Manual Hidraulica Basica I 2014rlr.docx

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“HIDRÁULICA”

Es una ciencia y una técnica aplicada que estudia la transmisión y control de fuerzas y movimientos mediante fluidos, que son generalmente aceites minerales, sometidos a presión.

En nuestro medio utilizamos indistintamente el término hidráulica u oleohidraulica, que sería lo correcto debido que solamente hablamos de sistemas basados al uso del aceite, mas no a los sistemas basados al uso del agua como por ejemplo, centrales hidroeléctricas. Aplicaciones de los Sistemas Hidráulicos Los sistemas hidráulicos tienen diversas aplicaciones: desde la “gata hidráulica” para levantar una carga hasta aplicaciones especiales que requieren de fuerzas de miles de toneladas, grados de precisión de centésimas de mm. y automatización exigente como las requeridas por máquinas aeroespaciales. Para poder brindar un panorama general sobre los distintos campos de aplicación de la hidráulica se la ha dividido en sectores: 1

Hidráulica Industrial: Aplicaciones en máquinas de inyección, máquinas herramientas, industria metalúrgica, prensas.

Hidráulica en el sector móvil y maquinaria pesada: Aplicaciones en cargadores, grúas, excavadoras, maquinaria vial, de construcción y agropecuaria.

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En este resumen no han sido nombradas todas las posibilidades de aplicaciones de la hidráulica ya que la gama de máquinas controladas o impulsadas hidráulicamente es muy grande pero hay que destacar que las aplicaciones de la hidráulica a venido aumentando notablemente en los últimos 20 años, esperándose un mayor crecimiento y aplicación.

Aplicaciones de la Hidráulica en maquinaria pesada: Se emplea en: Sistemas hidráulicos de Implementos

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Sistemas hidráulicos de Dirección.

Sistemas hidráulicos de Frenos.

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También la hidráulica se emplea en los Sistemas de Transmisión.

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Ventajas de la Hidráulica:  Facilidad de obtener grandes fuerzas y torques. los valores de fuerza a obtener son ilimitados; se trabaja a las mismas presiones y solo se incrementa el área de los actuadores.

 Exactitud de movimiento y de posicionamiento. pueden lograrse grandes exactitudes y precisiones al trabajarse con un fluido prácticamente incompresible. además los sistemas hidráulicos pueden controlarse electrónicamente en lazo abierto o en lazo cerrado lográndose un control preciso de sus parámetros. estas técnicas se aplican al utilizar válvulas proporcionales y servo válvulas.  Fácil control y regulación. las magnitudes de regulación y control de la hidráulica son el la presión y el caudal las cuales con sus correspondientes parámetros de fuerza, torque y velocidad y aceleración son fáciles de controlar regulándose en niveles (digital) o en forma continua (análogo).

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 Relaciones peso/potencia, inercia/potencia y tamaño/potencia pequeñas. para la misma potencia mientras el peso de un motor hidráulico es como 1, el peso de un motor eléctrico es como 14. como consecuencia se usan en aviones, barcos y en general en equipos móviles. Mientras que para la misma potencia un motor hidráulico tiene un tamaño de 1, un motor eléctrico tiene un tamaño de 26.  Velocidad variable. la mayoría de los motores eléctricos funcionan a una velocidad constante. el actuador (lineal o rotativo) de un sistema hidráulico, sin embargo puede moverse a velocidades infinitamente variables, variando el caudal de la bomba o usando una válvula de control de caudal o una válvula proporcional.  Reversibilidad. pocos actuadores son reversibles. los que son reversibles, generalmente deben decelerarse y luego acelerarse lentamente, en cambio un actuador hidráulico puede invertirse, instantáneamente, en pleno movimiento, sin problemas. una válvula direccional o una bomba reversible proporcionan el control de la inversión, mientras que una válvula limitadora de presión protege a los componentes del sistema contra las presiones excesivas.  Pueden bloquearse (velocidad = 0). el bloqueo de un motor eléctrico causa daños o funde el fusible. igualmente, las máquinas no pueden bloquearse bruscamente e invertirse su sentido sin necesidad de arrancar de nuevo. un actuador hidráulico, sin embargo, puede quedar bloqueado sin que se produzcan daños, al estar sobrecargado, y arrancará inmediatamente en cuanto disminuya la carga.  Son sistemas auto lubricados ya que tienen como principal fluido al aceite el cual no solo transporta la energía sino también lubrica todas las partes del sistema. Desventajas de la Oleohidráulica  Altas pérdidas en forma de energía calorífica debido a la viscosidad del fluido y de la fricción con tuberías, mangueras y accesorios. la viscosidad del aceite es de 20 a 80 veces mayor a la viscosidad del agua, por ello que las pérdidas cuando circula el fluido a través de mangueras, tuberías, accesorios y en general de todo elemento generara pérdidas. por ello que la energía hidráulica no se puede trasladar a grandes distancias y tratan de ser muy compactos.  Sensibilidad a la suciedad. el principal motivo de falla de un sistema hidráulico con una probabilidad del 70 al 80 % (cifras mundiales) es la suciedad que se introduce en el sistema hidráulico. debemos tomar en cuenta que visualmente no podemos cuantificar la suciedad tomando en cuenta que la vista humana solo puede distinguir partículas a partir de 7

tamaños de 40 micras y que las partículas que más daños causan a los sistemas hidráulicos son del orden de 1 a 10 micras que es el juegos en los elementos internos de las bombas, válvulas y actuadores.  Dependen de la temperatura. la viscosidad del aceite depende de la temperatura, lo que hace que los sistemas hidráulicos dependan de la temperatura. si el aceite tiene alta o baja viscosidad no lubricará apropiadamente las partes metálicas entrando en contacto metal - metal produciéndose rozamiento y desgaste.  Fugas internas, en algunos componentes originando perdidas de velocidad y precisión.  Peligros de explosión y accidentes al trabajar con elevadas presiones.

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SISTEMAS DE TRANSMISION DE ENERGIA (STE)

Energía: Es la capacidad innata de un cuerpo de efectuar un trabajo mecánico.

Un sistema de transmisión de energía (STE) es un conjunto ordenado de componentes que tienen por función transmitir la energía, de un punto de origen a un punto de utilización, de la manera más óptima posible.

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STE Componentes

Componentes

Activos

Pasivos

Componentes de conexión

COMPONENTES ACTIVOS: Intervienen directamente en la transmisión de la energía (función primaria), transformando y modulando la energía. Se distinguen 3 categorías de componentes activos:  Generadores  Moduladores  Receptores

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Componentes pasivos: Son aquellos componentes que no intervienen directamente en la transmisión de la energía (función secundaria), pero son necesarios para mejorar el rendimiento y optimizar la eficiencia del sistema.

Componentes de conexión: Permiten la conexión entre componentes del sistema. Siendo la resultante de la distancia entre componentes del sistema de transmisión.

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EJERCICIOS DE APLICACIÓN Indica cada uno de los elementos del Sistema de Transmisión de Energía

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“FUNDAMENTOS DE LA HIDRAULICA”

Fluido. Es toda aquella sustancia cuyas moléculas gozan de gran movilidad unas con respecto a otras, de tal manera que estos cuerpos toman espontáneamente la forma del recipiente que los contiene; estos se dividen en dos tipos, líquidos y gases. Fluido Compresible (gases). Específicamente el aire es un fluido compresible, ya que este reduce su volumen cuando al recipiente que lo contiene la comprimimos aplicando una fuerza. Por ejemplo el aire (neumática)

los gases son compresibles.

