Leyes fundamentales de la hidráulica Hidraulica, ley de pascal y principio de arquimedes 1. Principios y leyes Fundamentales de la Hidráulica. Los aceites no son compresibles (pero sí elásticos) Los aceites transmiten en todas las direcciones la presión que se les aplica (Principio de Pascal) Los aceites toman la forma de la tubería o aparato, por los que circulan en cualquier dirección. Los aceites permiten multiplicar la fuerza aplicada (prensa hidráulica). Las fuerzas aplicadas y transmitidas son directamente proporcionales a sus superficies. P= 퐹푈퐸푅푍퐴 퐴푅퐸 퐴 = 퐹 퐴 1.1 Fuerza Hidráulica. Es igual al producto de la presión por la superficie sobre la cual actúa. F=A x P La fuerza se expresa en Kg y en Newton, donde 1 Kg = 9,8 N. La presión se expresa en 퐾푔 푐푚 2 , bar, atmósferas, psi. 1 퐾푔 푐푚 2 = 1 bar = 1 atmósfera = 14,7 psi 1.2 Caudal. Es la cantidad de aceite que se desplaza por una tubería o aparato en un tiempo determinado. Q=A x V Q = caudal A = área o sección V = velocidad En hidráulica el caudal se da en litros por minuto esto es 푙푖푡푟표푠 푚푖푛푢푡표 , la superficie en 푐푚 2 y la velocidad en metros por segundo 푚푒푡푟표푠 푠푒푔푢푛푑표 Para poder aplicar las fórmula es estas unidades tenemos que hacer lo siguiente: Que las magnitudes sea n consistentes. Aplicar el método estudiado en clases. 30,5 psi lb 1 plg 100 cm 2 0,454 Kg 9,8 N 푝푙푔 2 2,54 cm 2 1m 2 1 lb 1 Kg finalmente: 30,5 psi = 534, 25 kPa (kilo Pascal) 1.3 ley de continuidad. Establece que el caudal es constante a lo largo de un circuito. Supongamos una tubería. Q 1 =Q 2 =Q 3 = CONSTANTE A 1 x V 1 =A 2 x V 2 =A 3 x V 3 = Constante 1.4 Teorema de Bernoille. Dice que la energía total de un fluido permanece constante en cualquier punto del circuito hidráulico. La energía total del aceite en un punto de la instalación es la suma de tres energías: Energía potencial: E H =m x g x h m = masa g = gravedad Energía de presión: E P = P(presión) x V(Volumen) Energía Cinética : E C = 1 2 m(masa) x V 2 (velocidad al cuadrado) h = altura OBS: en los circuitos hidráulicos la velocidad del aceite no debe pasar de los 7 푚 푠 2. Caída de Presión o Pérdida de Carga. Es la pérdida de presión que sufre un aceite al pasar por una tubería, válvula o aparato. Ap = 4,15 x V K x L x Y x 푄 푑 4 donde Ap = pérdida de carga en bar d = diámetro de la tubería en cm V K = viscosidad en Stokes L = longitud de la tubería en metros Y = peso específico del aceit e Q = caudal, en este caso 푙푖푡푟표푠 푠푒푔푢푛푑표 3. Golpe de Ariete. El fenómeno de golpe de ariete se produce cuando el aceite sufre una parada o cambio brusco, como por ejemplo, cuando se cierra una válvula, grifo o se para una bomba. El fren ado del aceite provoca una onda de choque que se propaga aguas arriba (del aparato o tubería cerrado hacia la bomba). Las consecuencias son un aumento de la presión de hasta un 50 % (sobrepresión), fatigando los materiales. 4. Número de Reynolds. Cuando el aceite circula por las tuberías hasta las velocidades máximas que ya dijimos, circula en régimen laminar, si aumentáramos el caudal o disminuyéramos la sección (área) de la tubería el aceite circularía en régimen turbulento. Esto es perjudicial para la instalación pues las máquinas funcionarían mal y el aceite se calentaría . El número de Reynolds es un número a dimensional (no tiene unidades de medida), que depende del caudal y del diámetro de la tubería. Re < 2.000 = régimen laminar 2.000 < Re < 5.000 = transición Re > 2.500 = turbulento Presiones más empleadas en hidráulica industrial: Baja presión: 20 60 bar en maquinas herramientas Media presión: 60 100 bar ( siderurgia ) Alta presión : más de 120 bar, plásticos; entre 150 y 700 bar, prensas, maquinaria agrícola y maquinaria obras públicas. Rendimiento: Potencia motor eléctrico: 3% a 5% Potencia entregada a la bomba: 4% a 5% Potencia hidráulica sumistrada por la bomba:3% Potencia hidráulica que entra en los motores:10% Pérdida efectiva = 20% a 22%.
