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313
CALCULO Y DISEÑO DEL SISTEMA OLEOHIDRAULICO PARA UNA PRENSA DE VULCANIZ.ADO POR COMPRESION ACCIONADA ELECTRICAMENTE CARLOS ALBERTO MACIAS JARAMILLO ilJ-r;:rl Aulúnoma de octidonlo fi I srcctotl BlBLlog#i L-----r.-=.g 026?56 CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE DIVISION DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA SANTIAGO DE CALI 1997 + o m c E I rSf r rruüifiiüÍfi=ulilu u ru

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  • CALCULO Y DISEÑO DEL SISTEMA OLEOHIDRAULICO PARA UNA PRENSA

    DE VULCANIZ.ADO POR COMPRESION ACCIONADA ELECTRICAMENTE

    CARLOS ALBERTO MACIAS JARAMILLO

    ilJ-r;:rl Aulúnoma de octidonlo fiI srcctotl BlBLlog#iL-----r.-=.g

    026?56

    CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE

    DIVISION DE INGENIERIAS

    PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

    SANTIAGO DE CALI

    1997

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  • CALCULO Y DISEÑO DEL SISTEMA OLEOHIORAULICO PARA UNA

    PRENSA DE VULCANIZADO POR COMPRESION ACCIONADA

    ELECTR¡CAMENTE

    CARLOS ALBERTO MACIAS JARAMILLO

    Trabajo de grado para optar al titulo deIngeniero Mecánico

    DirectorDANILO AMPUDIA

    Ingeníero Mecánico U.l.S.

    CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE

    DIVISION DE INGENIERIAS

    PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

    SANTIAGO DE CALI

    1997

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    Nota de aceptación

    Aprobado por el comité detrabajo de grado en

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    Jurado

    cumplimiento de los requisitosexigidos por la CorporaciónUniversitaria Autónoma deOccidente para optar el titulo

    Santiago de Cali, Noviembre de 1997.

  • AGRADECIMIENTOS

    El autor expresa su agradecimiento a:

    A DANILO AMPUDIA, Ingeniero Mecánico, Director de esta tesis.

    A todas aquellas personas que colaboraron de una u otra forma para quedicho trabajo se hiciera realidad.

    ut

  • DEDICATORIA

    A Hector Fabio Rojas que me impulso ainiciar mis estudios universitarios a travésde sus valiosos consejos

    A mi familia que siempre me ha dado suamor, comprensión y apoyo.

    A mi novia por todo el tiempo dedicado ysu gran apoyo para concluir esta tesis.

    IV

  • TABLA DE CONTENIDO

    INTRODUCCION

    1. EL CAUCHO1.1 GENERALIDADES1.1. Descubrimiento del Caucho1.2 PROTECCION Y RECOLECCION DEL CAUCHO1.2.1 Plantas cauchiferas y plantaciones..

    1.2.2 Plantación de la heveaI.3 PLANTACION DEL LATEXI.3.I RECOLECCION DEL LATEX2.. EL LATEX2.1 COMPOSICION Y PROPIEDADES2.1.1 Generalidades2.2 PROPIEDADES FISICAS DEL LATEX.2.2.1 Densidad.?.2.? Viscosidad

    Pág

    1

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    3

    3

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    7

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    2.4

    Tensión superficial

    Ph

    Conductividad eléctrica

    PREPARACION INDUSTRIAL DEL CAUCHO

    PREPARACION DE LA HOJA AHUMADA

    PREPAMCION DEL CREPE PALIDO

    PREPARACION DEL CREPES SECUNDARIOS

    LA VULCANIZACION

    GENERALIDADES

    Historia

    Definición

    LOS AGENTES VULCANIZANTES

    VULCANIZACION AL AzUFRE

    Caso del azufre solo

    Goma blanda y ebonita

    Combinación azufre caucho

    INFLUENCIAS DE LOS DIVERSOS FACTORES

    4at+

    14

    15

    15

    16

    18

    20

    21

    21

    21

    23

    24

    25

    25

    26

    27

    28

    30

    34

    34

    35

    ?.5 FENOMENOS SECUNDARIOS2.6 AZUFRE Y ACELERANTES2.6.1 Aumento de la velocidad de vulcanización2,7 PARTICULARIDADES DE LA VULCANIZACION

    vi

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    3

    .1. I

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    4

    4.1

    1.2

    4.2.1

    Aceleración retardada 39INTRODUCCION A LA HIDRAULICA 42GENERALIDADES 42PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Y DEFINICIONES 43

    Fluido 43Densidad, volumen específico, peso específico 44Densidad 45Viscosidad convencional 47lndice de viscosidad 48ESTATICA DE LOS FLUIDOS 48Presión en un liquido en rep'oso 49Ecuación fundamental de la hidrostática, principio

    de Pascal

    DINAMICA DE FLUIDOS

    Definición

    Ecuación de continuidad

    Teorema de Bernoulli

    FLUIDOS HIDRAULICOS

    GENERALIDADES

    OBJETIVOS DEL FLUIDO

    Transmisión de potencia

    49

    52

    54

    55

    56

    59

    59

    59

    60

  • 4.2.2 Lubrificación 60

    4.2.3 Estanqueidad 61

    4.2.4 Enfriamiento 61

    4.3 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS HIDRAULICOS 62

    4.3.I Viscosidad 62

    4.3.1.1 Definición de viscosidad 64

    4.3.1.1.1Viscosidad dinámica 64

    4.3.1.1.2 Viscosidad cinemática 654.3.1.1.3 Viscosidad relativa SUS (segundos universales saybolt) 66

    4.3.2 Números SAE 67

    4.3.3 Indice de viscosidad 69

    4.3.4 Punto de fluidez 69

    4.3.5 Conducta viscosidad-presión 70

    4.3.6 Compatibilidad con materiales 714.3.7 Resistente a cargas térmicas 714.3.8 Baja compresibilidad 71

    4.3.9 Capacidad de lubrificación 72

    4.3.l0 Reducida formación de espuma 73

    4.3. | | Resistencia a fa oxidación 73

    4.3.12 Elevada densidad 74

    4.3.13 Desemulsibilidad 75

    \'il1

  • 4.3.14 Uso de aditivos

    4.3.15 Buenafiltrabilidad

    76

    76

    77

    78

    78

    79

    80

    80

    81

    81

    83

    83

    84

    84

    85

    87

    87

    89

    90

    90

    90

    ACEITES MINERALES

    FLUIDOS ININFLAMABLES

    Agua glicol

    Emulsiones agua-aceite

    Aceite en agua

    Agua en aceite

    Fluido sintéticos

    COMPATIBILIDAD DE LAS JUNTAS

    DEPOSITOS Y FILTROS

    GENERALIDADES

    DEPOSITOS

    Construcción del depósito

    Respiradero

    Placa desviadora

    TAMAÑO DEL DEPOSITO

    FILTROS Y COLADORES

    Filtro

    Colador

    SELECCION DEL FILTRO

    t:i

  • 5.6

    6

    6.t

    6.2

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    6.3

    6.3. I

    6.4

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    6.5.2

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    6.6

    7

    7.2.1

    7 .2.1.1

    7.2.1.2

    REFRIGERACION DEL SISTEMA

    CONDUCCIONES HIDRAULICAS

    GENERALIDADES

    cLAStFtCACtON

    Presión de trabajo

    ESPECIFICACION DE TUBERIA

    Schedule

    MATERIALES PARA LOS TUBOS

    Tubos de cobre

    CONDUCCIONES FLEXIBLES

    El tubo

    El refuerzo

    La cubierta

    CONSIDERACIONES HIDRAULICAS

    CILINDROS HIDRAULICOS

    GENERALIDADES

    PRINCTPALES TIPOS DE CILINDROS SEGÚN SU

    EFECTO

    Cilindros de simple efecto

    Cilindros a pistón de inmersión o a pistón sin vástago

    Cilindro con retroceso por resorte

    92

    98

    98

    98

    100

    102

    103

    103

    105

    105

    106

    106

    107

    107

    110

    1107.1

    7.2

    112

    112

    113

    114

  • HIDRAULICOS

    7.3.1 Cilindros tandem

    7.3.2 Cilindrotelescópico

    7.4 PRINCIPIOS CONSTRUCTIVOS7.4.1 Construcción por tirantes

    7.4.2 Construcciónredonda

    7.5 FABRICACION DEL CILINDRO7.6 MODOS DE FIJACION E INDICACION

    7.2.2

    7.2.2.1

    7.2.2.2

    7.3

    7.7

    7.8

    7.9

    I

    8.1

    8.2

    8.2.,

    8.2.2

    Cilindros de doble efecto

    C i I indros diferenciales

    Cilindros de doble vástago

    FORMAS ESPECIALES DE CILINDROS

    DEL MONTAJE

    EMBOLOS

    VASTAGOS

    RESISTENCIA DE I-OS CILINDROS

    BOMBAS

    GENERALIDADES

    TIPOS DE BOMBAS

    Bombas de engranajes

    Bombas de paletas

    115

    116

    117

    118

    118

    119

    121

    121

    124

    125

    '126

    128

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    131

    135

    135

    136

    136

    142

    xt,

  • 8.2.3 Bombas de pistones

    8.2.3.1 Bombas de pistones en linea

    8.2.3.2 Bombas de pistones radiales

    8.2.4 Bombas de pistones axiales

    8.3 Funcionamiento del compensador

    9 ELECCION DE UNA BOMBA

    9.1

    9.2

    9.2.1

    9.2.2

    9.2.3

    9.2.4

    9.2.5

    9.2.6

    9.2.7

    9.2.8

    10

    t0. I

    lo.2

    to.2.l

    t0.2.2

    GENERALIDADES

    FACTORES DE SELECCION

    Presión de trabajo

    Capacidad y potencia

    Rendimiento

    Velocidad

    Fluido

    Ruido

    Costo

    Mantenimiento y servicio

    VALVULAS DI RECCIONALES

    GENERALIDADES

    CLASIFICACION POR EL NUMERO DE VIAS

    Válvulas de dos vias

    Válvulas de tres víás

    145

    145

    147

    148

    152

    155

    155

    156

    156

    159

    161

    165

    165

    167

    167

    168

    169

    169

    170

    170

    171

    xll

  • 10.2.3 Válvulas de cuatro vías

    10.3 ELEMENTOS DE VALVULAS

    10.3,I La de cierre total

    1O.3.2 Corredera de centro abierto

    l0 3.3 Corredera de centro parcialmente abierto

    10.3.4 Corredera de derivación o "by pass"

    10.3.5 Corredera de derivac¡ón central l

    10.4 FORMAS DE ACCIONAMIENTO11 VALVULASI I.I GENERALIDADESII.2 CLASIFICACION DE LAS VIAS11.2.1 Válvulas de control de flujo

    11.2.2 Válvulas de secuencia

    11.2.3 Válvulasantirretorno

    11.3 VALVULAS DE CONTROL DE PRESION1 1.3.1 Válvula de seguridad

    1 1 .3.1 .1 Válvula de seguridad simple

    1 1.3.1.2 Válvula de seguridad piloto

    11.3.2 Válvula reductora'de presión

    11.3.3 Válvula de descarga

    12 FUNCIONAMIENTO HIDRAULICO

    172

    174

    174

    174

    175

    175

    175

    179

    181

    181

    182

    182

    184

    186

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    188

    189

    189

    191

    191

    195

    xill

  • I2.I GENERALIDADES12.2 CIERRE Y APERTURA DE LOS PLATOS

    DE CALEFACCION

    13 DISEÑO DEL SISTEMA OLEOHIDRAULICOI3.I DISEÑO DE LOS CILINDROS HIDRAULICOS13.l.l Diseño del cilindro principal13.1.2 Diseño del cilindro hidráulico auxiliar