Fluido incompresible (líquidos) Si aplicamos el concepto anterior; al recipiente que lo contiene la comprimimos aplicando una fuerza; este no reducirá su volumen para nada; por el contrario el recipiente se romperá. Ejemplo de aplicación; es el aceite y este es el principio de la hidráulica

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2.1.

Los líquidos son incompresibles. Hidrostática - Hidrodinámica

Una de las clasificaciones para el estudio de los fluidos es por su velocidad: 2.1.1. Hidrostática: estudio de los fluidos en reposo. En hidráulica consideraremos a un fluido en “reposo” cuando la energía de velocidad es comparativamente pequeña en comparación con la energía de presión. Es decir a pesar que el fluido este en movimiento, la energía de presión es la que predomina, de aquí que se denomine a los sistemas hidráulicos (hidráulicos) como sistemas hidrostáticos.

2.1.2. Hidrodinámica: estudio de los fluidos en movimiento. En los sistemas hidrodinámicos la energía que predomina es la energía de velocidad. Por ejemplo los convertidores de par* utilizan la energía de velocidad del fluido hidráulico. * Sistema que utilizan la maquinaria pesada para su desplazamiento a partir de la alta velocidad de la volante del motor con bajo torque transformado a alto torque y baja velocidad. Una turbina pelton transforma la energía de velocidad del fluido que ha obtenido como consecuencia de la energía geodésica o potencial.

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HIDROSTATICA Ley de Pascal la presión ejercida por un fluido incompresible 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 El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión. También podemos ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos y en los frenos hidráulicos.

F

A

p

En un recipiente cerrado la presión se trasmite igual y en todos los sentidos

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PRESIÓN DEBIDA A LA FUERZA. Todo cuerpo ejerce una presión p sobre la superficie en la que se apoya, cuya magnitud depende de la fuerza f del peso del cuerpo y la superficie a en la que se apoya dicho cuerpo.

p

F A

F  p A

De esta relación:

F A p En la figura, se tiene el mismo cuerpo ubicado de distinta manera, luego se ejercerán diferentes presiones sobre las superficies de apoyo. F = 5000 N A1 = 2 m 2 A2 = 1 m 2

F

F

A2

A1 Luego:

p2 

5000 N N p1   2500 2 m2 m2

5000 N N  5000 1 m2 m2

De la misma manera en los Sistemas hidráulicos: “Si se aplica la misma fuerza: a mayor área, menor presión; a menor área, mayor presión”

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F

F

p

p

A2

A1

Multiplicación de las Fuerzas Un Sistema tiene la configuración mostrada: F2 F1

p1

A1

A2 p2

Las presiones se calculan de la siguiente manera:

p1 

F1 A1

p2 

F2 A2

Aplicando la ley de pascal “la presión en todos los puntos del fluido es la misma”, por lo tanto:

F1 F  2 A1 A2

p1  p2

“Las fuerzas son proporcionales a sus respectivas áreas” Aplicando una fuerza pequeña sobre un área pequeña, se obtiene una fuerza grande aplicada sobre un área grande

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También:

 A2  F2    F1  A1  “La fuerza de salida es igual a la fuerza de entrada multiplicado en el factor (A2 / A1)”

Ejemplo: En el recipiente mostrado:

En el punto a se aplica una fuerza de 50 kg-f. a) Graficar la presión dentro del recipiente. b) Determinar la presión (kg-f /cm2 ) c) Determine la fuerza ( kg-f ) que se puede desplazar en el punto b. Solución:

Cálculo de la presión:

F A 50kgf kgf p  15,91 2 2 2 cm cm 2 4

p

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Cálculo de la fuerza F en el punto B:

F  p A kgf 102 2 F  15.91 2   cm cm 4 F  1250 kgf

División de distancias

fila a

En el diagrama: al aplicar la fuerza f1 el embolo 1 se desplazará hacia abajo una determinada distancia s1, lo cual determinará el desplazamiento de una determinada cantidad de volumen de aceite, lo cual hará que el émbolo 2 se desplace hacia arriba una determinada distancia s2. Como el fluido (aceite hidráulico) es incompresible el volumen desplazado por el embolo 1 es igual al volumen desplazado por el embolo 2.

V1= S1 x A1 V1= V2

v2 = s2 x a S1 x A1 = S2 x A2

S1 A  2 S2 A1

El desplazamiento s es inversamente proporcional a las áreas. Conclusión: “Lo que se gana en fuerza, se pierde en desplazamiento”.

Ejemplo:

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Si el émbolo 1 se desplaza 10 cm el émbolo 2 se desplazara:

A S2   1  S1  A2 

 1cm2  S2     10cm  0,01mm  10000cm2 

Si el émbolo sobre el que descansa el gato se desplaza 10 cm, el émbolo sobre el que descansa el elefante solo se desplaza 1 centésima de mm! Esto nos lleva a la necesidad de introducir una máquina que proporcione el desplazamiento; así el émbolo donde descansa el gato se puede sustituir por una bomba de pistones accionada por un motor eléctrico.

Multiplicador de Presiones

fila a

En la figura mostrada: la presión p1 ejercida sobre un área a1 ejerce una fuerza f1, la cual es transmitida mediante el vástago al émbolo pequeño. en este caso, se genera en el émbolo pequeño una presión p2 que será de mayor magnitud que p1, debido a que su área de aplicación a2, es menor, para una misma fuerza f2 que es igual a f1.

F 1 = P1 x A 1 F1 = F 2

F2 = P2 x A2

(sistema en equilibrio) P1 x A1 = P2 x A2

Luego:

p1 A  2 p2 A1 “Las presiones generadas son inversamente proporcionales a las áreas” Ejercicio de aplicación Cuanto indicara el manómetro P2 20

Ejercicio de aplicación Cuanto indicara el manómetro P2

UNIDADES DE PRESIÓN a. En el Sistema Internacional.

1Pa 

N m2

Un múltiplo del pascal es el bar: 1 bar  100000 Pa  10 Pa 5

También se utiliza el Mpa:

1 bar  0,1 MPa b. En el sistema técnico: 21

1kgf / cm 2 c. En el sistema inglés :

1lb / pul 2  1 psi Otros: Atmósferas Metros de columna de agua Milímetros de mercurio

(atm), (mh2o), (mmhg)

En la industria de nuestro país se emplean indistintamente, equipos cuyos indicadores de presión se encuentran en cualquiera de las unidades mencionadas, razón por la cual es importante saber la equivalencia entre cada una de ellas:

kgf/cm2 bar 1 1,033 1,013 0,968 1 0,981 0,987 1,02 1 9,87 x 10- 1,02 x 10-5 10-5

Atm

pa=n/m2 1,013 x 105 98100 105 1

psi=lbf/pul2 m h2o 14,662 10,33 14,194 10 14,468 10,2 1,447 x 10-4 10,2 x 10-5

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0,068

0,070

0,069

6910,8

1

0,705

EJERCICIOS DE CONVERSION 1. Convertir 120 bar a PSI 120 𝑏𝑎𝑟 = 2. Convertir 1200 psi a bar 1200 𝑝𝑠𝑖 =

14.5 𝑝𝑠𝑖 = 1740 𝑝𝑠𝑖 1 𝑏𝑎𝑟 1 𝑏𝑎𝑟 = 82.76 𝑏𝑎𝑟 14.5 𝑝𝑠𝑖

3. Si la presión delos neumáticos de un cargador frontal es de 90 psi, a cuantos kg/cm2 equivale

4. La presión de un sistema hidráulico es de 240 kg/cm2 a cuantas lb/pulg2 equivale

5. Una válvula se regula a 2200 psi a cuantos bar equivale?

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MEDICIÓN DE LA PRESIÓN

Para medir la presión se toma como base dos escalas de medida.  Escala de presión absoluta. toma como punto de partida el cero absoluto, que es el punto donde no existe presión (vacío total).  Escala de presión relativa o manométrica. toma como punto de partida la presión atmosférica. A la medida de presión en la escala absoluta de 1 atm absoluta le corresponde la medida de presión en la escala relativa de 0 atm relativa 0 atm manométrica Luego:

pabsoluta  patmosferica  pmanometrica En el siguiente diagrama podemos ver la relación entre estas dos escalas:

