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Neumática e Hidráulica ? Actuadores Hidráulicos en la Ingeniería Industrial

Enviado por ivan_escalona



Actuadores Hidráulicos en la Ingeniería Industrial

  1. Cálculo de la Fuerza de Empuje.
  2. Tipos de cilindros.
  3. Guarniciones de Vastago.
  4. Tolerancias en bombas de pistones y paletas
  5. Inspección reparación y rearme de las bombas a paletas desplazables
  6. Transmisión de Potencia a través de una tubería.
  7. Presión Hidráulica.
  8. Bibliografía y Sitios WEB de interés para Ingenieros Industriales

En los sistemas hidráulicos y neumáticos la energía es transmitida a través de tuberías. Esta energía es función del caudal y presión del aire o aceite que circula en el sistema.

El cilindro es el dispositivo mas comúnmente utilizado para conversión de la energía antes mencionada en energía mecánica.

La presión del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro, el caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de desplazamiento del mismo. La combinación de fuerza y recorrido produce trabajo, y cuando este trabajo es realizado en un determinado tiempo produce potencia. Ocasionalmente a los cilindros se los llama "motores lineales".

En la figura 6-1, vemos un corte esquemático de un cilindro típico. Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la acción del fluido.

Las partes de trabajo esenciales son: 1) La camisa cilíndrica encerrada entre dos cabezales, 2) El pistón con sus guarniciones, y 3) El vástago con su buje y guarnición.

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Calculo de la Fuerza de Empuje.

Las figuras 6-2A y 6-2B son vistas en corte de un pistón y vástago trabajando dentro de la camisa de un cilindro. El fluido actuando sobre la cara anterior o posterior del pistón provoca el desplazamiento de este a largo de la camisa y transmite su movimiento hacia afuera a través del vástago. 

El desplazamiento hacia adelante y atrás del cilindro se llama "carrera". La carrera de empuje se observa en la , Fig.6-2A y la de tracción o retracción en la Fig. 6-2B. 

La presión ejercida por el aire comprimido o el fluido hidráulico sobre el pistón se manifiesta sobre cada unidad de superficie del mismo como se ilustra en la figura 6-3.

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Si nuestro manómetro indica en Kg./cm2, la regla para hallar la fuerza total de empuje de un determinado cilindro es: "El empuje es igual a la presión manométrica multiplicada por la superficie total del pistón", o: 

F (Kg.) = P (Kg./cm²) x A (cm²)

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Importante: La fuerza de retracción del pistón de la figura 6-2B está dada por la presión multiplicada por el área "neta" del pistón. El área neta es el área total del pistón menos el área del vástago .

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Dimensionando un Cilindro.

Un cilindro neumático debe ser dimensionado para tener un empuje MAYOR que el requerido para contrarrestar la carga.

El monto de sobredimensionamiento, esta gobernado por la velocidad deseada para ese movimiento; cuando mayor es la sobredimensi6n mas rápida va a realizarse la carrera bajo carga.

En la figura 6-4 el cilindro neumático soporta una carga con un peso de 450 Kg., su diámetro es de 4", y la presión de línea es de 5,7 Kg./cm2. El cilindro en es tas condiciones ejerce un empuje exactamente igual a 450 Kg., en estas circunstancias el cilindro permanecerá estacionario soportando la carga, pero sin moverla.

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Qué sobre dimensionamiento es necesario? 

Esto depende de muchos factores, se sugiere aplicar la siguiente regla para usos generales: Cuando la velocidad de desplazamiento no es importante, seleccione un cilindro con una fuerza de empuje en 25% superior a lo necesario para altas velocidades sobredimensione en un 100%.

Velocidad de un Cilindro.

La velocidad de desplazamiento de un cilindro hidráulico es fácil de calcular si se emplea una bomba de desplazamiento positivo.

En la figura 6-5 mostramos un ejemplo típico, con un caudal de 40 litros por minuto ingresando al cilindro.

El área del pistón es de 78 cm² , para encon trar la velocidad de desplazamiento primero convertiremos los litros en cm³  por minuto es decir: 40 x 1000 = 40.000 cm³/min.

Luego dividimos este valor por el área del pistón obteniendo la velocidad:

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Tipos de cilindros.