    13.2 CALCULO DE LA PRESION DE LA BOMBA13.3 CALCULO DEL CAUDAL (cpM) REQUERTDO13.4 CALCULO DE LA POTENCIA DEL MOTOR

    HIDRAULICOS

    I3.8 CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LOSCILINDROS HIDRAULICOS

    13.8.1 Espesor de la pared:cilindro principal

    13.8.2 Espesor de la pared: cilindro auxiliar

    ELECTRICO 2',lo

    I3.5 CALCULO DEL DIAMETRO DEL VASTAGO PARA ELCILINDRO PRINCIPAL 211

    I3.6 CALCULO DEL DIAMETRO DEL VASTAGO PARA LOSCILINDROS AUXILIARES 213

    13.7 MATERIAL DEL VASTAGO PARA LOS CILINDROS

    195

    196

    201

    201

    201

    204

    206

    208

    214

    214

    215

    216

    ¡{lv

  • 13.8.3 Cálculo a pandeo del cilindro principal

    13.8.4 Calculo de la tapa de fondo del cilindro

    I3.9 SELECCION DE COMPONENTES HIDRAULICOS

    216

    219

    220

    220

    221

    222

    223

    225

    226

    226

    227

    228

    229

    230

    230

    231

    232

    233

    233

    t3.9.1

    13.9.2

    l3.9.3

    13.9.4

    13.9.5

    13.9.6

    13.9.7

    13.9.8

    13.9.9

    | 3.9.10

    t3.9.1I

    t3.9.12

    |3.9.t3

    13.9. t 4

    14

    DEL SISTEMA

    Bomba hidráulica

    Electroválvula direccional de doble solenoide

    Electroválvula direccional sencilla

    Filtro de succión

    Filtro de retorno

    Filtro de llenado

    Válvula reductora de presión

    Válvula de secuencia

    Válvula check

    Presóstato

    Manómetros

    Válvula check pilotada

    Válvula de control de flujo

    Visor de nivel

    PUESTA EN MARCHA Y MANTENIMIENTO

    DE EQUIPOS OLEOHIDRAULICOS

    GENERALIDADESt4.l

  • 14.2 PUESTA EN MARCHA DE EQUIPOS

    OLEOHIDRAULICOS

    ¿Esta todo limpio?

    ¿Esta todo correctamente conectado?

    ¿Están todas las piezas ajustadas y alineadas?

    Fluido

    Graduación de la presión

    Motores eléctricos

    Ajuste

    Actividades finales.

    MANTENIMIENTO DE EQUIPOS OLEOHIDRAULICOS

    MANTENIMI ENTO PREVENTIVO

    CUANDO Y PORQUE CAMBIAR EL ACEITE DE SU

    SISTEMA HIDRAULICO

    t4.2.1

    t4.2.2

    14.2.3

    14.2.4

    14.2.5

    14.2.6

    r4.2.7

    t4.2.8

    t4.3

    14.4

    14.5

    233

    234

    234

    235

    235

    235

    236

    236

    237

    237

    240

    14.6 PROPIEDADES DEL ACEITE14.7 ANALISIS DEL ACEITEI4.8 SELECCION DEL ACEITE14 9 CONSERVACION DEL ACEITE EN SERVICIO

    CONCLUSIONES

    BIBLIOGRAFIA

    240

    241

    244

    244

    245

    246

    247

    svt

  • LISTA DE TABLAS

    Pág

    TABLA 1 orden cronológico de ras sustancias vulcanizantes 26TABLA 2 Número SAE para aceite 6gTABLA 3 compatibitidad de fluidos hidráulicos y juntas g2TABLA 4 capacidad del deposito en función del volumen ggTABLA 5 Condiciones de filtración del sistema 91TABLA 6 Condiciones de filtración corponentes 92TABLA 7 Temperatura de trabajo para fluidos 94TABLA I Influencia de la temperatura en la duración de los aceites

    TABLA 9

    TABLA 10

    TABLA 11

    TABLA 12

    valores generales duración de horas

    Máximo coeficiente de trabajo admisible

    para cálculos de tubos (l/3 carga máxima)

    Tuberías por tamaños y números schedute

    Acabado de superficies

    Juntas para émbolos

    95

    101

    104

    127

    130

    xvtl

  • TABLA 13

    TABLA 14

    TABLA 15

    TABLA 16

    TABLA 17

    TABLA 18

    TABLA 19

    TABLA 20

    TABLA 21

    Características de las bombas de engranajes

    exteriores

    Características de las bombas de engranajes

    de paletas

    Algunos tipos de bombas y sus aplicaciones

    Selección de la bomba por presión

    Selección de la bomba por rendimiento

    Selección de la bomba por velocidades

    de accionamiento

    Distribuidores de control direccional

    Tipos de correderay dispodición de los muelfe

    Formas de accionamiento de las válvutas

    141

    143

    158

    159

    163

    166

    177

    179

    180

    Itvnt

  • LISTADO DE FIGURAS

    Pá9.

    FIGURA 1 Recolección de látex 10FIGURA 2 Preparación de hoja ahumada 1TFIGURA 3 Plano del ahúmadero 19FIGURA 4 Combinación del azufre y del caucho a 135 .

    (azufre total: 37%)' 29FIGURA 5 Combinación de azuÍrey del caucho a 135 .C

    (azufre total 10 %) 31FIGURA 6 Combinación de azufre y del caucho a i35 " y

    a 155" C (azufre total 155 "C) g2

    FIGURA 7 Influencia de la temperatura de vulcanización sobrelas propiedades mecánicas de un vulcanizado

    caucho-azufre a 147 "C 33

    xix

  • II

    I

    I

    I

    FIGURA 8

    FIGURA 9

    FIGURA 1O

    FIGURA 11

    FIGURA 12

    FIGURA 13

    FTGURA 14

    FIGURA !5

    FIGURA 16

    FIGURA 17

    FIGURA 18

    FIGURA 19

    FIGURA 20

    FIGURA 21

    FIGURA 22

    Influencia de la temperatura de vulcanización

    sobre las propiedades mecánicas de un

    vufcanizado caucho-azufre a 12O minutos

    Efecto de plato

    Acción aceleratriz retardada '

    Gráfico de la ley de Newton de la viscosidad

    Principio de Pascal

    Transmisión de la presión de un liquido

    encerrado en un recipiente

    Flujo laminar

    Flujo turbulento

    Gráfica del teorema de Bernoulli.

    Viscosidad en poises

    Indice de viscosidad

    Lubricación en piezas móviles

    Capacidad de lubrificación

    Tanque de aceite

    Cilindro a pistón de inmersión o a pistón sin

    vástago izq. Sin tope interno, der; con tope

    interno (pistón guía)

    35

    38

    41

    46

    50

    53

    57

    57

    5B

    65

    70

    74

    75

    86

    113

  • FIGURA 23 Cilindros a presión de efecto simple; izq. Con

    resorte interno, der. Con resorte externo 115F|GURA 24 Cifindro de vástago unilateral 117FfGURA 25 Cilindro con vástago en ambos lados 117FIGURA 26 Cilindro en tandem 119F|GURA 27 Cilindro telescópico Oe simple efecto 12OFIGURA 28 Cilindro hidráulico en construcción por tirantes

    con fijación por brida en la cabeza del tornillo 122FIGURA 29 Cilindro hidráulico en construcción por tirantes

    con ojo articulado en la base del cilindro 129FIGURA 30 cilindro hidráulico de construcción redonda con

    brida en la cabeza del cilindro. 125FIGURA 31 Disposición de los intersticios de fuga en una

    bomba de engranajes exteriores 1gTF|GURA 32 Esquema de una bomba de éngranajes internos 14oFIGURA 33 Funcionamiento de una bomba hidráulica de

    144paletas

    FIGURA 34 Bomba de pistones en línea 149FIGURA 35 Esquema típico de una bomba de pistones

    radiales 150

    ssl

  • FIGURA 36

    F¡GURA 37

    FIGURA 38

    FIGURA 39

    FIGURA 40

    FIGURA 41

    FIGURA 42

    FIGURA 43

    FIGURA 44

    FIGURA 45

    FIGURA 46

    FIGURA 47

    FIGURA 48

    FIGURA 49

    FIGURA 50

    FIGURA 51

    FIGURA 52

    FIGURA 53

    Variación del caudal de una bomba de pistones

    radiales 150Bomba de pistones axiales 151Bomba de pistones en ángulo 152Funcionamiento del compgnsador 154Gráfica de Caudal vs presión 161Gráfica caudal vs desplazamiento 162Símbolo de una váivula de dos vías 171Esquema de una válvula direccional de dos vías 174Conexiones para los distribuidores de tres vías 175Esquema de funcionamiento de un distribuidos

    de cuatro vías

    Esquema de funcionamiento de la válvula

    de 4 vías

    Tipos de corredera

    Válvula de estrangulamiento

    Válvula de secuencia

    Válvula antirretorno

    Válvula de seguridad simple

    Válvula de seguridad pilotada

    Válvula reductora de presión

    176

    177

    178

    183

    , 185

    188

    190

    192

    193

    xxll

  • FIGURA 54

    FIGURA 55

    Válvula de descarga

    Datos para la selección de la bomba hidráulica

    194

    211

    ¡ixnl

  • LISTADO DE ANEXOS

    Pág.

    ANEXO 1 Nomográma para la selección de diámetro dela manguera 248

    ANEXO 2 Modos de fijación de cilindros hidráulicos detirantes 249

    ANEXO 3 Indicaciones de montaje 25OANEXO 4 Simbofos gráficos 252ANEXO 5 Tipos de montaje de los cilindros y soportes de

    vástagos para calcular los esfuerzos de columna

    de los vástagos 2SgANEXO 6 Diagrama para determinar las dimensiones del

    vástago 2OO

    IANEXO 7 Materiales para la construcción de cilindros yvástagos 261

    ANEXO I Montajes de vástagos y cilindro 2O2ANEXO I Longitud de pandeo en función de la longitud 269

    )r:ilv

  • ANEXO 10

    ANEXO 1 1

    ANEXO 12

    ANEXO 13

    ANEXO 14

    ANEXO 15

    ANEXO 16

    ANEXO 17

    ANEXO 18

    ANEXO 19

    ANEXO 20

    ANEXO 21

    Bomba de desplazamiento variable

    Válvula direccional de cuatro vías

    Filtro de succión

    Filtro de retorno

    Filtro de llenado

    Válvula de secuencia

    Válvula reductora de presión

    Válvula check

    Presóstatos Atos

    Manómetros

    Válvula check pilotada

    Váfvula control de flujo

    264

    267

    270

    271

    272

    273

    274

    276

    277

    279

    280

    283

  • LISTADO DE PLANOS

    Pág.

