Mecnica de Patio 1

Mecnica de Patio 2Generalidades de HidrulicaIntroduccin a la Hidrulica El estudio de la hidrulica concierne al empleo y caractersticas de los fluidos.HidrostticaHidrodinmicaLos fluidos se dividen en lquidos y gases, dependiendo de sus fuerzas de cohesin interna. La hidrosttica es la parte de la fsica que estudia el comportamiento y las propiedades de los fluidos en equilibrio. La hidrodinmica estudia los fluidos en movimiento 2Los FluidosEn general se considerarn fluidos aquellas sustancias que fluyen con facilidad, es decir, lquidos y gases.Los gases son ligeros y se comprimen fcilmente.Los lquidos son mas pesados y muy difciles de comprimir (hacen falta 200 bar para reducir un 1% su volumen).Los fluidos se caracterizan por no tener forma propia adaptndose a la forma del recipiente que los contiene, esto es debido a la poca fuerza que ejercen sus molculas entre s.Los lquidos mantienen el volumen constante, los gases ocupan el volumen disponible. Todo gracias a la fuerza de cohesin intermoleculares que el los solidos es mayor y en cambio en los gases es menor y las partculas pueden moverse por todo el volumen del recipiente.3Definicin de HIDRULICALa hidrulica es la parte de la mecnica que estudia el equilibrio y el movimiento de los fluidos o tambin La ciencia que estudia la transmisin y el control de potencias a travs de un lquido incompresible.OleoHidraulica: Frente a la mecnica tradicional, presenta las siguientes ventajas: reduccin de desgaste y mantenimiento, exenta de vibraciones y fcil regulacin de velocidad.

aceites sintticos, o una emulsin agua-aceite.Hidrulica1 es la tecnologa que se emplea para la transmisin y control de fuerzas y movimientos por medio de lquidos comprimidos, los lquidos que mejor prestan este servicio son los aceites minerales pero tambin pueden emplearse otros fluidos, como aceites sintticos, o una emulsin agua-aceite.4HIDRULICANEUMTICAMagnitudes Fsicas Sistemas hidrulicosContiene y confina un lquido de manera que el mismo usa las leyes que gobiernan los lquidos para transmitir potencia y desarrollar trabajo.

Consultar las ventajas que tienen los sistemas hidrulicos8Campos de aplicacin de la hidrulicaAplicaciones Mviles Maquinaria para la minera Tractores Gras Retroexcavadoras Camiones recolectores de basura Cargadores frontales Frenos y suspensiones de camiones Vehculos para la construccin y manutencin de carreterasCampos de aplicacin de la hidrulicaAplicaciones Industriales Maquinaria para la industria plstica Mquinas herramientas Maquinaria para la elaboracin de alimentos Equipamiento para robtica y manipulacin automatizada Equipo para montaje industrial Maquinaria para la industria siderrgicaVideo:ESQUEMA Y APLICACIN DE SISTEMAS HIDRULICOSActividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ15 ESQUEMA Y APLICACIN DE SISTEMAS HIDRULICOSActividad: Observar el video de FESTO Hydraulics AVSEQ01 FUNDAMENTOS DE HIDRULICA10Ventajas de la hidrulicaPermite trabajar con elevados niveles de fuerza o momentos de giroVelocidad de actuacin fcilmente controlable con solo regular una vlvula de estrangulacin.Cambios rpidos de sentido con solo conmutar una vlvula distribuidora.Proteccin simple contra sobrecargas ya que cuenta con vlvula limitadora de presin a la descarga de la bomba.Instalaciones compactas, pues con tamaos muy pequeos se puede transmitir grandes potencias.El aceite empleado en el sistema es fcilmente recuperableDesventajas Desventajas de la hidrulicaEn las altas presin del lquido hidrulico hay peligros inherentesEl fluido es ms caro y muy sensible a la contaminacin.Perdidas de carga debidos al rozamiento y las fugas de aceite reducen el rendimiento.Personal especializado para la manutencinPropiedades de los fluidosPueden variar para un fluido determinado cuando vara el valor de alguna otra propiedad.Movimiento NO acotado de las molculas.compresibilidad, viscosidad, Distancia molecular grandeFuerza de Van der Waals relacin entre P, V, TAusencia de memoria de formadensidad, peso especfico, tensin superficial, presin de saturacin, etc.Clasificacin De acuerdo al estado de la materia:De acuerdo a su viscosidad y a su esfuerzo cortante:De acuerdo a su velocidad de flujo regido por el Nmero de Reynolds:Debido a sus cambios de densidad con respecto al tiempo:Por la variacin de velocidad con respecto al tiempo:Por magnitud y direccin de la velocidad de fluido:Por efectos del vector velocidad:DensidadEnfsicayqumica, ladensidad(smbolo) es unamagnitudescalar referida a la cantidad de masacontenida en un determinadovolumende unasustancia. Es la relacin entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.La unidad eskg/men elSI.Ejemplo: un objeto pequeo y pesado, hecho de plomo, es ms denso que un objeto grande y liviano hecho de corcho o deespuma de poliuretano.