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pabsoluta

pmanometrica

(atm)

(atm)

A 3

0

B

p. vacio

0 -0,2

p. atmosferica

CERO MANOMETRICO

p. absoluta

0,8

1

p. atmosferica

1

presion absoluta

2

p. manometrica

2

CERO ABSOLUTO

Para el punto A el valor de la presión en la escala absoluta es de 3 atm absoluta mientras que el valor de la misma presión en la escala relativa o manométrica es de 2 atm relativa o simplemente 2 atm . Observe:  Que a las unidades se le ha agregado el término absoluto y relativo para poder distinguir la escala a que se está haciendo referencia.  Cuando tratemos el término “presión” nos estaremos refiriendo a la “presión manométrica o relativa”.  Las presiones absolutas no tienen valores negativos..  Las presiones relativas o manométricas pueden tener un valor máximo negativo de 1 atm. Para el punto b el valor de la presión absoluta será de 0,8 atm absoluta, mientras que el valor de presión manométrica será de - 0,2 atm relativa. A las presiones que se encuentran por debajo de la presión atmosférica se denominan: Presión de vacío o presión negativa o presión de succión o depresión. Casi la totalidad de instrumentos están expuestos a la presión atmosférica, por lo que el valor que medirán será un valor por arriba (o por debajo) de la presión atmosférica; en otros términos medirán el valor de sobre presión (o de depresión) con respecto de la presión atmosférica. Los instrumentos que miden la presión tomando como referencia la presión atmosférica se denominan manómetros. 24

Los instrumentos que miden la presión negativa o depresión se denominan vacuometros. Los instrumentos que miden la presión atmosférica se denominan barómetros. Las presiones absolutas se miden comúnmente en forma indirecta: con un manómetro y un barómetro. en la práctica predomina totalmente las presiones manométricas o relativas. Importante: No confundir los siguientes términos: a. b. c. d. e. f. g. h. i.

Presión Estática. Presión Dinámica. Presión Manométrica. Presión Atmosférica. Presión Absoluta. Presión de Vacío Contrapresión. Presión nominal. Sobre presión.

a. Presión estática: esta presión se debe a la acción de una fuerza que actúa sobre un área, en este caso la velocidad del fluido es pequeña 𝐹 𝑃𝑒 = 𝐴 b. Presión Dinámica: esta presión se debe a la velocidad del fluido que circula por el sistema hidráulico. 1 𝑃𝑑 = 𝑝 𝑣 2 2 c. Presión manométrica: es la suma de la presión estática más la presión dinámica. 𝑃𝑚𝑎𝑛 = 𝑃𝑐 + 𝑃𝑑 d. Presión atmosférica: es la presión debida a la acción del peso de la atmosfera sobre cualquier objeto en la superficie de la tierra. La presión atmosférica depende de la altitud, si la altitud aumenta la presión atmosférica disminuye. e. Presión Absoluta: es la suma de la presión manométrica más la presión atmosférica. 𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝑃𝑚𝑎𝑛 + 𝑃𝑎𝑡𝑚 f. Presión de vacío: es cuando la presión es menor que la presión atmosférica.

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La presión de vacio existe por ejemplo en la entrada de las bombas hidráulicas y esta permite que la bomba succione el aceite del tanque.

g. Contrapresión: es una presión originada por una obstrucción en la línea de retorno a tanque

h. Presión nominal: es la presión normal a la presión de diseño a la que trabaja un componente hidráulico esta presión permite el trabajo sin daños no fugas de aceite.

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i. Sobrepresión: es una presión mayor a la presión nominal, esta presión origina daños, fugas o desgaste.

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“EVOLUCION DEL SISTEMA HIDRAULICO”

EVOLUCION DEL SISTEMA HIDRAULICO Si partimos del grafico del gato y el elefante; en el lado del gato ubicamos una bomba manual (un pistón con una palanca) cada vez que movemos la palanca hacia abajo el aceite desplaza a la carga hacia arriba. Lo más importante es que con poca fuerza en la palanca se puede soportar una carga grande.

Si tomamos atención al grafico anterior nos damos cuenta que si soltamos la palanca la carga vuelve a su estado original, por otro lado la altura que se eleve la carga será igual al volumen de aceite que desplace la bomba pequeña, entonces necesitamos un sistema que mejore ese defecto

Con este sistema se incrementa un tanque para poder suministrar más aceite a cilindro de la carga. Pero aún tenemos el problema que si dejamos la palanca se cae la carga.

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Ahora el sistema se mejora con el incremento de estas válvulas direccionales llamadas Válvula Chek o anti retorno, si observamos atentamente, cuando la palanca se baja, el aceite se envía al cilindro de la carga porque vence a la esfera de la válvula anti retorno 2, además la válvula anti retorno 1 cierra el paso del aceite del tanque. Cuando la palanca sube el aceite del tanque ingresa a las tuberías pero no al cilindro de la carga; también podemos observar que en ese momento la carga no retornaría a la posición inicial ya que la válvula anti retorno 2 no lo permitiría.

Ahora, si dejamos la palanca en cualquier posición, nos daremos cuenta que la carga no se cae ni el aceite del tanque se caería gracias a las válvulas anti retorno. Ahora, si queremos bajar la carga?? . Entonces pensamos en una válvula de cierre como se ve en el gráfico. Que significa esto; que abriendo esta válvula el aceite del cilindro de la carga llegaría al tanque descargándose de esta manera. Una solución importante.

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El sistema aún necesita mejora, que pasaría si la carga que colocamos es demasiado. De seguro que nuestro sistema colapsaría, entonces para evitar ese colapso, colocaremos una válvula de seguridad, tal como muestra la figura, como se puede ver cuando la carga es demasiada, la válvula de seguridad actuara haciendo que el aceite que se envía de la bomba manual retorne a tanque o si incrementamos la carga también la válvula de seguridad actuara. Como se puede apreciar cada vez el sistema va adquiriendo forma a lo que será un circuito hidráulico. En este momento lo dejamos a tu imaginación para seguir mejorando……

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“CAUDAL”

1.1. Caudal 1.1.1. Flujo Volumétrico El caudal es el flujo volumétrico. es decir es el volumen de fluido v que fluye por un punto en el tiempo t.

t

V Q t

12 3

9

V

6

Ejemplo: Si queremos llenar un depósito cuyo volumen es de 20 litros en el tiempo de dos minutos, se necesita un caudal:

Q

V 20l l   10 t 2 min min

Aplicación: Con este concepto es posible determinar el caudal que entrega una bomba con solo contar con un recipiente graduado y un reloj o cronómetro. como aplicación practica podríamos determinar el caudal ( l ) que entrega el caño de su casa, con la ayuda de un balde con min volumen conocido (comúnmente de 10 a 30 litros) y un reloj.

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El caudal en el sistema internacional se mide en (m3/seg); sin embargo, resulta una unidad muy grande por lo que se continúan usando los galones por minuto ( gpm ) o litros por minuto ( lt/min )

El caudal requerido por un cilindro, en función de la velocidad del mismo:

Q (gpm) = Velocidad (pies/seg) x Área (pulg2) x 3.117

Continuidad Por continuidad, para fluidos incompresibles, el caudal es el producto de la velocidad por el área.

