trabajo hidraulica

Jason Mauricio Ruiz Gonzlez

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Hidrulica

HIDRAULICA

1.02 EXPLORACION INICIAL Hidrulica es la creacin de fuerzas y movimientos mediante fluidos sometidos a presin. Los fluidos sometidos a presin son el medio para la transmisin de la energa

Historia La rueda hidrulica y el molino de viento son prembulos de mucho inters para la historia de los sistemas con potencia fluida, pues familiarizaron al hombre con las posibilidades de los fluidos para generar y transmitir energa y le ensearon en forma emprica los rudimentos de la Hidromecnica y sus propiedades. En la segunda mitad del siglo XV, LEONARDO DA VINCI en su escrito sobre flujo de agua y estructuras para ros, estableci sus experiencias y observaciones en la construccin de instalaciones hidrulicas ejecutadas principalmente en Miln y Florencia. GALILEO en 1612 elaboro el primer estudio sistemtico de los fundamentos de la Hidrosttica. Un alumno de Galileo, TORRICELI, enunci en 1643 la ley del flujo libre de lquidos a travs de orificios. Construyo El barmetro para la medicin de la presin atmosfrica. BLAISE PASCAL, aunque vivi nicamente hasta la edad de 39 aos, fue uno de los grandes cientficos y matemticos del siglo XVII. Fue responsable de muchos descubrimientos importantes, pero en relacin con la mecnica de fluidos son notables los siguientes:


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-La formulacin en 1650 de la ley de la distribucin de la presin en un lquido contenido en un recipiente. Se conoce esta, como ley de Pascal. -La comprobacin de que la potencia del vaco se debe al peso de la atmsfera y no a un "horror natural" como se crey por ms de 2000 aos antes de su poca. A ISAAC NEWTON, adems de muchas contribuciones a la ciencia y a las matemticas, se le debe en Mecnica de Fluidos: -El primer enunciado de la ley de friccin en un fluido en movimiento. -La introduccin del concepto de viscosidad en un fluido. -Los fundamentos de la teora de la similaridad hidrodinmica. Estos, sin embargo, fueron trabajados aislados de los cuales resultaron leyes y soluciones a problemas no conexos. Hasta la mitad del siglo XVIII no exista aun una ciencia integrada sobre El comportamiento de los fluidos. Los fundamentos tericos de la Mecnica de Fluidos como una ciencia se deben a Daniel Bernoulli y a Leonhard Euler en el siglo XVIII. DANIEL BERNOULLI, En 1738 en su "Hidrodinmica", formulo la ley fundamental del movimiento de los fluidos que da la relacin entre presin, velocidad y cabeza de fluido. LEONHARD EULER, desarroll las ecuaciones diferenciales generales del flujo para los llamados fluidos ideales (no viscosos). Esto marco el principio de los mtodos tericos de anlisis en la Mecnica de Fluidos. A Euler se le debe tambin la ecuacin general del trabajo para todas las maquinas hidrulicas rotodinamicas (turbinas, bombas centrifugas, ventiladores, etc.), adems de los fundamentos de la teora de la flotacin.


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En 1985, despus de 135 aos de la formulacin de la ley de Pascal, JOSEPH BRAMAH, construyo en Inglaterra la primera prensa hidrulica. Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como fluido de trabajo. El accionamiento se realizaba por medio de una bomba manual y no superaba los 10 bares de presin. Sin embargo, la fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para el mundo tcnico e industrial de entonces. Inmediatamente siguieron sin nmero de aplicaciones y como era de esperarse, se abri un mercado para el mismo sin precedentes y que superaba las disponibilidades tanto tcnicas como financieras de su tiempo. El segundo periodo, que comprende los ltimos aos del siglo XVIII y la mayora del XIX, se caracteriz por la acumulacin de datos experimentales y por la determinacin de factores de correccin para la ecuacin de Bernoulli. Se basaron en el concepto de fluido ideal, o sea que no tuvieron en cuenta una propiedad tan importante como la viscosidad. Cabe destacar los nombres de experimentalistas notables como ANTOINE CHEZY, HENRI DARCY, JEAN POISEUILLE en Francia; JULIUS WEISBACH Y G. HAGEN en Alemania. De importancia especial fueron los experimentos de Weisbach y las frmulas empricas resultantes que fueron utilizadas hasta hace poco tiempo. Entre los tericos de la Mecnica de Fluidos de este perodo, estn LAGRANGE, HELMHOLTZ Y SAINT VENANT. En los aos posteriores a 1850 las grandes ciudades de Inglaterra instalaron centrales de suministros de energa hidrulica, la cual era distribuida a grandes distancias por tuberas hasta las fbricas donde accionaban molinos, prensas, laminadores y gras. En el periodo siguiente, al final del siglo XIX y principios del XX, se tom en cuenta la viscosidad y la teora de la similaridad. Se avanz con mayor rapidez por la


