hidráulico. Con las válvulas se controla la dirección del movimiento, la velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o cilindro.

Leyes físicas relativas a los fluidos.

Hay infinidad de leyes físicas relativas al comportamiento de los fluidos, muchas de ellas son utilizadas con propósitos científicos o de experimentación, nosotros nos limitaremos a estudiar aquellas que tienen aplicación practica en nuestro trabajo.

Conceptos de Presión y Fuerza

Ley de Pascal.

La ley más elemental de la física referida a la hidráulica y neumática fue descubierta y formulada por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de Pascal, que dice: 

"La presión existente en un líquido confinado actúa igualmente en todas direcciones, y lo hace formando ángulos rectos con la superficie del recipiente".La presión en un líquido sólo depende de la profundidad, cualquier incremento de presión en la superficie debe transmitirse a cada punto en el fluido. Esto lo reconoció por primera vez el científico francés Blaise Pascal y se conoce como Ley de Pascal. La figura 1-2 ilustra la Ley de Pascal. El fluido confinado en la sección de una tubería ejerce igual fuerza en todas direcciones, y perpendicularmente a las paredes. 

La figura 1-3 muestra la sección transversal de un recipiente de forma irregular, que tiene paredes rígidas El fluido confinado en el ejerce la misma presión en todas las direcciones, tal como lo indican las flechas. Si las paredes fueran flexibles, la sección asumiría forma circular. Es entonces la Ley de Pascal que hace que una manguera contra incendios asuma forma cilíndrica cuando es conectada al suministro. Es importante la diferencia entre cómo actúa la fuerza sobre un fluido y cómo lo hace sobre un sólido. Puesto que el sólido es un cuerpo rígido, puede soportar que se le aplique una fuerza sin que cambie apreciablemente su forma. Por otra parte, un líquido puede soportar una fuerzaúnicamente en una superficie o frontera cerrada.

Nota que la fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene siempre actúa en forma perpendicular a esas paredes.Ésta es una característica propia de los fluidos que hace que el concepto de presión sea muy útil. Si se perforan agujeros a los lados y al fondo de un barril con agua, se demuestra que la fuerza ejercida por el agua es en cualquier parte perpendicular a la superficie del barril.

Cualquier persona que haya tratado de mantener una balsa por debajo de la superficie del agua se convence de inmediato de la existencia de una presión hacia arriba. En realidad nos damos cuenta que: Los fluidos ejercen presión en todas direcciones.

Aplicación de la Ley de Pascal por Bramah

En los primeros años de la Revolución Industrial, un mecánico de origen británico llamado Joseph Bramah, utilizó el descubrimiento de Pascal y por ende el llamado Principio de Pascal para fabricar una prensa hidráulica.

Bramah pensó que si una pequeña fuerza, actuaba sobre un área pequeña, ésta crearía una fuerza proporcionalmente mas grande sobre una superficie mayor, el único límite a la fuerza que puede ejercer una máquina, es el área a la cual se aplica la presión.

Esto se puede apreciar en el siguiente ejemplo

¿Qué fuerza F1 se requiere para mover una carga K de 10.000 kg?

Considerar los datos del dibujo.

Como: p = F/A

A2 = 10 cm²; K = 10.000 kgf

p2 = 10.000 kgf/ 10 cm² => p2 = 1.000 kgf/cm²

Como en un circuito cerrado, de acuerdo al principio de Pascal, la presión es igual en todas direcciones normales a las superficies de medición, se puede decir que la presión aplicada al área 2 es igual que la aplicada al área 1

p1 = p2

F1 = 1.000 kgf/cm² x 5 cm² => F1 = 5.000 kgf

F = p x A

De esto se concluye que el área es inversamente proporcional a la presión y directamente proporcional a la fuerza.

Para el ejemplo se tiene que el equilibrio se logra aplicando una fuerza menor que el peso ya que el área es menor que la que soporta el peso.

Un claro ejemplo de esto son las gatas hidráulicas.

El efecto de la temperatura en los fluidos.

Es bien conocido el efecto de expansión de líquidos y gases por aumento de la temperatura. La relación entre la temperatura, volumen y presión de un gas podemos calcularla por la ley de Charles.

La expansión del aceite hidráulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas condiciones por ejemplo un cilindro hidráulico lleno de aceite en una de sus cámaras y desconectado mediante acoplamientos rápidos de la línea de alimentación, no presenta lugar para una expansión cuando es expuesto al calor.

La presión interna puede alcanzar valores de 350 Kg/cm² y aun 1.400 Kg/cm² dependiendo del incremento de temperatura y características del cilindro

Compresibilidad de los Fluidos.