El cilindro de doble efecto mostrado en la figura 6-1 constituye la conformación más corriente de los cilindros hidráulicos y neumáticos, sin embargo para aplicaciones especiales existen variaciones cuyo principio de funcionamiento es idéntico al que hemos descrito 

La figura 6-6 nos ilustra un cilindro de doble vástago. Esta configuración es deseable cuando se necesita que el desplazamiento volumétrico o la fuerza sean iguales en ambos sentidos.

En muchos trabajos la producción puede incrementarse mediante el uso de estaciones de trabajo operadas alternativamente por un cilindro de doble vástago Fig.6-7.

Cada estación puede realizar el mismo trabajo, o dos operaciones diferentes en una secuencia progresiva por ejemplo, diferentes operaciones en una misma pieza.

Una de los vástagos puede ser empleado para actuar sobre microcontactos o microvalvulas para establecer una secuencia,.en la figura 6-8.

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Cilindros de Simple efecto.

Cuando es necesaria la aplicación de fuerza en un solo sentido. El fluido es aplicado en la cara delantera del cilindro y la opuesta conectada a la atmósfera como en la figura 6-9.

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Después de que la carrera de retroceso se ha completado, el pistón es retornado a su posición original por la acción de un resorte interno, externo, o gravedad u otro medio mecánico. El fluido actúa sobre el área "neta" del pistón por lo tanto para el cálculo de fuerza debe restarse el área representada por el vástago.

ATENCIÓN: El resorte de retorno esta calculad exclusivamente para vencer la fricción propia del cilindro y "no" para manejar cargas externas.

Los cilindros de simple efecto con resorte interior se emplean en carreras cortas (máximas 100 mm.) ya que el resorte necesita un espacio adicional en la construcción del cilindro, lo que hace que estos sean mas largos que uno de doble efecto para la misma carrera. 

En la figura 6-10 vemos un cilindro de simple efecto de empuje, estos cilindros se emplean en carreras cortas y diámetros pequeños para tareas tales como sujeción de piezas.

Émbolos buzo

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En estos elementos, el fluido desplaza al vástago que esta empaquetado por la guarnición existente en el cabezal delantero.

Para el cálculo de fuerza, el área neta a tomarse en cuenta esta dada por el diámetro de vástago. Figura 6-11.

Este componente que encuentra su aplicación fundamentalmente en prensas hidráulicas, retorna a su posición original por acción de la gravedad, resortes internos o externos o cilindros adicionales que vemos en la figura 6-11A.

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Cilindros Telescópicos.

Tienen dos o mas buzos telescópicos y se construyen con un máximo de seis. Usualmente son de simple efecto del tipo empuje como la figura 6-12, o de doble efecto. 

Los buzos se extienden en una secuen cia establecida por el área, sale primero el mayor y en forma subsiguiente los de menor diámetro.

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Cilindros con pistón no rotativo.

Para evitar que el pistón de un cilindro gire durante su carrera pueden emplearse varios métodos a saber:

Guías externas 

Vástago de sección ovalo cuadrada 

Camisa ovalada o cuadrada, o una guía interna como la mostrada en la figura 6-13 que constituye la solución mas corriente y económica, el perno de guía que atraviesa el pistón está empaquetado en este para evitar perdidas de fluido entre cámaras.

Una aplicación típica de un cilindro no rotativo la observamos en la figura 6-14 donde se requiera mantener una posición relativamente alineada.

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Figura 6-16 Aros de Pistón. Los aros de pistón del tipo Automotor son utilizados únicamente en cilindros hidráulicos de alta velocidad.

Los aros usualmente de fundición de hierro, trabajan en camisas de acero, presentan un pequeño nivel de fugas a través de ellos, por eso son utilizados donde es más importante una prolongada vida útil que una absoluta estanqueidad.

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Figura 6-17  MÚLTIPLE V. Las guarniciones múltiples en V son en cilindros de alta velocidad donde se requiere estanqueidad absoluta. Adaptadores de metal o plástico , actúan como respal do de cada conjunto de guarniciones. En la práctica se utiliza una V por cada 500 PSI de presión actuante.

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Figura 6-18 Guarnición de doble labio.

La guarnición es una placa metálica a la que se ha vulcanizado caucho sintéticos en doble labio. Sella en ambos sentidos. Utilizada en cilindros neumáticos e hidráulicos de baja presión provee una larga vida útil, Algunos fabricantes colocan una placa de guía que previene la defor mación de la guarnición por cargas radiales.

