Introducción a la Hidráulica

Presentación del tema: "Introducción a la Hidráulica"— Transcripción de la presentación:

1 Introducción a la Hidráulica
ISRAEL PEÑA RIVERA, OSVALDO PICAZO CASTILLO, RICARDO GONZÁLEZ CRUZ, JOSE GERARDO GÓMEZ MÉNDEZ, LUIS MANUEL FLORES ÁLVAREZ

2 Fundamentos “Hidros” – agua, “ “Aulos” - Flauta
Ciencia perteneciente a la física Estudia la transmisión y regulación de fuerzas y movimientos por medio de los líquidos Transforma energía mecánica o eléctrica en hidráulica para tener un beneficio de energía mecánica. Propiedad de incompresibilidad de los líquidos permite transferir y multiplicar fuerzas.

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4 Circuito hidráulico básico
Depósito: contiene aceite Bomba: impulsa el aceite, intentando hacerlo fluir por el circuito Válvula direccional accionada por palanca: permite a un operador controlar manualmente el flujo hacia el cilindro. Cilindro: convierte energía del fluido en potencia mecánica lineal. Válvula de alivio: limita la presión del sistema a un nivel seguro, permitiendo al aceite fluir directamente desde la bomba hacia el depósito, cuando la presión de la salida de la bomba alcanza cierto nivel.

5 Elementos básicos en circuitos hidráulicos
Depósito Acondicionadores del aceite Elementos de regulación y control (válvulas) Depósito Su misión es recuperar el fluido después de usarlo y mantener un nivel adecuado al uso de la instalación. Acondicionadores del aceite Son dispositivos que nos permiten mantener el aceite en unas condiciones de limpieza adecuadas al uso de los elementos de la instalación, de tal manera, que alarga la vida de ésta. Estos elementos son: Filtro Manómetro Elementos de regulación y control (válvulas) Son los encargados de regular el paso del aceite desde las bombas a los elementos actuadores. Estos elementos, que se denominan válvulas, pueden ser activados de diversas formas: manualmente, por circuitos eléctricos, neumáticos, hidráulicos o mecánicos. La clasificación de estas válvulas se puede hacer en tres grandes grupos: de dirección, antirretorno, y de presión y caudal.

6 Propiedades de los fluidos
Los líquidos y los gases tienen la capacidad de fluir debido a la movilidad de las partículas que los constituyen. Viscosidad Fluidez Densidad Compresibilidad Presión Viscosidad  La viscosidad es la propiedad que determina la medida de la fluidez a determinadas temperaturas. A más viscoso menos fluye un fluido. Cuanto más viscoso es un fluido es más pastoso y menos se desliza por las paredes del recipiente. Podemos decir también que es la mayor o menor resistencia que ofrece un líquido para fluir libremente. A más resistencia a fluir más viscoso. Si existe una mayor viscosidad, el líquido fluye más lentamente. A más temperatura menos viscoso es un fluido. El movimiento de los fluidos se puede ver ligeramente frenado por el rozamiento entre sus partículas en la dirección de su desplazamiento. Este fenómeno es mucho más importante en los líquidos que sufren una pérdida apreciable de energía y de presión a medida que se mueve por tuberías o canales. Fluidez Es parecido a la viscosidad pero lo contrario. Es una propiedad de líquidos y gases que se caracteriza por el constante desplazamiento de las partículas que los forman al aplicarles una fuerza. Los gases se expanden ocupando todo el volumen del recipiente que les contiene, ya que no disponen ni de volumen ni de forma propia. Por esta razón los recipientes deben estar cerrados. Los líquidos si mantienen su volumen, aunque adoptan la forma del recipiente hasta alcanzar un nivel determinado, por lo que pueden permanecer en un recipiente cerrado. Densidad Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Se utiliza la letra griega ρ [Rho]  para designarla. La densidad quiere decir que entre más masa tenga un cuerpo en un mismo volumen, mayor será su densidad.  ρ = masa/volumen  La unidad de densidad en el S.I. es el kg/m3.  Los gases son muchos menos densos que los líquidos. Se puede variar la densidad de un gas modificando la presión o la temperatura en el interior del recipiente que lo contiene.  Los líquidos solo alteran ligeramente su densidad con los cambios de temperatura. La diferencia de densidad entre los líquidos puede impedir que se mezclen homogéneamente, flotando uno sobre el otro, como ocurre con el aceite y el agua. Compresibilidad Es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión. La posibilidad de comprimirse o expandirse dependiendo de la presión que se ejerce sobre un gas es una de las propiedades de mayor aplicación técnica de este tipo de fluidos. En el caso de los líquidos, aunque se aumente su presión, no se modifica su volumen de manera significativa, por lo que se consideran incompresibles. La Presión en los Fluidos Un fluido almacenado en un recipiente ejerce una fuerza sobre sus paredes. Esta fuerza ejercida por unidad de superficie se denomina Presión. Se mide con el manómetro. Presión (p) = Fuerza (F)/ Superficie (S) La unidad de presión en el sistema internacional es el Pascal (Pa), que equivale a 1 newton por cada metro cuadrado. El problema es que el pascal es una unidad muy pequeña en comparación con los valores habituales de presión. Por este motivo se utilizan otras unidades como el bar o la atmósfera. 1atm = Pa 1bar = Pa   La fuerzas debidas a la presión del fluido actúan en dirección perpendicular a las paredes del recipiente en cada uno de sus puntos.    - La presión en los líquidos aumenta con la profundidad debido al peso del líquido que tiene por encima, por lo que la máxima presión se produce en el fondo del recipiente.    - Podemos comprobar que la presión aumenta al descender dentro de un líquido viendo que la velocidad con la que sale el líquido es mayor cuanto más abajo esté el agujero efectuado en la pared lateral del recipiente.