Densidad AbsolutaLadensidadodensidad absolutaes la magnitud que expresa la relacin entre lamasay elvolumende una sustancia. Su unidad en elSistema Internacionaleskilogramo por metro cbico(kg/m3), aunque frecuentemente tambin es expresada eng/cm3. La densidad es unamagnitud intensiva.

siendo, la densidad;m, la masa; yV, el volumen de la sustancia.

Densidad relativaLa densidad relativa de unasustanciaes larelacinexistente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es unamagnitud dimensional(sin unidades)

donde es la densidad relativa, es la densidad de la sustancia, y es la densidad de referencia o absoluta.Para los lquidos y los slidos, la densidad de referencia habitual es la del agua lquida a la presin de 1atmy la temperatura de 4C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000kg/m3, es decir, 1kg/dm3.Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presin de 1atmy la temperatura de 0C.

Peso EspecificoEl peso especfico de una sustancia es el peso de la unidad de volumen.Se obtiene dividiendo un peso conocido de la sustancia entre el volumen que ocupa.Llamandopal peso yval volumen, el peso especfico,PC, vale:

Propiedades de los fluidos hidrulico

La compresin que sufren los aceites hidrulicos la podemos considerar despreciable.Por lo tanto, la densidad del fluido no vara significativamente con la presin.Viscosidad Resistencia que un fluido opone a su deformacin Ley de Newton de la viscosidad

Causas que originan la viscosidad: En lquidos: cohesin molecular En gases: intercambio de cantidad de movimiento Lquidos: la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura Gases: la viscosidad aumenta al aumentar la temperatura

Propiedades de los fluidos hidrulico Propiedades de los fluidos hidrulico Propiedades de los fluidos hidrulico Propiedades de los fluidos hidrulico

Propiedades de los fluidosDensidad. Peso especfico

- DENSIDADV mmasavolumenUnidad SI: kg/m3Agua pura a presin atmosfrica y a 4C: = 103 kg/m3- PESO ESPECFICOFg VvolumenpesoUnidad SI: N/m3Unidad ST: kgf/m3Agua pura a presin atmosfrica y a 4C: = 9,81 103 N/m3= 103 kgf/m3Fgm g gVVAceleracin de la gravedad- DENSIDAD RELATIVA O PESO ESPECFICO RELATIVO gun fluidofluido comparacinNmero adimensionalAgua pura a presin atmosfrica y a 4C: d = 1c c g dccdyresistenciaviscosidad dinmicaUnidad SI: N s/m2 Pa s PoiseuilleUnidad c.g.s.: poise1 Pa s = 10 poisesviscosidad cinemtica: Unidad SI: m2/s (Miriastoke)Unidad c.g.s.: Stoke (1 Stoke = 1 cm2/s)1 m2/s = 104 StokesGrados Engler (E) y nmeros SAECausas que originan la viscosidad:En lquidos: cohesin molecularEn gases: intercambio de cantidad de movimientoLquidos: la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura Gases: la viscosidad aumenta al aumentar la temperaturaViscosidad