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Figura 6-19 Copa. 

Realizadas en cuero o caucho sintético, son especialmente recomendadas para baja presión en aire. Los labios poseen una superficie amplia de sellado contra la camisa y la hacen en forma suave. A baja presión esta guarnición presenta una reducida fricción de arranque.

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Figura 6-20 Guarnición "U"

Usualmente realizada en caucho sintético es fácil de reemplazar y muy popular para presio nes del orden de las 500 PSI en aire o hidráulica.

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Figura 6-21 Bloque "V". Similar a la "U" pero con un inserto en el caucho sintético que le con fiere características aptas para altas presiones. Presenta baja fricción a elevadas presiones.

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Figura 6-22  O-Ring. La más sencilla guarnición de pistón. El O-Ring es la guarnición más económica, pero presenta ciertas desventajas: Su vida es más corta que la otras guarniciones, la fricción de arranque es elevada, y en cilin dros de gran diámetro el orosello tiene tenden cia a retorcerse y/o aplastarse.

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Figura 6-23 O-Ríng. (Orosello) con respaldo.

Para presiones elevadas o huelgos considerables, se coloca al arosello entre dos respaldos gene ralmente de teflón que impiden la extrusión del O-Ring a través de los huelgos.

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Figura 6-24 O-Ring. (orosello) con zapata.

Un oro de plástico o zapata es colocado sobre el O-Ring Standard. Esta zapata en contacto con la camisa trabaja cómo guarnición deslizante. El O-Ring provee a la zapata la expansión necesaria para el contacto con la camisa. Esta disposición presenta, baja fricción de arranque y una vida mas larga que el O-Ring solo.

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Guarniciones de Vastago.

Estas ilustraciones vistas anteriormente representan las guarniciones mas comunes de vástago de cilindros, no pretenden demostrar los aspectos constructivos del buje de guía del vástago generalmente construida en bronce, teflón o nylon. Las empaquetaduras de vas tago se construyen en una variedad de materiales compatibles con las presiones, temperaturas y fluidos a emplearse. Los materiales mas corrientes son: Neoprene , BUNA-N, BUNA-S, Siliconas, Butyl, Uretano, Viton-A, hy-cor, caucho natural, cuero, Teflón ,  Kel-F, Nylon, etc.

Figura 6-25 "N" Múltiples.

Usadas en un mínimo de 2 y un máximo de 6 con sus respaldos en cada extremo, proveen buen servicio en hidráulica de presión media y alta.

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Figura 6-26 "U".

Utilizada como guarnición única para aire comprimido y bajas presiones hidráulicas.

Figura 6-27 Sombrero.

De cuero o caucho sintético apta para bajas presiones neumáticas o hidráulicas.

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Figura 6-28 Empaquetadura Ajustable.

Donde es admitida la elevada fricción esta guarnición asegura un vástago siempre seco.

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Figuras 6-29, 6-30 y 6-31

Los orosellos con respaldos o zapatas para baja fricción empleados en neumática e hidráulica.

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TOLERANCIAS EN BOMBAS DE PISTONES Y PALETAS

Si bien es muy poco probable que en razón del mantenimiento, se intente la fabricación de algún de una bomba, considero importante señalar sus principales características constructivas y tolerancias dimensionales.

Para ello comenzaremos por la que puede ser considerada la mas difundidas de las bombas en el sector industrial argentino  ,  es decir la bomba de paletas un aro ovoide.

En la Fig.  2.9 observamos un corte de este  tipo de bomba fabricada por  la firma VICKERS , con sus partes identificadas consideremos ahora aquellas que tienen un movimiento relativo entre sí como la muestra la Fig. 2.10 este conjunto denominado " cartucho de recambio"  que puede ser adquirido para cada modelo de bomba, permite su reacondicionamiento total .

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Las platinas laterales realizadas en bronce fosforoso y la holgura que presentan con respecto al rotor y paletas es de 0,015 o 0,020 una de cada lado.

La pista realizada en acero al Cr o WGKL, SAE 52100, es comentado y templado y se encuentra rectificada interiormente con una rugosidad no mayor a 5 micro pulgadas

El rotor de acero al Cr o Mo o SAE 3312 tiene las superficies de las ranuras, cementadas templadas y rectificadas. 