7 Tipos de bombas Bomba hidráulica Bombas no regulables Bombas regulables Bombas de Engranajes Bombas de Pistón Bombas de Paletas Bomba hidráulica La bomba hidráulica convierte la energía mecánica en energía hidráulica. Es un dispositivo que toma energía de una fuente (por ejemplo, un motor, un motor eléctrico, etc.) y la convierte a una forma de energía hidráulica. La bomba toma aceite de un depósito de almacenamiento (por ejemplo, un tanque) y lo envía como un flujo al sistema hidráulico. Todas las bombas producen flujo de aceite de igual forma. Se crea un vacío a la entrada de la bomba. La presión atmosférica, más alta, empuja el aceite a través del conducto de entrada a las cámaras de entrada de la bomba. Los engranajes de la bomba llevan el aceite a la cámara de salida de la bomba. El volumen de la cámara disminuye a medida que se acerca a la salida. Esta reducción del tamaño de la cámara empuja el aceite a la salida. La bomba sólo produce flujo (por ejemplo, galones por minuto, litros por minuto, centímetros cúbicos por revolución, etc.), que luego es usado por el sistema hidráulico. La bomba NO produce “presión”. La presión se produce por acción de la resistencia al flujo. La resistencia puede producirse a medida que el flujo pasa por las mangueras, orificios, conexiones, cilindros, motores o cualquier elemento del sistema que impida el paso libre del flujo al tanque. Hay dos tipos de bombas: regulables y no regulables. Bombas no regulables Las bombas no regulables tienen mayor espacio libre entre las piezas fijas y en movimiento que el espacio libre existente en las bombas regulables. El mayor espacio libre permite el empuje de más aceite entre las piezas a medida que la presión de salida (resistencia al flujo) aumenta. Las bombas no regulables son menos eficientes que las regulables, debido a que el flujo de salida de la bomba disminuye considerablemente a medida que aumenta la presión de salida. Las bombas no regulables generalmente son del tipo de rodete centrífugo o del tipo de hélice axial. Las bombas no regulables se usan en aplicaciones de presión baja, como bombas de agua para automóviles o bombas de carga para bombas de pistones de sistemas hidráulicos de presión alta. Bombas regulables Hay tres tipos básicos de bombas regulables: de engranajes, de paletas y de pistones. Las bombas regulables tienen un espacio libre mucho más pequeño entre los componentes que las bombas no regulables. Esto reduce las fugas y produce una mayor eficiencia cuando se usan en sistemas hidráulicos de presión alta. En una bomba regulable el flujo de salida prácticamente es el mismo por cada revolución de la bomba. La capacidad nominal de las bombas regulables se expresa de dos formas. Una forma es por la presión de operación máxima del sistema con la cual la bomba se diseña (por ejemplo, kPa o lb/pulg2). La otra forma es la salida específica suministrada, expresada bien sea en revoluciones o en la relación entre la velocidad y la presión específica. Se expresa ya sea en l/min-rpm- o gal. (por ejemplo, 380 l/min rpm-690 kPa o 100 gal). Bombas de Engranajes Las bombas de engranajes son compactas, relativamente económicas y tienen pocas piezas móviles. Las bombas de engranajes externas se componen de dos engranajes, generalmente del mismo tamaño, que se engranan entre si dentro de una carcasa. El engranaje impulsor es una extensión del eje impulsor. Cuando gira, impulsa al segundo engranaje. Cuando ambos engranajes giran, el fluido se introduce a través del orificio de entrada. Este fluido queda atrapado entre la carcasa y los dientes de rotación de los engranajes, se desplaza alrededor de la carcasa y se empuja a través del puerto de salida. La bomba genera flujo y, bajo presión, transfiere energía desde la fuente de entrada, que es mecánica, hasta un actuador de potencia hidráulica. Bombas de Pistón Las bombas de pistón axial convierten el movimiento giratorio de un eje de entrada en un movimiento axial de vaivén, que se produce en los pistones. Esto se logra por medio de una placa basculante que es fija o variable en su grado de ángulo. Cuando el conjunto del barril de pistón gira, los pistones giran alrededor del eje con las zapatas de los pistones haciendo contacto con y deslizándose sobre la superficie de la placa basculante. Con la placa basculante en posición vertical, no se produce ningún desplazamiento ya que no hay movimiento de vaivén. A medida que el ángulo de la placa basculante aumenta, el pistón se mueve hacia adentro y hacia fuera del barril siguiendo el ángulo de la placa basculante. En el diseño real, el barril del cilindro está equipado con varios pistones. Durante una mitad del círculo de rotación, el pistón se mueve hacia fuera del barril del cilindro y genera un aumento del volumen. En la otra mitad de la rotación, el pistón se mueve hacia adentro del barril del cilindro y genera una disminución del volumen. Este movimiento de vaivén succiona fluido y lo bombea hacia fuera. Bombas de Paletas Existen dos tipos: - No Balanceadas - Balanceadas - No Balanceadas: La parte giratoria de la bomba, o el conjunto del rotor, se ubica fuera del centro del anillo de leva o carcasa. El rotor está conectado a un motor eléctrico mediante un eje. Cuando el rotor gira, las paletas se desplazan hacia afuera debido a la fuerza centrifuga y hacen contacto con el anillo, o la carcasa, formando un sello positivo. El fluido entra a la bomba y llena el área de volumen grande formada por el rotor descentrado. Cuando las paletas empujan el fluido alrededor de la leva, el volumen disminuye y el fluido se empuja hacia afuera a través del puerto de salida.