Resistencia que un fluido opone a su deformacinLey de Newton de la viscosidad dUgradiente de velocidadPropiedades de los fluidosCoeficiente de compresibilidad k:k 1VVpSigno -: a un aumento de presin le corresponde una disminucin devolumenMdulo de elasticidad volumtrico K:K 1 V p kVUnidades: iguales que las de presinCompresibilidad

Variacin de volumen por unidad de volumen (V/V), dividida por el incremento de presin (p) que la originLos lquidos tienen una compresibilidad muy reducida Valores de K ( 10-9) para el agua en N/m2p (bar)0 C20 C50 C90 C12,042,202,302,161002,102,272,362,243002,222,402,502,3510002,642,812,942,83Propiedades de los fluidos

Tensin superficialLas molculas a lo largo de la superficie libre del lquido estn sometidas a una fuerza neta haciael interior.Consecuencia fsica de esta fuerza no equilibrada a lo largo de la superficie: creacin de una piel o membrana hipottica.Tensin superficial (sigma): intensidad de la atraccin molecular por unidad de longitud. Unidades en SI: N/m

Es la razn de la ascensin o bajada de lquidos por tubos de dimetro muy pequeo (capilaridad)

Suele despreciarse en las aplicaciones de Ingeniera Fluidomecnica

Lmite de separacin con el aireLquidoTensin superficial (N/m)Agua0,073Alcohol0,0225Benceno0,029Petrleo0,025Glicerina0,065Mercurio0,490Propiedades de los fluidos

El valor de la presin de vapor depende de la temperaturaCuanto menor sea la presin a la que est sometido un lquido, menor ser la temperatura a la que se produce su ebullicinPresin atmosfrica (1 atm=1,013 bar) Presin de 0,01 bar7 C100 CAguaPropiedades de los fluidos(a) Se crea una presin como resultado del vapor que seforma debido a las molculas de lquido que se escapan(b) Cuando n de molculas que abandonan la superficie= n de molculas que entran en la superficie se alcanzala condicin de equilibrio(c) Condicin de equilibrio:Se dice que el vapor est saturadoY que la presin ejercida por el vapor sobre la superficie del lquido se denomina presin de vapor

Presin de saturacin o de vapor. CavitacinPresin Presin de vaporPresin > Presin de vaporCavitacin:Las burbujas de vapor se rompen con la intensidad suficiente para provocar importantes daos estructuralesInstalaciones propensas: turbinas y bombas hidrulicas, vlvulas, hlices marinas, conducciones de agua con riesgo de bajas presionesPROPIEDADES DE LOS FLUIDOSPresin de saturacin o de vapor. Cavitacin

Cavitacin:PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSPresin de saturacin o de vapor. CavitacinHlice de un barcoInterior de una conduccin de fluidosFuerzaEs una accin que permite modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo.Unidades:Sist. Internacional:Newton (N)Sist. Tcnico:KgfSist. Ingls:lbf

Equivalencias:1 N=1 Kg * m/s21 N=0,22481 lbf

1 N equivale a la fuerza que proporciona un cuerpo de 1 Kg de masa a una aceleracin de 1 m/ s2MasaEs una de las propiedades intrnsecas de la materia, se dice que esta mide la resistencia de un cuerpo a cambiar su movimiento (desplazamiento o reposo) es decir; su inercia. La masa es independiente al medio que rodea el cuerpo. En palabras muy sencillas se puede expresar como la cantidad de materia que forma un cuerpo.Unidades:Sist. Internacional:Kilogramo (Kg)Sist. Ingls:Libra (lb)Equivalencias:1 Kg=2,2046 lbVolumen Se dice de forma simple; que el volumen representa el espacio que ocupa un cuerpo, en un ejemplo se podra simplificar diciendo que un cuerpo de dimensiones 1 metro de alto, 1 metro de ancho y 1 metro de espesor tendr en consecuencia 1 m3 de volumen.Equivalencias:1m3=35,315 ft1 litro=10-3 m31 galn=3,7854 x 10-3 m31 litro=0,2642 galones