Es muy común usar una relación alternativa que toma en cuenta la conversión de unidades Donde:

Q  6v  A

l min m v s A  cm 2

Q

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Aplicación:

La bomba envía caudal constante hacia el sistema en forma continua. La bomba toma aceite del tanque y lo envía hacia el sistema. La línea de succión tiene un mayor diámetro que la línea de descarga: Luego concluimos: -

“El caudal es el mismo en la línea de succión y en la línea de descarga” “La velocidad en la zona de succión es menor que en la zona de descarga ” “El caudal en la tubería es igual al caudal en la zona del embolo del pistón” “La velocidad del fluido es mayor en la tubería que en la zona del embolo del pistón” “El caudal en el lado del émbolo es diferente al caudal al lado del vástago del cilindro”. “La velocidad es la misma al lado del émbolo que al lado del vástago.

Observaciones: 

El teorema de continuidad se aplica a una línea de corriente por lo que el caudal en el lado de mayor diámetro es igual al lado de menor diametro:

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Entonces

Q1 = Q2 v1x A1 = v2 x A2 

El desplazamiento del volumen de aceite determina la velocidad del actuador. luego: “si un actuador pistón o motor está lento es porque no le llega suficiente caudal y no porque le falte presión“



La rapidez con que se transmite la señal es de:

vTRANSMISION SEÑAL  600



m s

Como se observa los caudales y las áreas determinan la velocidad del fluido. estas velocidades del fluido están limitadas por las pérdidas de energía que causan debido al rozamiento entre el fluido mismo y el rozamiento con las tuberías por lo que se recomienda las siguientes velocidades máximas en las tuberías de sistemas hidráulicos:

líneas de succión líneas de retorno a tanque líneas de presión velocidad de los actuadores

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velocidad v  1,5 m/s v  3,0 m/s v  5,0 m/s v  1,0 m/s

Ejemplo 1: Determinar el caudal q en l/min y en gpm que llega al pistón si tiene una velocidad de salida de 0,1 m/s

Solución:

m v  0,1 s D2 10 2 A   78,54cm2 4 4

Q  6v  A 35

Q  6  0,1

m l  78,54cm 2  47,13 s min

   l  1GPM  Q  47,13 x  12,45 min  3,785 l    min   Caudal en una Bomba o motor en Régimen continúo desplazamiento Volumétrico Una bomba (o motor) tiene una característica geométrica muy importante denominada desplazamiento volumétrico dv o volumen de expulsión definida como el volumen de fluido que desplaza o que impulsa en una revolución (cm3 / Rev.). Si una bomba (motor hidráulico) gira n revoluciones por cada minuto el caudal que envía (recibe) será: BOMBA HIDRAULICA característica fisica = D.V.

n Q = DV.n

Q  DV  n Ejemplo: Calcular del caudal (gpm) que impulsa una bomba de engranajes si tiene un desplazamiento volumétrico dv de 10 cm3 por revolución y esta acoplada a un motor eléctrico de 1800 rpm. Solución: Revoluciones:

n  1800 RPM  1800

rev 1  1800  1800min 1 min min

Desplazamiento volumétrico:

DV  10cm3

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Q  DV  n cm 3 rev Q  10  1800 rev min 3 cm l Q  18000  18 min min l 1Galon Q  18   4,76GPM min 3,785l Aplicaciones: -

El desplazamiento volumétrico es el parámetro más importante para la selección de una bomba o motor hidráulico.

-

El desplazamiento volumétrico es sinónimo de tamaño o volumen:

“Una bomba pequeña tendrá un dv pequeño e impulsa poco caudal y una bomba grande tendrá un dv grande e impulsa mayor caudal”. El desplazamiento volumétrico de una bomba o motor hidráulico se puede determinar aproximadamente en forma práctica llenando la cavidad de la bomba con aceite hidráulico y luego se vierte este volumen en un recipiente graduado. este valor se multiplica por las rpm del motor que accionará a la bomba (si es eléctrico: 1800 rpm, 3600 rpm; si es de combustión interna 1500...3000 rpm). También se puede evaluar el desplazamiento volumétrico a través de relaciones geométricas de su estructura interna que están en función del tipo de bomba. Medición del Caudal La forma más sencilla de medir el caudal es utilizando un recipiente graduado y un cronómetro ( t ), no obstante es recomendable emplear Caudalimetro.

Instrumentos que miden el caudal

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(V )

Se representan:

PRESIÓN “La presión se origina, cuando el caudal encuentra una resistencia a su desplazamiento”. Definiciones previas: bomba hidráulica : Válvula de seguridad

:

V. de estrangulamiento

:

Envía caudal al sistema. Válvula que apertura (deja pasar al fluido) al valor en presión al que ha sido regulada. Genera resistencia al paso del fluido.

Se muestra una bomba que envía un caudal de 10 l/min. , tiene su salida conectada a una válvula de seguridad regulada a 80 bar y a una válvula de apertura – cierre. Si la válvula de apertura – cierre está totalmente abierta, no hay resistencia; el caudal que envía la bomba pasa libremente y la presión en el manómetro marca cero (realmente el manómetro debe de indicar un pequeño valor debido a la fricción y a las pérdidas de energía en la tubería).

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A medida que se va cerrando la válvula, se va aumentando la resistencia al paso del fluido y la lectura en el manómetro empezará a aumentar, y si seguimos cerrando, la presión aumentará sin límite debido a que la bomba siempre envía 10 l/min.

Pero al llegar a 80 bares, se abre la válvula de seguridad y deja pasar todo el fluido, no dejando que la presión sobrepase este límite. Por ello es importante la válvula de seguridad.

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Cuando los fluidos se desplazan tienen varias alternativas de caminos a seguir: Caminos Alternativos con Resistencia Diferente, en Paralelo: “Cuando los caminos alternativos en paralelo ofrecen resistencias diferentes el fluido toma el camino de menor resistencia”. Ejemplo: En la figura si las tuberías a, b y c, ofrecen resistencias al paso del fluido de 10 bar, 30 bar, y 50 bar respectivamente, y la bomba envía 10 l/min de caudal. Al tener varias alternativas de circulación el fluido pasará mas por el camino que menor resistencia le ofrece, en este caso la tubería a y el manómetro marcará 6.5 bar.

Si se bloquea el tubo “a”, el manómetro marcará 18.7 bar. (Menor resistencia entre las tuberías de las alternativas b y c). Si se bloquea el tubo “b”, el manómetro marcará 8.3 bar. Si se bloquea el tubo “a”, el manómetro marcará 7.5 bar. La presión en cada tubo se calcula así: 1 Pl = ---------------------1 1 1 --- + --- + --P1 p2 p3 El caudal en cada línea de calcula así: 1/p1 QL= Q ------------------------------------------------------1 1 1 --- + --- + --P1 p2 p3

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Si se bloquea las tuberías a y b el fluido pasara por la tubería c indicando el manómetro 50 bares. Camino con Resistencias Diferentes, en serie “Cuando hay solo un camino con diversas resistencias, las resistencias evaluadas en términos de presión se suman. Ejemplo: En este caso, la presión indicada en el manómetro es la resistencia equivalente a la suma de las resistencias de 30 bares y 10, es decir 40 bares.

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Si se invierten las resistencias igualmente la presión indicada por el manómetro será la suma de las dos resistencias, es decir 40 bares.

Caída de Presión

Cuando el fluido pasa por un paso restringido o cualquier elemento que le representa resistencia, se produce una diferencia de presión (caída de presión). se denomina caída de presión, puesto que si un fluido circula por un orificio, la presión a la salida del orificio, (en el sentido de la corriente), es menor que la presión a la entrada.

p  p1  p2

p  40  10 p  30 bar

Dicha caída de presión depende principalmente de la velocidad con que circula el fluido

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p  kv2 Pero influyen una serie de parámetros como: -

La viscosidad del fluido La temperatura del fluido El área (diámetro) del estrangulamiento El caudal que realmente circula La rugosidad La longitud La forma del conducto.