    PLANO 1 sistema hidráulico para prensa de vulcan izado 2g4PLANO 2 Prensa erectrohidráurica de vurcanizado por

    compresión de 200 Ton. 2gs

    ' ¡i¡rvi

  • RESUMEN

    El proyecto consiste en el cálculo y diseño de un sistema oleohidráulico para

    una prensa de vulcanizado. Para poderlo ejecutar se requiere conocer todo

    lo relacionado al caucho, su historia, métodos de obtención y sus

    aplicaciones, también sobre el'vulcanizado en el cual se dará su definición,

    historia, los diversos procesos de vulcanizado y aplicaciones. Después de

    conocer lo referente a estos temas se hará una introducción a la hidráulica

    para conocer sus principios de operación y entrar a ideintificar los

    parámetros de diseño del sistema (velocidades, presiones, caudales, fuerzas

    arealizar etc.) ya que con base a ellos se podrá realizar el circuito hidráulico

    y poder calcilar los componentes de la unidad (bomba hidráulica, controles

    de flujo, válvulas direccionales, controles de presión tuberías, etc). se

    tomaran como referencia productos que se consiguen comercialmente, esta

    selección se hará por catáiogo utilizando la marca Sperry-vickers, se hará

    énfasis en el diseño de los citindros hidráulicos donde se dará a conocer

    tipos, dimensionamiento, materiales de fabricación, espesores de pared, etc.

    xxvtl

  • posteriormente se hará un estudio del aceite hidráulico que se puede utilizar

    y se dará una guía sobre ei mantenimiento del sistema.

    xxt4lt

  • INTRODUCCION

    se realizará er diseño de 'un sistema hidráulico para una prensaefectrohidráulica de vulcantzado por comprensión para 200 ton. La prensa

    posee tres platos de calefacción; los cuales tienen en su interior resistencias

    eléctricas que atraviesan ros mordes en su totaridad, para rearizar elcalentamiento de los moldes y alcanzar la temperatura de trabajo requerida

    para realizar el proceso de vulcanizado.

    La prensa cuenta con cuatro cilindros hidráulicos, dos de simple efecto y dos

    de doble efecto, ros primeros son ros encargados de dar ra capacidad de ra

    máquina y los segundos de hacer subir y bajar ros primeros.

    Ef diseño de los elementos o componentes hidráulicos se realizarátomando

    la marca Sperry Vickers de sus catátogos @ELECTRONICS catatoq 400 V

    U¡iv¡rsided Aulónoma dc 0ctldorl¡SECCION SIBLIOTECA

  • 2

    Se ha escogido esta marca por ser una de las más utilizadas en la industria.

    Para la fabricación de piezas en caucho se utilizan moldes que poseen la

    forma de la pieza que se requiere, estos moldes se encuentran adheridos a

    los platos de calefacción los cuales le transmiten el calor a los moldes.

    Al introducir el caucho crudo en los moldes, estos le transmitirán el calor, y

    la prensa los compresionará a unas condiciones de tiempo y temperatura

    determinados, obteniendo un caucho vulcanizado con propiedadesmejoradas.

    Algunos productos vulcanizados en nuestra industrias son:

    Bandas transportadoras

    Tapetes para automóviles

    Pisos en caucho

    o Llantas

    o Partes para la industria automotriz

    Es por esto que cada día se está haciendo más fuerte el uso del caucho

    para reemplazar cualquier tipo de pieza ya $re los materiales vulcanizados

    están mejorando sus propiedades a un bajo costo y de manufactura sencilla.

  • 1. EL CAUCHO

    1.I GENERALIDADES

    1.1.1 Descubrimiento Del Caucho

    Es probable que Cristóbal Colón fuera el primer europeo que manipulara el

    caucho según el celebre historiador Antonio Dr. Herrera que describe los

    viajes y conquistas de los españoles, cristóbal Colon, en el curso del

    segundo viaje a América (1493-1496)- hab-ría en efecto, tenido conocimiento

    de un juego de los indígenas de Haití, en el cual utilizaban pelotas

    constituidas de una resina elástica.

    Pero fue solamente hacia el año 1615 cuando se llegó a conocer por medio

    de una obra titulada de la monarquía indiana, algunas aplicaciones útiles del

    caucho. Juan de Torquemada describe la fabricación de un producto

    denominado "Ulei", preparado por los.indígenas de México utilizando Látex

    de un árbol llamado "ule" al objeto de impermeabilizar sus vestidos.

  • Sin embargo, el interés que Europa debía prestar a este producto por sus

    numerosas aplicaciones prácticas, no fue despertado hasta mucho tiempo

    después y gracias a dos sabios franceses: La condamine y Fresneau.

    La Condamine había sido enviado por la Academia de Ciencias de parís a

    América del Sur para medir qn arco de meridiano a ia altura del Ecuador.

    Durante los ocho años que duro esta misión de 1Tg6 a 1744, lasobservaciones mas diversas fueron hechas sobre las ciencias naturales. La

    Condamine envió a la Academia de Ciencias algunos trozos de una masa

    pardusca semeiante a la resina; procedían de un árbol que los indígenas

    llamaban "Heve", y cuya fortateza rasgada dejaba escurrir un liquido blanco

    lechoso, que se solidificaba y oscurecía gradualmente al aire.

    Hizo observar que el mencionado árbol crecía en las márgenes delAmazonas, y que los indios Mainas llamaban a la materia obtenida ,,Caucho,,

    (denominación compuesta de dos palabras: caa, Madera y o-cho Fluir o

    llorar).

    El ingeniero Fresneau, que vivía en la Guyana, nos ha dado descripciones

    detalfadas del árbol del caucho que en 1762 lo llamó Hevea Guianensis.

    Muy pronto se percato que los árboles de caucho no eran exclusivos de

  • América ni del genero Hevea, pues existían otras plantas capaces de

    producir esta sustancia, tanto en Áfr¡ca como en Asia.

    Las diversas plantas conteniendo látex con caucho son numerosas y se

    encuentran un poco repartidas por toda las superficie del globo, sobre todo

    en la zona intertropical. Algunos de estos árboles alcanzan proporciones

    enormes, como los Heveas y los Ficus; otros tienen porte de lianas, como el

    genero de las Landolphia; otros se reducen a pequeños arbustos, como el

    Guayule, o incluso a simples matas herbáceas, como el kok-saghyz. Todas

    las plantas no son susceptibles de ser explotadas industrialmente, puesto

    que no se trata solamente de recolectar el caucho silvestre, sino de

    emprender el cultivo en gran escala con el mayor rendimiento. El árbol

    elegido con este fin ha sido el Hevea Brasiliens. De este árbol provienen

    actualmente casi la totalidaO O"l caucho puesto sobre el mercado.

    Sin embargo la idea de establecer plantaciones de caucho no surgió hasta

    que las demandas de este producto alcanzaron grandes proporciones, es

    decir, después de descubrimientos que permitieron la utilización practica de

    este caucho para la industria.

  • 1.2 PROTECCION Y RECOLECCÉN DEL CAUCHO

    1.2.1 Plantas Cuchiferas Y Plantaciones

    Existen en la naturaleza gran variedad de plantas productoras de caucho

    que contienen un aspecto de lechoso, llamado por esta razon látex, y que en

    suspensión de caucho es un suero acuoso, como la leche es una

    suspensión de materias grasas.

    Estas plantas, muy numerosas, y que pertenecen a especies botánicas

    extremadamente variadas, están repartidas 'especialmente

    en .la zona

    intertrópical; en particular se las encuentra en la.parte norte de América del

    sur, en el Eirasil, en América Central en África, desde Marruecos hasta

    Madagascar; en Ceilán, en la parte Meridional de la India, en Indochina, en

    Tailandia en Malasia, y en Indonesia.

    Es evidente que no todas las plantas productoras de caucho pueden ser

    explotadas industrialmente, bien porque el rendimiento del látex seademasiado bajo, ya que las cantidades de caucho contenidas en el látex

    sean insuficientes, ya, en fin, porque el caucho suministrado vayademasiado mezclado con superficies extrañas, tales como las resinas.

  • Desde que el interés comercial e industrial del caucho se ha manifestado, se

    ha buscado un medio de racionalizar su recolección creando plantaciones

    con aquellos árboles considerados los mejores productores de caucho.

    Con este fin comenzaron las plantaciones experimentales de Ficus Elástica,

    Funtumia, Castilloa y Manihot, Pero estas plantaciones desaparecieron

    rápidamente ante el cultivo de la Hevea Brasiliens, cuya superioridad

    indiscutible se revelo en seguida.

    Las plantaciones de Hevea Brasilienes cubren más de cuatro millones de

    hectáreas, que se reparten principalmente entre Malasia, lndonesia,

    Ceilán e Indochina (Viet-Nam, Cambodia). Estas plantaciones suministran el

    97oA del caucho natural.

    1.2.2.Plantación Del Hevea

    Ef Hevea posee una altura media de 2o metros. En un suelo adecuado, con

    su raíz napiforme se adentra profundamente y asegura a la vez una sólida

    fijación, amplias facilidades de alimentación y una gran resistencia a la

    sequía.

  • Una vez el año pierde sus hojas; su fruto, característico de las Euforbiaceas,

    se compone de una cápsula con tres lóbulos, cada uno de los cuales

    enciena una semilla.

    El establecimiento de la plantación exige una elección minuciosa del terreno

    siendo los suelos los que más favorecen, en general los arcillo-arenosos,

    naturalmente drenados, cubiertos de bosque y ricos en alimentos y. sustancias orgánicas.

    En esencia, la técnica moderna consiste en plantar solamente razas

    seléccionadas, es decir, plantas injertadas o plantas obtenidas de semillas

    seleccionadas.

    1.3 EXPLOTACION DEL HEVEA

    Tiene como fin la recolección y el tratamiento del Látex hasta transformarlo

    en caucho bruto o su expedición en estado líquido.

    1.3.1 Recolección del látex

    El Látex esta contenido en una red de tubos capilares ó tubos lacticíferos

    que se encuentran por todas las partes vivas de la planta.

  • Sin embargo, estos tubos capilares no se encuentran más que en la corteza,

    no existiendo en el leño. Si se practica una incisión en la corteza del árbol,

    se produce una abertura en el depósito constituido por los vasos lactiferos y

    en consecuencia, fluye el látex a lo largo de la incisión. Este derrame cesa

    af cabo de 2 a 5 horas, y el látex exudado se coagula sobre la incisión como

    la sangre se coagula sobre una herida.

    La sangría se efectúa durante las primeras horas de la mañana, después de

    haber sangrado sucesivamente todos los árboles designados, el sangrador

    vuelve al primero y retira el recipiente en donde ha escurrido el látex y lo

    vierte en un cubo. (Ver figura 1).

    El rendimiento del.Látex varia de forma importante según la naturaleza de

    los árboles. Los Hevea de semillas no seleccionadas suministran de 500 a

    600 Kg de caucho seco por hectárea y año. pero en plantacionesmodernas, ciertas superficies pueden alcanzar o sobrepasar de 2000 kg.

  • l0

    2 EL LÁTEX

    2.I COMPOS¡CION Y PROPIEDADES

    2.1.1 Generalidades

    El látex es una dispersión de caucho en un suero acuoso que contiene

    diversas sustancias orgánicas o minerales en solución.

    Figura I Recolección del látexFuente: LE BRAS, jean Fundamentos de ciencia y tecnología del caucho.

    3 de.Barcelona: Gustavo G¡l¡, 1960 40 p.