PresinSe define como la cantidad de fuerza total ejercida sobre una superficie.Unidades:Sist. Internacional:N/m2 Pascal (Pa)Sist. Tcnico:Kg/cm2Sist. Ingls:lb/pulg2 PSIEquivalencias:1 bar=105 Pa1 bar=14,5 lb/pulg21 bar=1,02 Kg/cm2

Presin atmosfrica = 1,013 bar = 1,033 Kg/cm2 = 14,7 PSI = 1 atm = 760 mm Hg

Factores de conversin EjerciciosSi a un cilindro cuya rea de pistn es de 7.85 cm2 se le aplican 100 bar de presin, Cuanta es la fuerza mxima que se puede obtener en N?

Una plataforma elevadora debe levantar una carga de 15000N, si el sistema suministra una presin mxima de 75 bar. Cul debe ser el rea (cm2) del pistn para que pueda hacer este trabajo?Si un pistn es sometido a una presin de 750 PSI y ejerce una fuerza de 100000 N, De que dimetro (mm) debe ser su pistn?.P= 100 bar = 1000N/cm2A = 7.85 cm2F = P x A = 1000 N/cm2 x 7.85 cm2 = 7850 NPresin absoluta y presin manomtricaLa presin absoluta es aquella cuya referencia es el cero absoluto o el vacio completo.

Pabs = Pmanomtrica + PatmUna presin manomtrica de 4bar equivale a una presin absoluta de 5 bar, Una presin manomtrica de 0.3 bar equivale a una presin absoluta de 0.7 bar.ejercicioUn meteorlogo llev un barmetro desde la planta baja hasta su oficina en la parte superior de una torre. Al nivel del suelo la lectura del barmetro era de 30,15 inHg (abs), en la parte mas alta del edificio fue de 28,607 inHg (abs), suponga que la densidad media del aire atmosfrico era de 0,075 lb/ft3 y calcule la altura aproximada del edificio.Datos:1 inHg = 0,4898 lbf/in212 in = 1 ft1 lbf = 32,174 lb*ft/s2g = 32,174 ft/s2Rpta. 1451,07 fthidrostticaFluidos en reposoCaractersticas de los lquidos2 Principios fsicos bsicos: lquidos sometidos a presin Hidrosttica La hidrosttica es la rama de la mecnica de fluidos o de la hidrulica que estudia los fluidos en estado de equilibrio; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posicin.Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrosttica son: principio de Pascal y principio de Arqumedes.Como recordamos:La presin (P) se relaciona con la fuerza (F) y el rea o superficie (A) de la siguiente forma: P=F/A.Principio de pascal

Principio de Pascalla presinejercida sobre unfluidopoco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.1

1. Hctor Nez Trejo Fsica II. Un enfoque constructivista52Prensa Hidrulicaes un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferente rea que, mediante pequeas fuerzas, permite obtener otras mayores.

Aplicacin de la Ley de Pascal por Bramah3 Principios fsicos bsicos: la presin y el caudal volumtrico Conservacin de la energaLa ley de la conservacin de la energa afirma que la energa no puede crearse ni destruirse, slo se puede cambiar de una forma a otra.

En este sentido tambin se cumple que el mismo trabajoque el operador ejerce sobre el pistn pequeo es el mismo trabajo que el pistn grandeejerce sobre la carga.