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Ejemplo: Si a través de la misma tubería circula mayor caudal la caída de presión aumenta.

20 bar

180 bar

C B p  180 - 20  p  160 bar p  160 bar Lógicamente si no hay caudal, la caída de presión es cero. (La presión es igual en todos los puntos de un recipiente que mantiene a un fluido en reposo) 20 bar

20 bar

p  20  20 . p  0bar

C

B

p  0 bar

Estos valores los podemos representar a través del gráfico:

p  kQ2

PERDIDAS EN FUNCION DEL CAUDAL

120

PERDIDAS ( A p )

100 80 60 40 20 0 0

2

4

6

CAUDAL ( Q )

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La generación de presión es sinónimo de energía disponible. Las caídas de presión son sinónimos de energía pérdida. Por efecto de las caídas de presión se condicionan los diseños, tamaños, formas, etc. La importancia de estos temas radica en que leyendo los valores de presión correspondientes es posible diagnosticar el funcionamiento o la falla de un sistema hidráulico. IMPORTANTE: No olvidar los siguientes conceptos. a. Caudal nominal. b. Caudal real. c. Contraflujo. Caudal nominal (Qn): es el caudal que entrega la bomba en condiciones normales como velocidad nominal, bomba en buen estado sin desgaste ni fugas. Caudal Real (Qr) :es el caudal que está entregando la bomba en el estado actual de la bomba y a su velocidad actual. Contraflujo:Es el caudal que tiene dirección contraria al caudal que entrega la bomba. El contraflujo es peligroso porque puede dañar los componentes de la bomba. Relacion entre caudal y presión para el calculo de la potencia La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el Watt; sin embargo, este valor es muy pequeño por lo que se usa el Kilowatt (Kw) ó el Caballo de fuerza (Hp)

Potencia (Kw) = Presión (bar) x Q (lt/min) 600

Potencia (hp) = Presión (psi) x Q (gpm) 1714 990953650 profe mcaterpillar1arrobahotmail.com 45

1 Hp = 0.746 Kw

Ejercicio Para el sistema mostrado el piston soporta 10000 lb y el área del piston es de 10 pulg2 ¿Qué potencia requiere la bomba para levantar la carga a una velocidad de 0.1 pies/seg ?

P

10000 lb  1000 psi 10 pulg 2

Potencia (hp) = Presión (psi) x Q (gpm) 1714

Pot 

Qgpm  Vpies/seg x A pulg2  x 3.117

1000 X 3.117 hp 1714

Q gpm  0.1 x 10 x 3.117 Pot  1.8 hp

Q gpm  3.117 gpm

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“SISTEMA HIDRAULICO”

El sistema hidráulico esta representado por sistemas abiertos y cerrados

Para identificar las partes de un sistema hidráulico es indispensable la lectura de los planos hidráulicos, para luego dividirlo en tres partes fundamentales, las cuales se muestran en la siguiente figura

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Son una serie de componentes hidráulicos, tales como bombas, válvulas, actuadores, tuberías, tanque, etc. conectados entre sí con el propósito de transportar o modificar la energía hidráulica.

UNIDAD HIDRAULICA Entendemos a la unidad hidráulica a aquel conjunto de mecanismos (llamado bomba hidráulica) que es capaz de transformar la energía mecánica en energía hidráulica

UNIDAD DE CONTROL DE ENERGIA Si queremos transmitir potencia a través de la bomba hidráulica, debemos tener el control del flujo a través de mecanismos hidráulicos, mecánicos y eléctricos, a los que le denominaremos válvulas pudiendo ser de control de presión, caudal y de dirección

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UNIDAD DE ACTUADORES Definimos a los actuadores como aquellos componentes que convierten la energía hidráulica en energía mecánica, ya sea en movimiento lineal (fuerza) o en movimiento de rotación (torque), estos componentes se llaman respectivamente: CILINDRO HIDRAULICO y MOTOR HIDRAULICO

El siguiente cuadro muestra la diferencia entre un esquema y un circuito hidráulico para reconocer los componentes a travez de símbolos 1.-tanque hidráulico 2.- filtro hidráulico de retorno 3.-bomba hidráulica 4.-valvula de seguridad 5.-valvula de control de caudal 6.-valvula unidireccional 7.-valvula de estrangulamiento 8.-cilindro hidráulico 9.-motor hidraulico

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Que es un aceite:

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EL ACEITE HIDRAULICO

El aceite es una sustancia que se interpone entre dos superficies metálicas, reduciendo la fricción y por lo tanto desgaste y calentamiento. Cuando la lubricación es óptima las dos superficies quedan completamente separadas por una película de aceite, no ocurre ningún contacto, y la fricción y el desgaste se reducen a un mínimo. ¿Cuáles son los componentes del Aceite? Los componentes principales es el Aceite base y los Aditivos los cuales ayudan a mejorar ciertas propiedades del aceite, tal viscosidad, resistencia a la oxidación y corrosión etc. ¿Cómo se clasifican los aceites, por su origen? Los principales tipos de aceite de acuerdo a su procedencia son: a- Aceites Minerales. b- Aceites Sintéticos. c- Emulsiones Agua-Aceite sintético. 1-ACEITES MINERALES; Son aceites derivados del petróleo bruto obtenidos por procedimientos termo-químico de destilación fraccionada, refinación y adición de aditivos, idóneo para trabajar en sistemas hidráulicos de equipos pesados. Es ideal en muchos aspectos no es volátil a temperatura ambiente, pero no es resistente al fuego (desventaja). El aceite lubricante Mineral está compuesto por: el aceite base resultante de la destilación del petróleo y de los aditivos que ayudan a mejorar ciertas propiedades como viscosidad, resistencia a la corrosión etc. Muchos de los aceites derivado del petróleo reacciona negativamente con algunos de los materiales de los sellos hidráulicos (no son compatibles).

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2-ACEITES SINTÉTICOS resistentes al fuego, Un aceite sintético se produce por síntesis química a la que se le añaden aditivos para mejorar sus propiedades, por ejemplo los esteres fosfatados, poliglicoles. Los lubricantes sintéticos se caracterizan por tener alta resistencia a inflamarse (no volátil), ser resistentes al fuego ser mas fluidos a bajas temperaturas y tener un índice de viscosidad más elevado. Operan muy bien a altas presiones, excelente resistencia al fuego, no reaccionan negativamente con todos los materiales de los sellos, no se consumen, pero son más caros. ¿Según su aplicación se clasifican los Aceites? Aceite para Motor (1). Aceite Hidráulico (2). Aceite de Transmisión (3). Aceite para engranajes y cajas reductoras (4). ¿Cuáles son las principales características de los aceites? El aceite tiene las siguientes funciones importantes: 1-Transmitir Potencia.- Como medio transmisor de potencia, el aceite debe poder circular fácilmente por las líneas hidráulicas, desde la bomba hasta el cilindro hidráulico sin producir pérdidas en las líneas. La capacidad de transmitir potencia está relacionado con la viscosidad: demasiada resistencia a la circulación del aceite (viscosidad), origina pérdidas de potencia considerable. 2-Lubricar evitando el desgaste: El aceite forma una película lubricante y evita el contacto metal con metal. Para que la duración de los componentes sea larga, el aceite debe contener los aditivos necesarios para asegurar buenas características anti desgaste. Lo ideal en las piezas móviles del sistema hidráulico es que tengan una holgura suficiente para que puedan deslizarse sobre una película de aceite. Si el aceite tiene una viscosidad adecuada, las pequeñas imperfecciones de las superficies de las piezas metálicas no se tocaran. 3-Refrigerar.- El aceite al circula por sistemas y recoge el calor generado y luego al llevarlo al enfriador de aceite o al tanque disipa el calor hacia la atmósfera. 4-Sellar.- En muchos casos, el aceite es el único elemento de sello contra la presión dentro del sistema.

