Definición La hidráulica es un sistema de transmisión
de energía a través de un fluido. La palabra “Hidráulica” proviene del
griego “hydor” que significa “agua”. 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.
Aplicaciones Cualquier automóvil tiene sistemas
hidráulicos para el circuito de frenado y la servodirección.
Ventajas Variación de la velocidad: La posibilidad de modificar
la velocidad final del accionador Reversibilidad: La posibilidad de invertir el sentido de
giro o de desplazamiento sin parada intermedia Protección: La posibilidad de incluir elementos de
seguridad para la protección de los componentes Arranque y paro en carga: La posibilidad de arrancar
y/o parar el equipo con una carga acoplada
Simultaneidad: La posibilidad de accionar diversos accionadores simultáneamente
Ahorro de energía: La posibilidad de consumir exclusivamente la energía requerida
Seguridad: La posibilidad de separar las fuentes de energía de los accionadores
Seguridad: La posibilidad de parar la máquina instantáneamente
Desventajas Fluido mas caro Perdidas de carga (fricción entre
partículas) Fluido sensible a la contaminación Fluidos contaminantes
Presión La presión (p) en cualquier punto es la
razón de la fuerza normal, ejercida sobre una pequeña superficie, que incluya dicho punto.
P = F/A [N/m2] F = Fuerza en N A = Superficie en m2
En la mecánica de los fluidos, fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. En el Sistema Internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newton por metro cuadrado (N/m2):
N/m2 = 1 Pa (pascal
Caudal El caudal, es el volumen de fluido (litros,
m3, cm3 , etc.) por unidad de tiempo (min, horas, etc.) que circula por una determinada conducción.
Q = A x V [m3/s] A = Superficie en m2 V = velocidad del fluido (m/s)
En condiciones normales de trabajo existe una presión y un caudal, sin embargo puede haber caudal sin presión (la mínima para que se genere un movimiento del fluido) y puede haber presión sin caudal; en un sistema oleohidráulico:
Viscosidad Es la resistencia que opone un fluido al
movimiento o a escurrir. Esta propiedad física está relacionada en forma directa con la temperatura. Si la temperatura aumenta, la viscosidad de un fluido líquido disminuye y al revés, si la temperatura disminuye la viscosidad aumenta.
Los límites de viscosidad son importantes en la práctica: Una viscosidad demasiada baja (mucha
fluidez) provoca fugas. La película lubricante es delgada, por lo que puede romperse más fácilmente. En ese caso disminuye la protección contra el desgaste. A pesar de ello, es preferible utilizar aceite de baja viscosidad, ya que por su menor fricción se pierde menos presión y potencia.
Una viscosidad elevada (más consistencia) causa más fricción, lo que provoca pérdidas de presión y calentamiento especialmente en las zonas de estrangulamiento. De este modo se dificulta el arranque en frío y la segregación de agua, por lo que existe una mayor tendencia a desgaste por cavitación.
Un líquido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional sin que esto afecte el movimiento libre del flujo
La LEY DE PASCAL cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presión, la presión se transmite igualmente en todas direcciones y a todas las caras del contenedor.
Ley de continuidad Considerando a los líquidos como
incompresibles y con densidad constantes, por cada sección de un tubo pasara el mismo caudal por unidad de tiempo
bernouilli El fluido hidráulico, en un sistema que trabaja
contiene energía bajo tres formas: Energía potencial: que depende de la altura
de la columna sobre el nivel de referencia y por ende de la masa del líquido.
Energía hidrostática: debida a la presión. Energía cinética: o hidrodinámica debida a
la velocidad
El principio de Bernouilli establece que la suma de estas energías debe ser constante en los distintos puntos del sistema, esto implica por ejemplo, que si el diámetro de la tubería varía, entonces la velocidad del líquido cambia. Así pues, la energía cinética aumenta o disminuye; como ya es sabido, la energía no puede crearse ni destruirse, en consecuencia esta variación de energía cinética será compensada por un aumento o disminución de la energía de presión.
Energía potencial La Energia potencial (J) se calcula: W = m.g.h Con m = masa (Kg) g = gravedad (9,81 m2/s) h = altura del liquido (m)
Energía de presión La Energía de presión (J) se calcula W = p . V Con P = presión (Pa) V = variación del volumen (m3) La energía de presión es el resultado de
la presión que el fluido opone a la compresión
Energía cinética La energía cinética viene determinada
por la velocidad del flujo y por la masa W = ½ m .v2 Con m = masa en Kg v = velocidad en m/s
Potencia La potencia hidráulica viene
determinada por la presión y el caudal volumétrico
P = p. Q P = potencia (W = N/s) p = presión (Pa) Q = caudal (m3/s)
Cavitación: La cavitación es la eliminación de
pequeñísimas partículas en las superficies de los materiales. En los elementos hidráulicos (bombas y válvulas), la cavitación se produce en los perfiles agudos de los elementos de mando. Esta destrucción del material se debe a picos locales de presión y a rápidos y fuertes aumentos de temperatura.