8 actuadores hidráulicos
Dispositivos que nos sirven para llevar a cabo actividades físicas generando una fuerza a partir de líquidos. Reciben la orden de un regulador o controlador. Dan na salida necesaria para transformar la energía del fluido en movimiento: trabajo útil. Se dividen en: Cilindro hidráulico. Motor hidráulico.

9 Tipos de Cilindros hidráulico
Efecto simple De acción doble Cilindro de presión dinámica Cilindro telescópico De efecto simple se utiliza fuerza hidráulica para empujar y una fuerza externa, diferente, para contraer. Una barra es colocada en un extremo del pistón, cuando la presión es ejercida en la parte contraria al extremo del pistón donde está la barra, esta sube hasta donde la presión lo empuje, ejerciendo una fuerza sobre la barra de contracción, después la barra es regresada a la posición inicial por la simple acción de resortes o de la gravedad. La carga solo puede colocarse en un extremo del cilindro. Cilindro de presión dinámica Lleva la carga en la base del cilindro. Los costos de fabricación por lo general son bajos ya que no hay partes que resbalen dentro del cilindro.} De acción doble La carga puede colocarse en cualquiera de los lados del cilindro. Se genera un impulso horizontal debido a la diferencia de presión entre los extremos del pistón cuando el líquido entra en este.se emplea la fuerza hidráulica para efectuar ambas acciones. Cilindro telescópico La barra de tipo tubo multietápico es empujada sucesivamente conforme se va aplicando al cilindro aceite a presión. Se puede lograr una carrera relativamente en comparación con la longitud del cilindro

10 Motor con eje inclinado
Motores hidráulicos En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es generado por la presión. Motor Hidráulico Rotatorio Motor de engranaje Motor de Veleta Motor de Hélice Oscilante Pistón Axial Motor de Leva Motor con eje inclinado - El de tipo rotatorio: en el que los engranes son accionados directamente por aceite a presión. - El de tipo oscilante: el movimiento rotatorio es generado por la acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia.

11 Similitudes neumática - hidráulica
Tecnologías semejantes Conocimientos científicos sobre fluidos Presentes en todos los ámbitos industriales Elementos generadores de energía: Compresor en Neumática y Bomba en Hidráulica. Elementos de tratamiento de los fluidos: Filtros y reguladores de presión. Elementos de mando y control: Tuberías y válvulas Elementos actuadores: Cilindros y motores

12 Diferencias neumática - hidráulica
Tipo de fluido Neumática utiliza aire comprimido (muy compresible). Hidráulica generalmente emplea aceites (incompresible). Escape Neumática: circuitos abiertos (escapes al ambiente). Hidráulica: circuitos cerrados (escapes a un tanque).

13 Neumática Hidráulica Cargas de 10kg a 10Tm Desplazamientos rápidos
Motores de alta velocidad. Más de rpm Control de calidad, etiquetado, embalaje, herramientas portátiles Hidráulica Cargas de 40kg a 90Tm Respuesta rápida. Menos de 2 segundos Control exacto de la velocidad y parada Industrias metalúrgicas, máquinas herramientas, prensas, maquinaria de obras públicas, industria naval y aeronáutica, sistemas de transporte…