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5-Evitar la oxidación y corrosión: La oxidación es la reacción química del hierro o acero con el oxigeno (proveniente del aire). La corrosión es una reacción química entre un metal y un ácido (proveniente del agua).Tanto la oxidación como la corrosión contaminan el sistema y originan un desgaste, también originan fugas excesivas y puede ocurrir que los componentes se agarroten. Para evitar la oxidación y corrosión el aceite tiene aditivos que protegen a las superficies de los ataques químicos. 6-Evita la formación de espuma (Antiespumantes) y libera el aire, los aceites hidráulicos no deben tener tendencia a formar espuma y deben ser capaces de liberar el aire rápidamente para evitar los efectos nocivos del desgaste (una película lubricante con burbujas de aire permite el contacto metal con metal y su consecuente desgaste), operación errática del sistema e incremento de la compresibilidad. 7-Capacidad Des humectante, es la capacidad del aceite del desplazarse por todas las superficies metálicas absorbiendo estas superficies una película fina de aceite que protege el equipo contra el desgaste y la herrumbre. 8-Los aceites para motor tienen aditivos “Detergentes y Dispersantes”, los cuales limpian y evitan la formación de depósitos de suciedad y los mantienen en suspensión hasta que puedan ser retenidos por el filtro. Propiedades adicionales (Aceites Lubricantes) 9-Conservar el agua fuera del sistema (Demulsibilidad).-Es la capacidad del aceite hidráulico de separarse rápidamente del agua, provenga esta de la humedad del aire o de alguna contaminación o filtración en el sistema. 10-Ser Incompresible.- El aceite hidráulico debe ser lo más incomprensible posible, de forma que cuando se ponga en marcha, la acción sea instantánea. ¿Qué es la Viscosidad? La viscosidad es la resistencia del aceite a circular por conductos y tuberías. Por lo tanto es una medida de la fricción interna de las partículas de aceite. La viscosidad es la medida de la resistencia de los líquidos a fluir a una determinada temperatura. Un líquido que fluye fácilmente tiene baja viscosidad, mientras que un líquido que no fluye fácilmente tiene alta viscosidad. Cuando aumenta la temperatura de un líquido, baja su viscosidad. Cuando disminuye la temperatura de un líquido, se incrementa su viscosidad. La viscosidad cinemática se mide en STOKE (St) y en CENTISTOKES (cSt).. Para un fluido determinado la viscosidad depende de: a- La temperatura: Al aumentar la temperatura la viscosidad disminuye.

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b- La presión: Al incrementarse la presión la viscosidad aumenta. Un aceite sometido a presión tiene tendencia a aumentar su viscosidad aproximadamente en un 30% por cada 1500 psi. Si un fluido tiene baja viscosidad este circula con facilidad por la línea. Si el fluido tiene una viscosidad alta este circula con dificultad, es grueso o tiene mucha consistencia. Con el objeto de minimizar las perdidas por transmisión en los sistemas hidráulicos se prefiere utilizar aceite de baja viscosidad. Sin embargo, la selección de la viscosidad debe ser adecuada para satisfacer ¡as exigencias de lubricación de los componentes del sistema. Por otra parte, se debe disminuir tanto como sean posibles las fugas internas. Una viscosidad elevada es deseable para mantener la estanqueidad entre superficies adyacentes. Sin embargo, una viscosidad demasiado alta aumenta la fricción, lo que da como resultado 1) Elevada resistencia al fluido. 2) Alto consumo de potencia debido a las perdidas por rozamiento. 3) Elevada temperatura causada por la fricción. 4) Aumento de la caída de presión debido a la resistencia. 5) Posibilidad que el funcionamiento se haga más lento. 6) Dificultad en separar el aire del aceite en el depósito. -Y en caso de que la viscosidad fuera demasiado baja: 1) Aumento de las fugas. 2).Excesivo desgaste e incluso agarrotamiento bajo cargas elevadas que pueden producirse al destruirse la película de aceite. 3) Aumento de la temperatura debido a las fugas. ¿Qué es Índice de Viscosidad? El índice de viscosidad es un número que indica la variación de viscosidad al variar la temperatura. Cuanto mayor es el índice de viscosidad menor es la variación de viscosidad y por lo tanto es más estable la viscosidad del aceite a los cambios de temperatura. Los índices de viscosidad para los sistemas hidráulicos varían entre 80 y 120.

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Resistencia contra la oxidación y corrosión.- La oxidación se produce en el aceite por influencia de la temperatura, presión y agua; por tanto, el aceite debe llevar aditivos contra la oxidación y corrosión. Por cada 10°C de incremento de temperatura se duplica la velocidad de oxidación, formándose ácidos, barros, lacas etc. Cómo se clasifican los aceites, por su viscosidad? a)-Clasificación SAE para lubricantes La Sociedad Americana de Ingenieros del Automóvil (SAE) clasifica a los aceites por su viscosidad en grados SAE, correspondiendo el aceite menos viscoso (más fluido) al número más bajo. Se establecen dos grupos: El primer grupo de estos aceites se llaman “monogrado”; para invierno y verano. En el primer subgrupo la viscosidad se establece a temperaturas inferiores a 0°C: En este primer subgrupo tenemos al SAE5W, SAE10W, SAEI5W, SAE20W y SAE25WAsí por ejemplo un aceite SAE1OW, permite arrancar en frió hasta temperaturas de -20°C. En el segundo subgrupo, la viscosidad se mide para temperaturas superiores a los 100°C: Aquí tenemos al SAE20, SAE3O, SAE40 y SAE50. El segundo grupo de estos aceites son llamados “multigrado” operan satisfactoriamente dentro de un amplio rango de temperaturas, sin variar apreciablemente su viscosidad. Por lo tanto un aceite multigrado mantiene su viscosidad dentro un amplio rango de temperaturas lo cual le permite arrancar en frió (temperaturas inferiores a 0°C) y trabajar en caliente (a 100°C), aquí tenemos al SAE15W4O, SAE 20W50. b)-Clasificación ISO (para Aceites Lubricantes Hidráulicos). Esta norma proporciona información sobre la viscosidad del lubricante (a 40°). 1-Se establecen 18 grados de viscosidad; ISO VG 2, ISO VG 3, 150 VG 5, ISO, VG 7, ISO VG 10, ISO VG 15, ISO VG 22, ISO VG 32, ISO VG 46, lSO VG 68, ISO VG 100, ISO VG 150, ISO VG 220, ISO VG 320, lSO VG 460, lSO VG 680, lSO VG 1000, ISO VG 1500. 55

2-Cada grado de viscosidad se designa por el número de su viscosidad cinemática, por ejemplo el aceite lSO VG 68, tiene una viscosidad cinemática media de 68 cSt.