Reducir cavitación Reducir velocidad Aumentar presión absoluta Aumentar presión de succión de la
bomba Disminución de curvas agudas Disminución de cambios bruscos de
dirección
las causas para los picos de presión y de temperatura Si en un segmento de estrangulamiento
aumenta la velocidad del caudal de aceite, se necesita energía cinética. Esa energía cinética implica una reducción de la energía de presión. De este modo pude provocarse una reducción de la presión en una zona de estrangulamiento, llegándose a producir una depresión
Después del segmento de estrangulamiento, vuelve a subir la presión, las burbujas se rompen y entonces se produce la cavitación por las siguientes razones:
Picos de presión: En el lugar en el que aumenta el diámetro se desprenden pequeñas partículas de la pared, provocando una fatiga del material y, posiblemente, su destrucción. Este proceso de cavitación es acompañado por ruidos considerables
Combustión espontánea de la mezcla de aceite y aire: Al romperse las burbujas, el aceite las invade instantáneamente. Debido a la elevada presión implicada en este proceso y por la consecuente compresión del aire, surgen temperaturas muy altas
FLUIDOS HIDRÁULICOS
Misión: 1. Transmitir potencia 2. Lubricar 3. Minimizar fugas 4. Minimizar pérdidas de carga 5. Disipar el calor
Fluidos empleados:
Aceites minerales procedentes de la destilación del petróleo
Agua – glicol Fluidos sintéticos Emulsiones agua – aceite
Factores para la selección de aceite 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.
Hay que dimensionar las tuberías de acuerdo con el caudal que circulará por ellas.
Tubería de diámetro reducido provocará elevadas velocidades de circulación y como consecuencia perdidas por fricción
Caídas de presión en tuberías Las perdidas de presión solo se producen
cuando el fluido está en movimiento Cuanto mas largas sean las tuberías y
mas restricciones mayores serán las perdidas de carga
Características de los fluidos Anti-desgaste Estabilidad a la oxidación Punto de escurrimiento Separabilidad del agua Prevención de herrumbre resistencia a la espuma y liberación de
aire
Estabilidad a la oxidación Habilidad del fluido para resistir la
oxidación (deterioro químico) en presencia de aire, calor y otras influencias.
El proceso de deterioro comienza lentamente pero se acelera a medida que el fluido llega al final de su vida útil.
Punto de escurrimiento Es la menor temperatura a la que el fluido
fluirá a presión atmosférica. Hay que tener en cuenta que los sistemas
hidráulicos operan en ambientes frios
Separabilidad del agua El agua libre se separa rápidamente y
puede ser drenada. El agua se emulsifica con el fluido Fluido con buena separabilidad de agua
resiste mejor la emulsificación.
Prevención de herrumbre La herrumbre es la oxidación de
cualquier metal.
Se emplean inhibidores de herrumbre para dar protección extra
Liberación del aire Cuando el aceite hidráulico en presencia
de aire puede formar espuma y atrapamiento de aire puede causar problemas mecánicos.
El aire atrapado es compresible y causa una operación lenta y errática del sistema.
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.
Puede ubicarse componentes aislantes y transmitir la fuerza de forma inmediata a través de distancias considerables con escasas pérdidas.
Misión Suministrar fluido Reponer perdidas Recoger exceso de líquido hidráulico Proporcionar espacio aéreo para la
extensión del aceite por cambios de temperatura
Misión Acumulador de energía Anti-golpes de ariete Anti-pulsaciones Compensador de fugas Fuerza auxiliar de emergencia Amortiguador de vibraciones
Bombas Las bombas crean caudal y no presión.
Crea vacío en la entrada de la bomba, este
vacío hace posible a la presión atmosférica forzar al flujo desde el deposito a la bomba.
La acción mecánica de la bomba atrapa el flujo dentro de las cavidades de la bomba trasportándolo a través de ella y forzándola dentro del circuito hidráulico
filtros El propósito es: Prolongar la vida útil de los componentes hidráulicos. Evitar paradas producidas por la acumulación de impurezas.
Elementos contaminantes para el aceite Agua Ácidos Hilos fibras Polvo, partículas de junta y pintura
Elemento filtrante Papel micronic Filtros de malla de alambre Filtros de absorción Filtros magnéticos
Manómetro Nos permite saber la presión desarrollada
dentro de un circuito hidráulico, es necesario para ajustar las válvulas de control de presión.
actuadores Cuando la energía hidráulica es
aprovechada en movimiento rectilíneo utilizamos cilindros.
Cuando obtenemos un movimiento giratorio utilizamos motores hidráulicos
mantenimiento Prácticas generales de limpieza Alineación e instalación de los cilindros para
asegurar una carga mínima sobre los cojinetes y juntas.
Accionamiento rápido de válvulas con centro cerrado puede originar puede originar puntas de presión que deterioran el cilindro.
Presiones excesivas pueden originar un desgaste rápido de juntas
Cierres y sellos Juntas: se utilizan para producir el cierre
entre dos piezas que están en movimiento una respecto a la otra.
Empaquetaduras: se emplean entre dos piezas estacionarias dentro del mismo conjunto.
materiales De cuero: fluidos de base de petróleo Caucho sintético: fluidos de base
petróleo y fluidos sintéticos. Caucho natural: base de aceites
vegetales Teflón: fluidos sintéticos Metélicas: todo tipo de fluido hidráulico
Juntas en V Se utilizan en rodamientos y cojinetes
axiales. Estanquiza de manera efectiva polvo, suciedad, aceite, grasa, etc
juntas planas Se utilizan en mecanismos que tengan
presión interna como motores de explosión o compresores
De doble efecto y cuatro labios Dinámicas: estanquizar pistones vástagos
en movimiento alternativo Estanquizar ejes ,juntas vástagos rotativos
en movimiento rotativo Estáticos: juntas en casquillos Donde existe riesgo de torsión
También se pueden clasificar en: Rígidas Fabricadas en aleaciones de titanio,
acero y aleaciones de aluminio La dureza depende del material de
construcción y del grosor de la pared.
Flexibles; se utilizan cuando hay vibraciones o cuando desde un punto fijo a uno móvil se ha de transportar el fluido. Pueden ser: Mangueras de baja presión Mangueras de presión media Mangueras de alta presión