    Limitc srperior dc lc sonEioo- | --l-Cútezo vigat dd 2'ponCdel prlmcr pod I

    cortezo o sdnqror- 5\ l'Regu,cr..o pc dondc llup el l6tex

    . Songrios tuturos af,g}{-/C_ | -Conol6n intrcdr¡cido

    soporte dc lo rcsilr dd lótex

    Vosi! poro rccogcr d loter

    de un órbol preporodo poro el songrodo en

    i..-j

  • il

    En el estado actual de nuestros conocimientos, se sabe qr" "l látex seforma en un sistema laticífero independiente del sistema vascular normal.

    pero se conocen muy pocos datos en relación con su origen fisiológico.

    Ciertos autores, como Harries y Ditmar, pensaron que el caucho era un

    producto resultante de la transformación de los azúcares y en especial de

    las pentosanas. Otros investigadores ven una relación entre la elaboración

    del caucho y el consumo de las reservas de almidón. Prokofiev dedujo de

    sus trabajos que la síntesis del caucho se verifica verdaderamente en los

    laticíferos a partir de los hidratos de carbono y según el esquema siguiente:

    monosaéri dos-acetona-aceta I deh ido-i sopreno-caucho.

    Más recientemente, J. Bonner, como consecuencía de.sus investigaciones

    efectuadas en el guayule, ha emitido una teoría según la cual la formación

    del caucho se desarrollaría por el proceso siguiente: el ácido acético,

    reaccionando sobre la acetona, produciría el ácido Beta-metílcrotónico, que,

    por autopolicondensación seguida de reducción, conduciría a las cadenas

    isoprénicas. Los trabajos de Teas sobre el hevea han confirmado la función

    representada por el ácido acético.

  • t2

    2.2 PROPIEDADES FISICAS DEL LATEX

    Este es un líquido blanco, opaco, de aspecto análogo al de ta leche; fresco,

    puede presentarse con un color más o menos amariltento según su origen,

    pero a veces tiene color gris, sobre todo en el curso del almacenaje, por el

    sulfuro de hierro procedente de los recipientes, así como de los productos de

    fermentación.

    Ciertas propiedades del látex evolucionan en el transcurso del tiempo,

    incluso cuando se le añaden agentes de preservación, como consecuencia

    de modificaciones sufridas por los constituyentes del no+aucho.

    2.2.1Densidad

    El peso específico del látex está comprendido entre o,gz3 y 0,929; este peso

    específico es la resultante de los pesos específicos del suero (1.02) y el de

    las partículas de caucho en suspensión (0,91). La determinación de la

    densidad constituye una medida aproximada de la cantidad de caucho

    contenido en el látex.

  • t3

    2.2.2 Viscosidad

    El látex es un líquido no newtoniano y frecuentemente tixótropo; la

    determinación de la viscosidad en valor absoluto es delicada. En la práctica

    se refieren siempre los resultados obtenidos a un mismo aparato en las

    mismas condiciones. Se utiliza en Francia el método llamado de "La caída

    de la bola", que consiste en medir la vélocidad del desplazamiento de una

    bola de acero en el interior de un tubo de vidrio calibrado lleno de látex

    La viscosidad del látex puede variar en grandes proporciones: causa

    principal de esta variación es la concentración en caucho; la viscosidad de

    un fátex fresco de 35o/o de 'caucho está comprendida entre 12 y 15centipoises, mienfras que la de un látex concentrado con 60% de caucho

    está comprendida entre 4o y 12o centipoises, considerada el agua como

    unidad (1 centipoise).

    Pero ta concentración de caucho no es la única causa de variación. Hay

    látex que, con la misma cantidad de caucho, pueden tener viscosidades

    diferentes: entre los factores responsables de esta divergencia se pueden

    citar la dimensión de las partículas, el método de preservación, el tiempo de

    almacenamiento, etc.

  • l{

    2.2.3 Tensión superficial

    La fase acuosa del látex contiene un gran número de sustancias que rebajan

    la tensión superficial. La tensión superficial de un látex normal está

    comprendida entre 38 y 40 dinas/cm, contra 71-72 que presenta el agua. El

    mejor método para medir la tensión superficial del látex es el que utiliza el

    aparato de Lecomte du Nouv (Desprendimiento de anillo).

    2.2.4 Ph

    El valor de Ph en el látex tiene una gran influencia sobre la estabilidad; este

    Ph es ligeramente alcalino en el momento de la sangría, pero rápidamente

    se vuelve ácido; esta acidez se desarrolla como consecuencia de la acción

    de ciertos microorganismos o enzimas que existen en el látex-

    El Ph del látex preservado con amoniaco es alrededor de 10,3.

    La medida del Ph del látex se efectuaba primeramente por métodos

    colorimétricos. Estos han sido'abandonados por falta de precisión dada la

    opacidad del látex. Actualmente se ha generalizado el empleo del electrodo

    de vidrio, que permite medidas rápidas y sensibles.

  • t5

    2.2.5 Conductividad Eléctrica

    La conductividad del látex, ligada a los compuestos ionizables del suero,

    varia en razón inversa al contenido del caucho. Esta conductividad

    evoluciona rápidamente en el látex fresco, siempre que éste se encuentre

    insuficientemente preservado, demostrándose entonces que está en relación

    con el contenido de ácidos grasos volátiles, los cuales tienen una influencia

    perjudicial sobre la estabilidad mecánica.

    3. PREPARACION INDUSTRIAL DEL CAUCHO

    El látex recolectado es tratado de forma conveniente para extraer el caucho;

    para esto hay que coagular el látex.

    La coagulación del látex, puede ser definida como el agrupamiento de todas

    las partículas de caucho.

    El látex desde su llegada a la fábrica, se filtra y vierte en grandes recipientes

    de una capacidad de 2500 litros.(2.5 mt¡. Después se diluye hasta llegar a

    una concentración flja de caucho comprendida entre el 12 y 2O%.Seguidamente se transvasa a los baños de coagulación, los cuales tienen

    una capacidad de 700 a 1500 litros en donde se le mezcla cuidadosamente

  • t6

    fa solución del agente coagulante (Acido acético al 1o/o ó ácido fórmico al

    0,5%).

    Los baños de coagulación son rectangulares y contienen tabiques óparticiones dispuestos de una manera óspecial, de tal suerte que el coagulo

    puede formar una lámina continua.

    Cuando la mezcla de látex y el agente de coagulación está bien

    homogeneizada, se bajan los tabiques y se deja efectuar la coagulación.

    Esta operación se termina después de tres ó cuatro horas, obteniéndose así

    una banda lisa y continua de coagulo, que será lavada, enjuagada y por

    último secada. Sin embargo las condiciones de este tratamiento difieren un

    poco de cuando se trata de obtener crepé u hoja pálida.

    3.I PREPARACION DE HOJA AHUMADA

    En la preparación de esta última, las placas de coágulo son dirigidas por

    canales en las cuales circula agua, hacia el juego de laminadores (Ver figura

    2l; aquí el caucho es prensado y lavado al mismo tiempo. Estoslaminadores, lo mas frecuente en número de cuatro, poseen cilindros lisos

    girando a la misma velocidad excepto el último, cuyos cilindros contienen

  • t7

    grabados que imprimen a las hojas dibujos característicos, facilitando el

    secado al aumentar la superficie de evaporación.

    Figura 2 Preparación de hoja ahumada

    Fuente: LE BRAS, jean Fundamentos de ciencia y tecnología del caucho.3 ed. Barcelona: Gustavo G¡l¡, 1960 44 p.

    A la salida, la banda de caucho, con un espesor de 3 a 4 mm, es cortada en

    hojas, las cuales se colocan sobre estante fijados en carritos. Después de

    escurridas se conducen al secador del ahumadero. Esta operación tiene por

    objeto secar el caucho e impregnar el caucho de sustancias creostadas que

    desempeñan el papel de antioxidantes y antisépticos. La Figura 3 muestra el

    plano de un ahumadero. El ciclo completo de secado con humo dura de dos

    DEPOSITO DE RECEPCION

    DEL LAIEX

    Esquemo de un lominodor

  • l8

    a cuatro días, elevándose progresivamente la temperatura de 45 a 60 oC.

    Una vez secadas las hojas, se seleccionan, separando aquellas que

    presenten defectos.

    Ciertas plantaciones preparan igualmente hojas secadas al aire, pero

    suprimiendo el ahumado. De esta forma resultan hojas claras, que son

    apreciadas para ciertas fabricaciones.

    3.2 PREPARACION DEL CREPE PALIDO

    La preparación del crepé pálido difiere un poco de la preparación de la hoja

    húmeda. A la salida del baño del coagulación, las hojas de coaguto pasan

    sucesivamente por varios crepedores (laminadores), generalmente un

    número de cuatro.

    Estos crepedores son unas máquinas constituidas en esencia por dos

    cilindros paralelos que, a diferencia de los cilindros utilizados en lapreparación de hojas, giran a velocidades diferentes y llevan en su superficie

    estrías o canaladuras. Poi' consiguiente, el caucho, que sufre un gran

    número de pasadas entre lob cilindros se estira y se desgarra; como además

    la operación se verifica ante una corriente de agua, el lavado se verifica en

    forma extremadamente eficaz. este crepé contiene menos constituyentes no-

  • l9

    .caucho, particularmente prótidos; por tanto no necesita ahumado para su

    conservación.

    Figura 3 Plano del ahumadero

    Fuente. LE BRAS, jean Fundamentos de ciencia y tecnología del caucho.3 de. Barcelona: Gustavo G¡li, 1960 45 p.

    Con relación al secado, es posible efectúa a la temperatura ordinaria

    siempre que se dispongan de secadores ventilados. Sin embargo, la

    costumbre es operar, generalmente en aire caliente, valiéndose de

    Cóm. de humos

    o,

    IEl8tc,lolctt=ta

    .E(-)

    Esquemo de un dispositivo ohumodero-secodor

    Productor de. humos

    Coldero

    ffilsEccr0N BIBLIoTECA I

  • 20

    termoventiladores; la temperatura a la cual se varia esta operación es de 40

    a 45o C con una duración de cinco a seis días.

    En el caso de fabricación de crepé suela (obtenido por superposición de

    hojas delgadas de crepé, sometidas a presión),se procura conseguir un

    producto tan blanco como sea posible. A tal fin se practica frecuentemente

    una precuagulación que permita separar la fracción más amarilla.

    3.3 PREPARACóN DE CREPES SEGUNDARIOS

    Los llamados crepés secundarios están preparados con los desechos

    formados en el curso de la recolección y de la fabricación.

    Los principales desecho son: el. sernamby, banda de caucho coagulado

    recogida en la entalladura de la corteza de la sangría: los cup scraps o

    residuos del fondo, procedentes del látex escurrido de la entalladura

    después de la recogida; el lump, que procede del caucho coagulado

    espontáneamente durante el transporte; el scump, producido por la espuma

    que reúne en la superficie de los baños de coagulación. El conjunto de estos

    desechos se designa con el nombre de scraps. Contienen numerosas

    impurezas, y por tal razón el lavado debe efectuarse esmeradamente.

  • 2.LA VULCANIZACION

    2.l.GENERALIDADES

    La vulcanización es la reacción más importante del caucho crudo, siendo a

    su vez la que ha dado lugar al enorme desarrollo de sus empleos.