Las paletas a plaquitas están realizadas en acero rápido y sus caras y flancos están rectificados existiendo una holgura entre ellas y su ranura de alojamiento no mayor de 0,010 mm

El eje de mando es de acero SAE 3135. El conjunto mencionado es fijado el cuerpo de la bomba mediante una espina de Acero Plata que atraviesa  la pista y ambos platinos  posicionando estos elementos con respecto a los rayos del cuerpo.

Durante la rotación del rotor, las paletas se aplican al perfil interior de la pista esencialmente por la acción de la fuerza centrífuga y luego por la acción conjunta de esta y la presión del aceite que llega por las derivaciones de las ventanas 5 y 7 de la Fig. 2.11.

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El perfil interior de la pista esta formado entre las ventanas 5 , 6,  7 y 8 de las platinas por los arcos de circulo que tiene por centro el del rotor conforman da sectores de 24º cada uno.

Las zonas de perfil correspondiente a las ventana 5,6,7 y 8 es decir  sobre las cuales se producen la aspiración y salida, están trazadas con los centros desplazados con relación al centro del rotor gracias a la cual se obtiene una curva que permita un caudal proporcional al ángulo de rotación del rotor 4 .

Debido a la conformación del perfil de la pista las paletas entran y salen del rotor dos veces por vuelta aspirando por 6 y 8 y enviando aceite por 5 y 7 puesta que estas últimas son diametralmente opuestas, las presiones hidráulicas sobre el rotor sé equilibran mutuamente

Conviene señalar que las ranuras del rotor no son radiales sino que tienen una leve inclinación alfa de 3º a 14º  para aumentar su longitud y consecuentemente el guiado de la paleta# sin débil¡ ter excesivamente el rotar.

El caudal teórico de este tipo de bombas puede calcularse mediante la si formula

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La diferencia R - r determina la altura h de la paleta, que en la práctica es igual al 40% de su altura total.

El número de R.P.M. máxima así  como la anchura máxima "B" del rotor, están limitados por la cantidad de aceite que puede ser aspirado por las ventanas 6 y 8. De donde surge que el caudal de la bomba no puede ser aumentado, sino que se cuenta la sección de las ventanas de aspiración, la que lleva aparejado un nuevo trazado del rotor y pista,

INSPECCIÓN REPARACIÓN Y REARME DE LAS BOMBAS A PALETAS DESPLAZABLES

a) Lavar todas las partes excepto arosellos  , juntas y empaquetaduras. En un líquido limpio y compatible, depositar las piezas en una superficie limpia y libre de impurezas para su  inspección , se recomienda el reemplazo de arosello juntas y empaquetaduras en cada revisión

b) Las paletas gastadas en el borde que están en contacto con la pista pueden revestirse permitiendo ello su nueva utilización.

c) Si la superficie interna de la pista  presenta severas ralladuras, estriados transversales o escalones esta debe ser reemplazada, En el caso de ralladuras no transversales y de escasa profundidad ( es decir superficiales) la pista puede ser reutilizada, mediante un lapidado interior que no altera. substancialmente su trazado original.

d) Un excesivo juego entre el estriado del eje y el rotor, como así  también entre las ranuras de este y las paletas demandan el reemplazo del rotor .

e) Si las caras internas de las platinas es encuentran ligeramente ralladas pueden ser remaquinadas prolongando así su empleo, Si las ralladuras que presentan son profundas o si el orificio central se encuentra muy rayado o desgastado, debe procederse al reemplazo de las platinas,

f) Los rodamientos , tornillos ,  tapones , espinas , separadores que indiquen un daño o excesivo desgaste deben ser reemplazados.

9) Después de la inspección y antes del rearmado cada parte debe ser sumergida en aceite hidráulico limpio de la misma calidad y marca del empleado en el equipo. 

INSTRUCCIONES DE OPERACIÓN

a) Antes de poner en marcha la bomba:

1) Controlar la libertad de movimiento de las partes internas haciendo girar el eje con la mano. No poner en marcha cuando hay evidencias de que existe algo que frene el libre giro 

2) Si la bomba es nueva o reconstruida tener la certeza que este armada con propiedad. Controlar cuidadosamente el sentido de giros , el eje de alineamiento , el valor  de la válvula de alivio y el nivel de aceite.

b) Puesta en marcha de la bomba .