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expansin tecnolgica y las fuerzas productivas. A este perodo estn asociados los nombres de GEORGE STOKES y de OSBORNE REYNOLDS En la Hidrulica contempornea se deben mencionar a: LUIDWIG PRANDTL, THEODOR VON KARMAN Y JOHAN NIKURADSE. Los dos primeros por sus trabajos en Aerodinmica y Mecnica de Fluidos que sirvieron para dilucidar la teora del flujo turbulento; el ltimo sobre flujo en tuberas. En 1930 se empezaron a construir las bombas de paletas de alta presin y se introdujeron los sellos de caucho sinttico. Diez aos despus los servomecanismos electrohidrulicos ampliaron el campo de aplicacin de la oleo hidrulica (rama de la hidrulica que utiliza aceite mineral como fluido). Desde los aos sesenta el esfuerzo investigativo de la industria y las entidades de formacin profesional ha conducido hasta los sofisticados circuitos de la fludica.

Hidrulica mvil y estacionaria. La diferencia entre hidrulica mvil y estacionaria es que la hidrulica mvil produce movimientos, ya sea mediante ruedas o cadenas, y sus vlvulas son accionadas generalmente de forma manual; mientras que en la hidrulica estacionaria son fijas y no producen desplazamientos, sus accionamientos suelen ser a base de electrovlvulas

Aplicaciones de la hidrulica El empleo de la energa proporcionada por el aire y aceite a presin, puede aplicarse para transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar vehculos mviles tales como:


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Tractores Gras Retroexcavadoras Camiones recolectores de basura Cargadores frontales Frenos y suspensiones de camiones Vehculos para la construccin y mantencin de carreteras En la industria, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la lnea de produccin, para estos efectos se utiliza con regularidad la energa proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene entre otros: Maquinaria para la industria plstica Mquinas herramientas Maquinaria para la elaboracin de alimentos Equipamiento para robtica y manipulacin automatizada Equipo para montaje industrial Maquinaria para la minera Maquinaria para la industria siderrgica

1.02


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1.1 Qu magnitudes y sus unidades se utilizan en los sistemas hidrulicos? defina cada una de ellas. El sistema internacional de medidas (SI) parte de siete unidades bsicas; en hidrulica son necesarias solo cuatro unidades: -LONGITUD, medida en metro (m), es la distancia recorrida por la luz en el vacio durante una trillonsima de segundo. -MASA, medida en kilogramos (Kg), sta se basa en un cilindro que se encuentra en la oficina internacional de pesos y medidas en pars. -TIEMPO, medido en segundos (s), se define como la duracin de 9.192631.770 ciclos de la radiacin asociada con una transicin especificada del tomo de cesio 133 -TEMPERATURA, medida en grados kelvin (K), es la fraccin 1/273,15 de la temperatura termodinmica del punto triple del agua. A partir de solo estas magnitudes podemos crear algunas magnitudes derivadas como lo son: REA: Se mide en metros cuadrados (m2) VOLUMEN: medida en metros cbicos (m3).El litro (0.001 m3) aunque no es una unidad del SI se utiliza comnmente para medir volmenes de fluidos FUERZA: medida en newton (N), es la fuerza que aplicada a una masa de 1Kg, da a esta una aceleracin de 1m/s2 (1N=1Kg.m/s2). Fuerza= masa x aceleracin. PRESIN (p): Es el resultado de aplicar una fuerza (F) ejercida por un fluido a una superficie (S) (p= F/S). La unidad en el sistema internacional es el Pascal (Pa). Pa= 1N/m2


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CAUDAL (Q): Es la cantidad de fluido que atraviesa una seccin dada por unidad de tiempo; se expresa mediante la frmula Q= V/t donde: Q es caudal medido en m3/s; V es volumen en m3 y t es tiempo en segundos. Tipos de presin La presin atmosferica es la medicin de la fuerza sobre un determinado material, dirigida a todos lados en la tierra va en todas las direcciones y equivale a 1 kg/cm2 de aire, es grande pero las sustancias de nuestro cuerpo hacen un equilibrio. La presin manomtrica es la diferencia que hay entre la presin absoluta y la presin atmosfrica. La presin absoluta es la que se mide guindose del vaco el movimiento o la actividad de las molculas. La presin baromtrica mide la presin atmosfrica pero en un tuvo de vidrio que contiene mercurio, determinado por la altura hasta donde llega el mercurio por la fuerza de la presin atmosfrica. Es medida en milmetros de mercurio (mmHg) Todas estas presiones disminuyen con la altitud