    2.1.1 Historia

    En 1819 el investigador americano Thomas Hancock había observado como

    los trozos de caucho recién cortados poseían la propiedad de pegarse

    cuando se presionaban los unos contra los otros. Por esta raz6n penso que

    debía ser posible, desmenuzando el caucho y soldando los recortes por

    presión, preparar rápidamente objetos con las formas y dimensiones

    deseadas. A esta operación le llamo masticación y la realizaba con un

    aparato compuesto de un cilindro erizado de puntas, girando sobre otro

    cilindro hueco, igualmente provisto de puntas.

  • 22

    La masticación permitía transformar el caucho bruto, elástico y resistente, en

    una masa pastosa y plástica, a la cual es posible, no solamente darles todas

    las formas deseadas sino también incorporarle sustancias sólidas

    pulverizadas en grandes proporciones.

    Sin embargo, este descubrimiento no tomo toda su importancia hasta 20

    años más tarde, una vez hecho el descubrimiento complementario

    indispensable: el de la "Vulcanización".

    El origen del descubrimiento se debe a un feliz encadenamiento de

    circunstancias fortuitas y es indiscutible que esta gloria pertenece al

    americano Charles Goodyear.

    Desde 1831, Goodyear realizaba experiencias tras experiencias con el

    objeto de mejorar las cualidades del caucho; se esforzaba sobre todo por

    encontrar un "secante" capaz de evitar la pegajosidad de los objetos

    fabricados. En 1839 hizo la observación que debía revolucionar la

    industria: El caucho crudo tratado con azufre a una temperatura superior a

    su punto de fusión, sufre una transformación que mejora considerablemente

    sus propiedades mecánicas, así como su resistencia a las variaciones de

    temperatura.

  • 23

    A consecuencia de un contratiempo, una muestra cayo sobre un sartén, en

    donde, calentada durante algún tiempo, comenzó a inflamarse. Goodyear lo

    arrojo rápidamente fuera "Donde se helaban hasta las piedras". A la

    mañana siguiente encontró la muestra que había resistido bien estos

    bruscos tratamientos (El calor y el frío) convertida en blanda y elástica.

    La intervención del calor, actuando en una muestra de caucho y azufre,

    permitía fijar las cualidades tan valiosas del caucho: su elasticidad y su

    resistencia; al mismo tiempo se suprimía su adhesividad.

    Pero fue Hancock, inventor inglés, quién redescubrio la vulcanización y dio

    nombre al procedimiento.

    2.1.2 Definición:

    Puesto que elfenómeno de la vulcanización no corresponde a su etimología,

    ya que ha tomado un concepto mucho más amplio, es necesario darle una

    definición más adecuada.'

    Se podría decir que la vulcanización es una transformación del caucho que

    tiende a hacerlo pasar de un estado predominantemente plástico a un

    estado predominantemente elástico; pero esto podría hacer creer que la

  • 2+

    elasticidad es debida a la vulcanización, cuando, de hecho, es una

    propiedad intrínseca de la molécula de caucho. Por tanto, la definición más

    satisfactoria podría ser en la actualidad la siguiente: "La vulcanización es

    una transformación del caucho que tiende a mantener su elasticidad

    disminuyendo su plasticidad".

    2.2 LOS AGENTES VULCANIZANTES

    si recientes estudios de laboratorio han demostrado ta posibilidad de

    realizar una vulcanización por intervención de la energía atómica, siempre

    ha sido necesario en la práctica hacer uso de un agente vulcanizante

    químico.

    La tabla 1 indica, por orden cronológico, la lista de las principales sustancias

    con acción vulcanizante reconocida, así como los nombres de los

    investigadores que han estudiado su efecto primeramente.

    Todos estos agentes poseen evidentemente una importancia variable desde

    el punto de vista práctico; aunque algunas sustancias hayan podido

    encontrar una cierta aplicación industrial, se puede decir que sólo el azufre

    ha tenido realmente y tiene todavía un empleo universal. por tanto,

  • 25

    podemos basarnos en la acción del azufre para describir elfenómeno de la

    vulcanización.

    2.3 VULCANIZACION AL AZUFRE

    2.3.1 Caso del azufre solo

    Es el caso más simple. La incorporación de una cierta cantidad de azufre al

    caucho se hace por malaxado. Cuando la mezcla está bien homogénea, se

    coloca en un molde, el cual se aprisiona entre dos platillos al mismo tiempo

    que se calienta. Cuando la temperatura sobrepasa el punto de fusión del

    azufre, 110 nC, este se difunde por toda la masa y se disuelve parcialmente

    en proporción variable, según las condiciones operatorias.

    Parece cierto que se produce una combinación entre el azufre y el caucho,

    puesto que es imposible, aplicqndo los diversos métodos de separación

    química, encontrar la totalidad del azufre puesto en juego. La cantidad de

    este azufre "combinado" varia evidentemente con la proporción incorporada

    a fa mezcla, así como con la temperatura y la duración del calentamiento.

  • 2(t

    Tabla.l Orden cronológico de las sustanc¡as vulcanizantes.

    Fecha Inventor Agente Vulcanizante1839 Goodyear Azufre1842 Hancock Azufre1846 Parkes Cloruro de Azufre1847 Burke Pentasulfuro de antimonio1912 Ostromislensky Derivados de nitrados1913 Klopstock Halogenuros de selenio y terurio1915 Ostromislensky peróxido de benzoílo1918 Peachey Azufre naciente (SO2 + H2S)1918 Boggs Selenio1921 Buizov Diazoaminobenceno y derivados1921 Romani Disutfuros de tetraalcoiltiouramos1925 Le Blanc y Króger Tiaocinatos de azufre1931 Fisher euinonas halogenadas1932 Edland Telurio1933 Fisher Fenoles o aminas mas agentes

    antioxidantes1934 Midgley, Henne y compuestos organometálicos

    Shepard1936 Fisher Ouinonas-iminas1939 Rubber-stichting Resinas fenol-formol activas1940 Dufraisse y Compagnon. Vulcanización por prótes¡s-síntesis

    Fuente: LE BRAS, jean Fundamentos de ciencia y tecnología del caucho3 ed Barcelona: Gustavo Gili, 1960 S0 p.

    2.3.2 Goma blanda y ebonita

    En la práctica, los productos.están lejos de.tener el mismo valor, variando

    sus propiedades según la cantidad de azufre combinado. se ha

    considerado el porcentaje de 0,15olo partes de azufre como la cantidad

  • 27

    mínima que produce una vulcanización definida. Hasta un porcentaje de

    azulre alrededor de 8-10% se obtiene un caucho vulcanizado blando. es

    decir, el producto comercial corriente. No es necesario explicar que los

    objetos del comercio no son únicamente compuestos de caucho y azufre;

    otros ingredientes más ó menos numerosos y en proporciones variables

    sabemos que se añaden a la mezcla según las necesidades.

    Con ef 1O al 25o/o de azufre combinado se obtienen los productos llamados

    semiebonitas, poco resistentes, poco elásticas y sin interés práctico; pero

    cuando la proporción de azufre llega a ser de 25 aJ2o/o, al producto

    obtenido lo llamamos ebonita, materia dura, muy resistente y con poca o

    ninguna elasticidad.

    2.3.3 Combinación azufre y caucho

    Las experiencias de Spence y Young, que fueron llevadas a cabo sobre una

    mezcfa conteniendo 37o/o de azufre, han permitido fijar las ideas sobre la

    combinación que se opera en la simple mezcla de caucho y azufre. Spence

    y Young calentaron esta mezcla a la temperatura de 135 oc, tomando

    diversas muestras a diferentes intervalos de tiempo de calentamiento. Cada

    una de estas mueslras eran después valoradas analizando las cantidades

    respectivas de azufre combinado.

  • 28

    La figura 4 se muestra los resultados; se ha llevado a la gráfica la cantidad

    de azufre combinado en función de la duración del tiempo de calentamiento.

    La variación es lineal; el máximo es alcanzado alrededor de las 20 horab de

    cocción, llegando en este intervalo de tiempo a32o/o la cantidad de azufre

    combinada, y el "palier" obtenido en la curva indica cómo la combinación

    cesa al llegar a esta proporción. Pero si incorporamos a una mezcla 10% de

    azuÍre solamente en lugar de 37o/o, se comprueba que, en las mismas

    condiciones de calentamiento, la velocidad de combinación del azufre es

    mucho más débil. El máximo, esta vez, es de 8,47o de azufre y se alcanza,

    como anteriormente, al cabo de veinte horas, y también la cantidad de azufre

    combinado aumenta proporcionalmente al tiempo. (ver figura 5). Por otra

    parte, la velocidad de combinación del azufre depende de la temperatura a

    la cual es sometida la mezcla. En el caso actual, el coeficiente de

    temperatura es aproximadamente 2,5, es decir, que la velocidad de la

    reacción aumenta 2,5 veces por cáda aumento de 10 oC. ( ver figura 6).

    2.4 INFLUENCIAS DE LOS DIVERSOS FACTORES

    No sólo el azufre combinado es el único factor que influye en el valor de la

    muestra. Las propiedades mecánicas de la $oma blanda, resistencia y

    elasticidad, caracteres éstos de los cuales depende la ealidad del producto,

    varían con la temperatura y la duración del calentamiento, y no es posible

  • 2tl

    apreciarlas, incluso aproximadamente, según la cantidad de azufre

    combinado.

    Para seguir los procesos de la Vulcanización es necesario medir las

    propiedades mecánicas y más particularmente la resistencia a la rotura y el

    alargamiento por tracción.

    S total: 37%

    32o/o

    51015202530

    HORAS DE CALENTAMIENTO A 135AC.

    Figura 4. Combinación del azufre y del caucho a 135 oC (azufre total: 37%)

    Fuente: LE BRAS, jean Fundamentos de ciencia y tecnología del caucho3 ed. Barcelona: Gustavo Gili, 1960 151 p.

    Yo

    DE

    AzU

    FRE

    ffiü s¡cctoN BIBLIoTEcA I

  • 30

    Las gráficas siguientes muestran, respectivamente, la influencia de la

    duración de vulcanización, de la temperatura y de la proporción de azufre

    introducida en la mezcla.

    La figura 7 corresponde a una mezcla de 100 partes de caucho y I partes de

    azuÍre, que ha sido calentada a 147 oC, durante tiempos que varían de 90 a

    240 minutos. Se ve que el aumento de duración de la vulcanización lleva

    consigo un aumento de los módulos, pero también las resistencias a la

    rotura pasan por un máximo.

    Para la figura 8 la misma mezcla. caucho, 100 partes, y azufre, 8, ha sido

    calentada durante 120 minutos a 140, 150 y 160oC . El aumento de

    temperatura se traduce por una aceleración de la velocidad de

    vulcanización, cosa que se hace patente por el aumento de los módulos de

    la resistencia y alargamiento a máximo.

    2.5 FENOMENOS SECUNDARIOS

    De una manera general, una mezcla de 100 partes de caucho y I partes de

    azufre, por ejemplo, necesita, para suministrar un producto resistente y

    elástico, un calentamiento aproximado de 2 horas a 150 oC, y 5 horas

    aproximadamente a la temperatura de 140 oC. Pero este producto se

    conserva mal y pierde rápidamente las propiedades esenciales que él había

  • .31

    o/o

    DE

    AzUFRE

    obtenido, su resistencia disminuye y se desgarra al tacto; se dice entonces

    que envejece. El calentamiento.prolongado sufrido por el caucho lleva

    consigo una degradación molecular que lo vuelve más sensible a las

    alteraciones; por otra p'arte, se comprueba que el caucho se deteriora tanto

    más rápidamente cuanto más azufre combinado contiene.