1) Poner en marcha la bomba , mediante impulsos cortos de corriente al motor en una rápida sucesión de tal forma que la velocidad normal de giro sea alcanzada paulatinamente. Esto permite a la bomba su cebado interno, mientras la velocidad llega a su nivel normal, esta velocidad no debe ser mucho menor de la mínima recomendada, ya que es necesario la fuerza centrífuga adecuada para hacer salir las paletas y ponerlas en contacto con la pistas.

2) Si la bomba es nueva o reacondicionada debe ser puesta en marcha bajo condiciones desde el primer momento de tal forma que exista una contrapresión que asegure la lubricación interna. Una vez que la bomba arranca no deben ser tenidas en cuentas las condiciones de presión anotadas.

INVERSIÓN DEL SENTIDO DE GIRO

Las bombas de paletas desplazables en aros ovoides permiten la inversión del sentido de giro, pero ello implica el reordenamiento de sus partes internas a los efectos de conservar a pesar de la inversión mencionada, su succión y salida invariables.

Los cambios a realizar en el interior de la bomba consisten simplemente en girar 90° el conjunto platinas y pista con respecto al cuerpo de la bomba tal como la observamos en la Fig. 2.12 .

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Este cambio puede realizarse con la bomba montada ya que para efectuarlo, basta retirar la tapa posterior de la misma . 

En la Fig.2.13 observamos el desplazo de una bomba Vickers, y en la Fig.2.14 la disposición interna de los conjuntos platillos , rotor y pista, en una bomba doble de la misma marca, para distintos sentidos de giros.

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Si bien la vida útil de las bombas de paletas es prolongada, cuando se las emplea dentro de los límites señalados por cada fabricantes una inspección cada  2.500 horas de servicio, permitirá prevenir daños que demandan costas de reparación a reemplaza elevados.

Una de los problemas no considerados que suele presentarse con más asiduidad un este tipo de bombas, cuando ellas permanecen detenidas por largos  períodos es el pegado de las paletas dentro de sus ranuras de alojamiento, Esta adherencia se debe a las lacas que son productos de la oxidación del aceite, en consecuencia, en tales condiciones la bomba al ser puesta en marcha no entrega caudal alguno .

Debe procederse a abrir y lavar con solventes limpias el conjunto pista,  rotor y paletas,  verificando que estas últimas se deslicen con libertad en sus alojamientos procediendo luego al rearme en las condiciones ya especificadas.

Este procedimiento debe ser aplicado a toda bomba instalada a no, que haya permanecido un largo periodo inactiva.

Fluido: Elemento en estado líquido o gaseoso, en estas páginas utilizaremos en los sistemas neumáticos "aire comprimido y en los sistemas hidráulicos "aceites derivados de petróleo".

Sistema de transmisión de energía Neumática e Hidráulica.

Es un sistema en el cual se genera, transmite y controla la aplicación de potencia a través del aire comprimido y la circulación de aceite en un circuito

Comenzando desde la izquierda de] diagrama, la primera sección corresponde a la conversión de Energía Eléctrica y/o Mecánica en un sistema de energía Neumática ylo Hidráulica.

Un motor eléctrico, de explosión o de otra naturaleza está vinculado a una bomba o compresor, a cuya salida se obtiene un cierto caudal a una determinada presión. 

En la parte central del diagrama, el fluido es conducido a través de tubería al lugar de utilización.

A la derecha en el diagrama, el aire comprimido o el aceite en movimiento produce una reconversión en Energía mecánica mediante su acción sobre un cilindro o un motor neumático o hidráulico. Con las válvulas se controla la dirección del movimiento, la velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o cilindro.

Leyes físicas relativas a los fluidos.

Hay infinidad de leyes físicas relativas al comportamiento de los fluidos, muchas de ellas son utilizadas con propósitos científicos o de experimentación, nosotros nos limitaremos a estudiar aquellas que tienen aplicación practica en nuestro trabajo.

Ley de Pascal.

La ley más elemental de la física referida a la hidráulica y neumática fue descubierta y formulada por Blas Pascal en 1653 y denominada Ley de Pascal, que dice: 

"La presión existente en un líquido confinado actúa igualmente en todas direcciones, y lo hace formando ángulos rectos con la superficie del recipiente".

