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• Alfonso Cisternas Aravena

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Unidades de Hidráulica y neumática.

Preparado por: Francisco Javier Rivas Neira. Jefe de Área MP-ME sede Lebu. 2016

Lo más difícil de la hidroneumática: Comprender la terminología. Acá se va a explicar en modo fácil.

Es el elemento que se utiliza en la hidroneumática como transmisor de fuerza. El elemento es fluido cuando se adapta al recipiente que lo contiene y a los conductos por donde se hace circular. Es el elemento que se utiliza en la hidroneumática como transmisor de fuerza. El elemento es fluido cuando se adapta al recipiente que lo contiene y a los conductos por donde se hace circular.

Cuando el fluido está en reposo en un estanque, es tan solo eso, un fluido... El fluido, tiene una forma de poder medir su cantidad. La unidad de medida utilizada en hidráulica es el litro, y da lugar a otra Magnitud: El Volumen.

𝑉 = 𝐿𝑡𝑠. Sin embargo, cuando el fluido se pone en movimiento, aparece otro término en el juego…

Cuando hay líquido circulando, eso es simplemente un flujo. Puede ser intenso o leve, pero es un flujo al fin y al cabo.

La intensidad del flujo depende directamente del grado de apertura de la llave o válvula de control del mismo. Un flujo si es intenso o leve, se puede apreciar a simple vista pero en la hidráulica se necesitan datos exactos.

La jeringa de la derecha se desplaza gracias a que la jeringa izquierda envía agua a través del tubo inferior. Ya que el agua es un fluido, no importa la forma que tenga el conducto. El agua va a circular igual. El Flujo permite que un recipiente se llene y reaccione de determinada forma. En este caso, con el desplazamiento hacia arriba de la jeringa derecha.

La velocidad con que se extienda la jeringa derecha depende exclusivamente de la velocidad con que el flujo de líquido se le traspasa desde la otra jeringa. Sin embargo, el flujo es una variable que puede ser medida, y da lugar a otro concepto: El Caudal.

El caudal permite medir la intensidad del flujo de líquido. En otras palabras, permite saber cuántos litros de fluido por minuto circulan por los conductos.

Permite entre otras cosas, saber cuánto tiempo va a demorar en llenarse un recipiente.

Para calcular el caudal de un flujo determinado, se necesita conocer dos valores importantes: El volumen del receptor y el tiempo que tarda en llenarse.

𝐿𝑡𝑠 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑄 = 𝑚𝑖𝑛

Procedimiento básico: Dejar escurrir el agua dentro del balde y tomar el tiempo que demora en llenarse. Dividir el contenido del balde (en litros) por el tiempo tomado en llenarse (en minutos), así se obtendrá el caudal de agua que entrega la red, expresado en litros por minuto.

𝐿𝑡𝑠 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑄 = 𝑚𝑖𝑛 El caudal sirve para determinar la velocidad con que se extiende un cilindro hidráulico...

O a la velocidad que gira un motor hidráulico.

𝐿𝑡𝑠 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑄 = 𝑚𝑖𝑛 ¿Quién determina el caudal de un sistema hidráulico? Respuesta: La bomba hidráulica.(Obvio, ¿No?) La bomba hidráulica tiene en su interior una serie de componentes que se encargan de aspirar el aceite desde el estanque, y enviarlo hacia un conducto de salida. Existen varios tipos de bomba que se analizarán en otro momento. La bomba tiene una cierta capacidad de aceite en su interior, y su eje impulsor pone en movimiento los elementos internos que lo mueven hacia el exterior, pero también a su vez aspiran una cantidad casi igual a la que sale.

𝐿𝑡𝑠 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑄 = 𝑚𝑖𝑛 Hay que tener siempre claro el siguiente concepto: Cada vez que la bomba hidráulica gira una vuelta completa en su eje, por el orificio de salida sale una cantidad de aceite idéntica a la cantidad que cabe en su interior. Esta capacidad de Lts/vuelta se denomina “Desplazamiento interno de la bomba”. Si una bomba gira a cierto número de revoluciones por minuto, la cantidad de aceite expulsada en el lapso de un minuto será igual al desplazamiento interno multiplicado por las revoluciones realizadas.