    S total:í0%S:8.4%

    '1015202530HORAS DE CALENTAMIENTO A 135AC (408'K)

    Figura 5 Combinación de azufre y del caucho a l35o C(azufre total:l0%)

    Fuente: LE BRAS, jean Fundamentos de ciencia y tecnología del caucho.3 ed. Barcelona: Gustavo Gil¡, 1960 151 p.

    Es preciso señalar también que el azufre ribre, que permanece en las

    mezclas vulcanizadas, tiené tendencia a combinarse poco a poco con el

    caucho dependiendo de las condiciones de almacenaje y del tipo de mezcla,

  • t2

    produciéndose una postvulcanización que modifica las propiedades iniciales

    def vulcanizado.

    La vulcanización con azufre solo no se considera, por consiguiente, como

    una práctica, pero la experiencia ha descubierto afortunadamente, desde el

    comienzo de la industria del caucho, que, adicionándole ciertos productos a

    las mezclas, se acelera la velocidad de combinación del azufre; éstos son

    S: 32%

    5r0152025 30

    o/o

    DE

    AzUFRE

    Figuratotal155 acl

    Fuente:

    HORAS DE CALENTAMIENTO A 135AC

    6 combinación de azufre y del caucho a 135 a 155 ac (azufre

    LE BRAS, jean Fundamentos de ciencia y tecnología der caucho3 ed Barcelona: Gustavo G¡li, 1gO0 152p.

  • los acelerantes de vulcanización, los cuales permiten reducir la duración de

    esta operación y disminuir la proporción de azufre. Las investigaciones han

    demostrado, en efecto, que se necesitaba muy poco contenido de azufre; la

    dosis de 2O% que Goodyear había indicado en su patente de 1844 se ha

    rebajado poco a poco y, prácticamente, hoy no llega más que a una cantidad

    que oscila entre el2-3o/o.

    Kg/Gm2

    REsI

    sT.

    TRAccI

    oN

    200 400 600 800 1000 1200ALARGAMIÉNTO %

    Figura 7 Influencia de la temperatura de vulcanización sobre laspropiedades mecánicas de un vulcanizado caucho-azufre

    Fuente: LE BRAS, jean Fundamentos de ciencia y tecnología del caucho.3 ed Barcelona: Gustavo Gili, 1960 153 p.

  • :¡{

    2.6 AZIJFRE Y ACELERANTES

    Los acelerantes de vulcanización han llegado a ser indispensables en la

    práctica. No es posible llevar adelante las modalidades de la vulcanización

    sin tener en cuenta su existencia.

    2.6.1 Aumento de la velocidad de vulcanización

    Se ha dicho anteriormente que una mezcla de caucho y azufre necesitaba

    alrededor de 5 horas de calentamiento a 140"C para suministrar un producto

    vulcanizado técnicamente utilizable. Por adición de óxido de zinc a la

    mezcla primitiva, la duración de vulcanización puede ser disminuida en una

    hora. Con tiocarbanilida son necesarias dos horas solamente; con

    mercaptobenzoliazol es suficiente una media hora; es, en fin, cuestión de

    minutos con los tiuramos, y casi de segundos con ciertos ditiocarbamatos.

    Estas velocidades varían también con la temperatura. Hay, pues, ta

    posibilidad de efectuar la vulcanización a la temperatura y duración de

    calentamiento que mejor se adapten al fin perseguido.

  • 35

    2.7 PARTICULARIDADES DE LA VULCANIZACION

    La vulcanización es un proceso con evolución progresiva pasando la mezcla

    de caucho, cuando es calentada, por estados sucesivos que son

    característicos. Así, en el iurso del calentamiento en el molde de una

    mezcla medianamente acelerada, se observan diversos fenómenos.

    Kg/Cm2

    F Icho . l0(fre:8

    lrsü |fq / / >f"']

    REs1I

    sT. 1TR80Acc40I

    oN

    200 400 600 800 10oo 1200AI.ARGAMIENTO %

    Figura I Influencia de la temperatura de vulcanizaciónpropiedades mecánicas de.un vulcanizado caucho-azufre

    Fuente: LE BRAS, jean Fundamentos de ciencia y tecnología del3 ed. Barcelona: Gustavo G¡l¡, 1g60 1S3 p.

    sobre las

    caucho.

  • -1(;

    Al cabo de unos minutos, la mezcla toma la consistencia de una pasta

    pegajosa. Un poco más tarde, la muestra se desmolda fácilmente; es

    blanda, conserva la deformación á que la sometemos y, si la cortamos, sus

    secciones pueden pegarse entre sí; la mezcla ha sido fijada, ha alcanzado

    su punto de fijación. Si seguimos calentando, el caucho se hace

    progresivamente más elástico y más sólido. Se comprueba que la

    resistencia a la tracción aumenta rápidamente, alcanzando así un máximo

    más o menos aplastado. Se designa por cocción óptima u óptimo de

    vulcanización el periodo más corto que, a una temperatura dada, confiere a

    la mezcla el máximo de resistencia a la tracción.

    Sin embargo, los valores de la resistencia o del alargamiento a la rotura

    tienen una significación más que nada de laboratorio, porque la mayor parte

    de los artículos de caucho no han de trabajar en tales condiciones. Se

    utiliza con más frecuencia un término que nos da ciertas indicaciones sobre

    el perfil de la curva carga-alargamiento; es el módulo, que expresa la fuerza

    necesaria para llevar lá muestra a un alargamiento determinado. El módulo

    nos da una especie de medida de la "rigidez" del caucho vulcanizado. un

    módulo déb¡l corresponde a un producto blando, que se alarga fácilmente

    con un pequeño esfuerzo; un módulo alto corresponde a un producto rígido.

  • 37

    Para una cocción más prolongada que la indicada por el óptimo, las

    propiedades mecánicas disminuyen. Esta disminución se muestra de forma

    diferente según la cantidad de azufre. Para las mezclas que contienen más

    def 6% de azufre, las muestras llegan a ser frágiles y quebradizas. Para

    cantidades más débiles hay una vuelta del fenómeno hacia atrás; la muestra,

    una vez endurecida, se reblandece y llega a un estado más o menos

    plástico: es el fenómeno de la "Reversión". Sin embargo, la naturaleza del

    acelerante influye mucho sobre esta reversión. Garvey indicó, por ejemplo,

    en 1938, que los diversos acelerantes comerciales podían ser separados en

    dos clases: unos, como las guanidinas, que no protegen contra la reversión;

    otros, tales como los tiuramos, con fos cuales el fenómeno no se produce o

    queda muy amortiguado.

    Estos últimos acelerantes producen lo que se llama "Efecto plato' (Figura 9);

    la curva que representa la resistencia a la tracción en función de la duración

    de vulcanización es muy aplanada; las propiedades mecánicas del caucho

    se mantienen durante largo tiempo con un valor elevado, próximo al óptimo.

    Antes de que se haya alcanzado el óptimo de vulcanización, la mezcla se

    encuentra subvulcanizada. Por encima del óptimo, se dice que está

    supervulcanizada. En los dos casos hay una disminución de las

    propiedades mecánicas; además las mezclas sobrevulcanizadas tienen peor

  • 38

    envejecimiento. Por ello en la práctica se prefiere en general efectuar una

    cocción "técnica" que corresponda a una ligera subvulcanización.

    DURACION DE LA VULCANIZACION

    Figura 9 Efecto de Plato

    Fuente: LE BRAS, jean Fundamentos de ciencia y tecnología del caucho.3 ed Barcelona: Gustavo G¡l¡, igO0 154 p.

    La utilización de acelerantes rápidos y sobre todo la de ultraacelerantes

    pueden producir lo que se denomina el "Tostado o chamuscado".

    Corrientemente se emplea la palabra tostado en el lenguaje técnico.; pero

    también se utilizan los términos: prevulcanización, precocción, vulcanización

    incipiente y vulcanización prematura. Durante las operaciones de malaxado

    o de elaboración, tales como el calandrado o el budinado, la temperatura de

    ,/

    I

    /

    I

  • 39

    la mezcla se eleva, pudiendo en esas condiciones actuar el acelerante y

    producir una prevulcanización. La mezcla se presta mal en estas

    condiciones a sufrir los tratamientos posteriores y el control de la

    vulcanización llega a ser entonces imposible.

    2.7.1 Aceleración retardada

    Para remediar el tostado se ha precbnizado el empleo de sustancias que

    retardan la acción del acelerante (retardadores ó retardantes). Estos

    productos disminuyen la velocidad de vulcanización a las températuras a las

    cuales son efectuadas las manipulaciones del modelado, pero sin influir de

    manera apreciable en las temperaturas corrientes de vulcanización.

    No obstante, podemos conseguir esto de otra manera, empleando

    acelerantes que no presenten tendencia al "Tostado', poseyendo sin

    embargo la rapidez deseada; estos acelerantes son los llamados de acción

    retardada, o de acción diferida.

    un trabajo de M. Jones aporta un ejemplo muy característico. Se someten

    dos mezclas (ver figura 10), que no difieren en otra cosa que en la

    naturaleza del acelerante a una vulcanización con tiempos de cocción

    variables.

    ¡-:rr-r€dtUnlvcrsidad Autúnoma de Occtdmh

  • {0

    El óptimo de vulcanización es alcanzado en cada una de las mezclas en un

    tiempo sensiblemente igual: alrededor de 15 minutos. La que contiene

    butiraldehidoanilina nos muestra al cabo de cuatro minutos que ha sufrido

    una cocción apreciable, mientras que la que fue acelerada con Vulcafor Dau

    no presenta en este tiempo,ningún signó de vulcanización. En la primera

    mezcla, la acción del acelerante crece regularmente hasta el óptimo; en la

    segunda, la vulcanización no se manifiesta hasta pasados T ú g minutos, y

    entonces progresa rápidamente.

    Esta acción diferida se obtiene principalmente por la mezcla de dos o varios

    acelerantes, en particular por la combinación de tiazoles con guanidinas o

    tiuramos. Por ejemplo, elvulcafor Dau se compone de dos partes de

    disulfuro de dibenzotiazilo y de una parte de disulfuro de tetraetiltiuramo.

    Por otra parte, los acelerantes pueden ser más o menos precoces; esta

    precocidad se carac lerizapor la temperatu ra a lacual comie nzan a

    reaccionar.

    sin embargo, el problema técnico se comptica por el hecho de que las

    diferentes propiedades físicas de un vulcanizado no alcanzan su valor

    óptimo en el mismo tiempo de cocción. De tal manera, que los mejores

    envejecimientos corresponden a una cocción un poco más corta que aquel

    que da el valor máximo de resistencia a la tracción. Para fa resistencia a la

  • {l

    abrasión se precisa, por el contrario, una cocción un poco más larga, y

    todavía se debe prolongar más si pretendemos buscar un aumento de

    dureza.

    5t0t520TIEMPO DE VULCANIZADO EN MINUTOS

    Figura l0 Acción aceleratriz retardada

    Fuente: LE BRAS, jean Fundamentos de ciencia y tecnología del caucho.3 ed. Barcelona: Gustavo Gili, 1960 154 p.