ACEITES MAS EMPLEADOS EN EQUIPO PESADO superior a –15°C ISO VG 32 (SAE 10W) superior a + 0° ISO VG 46 (SAE 20) superior a + 5° ISO VG 68 (SAE 30) Temperaturas de servicio durante el funcionamiento normal aprox. 45 C° ISO VG 32 aprox. 60 C° ISO VG 46 aprox. 70 C° ISO VG 68

Mantenimiento preventivo del aceite 1).Es responsabilidad del mecánico y del operador ver que el nivel del aceite se revise diariamente, y que el aceite y los filtros se cambien con la regularidad debida y que también siempre estén limpios, que el aceite no se haya espesado ni perdido su color. Esto es de suma importancia para combatir la contaminación y degradación. 2).Añadir el lubricante del mismo grado API y clasificación SAE o ISO, y el filtro adecuado. 3).Es muy importante mantener, un nivel de aceite adecuado en los tanques. Cuando el tanque tiene un bajo nivel de aceite se llena con aire el cual debido a la alta humedad va depositando el agua condensada degradando al aceite. Cambios de Aceite, Mantenimiento Predictivo. El mantenimiento predictivo permite predecir daños y programar con anticipación el paro y mantenimiento de los equipos, disminuyendo los tiempos muertos de producción y facilitando la adquisición de repuestos. Actualmente el mantenimiento predictivo en cuanto al aceite comprende: “Análisis periódico del aceite” (A.P.A). El análisis periódico del aceite (A.P.A), es un conjunto de tres pruebas básicas de diagnostico que sirven para identificar y medir la contaminación y degradación del aceite. a)-Análisis del desgaste, este análisis se hace con un espectrofotómetro. Esencialmente la prueba vigila el ritmo de desgaste de un componente determinado, identificando y midiendo la concentración de elementos desgaste en el aceite. Basados en datos conocidos de concentración normal se establecen límites máximos de los elementos de desgaste en el aceite. Después de tomar tres muestras de aceite, se 56

establecen las tendencias de los diferentes elementos de desgaste. Se pueden identificar el riesgo de falla cuando las tendencias difieren de la norma establecida. El análisis de desgaste se limita a detectar el desgaste de los componentes y la contaminación gradual por el polvo y la auto contaminación. Las fallas que ocurren repentinamente y con demasiada rapidez o por haber ocurrido después de haber efectuada una prueba tales como las fallas por fatiga de componentes, perdidas repentinas de lubricación o entrada imprevista de polvo no pueden ser detectadas por este tipo de pruebas. b)-Pruebas químicas y físicas, detectan agua, combustible y anticongelante (aceite de motor) y determinan si las concentraciones exceden los límites máximos establecidos. La presencia y cantidad aproximada de agua se detecta por la prueba de “chisporroteo”. Se coloca una gota de aceite en una plancha caliente a una temperatura entre 100 y 1100 C. Si se forman burbujas es una indicación de agua, siendo 2.0% el límite máximo. c).Análisis del estado del aceite, se determina haciendo un análisis infrarrojo .Esta prueba determina y mide la cantidad de contaminantes como productos de oxidación y en el caso de aceite de motor el hollín, azufre y productos de nitración. Esta información puede proporcionar indicios útiles en cuanto al aumento del desgaste por contaminación, por mal funcionamiento de los componentes etc.

Criterios para cambio, inspecciones y análisis de aceite Cuando la temperatura de operación del sistema aumenta, la vida útil del aceite disminuye, pero en la práctica el periodo de cambio de aceite será decidido más bien por los siguientes criterios (lo que ocurra primero). 1-La acumulación de horas de operación del equipo; los antecedentes y las condiciones de operación nos permiten programar los períodos de cambio de aceite, estos periodos de cambio están indicados en la cartilla de Mantenimiento del equipo. 2- El análisis periódico del aceite (A.P.A), 3- Inspecciones de los tapones ferromagnéticos, filtros y rejillas; es uno de los indicadores más seguros pues indica ¡a presencia de contaminantes. 4-Problemas de rendimiento del equipo. Contaminación y Degradación del aceite. La contaminación y la degradación son responsable de más del 70 % de las fallas y roturas de los componentes hidráulicos como: bombas, válvulas y cilindros. La contaminación indica la presencia de materias o contaminantes indeseables en el aceite

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Son responsables de la contaminación los siguientes elementos: 1-Partículas metálicas originadas por desgaste interno de los componentes; Fe, Cr,Al,Cu. 2-Partículas contaminantes extrañas tales como tierra, polvo etc., que ingresan por falla de los sellos, en el relleno y el cambio de aceite. 3-Agua. 4-Aire. La degradación, es la perdida de las propiedades físico-químicas tal como viscosidad de un aceite. Los factores que originan la degradación son: 1-Alta temperatura. 2-Alta presión. 3-Falta de mantenimiento. La degradación se manifiesta negativamente con la oxidación y corrosión del aceite.

ORIGEN DE FALLAS DE LOS SISTEMAS HIDRAULICOS -Las principales causas de fallas en los mecanismos y sistemas hidráulicos son: 1-Desgaste adhesivo Desgaste abrasivo Desgaste corrosivo Desgaste por cavitación 2-Impacto, golpeteo Sobrecargas. Sobré presiones. 3-Fatiga

70% (Responsables: contaminación, degradación, y explosión de burbujas de aire). 20 % (Responsable: Trabajo pesado)

10 % (Responsable: Trabajo continuo y desgaste.)

El desgaste adhesivo se origina por falta, insuficiente, contaminación del aceite entre superficies en contacto deslizante. Otra causa es el uso de aceites de menor viscosidad o trabajando a mayores temperaturas. El desgaste abrasivo causado por partículas metálicas extrañas o tierra que contaminan el aceite y originan fallas en el sistema. El desgaste corrosivo es la perdida de partículas metálicas de la superficie de los componentes hidráulicos que actúan en forma química, como el caso del ataque de sales, ácidos, u otros agentes químicos. Es causado por aceite contaminado.

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El desgaste por cavitación (explosiones de burbujas de vapor de aceite, agua) y por las explosiones de aire que causan el desprendimiento de partículas metálicas y cavernas. Cuando la presión en la succión es menor a 0.8 KgI cm2 como resultado de obstrucciones en la succión o presión atmosférica baja se produce el inicio de la formación de burbujas de vapor de agua y de aceite las cuales pasan a la zona de alta presión donde explotan hacia dentro, o implotan. Cuando las burbujas de vapor de aceite, agua y aire siguen experimentando implosiones, se genera suficiente energía para atacar físicamente las superficies metálicas, lo cual produce corrosión y picaduras con gran rapidez. El impacto, es causado por trabajo severo, con altas cargas y sobre presiones. La fatiga es causada por cargas repetidas, excesivas en superficies que previamente ya han sufrido algún tipo de desgaste superficial.

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ANEXOS Potencia Cantidad de trabajo realizada en una unidad de tiempo. La potencia de un motor se mide en caballos de vapor (CV), caballos de fuerza (HP) o en kilowatts (Kw) . La potencia es la rapidez con que se efectúa un trabajo, es decir, el trabajo por unidad de tiempo. Tomando los conceptos básicos de física sabemos que Trabajo = fuerza x distancia, que son precisamente las unidades del torque. Además sabemos que la velocidad rotacional de un motor se mide en rpm . Entonces si multiplicamos el torque por las rpms del motor tenemos F X D / t Que es precisamente la potencia. Si utilizamos una palanca de 1 m y aplicamos una fuerza de 1 N en el extremo estaremos aplicando un torque de 1 N m. ¿Pero sería posible hacer girar esta palanca a 3000 rpm? Pues esto es precisamente lo que hace el motor. En Resumen P = W/t (P = potencia; W = trabajo (J); t = tiempo (s)) W=F *d Potencia Neta : Es la potencia medida en un motor, con todos los componentes adicionales instalados (bombas, alternador, compresores, etc…) Potencia Bruta : Es la potencia medida en un motor en bancos de prueba, sin ningún componente adicional. De acuerdo con los códigos de prueba de potencia del motor SAE J1349 (Neto) o J1995 (Bruto), las curvas de potencia se generan con motores de prueba del laboratorio y se corrigen con las condiciones estándar siguientes: Altitud: 100 metros (328 pies) Temperatura Ambiente: 25 C (77 F)

Torque El torque es la fuerza aplicada en una palanca que hace rotar alguna cosa. Al aplicar fuerza en el extremo de una llave se aplica un torque que hace girar las tuercas. En términos científicos el torque es la fuerza aplicada multiplicada por el largo de la palanca (Torque = F x D) y se mide comúnmente en Newtons metro. Dentro del motor los gases de combustión generan una presión dentro de los cilindros que empuja los pistones con determinada fuerza hacia abajo que es transmitida hacia el cigüeñal haciéndolo girar debido al torque generado.