Ejemplo: si una bomba tiene un desplazamiento interno de 2 lts/Rev, indica que son dos litros de aceite impulsado por cada vuelta de su eje. Si la bomba gira a 500 revoluciones por minuto (RPM) claramente en un minuto de tiempo expulsó 1000 litros. O sea, su caudal a 500 RPM es de 1000 Lts/min.

𝐿𝑡𝑠 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑄 = 𝑚𝑖𝑛 Si la misma bomba giró a 250 RPM, y su desplazamiento es de 2 lts/Rev, su caudal a 2200 RPM es de 500 Lts/min. Hay que considerar que toda bomba hidráulica tiene un límite de revoluciones por minuto, indicadas por el fabricante. Si se hace girar a más de ese límite, los componentes internos pueden dañarse por exceso de velocidad. (Sobre calentamiento, fatiga, pérdida de lubricación). Un dato importante: Toda bomba hidráulica tiene el orificio de aspiración más grande que el orificio de salida de aceite. La razón se explicará más adelante.

𝑀𝑡𝑠 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑉𝑒𝑙 = 𝑚𝑖𝑛. La velocidad indica cuanto tarda en extenderse un cilindro en su totalidad. Se considera la distancia máxima que recorre el vástago, y se divide esa medida por el tiempo que tarda en recorrerla.

La velocidad de un motor hidráulico se mide en Revoluciones por minuto. (RPM).

Ambas velocidades dependen del caudal con que se alimenta el componente.

𝑀𝑡𝑠 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑉𝑒𝑙 = 𝑚𝑖𝑛. La velocidad del vástago se calcula fácilmente. Se debe tener la capacidad total del cilindro a su máxima extensión y la medida en metros del recorrido del vástago, sin olvidar que se debe conocer también el caudal con que se alimenta. Ejemplo: Si se tiene un cilindro con capacidad máxima de 75 litros, y el vástago recorre una distancia de 2 metros, todo lo anterior es alimentado por un caudal de 20 litros/minuto, entonces hay que ordenar los datos de la siguiente forma: 𝑄 = 20 𝑙𝑡𝑠/𝑚𝑖𝑛

𝑉 = 75 𝐿𝑡𝑠. 𝐷 = 2 𝑀𝑡𝑠.

𝑀𝑡𝑠 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑉𝑒𝑙 = 𝑚𝑖𝑛. Lo primero que hay que tener claro, es que cuando el cilindro se llena a máxima capacidad, con los 75 litros de aceite en su interior, habrá recorrido la distancia de dos metros indicada. 𝐿𝑡𝑠 𝑄 = 𝐷 = 2 𝑀𝑡𝑠. 𝑉 = 75 𝐿𝑡𝑠. 𝑀𝑖𝑛 Hay que determinar en cuanto tiempo se llena el cilindro. Para eso hay que preguntarse: “Si tenemos un suministro (Caudal) de 20 litros por minuto, ¿en cuantos minutos se juntarán 75 litros?” 𝐿𝑡𝑠 Arriba se tiene la fórmula de caudal 𝑄 = la cual hay que transformarla para 𝑀𝑖𝑛 sacar el valor que no se tiene. 𝐿𝑡𝑠 Se despeja la variable tiempo (Min) y queda así: 𝑀𝑖𝑛 = 𝑄

𝑀𝑡𝑠 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑉𝑒𝑙 = 𝑚𝑖𝑛. Como la fórmula quedó igual a

𝑀𝑖𝑛 =

𝐿𝑡𝑠 se reemplazan los valores que 𝑄

sí se tienen y que sirven para reemplazar en la fórmula: ( 𝑉 = 75 𝐿𝑡𝑠. 𝐷 = 2 𝑀𝑡𝑠.)

Entonces: si 𝑀𝑖𝑛 =

𝑀𝑖𝑛 =

𝐿𝑡𝑠 , 𝑄

75 𝐿𝑡𝑠 = 3,75 minutos. 20 𝑙𝑡𝑠/𝑚𝑖𝑛

Los 3,75 minutos indican lo que el cilindro demoró en llenarse completamente. No olvidar que significa que con un caudal de 20 lts/minuto, los 75 litros del cilindro se llenaron en 3,75 minutos.