F1 x d1 = F2 x d2A1 x d1 = A2 x d2EjercicioPara fabricar la pieza (2) ha de montarse en la prensa hidrulica, con el fin de someterla a una fuerza de 4000 Kgf. a) determine la fuerza F1 necesaria para lograr el objetivo, si A1= 20 cm2 y A2= 200 cm2. b) determine la fuerza F aplicada al extremo de la palanca necesaria para alcanzar la fuerza F1. c) determine el desplazamiento del embolo de trabajo d2 si el embolo de apriete se desplaza d1= 15cm.

Presin HidrostticaLa ecuacin bsica de la hidrosttica es la siguiente:P = gh P=Po+ ghSiendo:P: presin: densidad del fluidog: la aceleracin gravitatoria de la Tierrah: altura

Principio de ArqumedesUn cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja empuje hidrostticoE es el empuje , f es la densidad del fluido, V el volumen de fluido desplazado por algn cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleracin de la gravedad y m la masa

Ecuacin fundamental de la hidrostticaPrimera forma de la ecuacin de la hidrosttica La ecuacin es vlida para todo fluido ideal y real, con tal que sea incompresible.(Fluido ideal es aquel fluido cuya viscosidad es nula)

Segunda forma de la ecuacin de la hidrosttica

Tercera forma de la ecuacin de la hidrosttica

DensidadPresinTemperaturaEnerga internaEntalpaEntropaCalores especficosViscosidadConductividad trmicaTensin superficialCompresin

P=Po+ gh

mg = VgE = VgWA =WR-EWA = mg - EEjerciciosUn bloque de acero macizo, pesa 17 kgf (acero = 7850 kg/m3). Determinar lo que aparenta pesar cuando se lo sumerge en agua y el empuje que recibe.

EjerciciosUn submarino desaloja un volumen de 170 m3. Determinar su peso total para que pueda mantenerse sumergido en equilibrio en agua de mar (agua de mar = 1025 Kg/m3).EjerciciosUna boya cilndrica tiene un dimetro de 30 cm y pesa 4,1 kgf. Determinar qu porcin del volumen de la misma se halla sumergido cuando flota en agua de mar.E = P E= 4,1 KgfE = agua de mar.VSUMERGIDO E = 1,025 Kgf/dm3 . VSUMERGIDO = 4,1 Kgf=>VSUMERGIDO = 4 dm3 = 4000 cm3

A mayor seccin, menor velocidadA mayor velocidad menor presinA mayor seccin mayor presinEjerciciosUna llave de agua llena un balde de 10l en 2 minutos.Calcule el caudal que sale por la llaveSabiendo que la seccin de la llave es de 1cm2, calcule la velocidad con la que sale el agua.EjerciciosPor un tubo horizontal circula un caudal de 10 m3/seg de agua. Calcular la velocidad del agua en un lugar donde el tubo tiene una seccin de 2m2 y otra donde el tubo tiene un seccin de 1m2Calcular la diferencia de presin que hay entre estos dos puntosDonde esta la mayor presin en la primera o segunda seccin.

Smbolos hidrulicos

Circuitos hidrulicosLos circuitos hidrulicos y sus componentes pueden representarse de varias formas en los planos. Segn lo que la representacin deba indicar, puede ser un esquema de la forma externa del componente, un corte seccional que muestre su construccin interna, un diagrama grfico que nos indique su funcin, o una combinacin de cualquiera de las tres formas anteriores.Tipos de representacionesTrazos de lineas

Componentes giratorios

Cilindros

Un cilindro de simple efecto se dibuja abierto en el extremo del vstago y solamente con un orificio de entrada en el otro extremo. Un cilindro de doble efecto se representa cerrado y con dos orificios.vlvulas

El smbolo bsico de una vlvula es un cuadrado que se denomina envoltura.Las flechas se aaden a las envolturas para indicar el paso y direccin del caudal

conclusin