1.1.1

1.1.1.1

Convertir

300 KPa a PSI:


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800 Lb-f a N: 10 Atm a bar:

300 bar a PSI:

1200 In3 a cm3:

1 In/s a mm/s:

Cm/s:

1.1.2 Consultar sobre propiedades fsicas de los fluidos como densidad, peso especifico, densidad relativa, peso especfico relativo, viscosidad, gravedad especfica. -DENSIDAD: La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. P= m/v. Las unidades de densidad son kilogramos por metro cbico en el SI, aunque tambin suele usarse el g/cm3. -PESO ESPECFICO: Es la relacin entre el peso de un fluido y su volumen, las unidades que se suelen usar para el peso especfico son Kg-f/m3; el peso especfico nos dice cunto pesa cierta cantidad de volumen. -DENSIDAD RELATIVA: La densidad relativa de una sustancia es el cociente entre su densidad y la de otra sustancia diferente que se toma como referencia o


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patrn: Para sustancias lquidas se suele tomar como sustancia patrn el agua cuya densidad a 4 C es igual a 1000 kg/m3. Como toda magnitud relativa, que se obtiene como cociente entre dos magnitudes iguales, la densidad relativa carece de unidades fsicas. -PESO ESPECFICO RELATIVO: es la relacin entre el peso del cuerpo y el peso del agua que ocupa igual volumen que el cuerpo. Pe= P/Pagua -VISCOSIDAD: es la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximacin bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad slo se manifiesta en lquidos en movimiento, ya que cuando el fluido est en reposo, la superficie permanece plana. -GRAVEDAD ESPECFICA: Es el cociente de la densidad o del pesos especfico de una sustancia entre la densidad o el peso especfico del agua a 4 c. La gravedad especfica se utiliza dada la densidad de indicar la densidad o el peso especifico de un fluido en trminos de su relacin con la densidad o el peso especifico de un fluido comn.

1.1.3 Consulte el documento FLUIDOS HIDRAULICOS, elabore un mapa conceptual y sociabilcelo en el aula de clase. Consulte en un catalogo de Aceites comerciales la clasificacin ISO de aceites y describa el procedimiento para medir la viscosidad de un aceite hidrulico.

La viscosidad se mide con un aparato llamado viscosmetro el cual mide la viscosidad y otros parmetros de flujo del fluido. Un viscosmetro muy utilizado es el de Ostwald.


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Una manera de medir la viscosidad con este tipo de viscosmetro es la siguiente: El viscosmetro en primer lugar tiene que estar completamente seco, una vez seco se vierte la muestra liquida a estudiar aproximadamente, el viscosmetro se coloca en el recipiente con bao mara y se empieza a medir la temperatura, primero con 20 C, luego con 30 C y finalmente con 40 C. Con ayuda de la pro pipeta se succiona la muestra liquida hasta que suba a un punto a; desde ah se mide el tiempo hasta que baje al punto b del viscosmetro, este proceso se hace tres veces con las temperaturas ya mencionadas.


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La clasificacin ISO para los aceites industriales se encuentra representada en la siguiente tabla

1.1.3 El cilindro que se muestra en el grfico tiene una carrera de 100 cm., y el volumen que ocupa es de 8 litros de aceite. Si se conecta una bomba que le suministra 6 GPH, el tiempo que demora en salir el vstago es:


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6 GPH a L/min:

0,38 L en 1 min 8L en 21 min

1.2.0 Consulte sobre principio de Pascal, Bernoulli, ecuacin de continuidad, nmero de Reynolds, perdida de carga; desarrolle los siguientes problemas planteados Principio de Pascal: Este principio se resume en la frase: la presin ejercida en cualquier parte de un fluido incompresible y en equilibrio dentro en un recipiente de paredes indeformables, se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido; esto se comprueba mediante la frmula.

El sistema se encuentra en equilibrio, entonces:1

!

2

A licando las dos ecuaciones, se obtiene:1 2

A1

!

A2

o

1 2

!

A1 A2

Principio de Bernoulli: describe el comportamiento de un fluido movindose a lo largo de una lnea de corriente. Expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en rgimen de circulacin por un conducto cerrado, la energa que

p !

!