R.P.M Las revoluciones por minuto (rpm, RPM o r/min) es una unidad de frecuencia, usada frecuentemente para medir la velocidad angular. En este contexto, una revolución es una vuelta de una rueda, un eje, un disco o cualquier cosa que gire.

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Presión En Física, llamamos presión a la relación que existe entre una fuerza y la superficie sobre la que se aplica: P = F/S Dado que en el Sistema Internacional la unidad de fuerza es el newton (N) y la de superficie es el metro cuadrado (m2), la unidad resultante para la presión es el newton por metro cuadrado (N/m2) que recibe el nombre de pascal (Pa) 1 Pa = 1 N/m2

Aunque la presión en cualquier punto es igual en todas las direcciones, la fuerza debida a una presión siempre actúa perpendicular a la superficie. Cuando pone su mano fuera de la ventana del automóvil, la presión delante de su mano le empuja la mano hacia atrás con una fuerza superior a la presión detrás de su mano, resultando en la aceleración de su mano hacia atrás. Cuando uno se para sobre la punta de los pies, le empiezan a doler los pies rápidamente. Aunque la fuerza es la misma (el peso de uno), el área en la que la fuerza está actuando es más pequeña, y uno siente una presión mayor. La presión sobre uno es permanente. El peso de la atmósfera, dividido por el área de la superficie de la tierra, se llama "presión atmosférica". Cuando uno sube sobre una montaña, la presión es más baja porque hay menos atmósfera encima de uno empujado hacia abajo. Ejemplo: Como en el ejemplo de estar parado sobre las puntas de los pies: la misma fuerza, pero diferentes presiones empujan la cabeza y la punta de la tachuela sobre el dedo. Como el área de la punta es mucha más pequeña que el área de la cabeza, la presión es mucha más grande cuando aprieta la punta sobre el dedo - y por lo tanto duele más. Por esto le conviene afilar sus cuchillos. Cuanto más filoso el cuchillo, más pequeña el área, mayor es la presión - y más fácil es cortar. Caudal En un sistema hidráulico, la bomba convierte la energía mecánica de rotación de un motor en energía hidráulica (potencia hidráulica) impulsando fluido al sistema. Todas las bombas funcionan según el mismo principio, “utilizando el principio de desplazamiento”, generando un volumen, pero los distintos tipos de bombas varían mucho en métodos y sofisticación. LAS BOMBAS CREAN CAUDAL, NO PRESIÓN Muchos creen que la bomba genera presión, ¡NO!, Es importante entender que el único propósito de las bombas es crear caudal. La presión es la fuerza en una determinada área, creada por la resistencia a la circulación del fluido. La bomba es un mecanismo diseñado para producir un flujo necesario para el desarrollo de la presión. Pero la presión no se puede producir por sí mismo, si no se realiza una resistencia al flujo. La capacidad de entregar flujo a alta presión determina el rendimiento y las diferencia en la selección de bomba de algún fabricante. En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

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BALOTARIO DE PROBLEMAS 1.- EXPLIQUE LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA HIDRAULICA 2.- DEFINA LO QUE ES UN FLUIDO DE TRES EJEMPLOS 3.-EXPLIQUE MEDIANTE UN GRAFICO LA LEY DE PASCAL 4.- MENCIONE LAS UNIDADES DE PRESION MAS UTILIZADAS Y SUS EQUIVALENCIAS 5.-DIBUJE UN SISTEMA HIDRAULICO CON UN MINIMO DE 8 COMPONENTES HIDRAULICOS 6.-EXPLIQUE LOS SISTEMAS HIDRAULICOS ABIERTOS Y LOS SISTEMAS HIDRAULICOS CERRADOS 7.- MENCIONE LOS TIPOS DE BOMBA QUE USTED HA VISTO EN TALLER. 8-COMO FUNCION UNA VÁLVULA DE SEGURIDAD 9.- COMO FUNCIONA UNA VÁLVULA CHECK DOBLE PILOTADA HIDRÁULICAMENTE 10.- COMO FUNCIONA LOS MOTORES HIDRÁULICOS 11.-Para un cilindro hidráulico con las siguientes características: Diámetro del piston = 4 ” Diámetro de vastago = 2.5 “ Fuerza que actua en el vastago del cilindro 25000 libras a.-Determinar la presion cuando sale el vastago b.- Determinar la presion cuando entra el vastago 12.- Marcar Verdadero ( V) o Falso (F) en : *las mangueras de alta presion son las SAE 100R1AT *las mangueras de baja presion son las SAE 100R2AT *las mangueras de alta presion son las SAE 100R5 *las mangueras de alta presion son las SAE 100R2AT

13.--que significa : a.-40 cSt c.-150 hp

(V) (V) (V) (V)

(F) (F) (F) (F)

b.40 gpm d.-3000Mpa

14.-Indicar y explicar lo siguiente: a.-En un cilindro hidráulico se cumple la ley de continuidad ? b.-En la bomba hidráulica se cumple la ley de conservación de la energia ?

15.-Indicar: a.- Cinco tipos de bombas b.-Explique como funciona una bomba hidráulica tandem 16.-Un motor hidráulico de 50 cm3,recibe 60 l/min de caudal y los manómetros de entrada y salida del motor indican 280 bar y 20 bar respectivamente si la eficiencia del motor es de 85% determinar: a.-El numero de revoluciones por minuto (RPM) 17.-El torque (N-m) 18.-La potencia (HP) del motor hidráulico 19.- EXPLIQUE LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA HIDRAULICA 20.- EXPLIQUE LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA HIDRAULICA FRENTE AL NEUMATICA 21.- DEFINA LO QUE ES UN FLUIDO 22.- DEFINA LO QUE ES LA HIDRODINAMICA 23.- DEFINA LO QUE ES LA HIDROSTATICA 24.- EXPLIQUE MEDIANTE UN GRAFICO LA LEY DE PASCAL

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25.- EXPLIQUE COMO FUNCIONA UN MULTIPLICADOR DE FUERZAS 26.- MENCIONE LAS UNIDADES DE PRESION MAS UTILIZADAS Y SUS EQUIVALENCIAS 27.- EXPLICA DONDE SE APLICAN LA LEY DE CONTINUIDAD 28.-DIBUJE UN SISTEMA HIDRAULICO CON UN MINIMO DE 8 COMPONENTES HIDRAULICOS 29.-EXPLIQUE LOS SISTEMAS HIDRAULICOS ABIERTOS Y LOS SISTEMAS HIDRAULICOS CERRADOS 30.- MENCIONE LOS TIPOS DE BOMBA QUE USTED HA VISTO EN TALLER. 31.- CUAL SON LAS CARACTERISTICAS PARA COMPRAR UNA BOMBA HIDRAULICA 32.-COMO FUNCIONA UNA VÁLVULA DE SEGURIDAD 33.- COMO FUNCIONA UNA VÁLVULA CHECK DOBLE PILOTADA HIDRÁULICAMENTE 34.- COMO FUNCIONA LOS MOTORES HIDRÁULICOS

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