La figura 1-2 ilustra la Ley de Pascal. El fluido confinado en la sección de una tubería ejerce igual fuerza en todas direcciones, y perpendicularmente a las paredes. 

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La figura 1-3 muestra la sección transversal de un recipiente de forma irregular, que tiene paredes rígidas El fluido confinado en el ejerce la misma presión en todas las direcciones, tal como lo indican las flechas. Si las paredes fueran flexibles, la sección asumiría forma circular. Es entonces la Ley de Pascal que hace que una manguera contra incendios asuma forma cilíndrica cuando es conectada al suministro.

Ley Boyle

La relación básica entre la presión de un gas y su volumen esta expresada en la Ley de Boyle que establece: 

"La presión absoluta de un gas confinado en un recipiente varia en forma inversa a su volumen, cuando la temperatura permanece constante."

En estas formulas, P1 y V1 son la presión y volumen inicial de un gas, y P2 y V2  la presión y volumen después de que el gas haya  sido comprimido o expandido.

Importante : Para aplicar esta formula es necesario emplear valores de presión "absoluta" y no manométrica..

La presión absoluta es la presión que ejerce el aire atmosférico que es igual a 1,033 Kp /cm² = 1 atmósfera (kilogramo fuerza por centímetro cuadrado).

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Las tres figuras ejemplifican la ley de Boyle. En la figura 1-4 A, 40 cm³ de gas están contenidas en un recipiente cerrado a una presión  P. En la figura 1-4B el pistón se ha movido reduciendo el volumen a 20 cm³, provocando un incremento de la presión 2P.

En la figura 1-4 C el pistón a comprimido el gas a 10 cm³ , provocando un incremento de cuatro veces la presión original 4P.

Existe entonces una relación inversamente proporcional entre el volumen y la presión de un gas siempre que la temperatura se mantenga constante, y que las lecturas de presión sean "absolutas" es decir referidas al vacío perfecto.

La Ley de Boyle, describe el comportamiento de un gas llamado "perfecto". El aire comprimido se comporta en forma similar a la ley de un gas perfecto a presiones menores de 70 Kg/cm² y los cálculos empleando la Ley de Boyle ofrecen resultados aceptables. No ocurre lo mismo con ciertos gases, particularmente de la familia de los hidrocarburos como el propano y etileno.

Calculo.

Partiendo con 40 cm³ de gas confinado a una presión manométrica de 3 Kg/cm² , fig. 1-5 A, cual será la presión final después de que el gas haya sido comprimido a un volumen cuatro veces menor ? .

Primero convertiremos la presión manométrica en absoluta: 3 + 1,033 = 4,033 Kp/cm².

A continuación aplicaremos la ley de Boyle:  Sí el volumen se redujo a 1/4, la presión se habrá multiplicado por 4 es decir: 4,033 x 4 = 16,132 Kp/cm² (absoluta).

Finalmente convertiremos esta lectura absoluta en manométrica:

16,132 - 1,033 = 15,099 Kp/cm²

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Ley de Charles.

Esta ley define la relación existente entre la temperatura de un gas y su volumen o presión o ambas.

Esta ley muy importante es utilizada principalmente por matemáticos y científicos, y su campo de aplicación es reducido en la practica diaria. La ley establece que : 

"Si la temperatura de un gas se incrementa su volumen se incrementa en la misma proporción, permaneciendo su presión constante, o si la temperatura del gas se incrementa, se incrementa también su presión en la misma proporción, cuando permanece el volumen constante."

Para la solución de problemas deben emplearse valores de presión y temperatura "absolutos".

El efecto de la temperatura en los fluidos.

Es bien conocido el efecto de expansión de líquidos y gases por aumento de la temperatura. La relación entre la temperatura, volumen y presión de un gas podemos calcularla por la ley de Charles.

La expansión del aceite hidráulico en un recipiente cerrado es un problema en ciertas condiciones por ejemplo un cilindro hidráulico lleno de aceite en una de sus cámaras y desconectado mediante acoplamientos rápidos de la línea de alimentación, no presenta lugar para una expansión cuando es expuesto al calor.

La presión interna puede alcanzar valores de 350 Kg/cm² y aun 1.400 Kg/cm² dependiendo del incremento de temperatura y características del cilindro

Compresibilidad de los Fluidos.

