Neumática e Hidráulica ? Actuadores Hidráulicos en la Ingeniería Industrial
Actuadores Hidráulicos en la
Ingeniería Industrial
- Cálculo de la Fuerza de
Empuje. - Tipos de
cilindros. - Guarniciones de
Vastago. - Tolerancias en bombas de
pistones y paletas - Inspección
reparación y rearme de las bombas a paletas
desplazables - Transmisión de Potencia a
través de una tubería. - Presión
Hidráulica. - 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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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 |
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 |
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 |
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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 |
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.
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
.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
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
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Universidad
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Trabajo Enviado y Elaborado por:
Iván Escalona Moreno