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posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energa de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes: 1. Cintica: es la energa debida a la velocidad que posea el fluido. 2. Potencial gravitacional: es la energa debido a la altitud que un fluido posea. 3. Energa de flujo: es la energa que un fluido contiene debido a la presin que posee. La siguiente ecuacin conocida como "Ecuacin de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos trminos.

Donde:y y y y y

V = velocidad del fluido en la seccin considerada. g = aceleracin gravitatoria z = altura en la direccin de la gravedad desde una cota de referencia. P = presin a lo largo de la lnea de corriente. = densidad del fluido.

Ecuacin de continuidad: La conservacin de la masa de fluido a travs de dos secciones (sean stas A1 y A2) de un conducto (tubera) o tubo de corriente establece que: la masa que entra es igual a la masa que sale. La ecuacin de continuidad se puede expresar como:1.A1.V1

=2,

2.A2.V2

Cuando

1

=

que es el caso general tratndose de agua, y flujo en rgimen

permanente, se tiene:


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O de otra forma: (El caudal que entra es igual al que sale) Donde:y y y

Q = caudal (m3 / s) V = velocidad (m / s) A = rea transversal del tubo de corriente o conducto (m2)

Que se cumple cuando entre dos secciones de la conduccin no se acumula masa, es decir, siempre que el fluido sea incompresible y por lo tanto su densidad sea constante. Esta condicin la satisfacen todos los lquidos y, particularmente, el agua. Numero de Reynolds: es un nmero adimensional utilizado en mecnica de fluidos, diseo de reactores y fenmenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. El coeficiente de Reynolds (Re) permite determinar el tipo de caudal, dicho coeficiente est en funcin de la velocidad del fluido (v), del dimetro de la tubera (d) y de la viscosidad cinemtica (R). R < 2300, s flujo laminar. > 2300, s flujo turbul nto. 2300 s nomina o co fici nt crtico ynol s (crit)

y Si y Si El alor


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La velocidad crtica es la velocidad a partir de la cual el caudal pasa de laminar a turbulento y se calcula como sigue: v crit ! Re crit R d

Perdida de carga: Las prdidas de carga son las prdidas de energa potencial que se produce en un fluido al circular a travs de una tubera. Podramos decir que son las prdidas de energa por rozamiento. Se manifiestan en una bajada de presin. Son directamente proporcionales a la velocidad del fluido, de la rugosidad de la tubera y de la longitud de la misma. Son inversamente proporcionales a la seccin. Estas prdidas de presin se expresan en Kg/cm2, o atmsferas, pero lo ms comn es expresarlas en m.c.a. (metros columna de agua). Recordemos:1kg / cm 2 ! 1atm ! 10 m.c.a.

En primer lugar relacionaremos el caudal y dimetro interior de la tubera con la velocidad del fluido:Q 4Q ! S T D2

V !

CALCULO PERDIDAS DE CARGAS EN CONDUCCIONES Las prdidas de carga de conducciones se calculan con la expresin: L V 2 8 f L Q2 ! D 2 g T 2 D5 g

Hr ! f

H r ! Prdida de carga D = dimetro en m


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Q = caudal en m 3 / s L= Longitud conduccinf = coeficiente de friccin g ! Aceleracin de la gravedad

En esta expresin tenemos datos conocidos como longitud, dimetro y caudal. Pero desconocemos el coeficiente de friccin, que depender de la rugosidad de la tubera, su dimetro, la viscosidad cinemtica del agua. La tubera se comporta como rugosa, las protuberancias que sobresalen de la subcapa laminar quedan afectadas de la viscosidad de turbulencia, en mayor o menor grado dependiendo de la altura de rugosidad k ; en tal caso, el coeficiente f depende tambin de k, o adimensionalmente de k / D (rugosidad relativa). Nos encontramos con influencia de la rugosidad relativa y del nmero de Reynolds

1.2.1 Si se ejerce una fuerza de 20 Kg.-f sobre el pistn A que tiene un rea de 3,1416 pulg2 y el pistn B de 12.56 pulg2 determine la presin que se logra en el recipiente y el peso W que puede levantar el pistn mayor.