Todos los materiales en estado gaseoso, liquido o sólido son compresibles en mayor o menor grado. Para las aplicaciones hidráulicas usuales el aceite hidráulico es considerado incompresible, si bien cuando una fuerza es aplicada la reducción de volumen será de 1/2 % por cada 70 Kg/cm² de presión interna en el seno del fluido.

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De la misma forma que los diseñadores de estructuras deben tener en cuenta el comportamiento del acero a la compresión y elongación , el diseñado hidráulico en muchas instancias debe tener en cuenta la compresibilidad de los líquidos, podemos citar como ejemplo, la rigidez en un servomecanismo, o el calculo del volumen de descompresión de una prensa hidráulica para prevenir el golpe de ariete.

Transmisión de Potencia

La figura 1-7 muestra el principio en el cual esta basada la transmisión de potencia en los sistemas neumáticos e hidráulicos. Una 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.

Según la ley de Pascal la presión desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos por la que la fuerza desarrollada en el pistón B es igual a la fuerza ejercida en el fluido por el pistón A, asumiendo que los diámetros de A y B son iguales.

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Transmisión de Potencia a través de una tubería.

El largo cilindro de la figura 1-7, puede ser dividido en dos cilindros individuales del mismo diámetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una cañería. El mismo principio de transmisión de la fuerza puede ser aplicado, y la fuerza desarrollada en el pistón B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistón A.

La ley de Pascal no requiere que los dos pistones de la figura 1-8 sean iguales. La figura 1-9 ilustra la versatilidad de los sistemas hidráulicos y/o neumáticos al poder ubicarse los componentes aislantes no de otro, y transmitir las fuerzas en forma inmediata a través de distancias considerables con escasas perdidas. Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posición . 

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aun doblando esquinas, pueden transmitirse a través de tuberías relativamente pequeñas con pequeñas perdidas de potencia.

La distancia L que separa la generación, pistón A, del punto de utilización pistón B, es usualmente de 1,5 a 6 metros en los sistemas hidráulicos, y de 30 a 60 metros en aire comprimido. Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente diseñados.

Presión Hidráulica.

La presión ejercida por un fluido es medida en unidades de presión. Las unidades comúnmente utilizadas son :

La libra por pulgada cuadrada = PSI

El Kilogramo por centímetro cuadrado = Kg/cm²

El Kilogramo fuerza por centímetro cuadrado = Kp/cm²

El bar = bar

Existiendo la siguiente relación aproximada :

Kg /cm² ~  Kp/cm²  ~ bar

En la figura 1-10A se muestra que la fuerza total aplicada al vástago de un pistón se distribuye sobre toda la superficie de este. Por ello para encontrar la presión que se desarrollará en el seno de un fluido deberemos dividir el empuje total por la superficie del pistón

La figura 1-10B, una fuerza de 2200 Kg. ejercida en el extremo del vástago es distribuida sobre 200 cm² por lo que la fuerza por cm² será de10 Kg. y esto lo indica el manómetro

Este principio tiene carácter reversible  , en la figura 1-11 la presión interna del fluido actuando sobre el área del pistón produce una fuerza de empuje en el extremo del vástago .

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La presión interna indicada por el manómetro 70Kg/cm² actúa sobre 120 cm² de área de pistón produciendo un empuje de 8400 Kg.

No olvidemos que para hallar la superficie de un pistón debemos aplicar la formula:

ÁREA =  PI * R2

Bibliografía y Sitios WEB de interés para Ingenieros Industriales

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 DEPPERT W. / K. Stoll. "Dispositivo Neumáticos" Ed. Marcombo Boixareu. España, Barcelona. Pag: 8

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GUILLÉN SALVADOR, Antonio. "Introducción a la Neumática" Editorial: Marcombo, Boixerau editores, Barcelona-México 1988, p: 31 – 40

RESNICK, Roberto; HALLIDAY; WALKER. "Fundamentos de Física" Sexta Edición, Editorial: Compañía Editorial Continental, México D.F., 2001, p: A-7

 

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Problemas de Física de Resnick, Halliday

http://www.monografias.com/trabajos12/resni/resni.shtml

¿Qué es la Filosofía?

http://www.monografias.com/trabajos12/quefilo/quefilo.shtml

Ingeniería de métodos

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Ingeniería de Medición

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Trabajo Enviado y Elaborado por:

Iván Escalona Moreno


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