𝑀𝑡𝑠 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑉𝑒𝑙 = 𝑚𝑖𝑛. Finalmente, como el cilindro tardó 3,75 minutos en llenarse completamente, no hay que olvidar que también en 3,75 minutos el vástago recorrió los 2 metros que mide el recorrido de éste. 𝑉 = 75 𝐿𝑡𝑠. 𝐷 = 2 𝑀𝑡𝑠. Como la velocidad se mide en este caso en metros / min, los 2 metros los recorrió en 3,75 minutos, por lo tanto la velocidad del vástago es:

𝑉𝑒𝑙 =

𝑀𝑡𝑠 Y por lo tanto 𝑚𝑖𝑛.

𝑉𝑒𝑙 =

2 𝑀𝑡𝑠 = 0,53333 mts/min. 3,75𝑚𝑖𝑛.

Con ese resultado se puede concluir que el vástago recorrió aproximadamente medio metro por minuto, que al fin y al cabo es su velocidad de accionamiento.

La velocidad de un motor hidráulico se mide en Revoluciones por minuto. (RPM). El motor hidráulico también tiene cierta capacidad de aceite en su interior. Cada vez que al motor se le inyecta una cantidad de aceite igual a su capacidad, el eje de salida gira una vuelta completa. Esta capacidad interna, al igual que la bomba hidráulica, se denomina “Desplazamiento interno” Por lo tanto, cuando se alimenta un motor con un determinado caudal, esa cantidad de aceite indicada en el lapso de un minuto, indica también una cierta cantidad de vueltas de su eje, también en el lapso de un minuto. Un dato importante: Toda motor hidráulico tiene el orificio de aspiración del mismo tamaño que el orificio de salida de aceite. La razón se explicará más adelante.

Por ejemplo: Si un motor tiene una capacidad interior de 2 litros, cada vez que por su entrada pase esa cantidad de aceite, el eje de salida girará una vuelta completa. Aunque suene obvio, si al motor se le inyectan seis litros, el eje del mismo girará tres vueltas. Todo esto independiente del tiempo que demore en entregarse esa cantidad de líquido. El asunto cambia cuando esos seis litros se entregan en cierto lapso de tiempo. Si ese volumen de seis litros se entrega en el lapso de un minuto, ya está claro que apareció el elemento llamado caudal.

Como el caudal de ejemplo son seis litros por minuto, y el motor girará tres vueltas, dado que por cada dos litros entregados el eje gira una vuelta. En este caso son tres vueltas por minuto, y por lo tanto la velocidad del motor a ese caudal se indica como 3 RPM. SI este mismo motor se alimenta con un caudal de 200 litros/min, claramente en ese mismo lapso de tiempo el motor girará 100 vueltas. (No olvidar que el eje gira una vuelta por cada dos litros que ingresan a su interior). Por lo tanto ese mismo motor ahora girará a 100 RPM. Un dato importante: Lo que no cambia nunca es su capacidad interna de aceite, ni la cantidad de líquido requerido para hacerlo girar “Solo una vuelta”

Si. La presión. El gran dolor de cabeza de todos. Lo más difícil de todo. Ni tanto en todo caso… ¿Qué es la presión? Sencillamente es una fuerza aplicada sobre una superficie determinada. El clásico elemento de la Figura no se caracteriza precisamente por ser muy liviano. Sin embargo, el gran peso que tiene puede traer resultados insospechados cuando se busca la presión que ejerce sobre la superficie donde se apoya.

El elemento pesado de la figura, lo pongan donde lo pongan siempre va a pesar lo mismo. Sin embargo la presión que ejerce sobre su base depende del tamaño de la misma.

Para entender lo que es el área, hay que saber cuánto miden los costados de una superficie determinada, por ejemplo, el cerámico de la imagen derecha.