    La vulcanización llega a ser, pues, una cuestión extremadamente compleja,

    y poner a punto una mezcla.exige frecuentemente continuas investigaciones.

    ,- t t

    a

    ,/ \

    /

    /I

    I

    IIII

  • 3. INTRODUCCION A LA HIDRAULICA

    3.I GENERALIDADES

    El estudio de la hidráulica concierne al empleo y características de los

    líquidos. Desde tiempos primitivos el hombre ha usado fluidos para facilitar

    sus tareas.

    Los más antiguos vestigios históricos muestran que sistemas como las

    bombas eran conocidos en las épocas más antiguas. Sin embargo, la rama

    de la hidráulica que nos concierne solo empezó a usarse en el siglo XVlll

    ,basada en un principio descubierto por el científico francés Pascal, se

    refiere al empleo de fluidos confinados para transmitir energía multiplicando

    la fuerza y modificando el movimiento.

    La misma sencillez de la ley de Pascal fue probablemente la causa de que,

    dos siglos el hombre no se diera cuenta de sus enormes posibilidades. En

    los primeros años de la revolución industrial, un mecánico británico llamado

  • Josep Bramah utilizó el descubrimiento de Pascal para desarrollar la primera

    prensa hidráulica.

    3.2 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Y DEFINICIONES.

    Cuando se habla de fluidos de'calidad ligera o delgada, de un combustible

    de calidad pesada ó gruesa; los términos delgada ó gruesa son términos

    cualitativos, que indican mayor ó menor capacidad para moverse. Hay una

    manera cuantitativa de especificar esta propiedad de fluidez y para poder

    lograr especificar esta y otras propiedades de una manera cuantitativa y así

    poderlas comparar, se requiere primero definirlas.

    3.2.1 Fluido.

    Se llaman fluidos aquellos cuerpos cuyas moléculas gozan de una gran

    movilidad las unas con respecto a las otras, de tal manera que estos cuerpos

    toman espontáneamente la forma de los recipientes que los contienen.

    Los fluidos se dividen en dos categorías: Los gases y los líquidos. Los

    primeros son compresibles; los segundos al contrario son poco compresibles

    y para los cálculos prácticos se admiten incompresibles.

  • +{

    Un fluido ideal es aquel cuyas moléculas se pueden desplazar las unas con

    respecto a las otras sin fricción interior alguna y se considera incompresible.

    En realidad la fricción interior existe en cada fluido y tas fuerzas de fricción

    dan origen a una propiedad cai'acterística llamada viscosidad.

    3.2.2. Densidad, volumen especifico, peso especifico

    La densidad de un fluido se define como su masa por unidad de votumen.

    6 = MASA =mVOI-tnrlen V

    Las unidades de 6 son gr./cm3 (sistema cGS), Kg/m3 sistema métrico,

    Lb/Ft3 ó Stug/Ft3 (Sistema ingtés)

    1 Sfug = 32,17 Lbm y una densidad de 1 Slug/Ft3 = 92,1T Lbm/Ft3

    volumen específico (v) es el volumen ocupado por una unidad de masa y es

    el inverso de la densidad.

    VolumenespecíficoV= 1 = 1Densidad 6

    Peso específico es la fuerza de gravedad sobre la masa contenida en la

    unidad de volumen, es decir el peso por unidad de volumen.

  • 4-i

    Peso específico W

    3.2.3. Densidad.

    = Peso = Densidad(8)"Gravedad(g)Volumen

    La viscosidad es debida a las interacciones entre las partículas del fluido.

    Dicha propiedad solo se manifiesta durante el movimiento del fluido, dando

    origen a las fuerzas que se oponen al mismo. Cuanto mayor sea su

    viscosidad más difícilmente circula por las tuberías.

    Las dimensiones de la viscosidad se determinan por la Ley de Newton de la

    viscosidad.

    Si se consideran dos placas planas paralelas de grandes dimensiones (A) y

    (B),(ver figura 11) separadas una pequeña distancia L y con espacio entre

    ellas llenas de fluido, se supone que la placa superior se mueve a una

    velocidad constante de V + ÁV . Al actuar 'sobre ella una fuerza F, tambiénconstante, el fluido en contacto con la placa B se adhiere a ella moviéndose

    a la misma velocidad V + AV, mientras que el fluido en contacto con la ptaca

    A se moverá a una velocidad v. Si F es la fuerza aplicada a la capa B y Aes el área de la placa, en este caso la tensión interior de frotamiento será:

    J= Tensión interior = Fuerza (F)Area (A)

  • .t6

    Según la Ley de Newton:

    V+AV F

    -+|

    AL

    Figura I I Gráfico de la ley de Newton de la viscosidad.

    Fuente: BERNAL, Enrique, iomp. Introducción a la oleohidráulica. s.l. Sperryvickers, s.a. 5p

    Donde p es la llamada Viscosidad Absoluta ó Dinámica

    Las unidades de p son:

    Dina-Seg/cmt 1En el sistema CGS) llamado POISE

    Kg.Seg/m' (En el sistema MKS)

    =pvL

    Slg/ft.seg = Lb.Segf(

    (En el sistema inglés)

  • {7

    Viscosidad cinemática se llama al coeficiente de la viscosidad absoluta y la

    densidad.

    Viscosidad cinemática y = Viscosidad absoluta (u)Densidad (5 )

    Las unidades de y son:

    Cm2/seg (En el sistema C.G.S.) llamado Stoke

    m'lseg (En el sistema M:K:S:)

    ft2lseg (En el sistema inglés)

    1 POISE = 100 centipoises' = 1 Dina.seg/cmz

    I POISE = 0,00209 slug/ft.seg = 0,00209 Lb.seg/ft2 = 0,0673 Lb/ft.seg

    lStoke = l00centistokes = lcmt/seg = 0,001076ft2/seg

    3.2.4 Viscosidad convencional

    La viscosidad convencional se mide con ayuda de viscosímetros por la

    salida del liquido a través de un pequeño orificio catibrado.

  • {8

    La viscosidad se mide en Europa en grado

    Segundos Redwood, y en los Estados UnidosSaybolt (S.U.S.)

    Engler, en Inglaterra en

    en segundos universales

    *

    3.2.5 Indice de viscosidad

    El índice de viscosidad de un fluido caracteriza el efecto de las variacionesde temperatura sobre el cambio de viscosidad. se dirá gue un fluido tieneun alto índice de viscosidad si esta varia un poco con ra temperatura.

    3.3 ESTATICA DE LOS FLUIDOS

    El caso especiar de fruidos que en su movimiento se comportan comosólidos, se incruye en ra estática por ra semejanza de fuerzas que imprica.Al no haber movimiento de una capa del fluido en relación con la adyacente,no habrá tensiones de cortadura. Por,eso la estática de los fluidos sobre uncuerpo ribre únicamente actúan fuerzas normares debido a fa presión.como la viscosidad solo se manifiesta cuando el fluido está en movimiento,por consiguiente, el liquido reai, en situación de reposo, se comporta comoun liquido ideal.

  • +9

    3.3.1 Presión en un liquido en reposo

    Si se considera un liquido ideal en un recipiente, este liquido no puede

    ejercer sobre las paredes más que presiones normales ya que en caso

    contrario se producirá movimiento de las partículas adyacentes a tasparedes, lo cual no tiene lugar.

    En un punto de un liquido en reposo existe la misma presión en todas las

    direcciones. Esto significa que gobre un elemento superficial de área que

    gira alrededor de su centro sumergido totalmente en un fluido en reposo

    actúa una fuerza de magnitud constante sobre cada una de las caras,

    cualquiera que sea su orientación.

    3.3.2. Ecuación fundamental de hidrostática, principio de pascal

    Si se considera un cuerpo libre de un fluido (Ver figura 12 ) consistente en

    un cilindro de área seccional reóta de A, con eje vertical de altura.

    La presión exterior que actúa sobra la superficie libre del liquido es po. El

    peso del cilindro es WAh . Como no existen tensiones de cortadura las tres

    fuerzas deben estar en equilibrio, de tal manera que:

  • 50

    Pa-Wah - poA = u p =wh+po

    Figura 12 Principio de Pascal

    Fuente: BERNAL, Enrique, comp. Introducción a la oleohidráulica. s.l. Sperryvickers , s.a. 8p

    Esta ecuación expresa la Ley fundamental de Hidrostática, que se enuncia

    así:

    La presión estática en el interior de un liquido, en un punto situado a la

    profundidad "h' por debajo de la superficie libre, es igual a la presión exterior

    mas el producto de la altura h por el peso específico delfluido.

  • 5l

    En base a la ley fundamental de la hidrostática, podemos enunciar bajo otra

    forma, la ley fundamental del equilibrio de los líquidos.

    La diferencia de presiones entre dos puntos dados en un liquido en reposo,

    es igual al peso de la columna liquida que tenga por base la unidad de

    superficie y por altura la diferencia de niveles entre estos dos puntos.

    En lo que concierne a las aplicaciones de la oleo-hidráulica, la altura de las

    columnas de aceite nunca sobrepasan los 600 cms lo que crea presiones

    adicionales, debidas al peso de la columna de:

    p = 0,ooog x 600 = 0,54 Kg/cm' 10.54 x l0-5 Kg/m2)

    Donde 0,0009 = Peso específico del aceite en Kg/cm3p =0,54 Kg/cmz, es relativamente pequeño en comparación con las

    presiones desarrolladas por las bombas (300 Kg/cmz ) por lo que se puede

    despreciar en los cálculos prácticos de un sistema oleo-hidráulico.

    Si aumentamos la presión po en X, la presión p aumentará en ese mismo

    valor.

    En efecto, p1 = po + Wh y p2 = (po + X) + Wh

  • 52

    De donde:

    p2 = (po+Wh) +X = p1 + X

    El aumento de presión exterior al actuar sobre la superficie libre del liquido,

    provoca el mismo aumento de presión en el interior del liquido y como la

    presión en cualquier punto del liquido es la misma en todas las direcciones,

    podemos enunciar el principio de Pascal.

    "Cuando un liquido está sometido a una presión exterior, que actúa en una

    sola dirección, esta presión se transmite íntegramente a todas las partes del

    liquido en todas las direcciones' (ver figura 13)

    3.4 DINAMICA DE FLUIDOS

    En la dinámica de los fluidos se estudia el movimiento de los fluidos. Elflujo

    de los fluidos es complejo y no siempre puede ser estudiado en forma exacta

    mediante el análisis matemático. Contrariamente a lo que sucede con los

    sólidos, las partículas de un fluido en movimiento pueden tener diferentes

    velocidades y estar sujetas a distintas aceleraciones.

    Tres principios fundamentales que se aplican al flujo de fluidos son:

  • 53

    1. El principio de conservación

    ecuación de continuidad.

    de masa a partir del cual se establece la

    2. Una fuerza de 1 Kg

    apllcada a un tapón con

    área de 1 cm2

    3. Como resultado

    1 Kg de fuerza por cada

    cm2 (presión) de la

    del recipiente

    1. La botella se llena

    con un líquido no

    compresible

    4. Si elfondo tiene

    tenemos

    un área de 10 cm2

    elfondo recibe un

    pared

    empuje de 10 Kg

    Figura 13 Transmisión de la presión de un liquido encerrado en unrecipiente

    Fuente: BERNAL, Enrique, comp. lntroducción a la oleohidráulica. s.l. Sperryvickers, s.a. 9p

    1. El principio de conseryación de energía a partir del cual se deducen

    ciertas ecuaciones aplicables alflujo y a los sistemas oleo-hidráulicos.