Todos los materiales en estado gaseoso, liquido o sólido son compresibles en mayor o menor grado. Para las aplicaciones hidráulicas usuales el aceite hidráulico es considerado incompresible, si bien cuando una fuerza es aplicada la reducción de volumen será de 1/2 % por cada 70 Kg/cm² de presión interna en el seno del fluido.

De la misma forma que los diseñadores de estructuras deben tener en cuenta el comportamiento del acero a la compresión y elongación , el diseñado hidráulico en muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los líquidos, podemos citar como ejemplo, la rigidez en un servomecanismo, o el calculo del volumen de descompresión de una prensa hidráulica para prevenir el golpe de ariete.

Transmisión de Potencia

La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisión de potencia en los sistemas neumáticos e hidráulicos. Una fuerza mecánica, trabajo o potencia es aplicada en el pistón A. La presión interna desarrollada en el fluido ejerciendo una fuerza de empuje en el pistón B.

Según la ley de Pascal la presión desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos por la que la fuerza desarrollada en el pistón B es igual a la fuerza ejercida en el fluido por el pistón A, asumiendo que los diámetros de A y B son iguales.

Transmisión de Potencia a través de una tubería.

El largo cilindro de la figura 1-7, puede ser dividido en dos cilindros individuales del mismo diámetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una cañería. El mismo principio de transmisión de la fuerza puede ser aplicado, y la fuerza desarrollada en el pistón B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistón A.

La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales. La figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidráulicos y/o neumáticos al poder ubicarse los componentes aislantes no de otro, y transmitir las fuerzas en forma inmediata a través de distancias considerables con escasas perdidas. Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posición . 

aun doblando esquinas, pueden transmitirse a través de tuberías relativamente pequeñas con pequeñas perdidas de potencia.

La distancia L que separa la generación, pistón A, del punto de utilización pistón B, es usualmente de 1,5 a 6 metros en los sistemas hidráulicos, y de 30 a 60 metros en aire comprimido. Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente diseñados.

Presión Hidráulica.

La presión ejercida por un fluido es medida en unidades de presión. Las unidades comúnmente utilizadas son :

La libra por pulgada cuadrada = PSI El Kilogramo por centímetro cuadrado = Kg/cm² El Kilogramo fuerza por centímetro cuadrado = Kp/cm² El bar = bar

Existiendo la siguiente relación aproximada :

Kg /cm² ~  Kp/cm²  ~ bar

En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vástago de un pistón se distribuye sobre toda la superficie de este. Por ello para encontrar la presión que se desarrollará en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistón

La figura 1-10B, una fuerza de 2200 Kg. ejercida en el extremo del vástago es distribuida sobre 200 cm² por lo que la fuerza por cm² será de10 Kg. y esto lo indica el manómetro

Este principio tiene carácter reversible  , en la figura 1-11 la presión interna del fluido actuando sobre el área del pistón produce una fuerza de empuje en el extremo del vástago .

La presión interna indicada por el manómetro 70Kg/cm² actúa sobre 120 cm² de área de pistón produciendo un empuje de 8400 Kg.

No olvidemos que para hallar la superficie de un pistón debemos aplicar la formula:

ÁREA =  PI * R2

 

PRINCIPIOS ELECTRICOS

INTENSIDAD

- Se da este nombre a la cantidad de corriente eléctrica que circula por un conductor en una unidad de tiempo. (AMPERIOS).

RESISTENCIA

-Es la oposición que presenta un cuerpo al paso de corriente eléctrica por su interior. (OHM)

DIFERENCIA DE POTENCIAL O VOLTAJE

- Es la fuerza que impulsa a los electrones a través de un conductor. ( voltio)

ELEMENTOS ELECTRICOS Y ELECTRONICOS

SENSORES

Transforman una magnitud física o química en una

eléctrica.

Clasificación:

1.- TAREA Y APLICACIÓN

Función, control, regulación

Seguridad y protección

Supervisión e información

2.- TIPO DE SEÑAL

MODELOS DE SENSORES

› Posición (recorrido o ángulo)

› De revolución y velocidad

› Aceleración y vibración

› De presión

› Medidores de caudal

› Temperatura

› Suciedad

ACTUADORES

Son la interfaz entre el procesamiento de la señal y el proceso mecánico

Actuadores eléctricos mecánicos

Actuadores hidráulico mecánicos

PUEDEN SER VALVULAS:

Válvula de distribución

Válvula reguladora de caudal

Válvula de presión

Válvulas distribuidoras proporcionales

MECANICOS

Cálculo diferentes relaciones transmisión de los engranajes planetarios