Si la placa cerámica tuviera como medidas de sus costados 3 x 3 cm, indicaría que en total su superficie es de 9𝑐𝑚2 Esos 9𝑐𝑚2 significan simplemente que 3cm dentro de esa superficie de 3 cm por lado, caben 9 cuadrados de 1 cm de lado cada uno. 1cm 1cm 1cm 1cm

3cm

1cm 1cm

Cuando el cuerpo se deja descansar sobre esa superficie, hay que pensar que cada centímetro cuadrado de superficie está sintiendo una parte del peso total.

Si la base de cerámica fuera exactamente de la misma forma que la base del peso encima, eso significaría que ese peso se distribuye uniformemente sobre los 9𝑐𝑚2 de superficie. Por lo tanto, cada 𝑐𝑚2 de superficie recibiría la novena parte del peso total de la carga. Recordando que tal peso es soportado entre todos, tal como los trabajadores sostienen una carga entre dos. Cada uno soporta la mitad del peso total del saco.

Si el peso de la carga fuera de 900 kilos, y si se distribuye uniformemente sobre los 9𝑐𝑚2 de superficie inferior, cada centímetro cuadrado soportaría un peso de 100 kilos.

Como cada cuadrado mide 1𝑐𝑚2 significa que hay 100 kg por cada centímetro cuadrado, y se expresa como 100 Kg/𝑐𝑚2 . Y precisamente así se define la presión. Como una fuerza aplicada sobre una superficie de 1 𝑐𝑚2 .

En este caso, una carga de 900 kilos generó una presión sobre el piso de 100 kg/𝑐𝑚2 …

Si la misma carga se apoya en una mesa que ocupe la misma superficie que su base, la presión sobre la superficie de la lesa igual es de 100 Kg/𝑐𝑚2 . Sin embargo, la presión sobre el suelo es distinta, porque los 900 kilos se distribuyen uniformemente en 4 patas. Por lo tanto cada para soporta la cuarta parte del peso total, es decir, 225 kilos. Si cada para tiene una forma cuadrada de 1cm de lado, significa que ocupa una superficie de 1 𝑐𝑚2 . Por lo tanto ese 𝑐𝑚2 de superficie de la pata soporta 225 kilos. Se concluye que la presión sobre el suelo es de 225 kg/𝑐𝑚2 .

Si la carga se apoya en un pistón presionando un líquido, dentro del bombín se genera una presión que reacciona en todas direcciones, debido a que un líquido intenta esparcirse en todas direcciones. Como el líquido no se puede comprimir, la carga no baja ni sube. Se mantiene inmóvil. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la carga hacia abajo no se mueve porque el líquido reacciona con una fuerza igual en sentido contrario, es decir, hacia arriba.

Si se conoce la superficie del pistón de goma negro de la jeringa, hay que tener en cuenta que esa superficie es la que está soportando el peso de la carga, y tratando de presionar el agua.

Si el área del pistón midiera 2 𝑐𝑚2 . Podríamos concluir que los 900 kilos que pesa la carga, descansa sobre esos 2 centímetros cuadrados, generando una presión interna del líquido de 450 kg/𝑐𝑚2 .

Si la carga sobre el mismo pistón pesara 2000 kilos, la presión generada sería de 1000 kg. /𝑐𝑚2 .

Mirando la presión desde el interior de la jeringa, la presión de 1000 kg. /𝑐𝑚2 . Se está aplicando sobre la parte inferior del pistón. Quiere decir que cada 𝑐𝑚2 de superficie inferior está ejerciendo hacia arriba una fuerza de 1000 kilos. Lo cual suma 2000 kilos de fuerza, que terminan anulando los 2000 kilos hacia abajo que está ejerciendo el yunque.

No importan los tamaños de las jeringas ni el tamaño de los pesos sostenidos. Todo genera una presión interna sobre el líquido. Como regla, hay que tener claro que la presión es la misma en cualquier parte del circuito. Las cargas pueden ser distintas, los diámetros de las jeringas pueden ser distintos, pero la presión en la jeringa 1 siempre va a ser idéntica a la presión en la jeringa 2, y también dentro de la manguera que las comunica.

CONTINUARA...???