  • 5.t

    2. El principio de cantidad de movimiento a partir del cual se deducen ciertas

    ecuaciones para calcular las fuerzas dinámicas ejercidas por los fluidos

    en movimiento.

    3.4.1. Definiciones.

    El flujo permanente tiene lugar cuando en un punto cualquiera la velocidad

    de las sucesivas partículas que ocupan ese punto en los sucesivos instantes

    es la misma, por lo tanto la velocidad es constante respecto del tiempo, pero

    puede variar de un punto a otro.

    El flujo uniforme tiene lugar . cuando el valor, dirección y sentido de la

    velocidad no varían de un punto a otro del fluido. El flujo de líquidos bajo

    presión a través de tubería S de diámetro constante y gran longitud es

    uniforme tanto si es de régimen permanente como si no lo es.

    Se llama velocidad media del liquido en una sección dada a la velocidad

    cuyo producto por el área de la sección da el caudal del liquido Q = V x A.

    Las líneas de corriente son curvas imaginarias dibujadas a través de un

    fluido en movimiento y que indican la dirección de este en los diversos

  • ))

    puntos del flujo fluido. La tangente es un punto de la curva representa la

    dirección instantánea de la velocidad de las partículas en dicho punto.

    En el flujo laminar las partículas fluidas se mueven según trayectorias

    paralelas, formando el conjunto de elias, capas o láminas. EI valor de la

    velocidad adyacente no es el mismo.(ver figura 14)

    Al pasar de cierta velocidad llamada "Velocidad crítica" las partículas se

    mueven en forma desordenada en todas las direcciones; este es el flujo

    turbulento. (ver figura 15)

    Elflujo en los sistemas oleo-hidráulicos es generalmente laminar.

    3.4.2. Ecuación de continuidad

    Si se tiene un elemento de tubo de corriente en movimiento permanente (ver

    figura 16) como el liquido es incompresible, el volumen de liquido que pasa

    en fa unidad de tiempo por el área 1 debe ser igual al volumen que pasa en

    la misma unidad de t tiempo por el área2. Por tanto:

    = VA = CONSTANTE= V2MV1 A1

  • 56

    3.4.3. Teorema de Bernoulli

    El fluido hidráulico en un sistema que trabaja, contiene energía bajo tres

    formas: Energía cinética que depende de la velocidad y masa del fluido,

    energía potencial que depende de su posición y energía de presión que

    depende de su compresión.

    Daniel Bernoulli, un científico suizo, demostró que en un sistema con caudal

    constante, la energía se transforma de una forma u otra cada vez que se

    modifica el área de la sección transversal de la tubería.

    El principio de Bernoulli afirma que la suma de las energías cinética,

    potencial y de presión, en distintos puntos del sistema debe ser constante.

    Al variar el diámetro de la tubería la velocidad cambia. Así pues, la energía

    cinética aumenta ó disminuye. Ahora bien, la energía no puede crearse ni

    destruirse. Por lo tanto, la variación de energía cinética debe ser

    compensada por un aumento o disminución de la energía de compresión, es

    decir, de la presión.

    Por lo tanto la variación de energía cinética debe ser compensada por un

    aumento o disminución de la energía de compresión, es decir la presión.

  • 57

    Figura l4 Flujo laminar

    Fuente: BERNAL, Enrique, comp. Introducción a la oleohidráulica. s.l. Sperryvickers, s.a. 11p

    Figura l5 Flujo Turbulento

    Fuente: BERNAL, Enrique, comp. Introducción a la oleohidráulica. s.l. Sperryvickers, s.a. 12p

  • 58

    Figura 16 Gráfica para teorema de Bernoulli.

    Fuente: BERNAL, Enrique, comp. tntroducción a la ol"oftiOr¿rlica. s.l. Sperryvickers, s.a. 12p

  • 4. FLUIDOS HIDRAULICOS

    4.1 GENERALIDADES

    El ffuido hidráulico es el medio utilizado para transmitir la fuerza desde la

    bomba a los mecanismos que realizan. trabajo, tales como cilindros y

    motores hidráulicos. El fluido tiene tanta importancia como pueda tener

    cualquier otro elemento del sistema hidráulico; por eso sus propiedades

    tienen un importante efecto en el Qesempeño y mantenimiento del equipo.

    4.2 OBJETIVOS DEL FLUIDO

    Elfluido hidráulico tiene cuatro (4) objetivos principales:

    1. Transmitir potencia

    2. Lubrificar piezas móviles

    3. Minimizar las fugas

    4. Enfriar o disipar el calor

  • ()()

    4.2. 1 Transmislón de potenc¡a

    Como es natural, la primera función del liquido hidráulico es la de transmitir

    la fuerza aplicada al mismo, debido a esto debe poder circular fácilmente por

    las líneas y orificios de los elementos. Demasiada resistencia al flujo origina

    perdidas considerables.

    El fluido debe ser lo mas incompresible posible para que su acción sea

    instantánea. Cuando se ponga en marcha una bomba ó cuando se actúe

    una válvula.

    4.2.2 Lubrificación

    En la mayoría de los elementos hidráulicos, la Iubrificación interna la

    proporciona el fluido. Los elementos de las bombas y otras piezas

    desgastables se deslizan unos contra otros sobre una película de fluido.

    Para que la duración de los componenteS sea larga, el aceite debe contener

    los aditivos necesarios para asegurar búenas características antidesgaste.

    Como consecuencia de altas presiones, alimentación insuficiente de aceite,

    baia viscosidad y movimientos de deslizamiento lentos ó demasiado rápidos,

    la película puede romperse.

  • (rl

    .4.2.3 Estanqueidad

    En muchos casos el fluido es el único cierre contra la presión dentro de un

    componente hidráulico. El ajuste mecánico y la viscosidad del aceitedeterminan el porcentaje de fugas ya que aumenta la posibilidad de que se

    produzcan pérdidas a través de juntas y retenes, esto es particularmente

    cierto para sistemas hidráulicos modernos donde las válvulas, bombas y

    motores se componen de piezas muy bien ajustadas para poder mantener la

    presión del aceite dentro del sistema.

    4.2.4. Enfriamiento

    El calor que se produce en los diversos componentes del sistema hidráulico

    (Bombas, válvulas, motores, tubería, etc) debe ser transportado por er fruido

    hidráulico hacia ef tanque. En parte el tanque entrega el calor hacia afuera

    a través de sus paredes. si las superficies de radiación no fueransuficientes deberán proyectarse intercambiadores suplementarios(Refrigeradores) para evitar un sobrecalentamiento de la instalación y delfluido hidráulico.

  • (t2

    4.3 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS HIDRAULICOS

    Consideremos a cont¡nuación las propiedades de los fluidos hidráulicos que

    fe perm¡ten reaLzar funciones fundamentales y cumpl¡r con sus

    requerimientos de calidad:

    4.3.1 Viscosidad.

    Esta propiedad del liquido es de importancia capital para la adecuada

    transmisión de fuerza. La viscosidad indica la resistencia del liquido a fluir.

    Dicho de otra manera es la "Densidad" de un liquido a una temperatura

    dada. Esta resistencia obedece a dos fenómenos:

    1. Cohesión molecular

    2. La Transferencia molecular de una capa a otra con lo cual se establece

    una fuerza tangencial o esfuerzo cortante.

    Si un fluido circula con facilid"o, ., viscosidad es baja. También se puededecir que el fluido es fino, o que tiene poca consistencia o poco cuerpo.

    Un fluido que circula con dificultad tiene una viscosidad alta, es grueso o

    tiene mucha consistencia.

  • 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:

    o Elevada resistencia alflujo

    o Alto consumo de potencia debido a las pérdidas por rozamientoso Elevada temperatura causada por la friccióno Aumento a la caída de presión debido a la resistencia

    o Posibilidad de que elfuncionamiento se haga más lentoo Dificultad en separar el aire del aceite en el depósito

    En caso de que la viscosidad sea demasiado baja:

    . Aumento de fugaso Excesivo desgaste

    ' Puede reducirse el rendimiento de la bomba haciendo que el actuadorfuncione mas despacio.

    o Aumento de temperatura debido a fugas.

  • (r'l

    4.3.1.1 Definición de viscosidad:

    Algunos métodos para definir la viscosidad por orden decreciente de

    precisión son: Viscosidad absoluta en Poise, Viscosidad cinemática en

    Centistokes, Viscosidad relativa en segundos universales saybolt (SUS) y

    números SAE.

    4.3.1.1 1 Viscosidad dinámica:

    Considerando la viscosidad como la resistencia que ofrece una capa de

    fluido para deslizar sobre otra, es fácil medir en un laboratorio la viscosidad

    dinámica. La viscosidad de un poise es, por definición, la viscosidad que

    tiene un fluido cuando la fuerza necesaria para mover una superficie de

    1cm2 sobre otra idéntica paralela (ver figura 17) situad a a 1 cm de distancia,

    con una velocidad de 1 cm/seg. es 1 Dina.

    Expresado de otra forma, la viscosidad dinámica es la relación del esfuerzo

    de cizallado y la velocidad de cizallado de un fluido.

    Viscosidad dinámica = Esfuerzo de cizalladoVelocidad de cizallado

    Dina " sequndoCm2

    I Poise =

  • (r5

    La Unidad más pequeña de viscosidad dinámica es el Centipoise = 1 x 10-2

    Poises

    l. Si lesto stperficie móül tiene unooreo de lcm y se mue've o uno velocidodde un centimetro por segundo sobre ...

    Aceite I cm

    2. uno películo de fluido de un centlmetrode grueso...

    J. y se requiere uno fuerzode uno dino poro mover losuperficie, lo üscosidod esiguol o un poise.

    Figura 17 Viscosidad en Poises

    Fuente: SPERRY RAND coRPoRATloN. Manuat de oleohidráulicaindustrial. Barcelona, 1 979.50p.

    4.3.1 .1.2 viscosidad cinemática

    Et concepto de viscosidad cinemática es una consecuencia de una columna

    de liquido para produc¡r una c¡rculación del mismo a través de un tubo

    cap¡lar.

  • El coeficiente de viscosidad es el resuttado de dividir el coeficiente de

    viscosidad dinámica por la densidad del fluido. En el sistema C.G.S. la

    unidad de viscosidad cinemática (Stokes) es el Cm3/Seg. El Centistokes es

    la centésima parte del stoke.

    La viscosidad dinámica y cinemática .están relacionadas de la siguiente

    forma:

    Centipoise = Centistokex Densidad.

    4.3.1.1.3 Viscosidad relativa "SUS" (Segundos Universales Saybolt)

    La viscosidad relativa se determina midiendo el tiempo que tarda una cierta

    cantidad de liquido en fluir a través de un orificio normalizado a una

    temperatura determinada. Hay varios sistemas de medida. El método más

    utilizado es el viscosimetro Saybolt

    El tiempo que transcurre para fluir una cantidad dada de liquido a través de

    un orificio se mide con un reloj. La viscosidad SUS iguala al tiempo

    transcurrido.