20 Kg-f= 44,09 Lb-f


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P= F/A = 44,09 Lb-f/ 3,1416 In2 = 14,034 PSI Como F1/A1=F2/A2: entonces F2=F1 x A2/A1 F2= 44,09 Lb-f x 12,56 In2 /3,1416 In2 = 553,77 Lb-f /3,1416 = 176,27 Lb-f 1.2.2 Si las dimensiones en mm de un cilindro de doble efecto son 50 28 200, cules sern las presiones en PSI para el avance y el retorno si debe ejercer una fuerza de arrastre de 1500 Kp. a) b) c) d) 764 y 1113 76,4 y 111,3 1108 y 1615 110,8 y 161,5 28mm a In= 1,1024 1,1024 = 0,5512 In

Dimetros: 50mm a In= 1,9685 Radios: 1,9685In = 0,9843 In A= r2 Acilindro= (0,9843)2 = 3,043In2 Avstago= (0,5512)2= 0,955In2 Aretorno= Acilindro - Avstago

Aretorno= 3,043 In2 0,955 In2 = 2,088


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Fuerza: 1500 Kp = 3306,934 Lb-f P= F/A Pavance= 3306,934 Lb-f/3,043In2= 1086,74 PSI Pretroceso= 3306,934Lb-f/ 2,088In2= 1583,78 PSI Para todos los casos debemos aumentar la prdida de eficiencia del sistema, la cual es del 2 al 5%; aumentndole el 2% a los resultados nos da: 1086,74 PSI + 2%= 1108,48 PSI 1583,78 PSI + 2%= 1615,46 PSI

1.2.3 Calcular el caudal en L/min que debe suministrar la bomba para mover el cilindro a una velocidad de 0,1 m/seg. a) b) c) d) 17,70 0,170 177,0 11,77

1.2.4 Si A1 = 15 cm2 y A2 = 200 cm2, hallar la F1 en Newton que se debe aplicar si la fuerza ejercida por el carro en A2 es de 3000 Kp? a) b) c) 22,50 2250 225,0


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d)

3000

F1/A1=F2/A2 F1=3000Kp x 15cm2/200cm2 =225 Kp=2206,485N

1.2.5.- Qu distancia en cm. debe desplazarse A1 para poder elevar la carga 2 pulgadas a) b) c) d) V2=b2xh2 =200cm2 x 5,08cm2 =1016cm3 67,7 33,3 1,00 6,77 h1=V1/b1 =1016cm3/15cm2 =67,73cm

1.2.6.- La velocidad de salida del aceite por la boquilla del tubo en m/seg. Es a) b) c) d) 200 0,20 1,00 0.02

A1V1=A2v2


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A= ( /2)2 A1= (0.5/2)2 = 0,19635m2 A2= (0.05/2)2 A2= 0,0019635m2

V2= (0,19635m2 x 2m/seg)/0,0019635 V2= 200m/seg

1.2.7.- Que volumen de aceite en galones se recogen en 30 segundos, si el caudal suministrado es de 42 L /min. a) b) c) d) 0.50 0.55 5.50 55.0

42 L/min = 11,1 Gal/min 30 seg = 5,5 Gal

1.2.8- Si el dimetro interior del conducto de alimentacin d1 es de 6 mm y el dimetro del embolo d2 = 32 mm hallar la velocidad en m /seg. del flujo v1 en el conducto de alimentacin y la velocidad v2 del avance del cilindro si el caudal suministrado es de 10 L/min. a) 5,95 y 2,1 b) 5,95 y 0,21 c) 59,5 y 21,6


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d) 0,59 y 0,21 A= ( /2)2 A1= (0.006/2)2 = 0,00002827m2 A2= (0,032/2)2 = 0.00090425m2

10L/min = 0,000167m3/seg V=Q/A V1= (0,000167m3/seg)/0,00002827m2 = 5,9m/seg V2= (0,000167m3/seg)/0,00080425m = 0,21m/seg

1.2.9.- Si el volumen de expulsin de la bomba de engranajes es V = 2,8 cm3 por giro y las revoluciones n = 1450 rpm el caudal de transporte Q en L/ min. Ser: a) b) c) d) Q= V x n = 2,8cm3 x 1450 rpm = 4060 cm3/min = 4,06 L/min 406 40,6 2,08 4,06

1-2-10 En la denominacin del aceite hidrulico HLP 68, el nmero 68 hace referencia a:


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a) b) c) d)

Temperatura absoluta Coeficiente de viscosidad Proteccin anticorrosiva Temperatura de trabajo

1.2.11 Que magnitud en Newton debe tener la fuerza FF del muelle de una vlvula limitadora de presin que deba abrirse a una presin superior a 1500KPa. El cono cierra un orificio de 8 mm de dimetro.

a) b) c) d)

150,0 15,00 753,6 75,36 A= 0,0000503m2

= 8mm.

P= 1500KPa 1500000 Pa F= P x A = 1500 KPa x 0,0000503 m2 = 75,4 N

1.2.12

Que dimetro debe tener una tubera para transportar 2 m3/s a una

velocidad media de 3 m/s


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Q= A.v A= A= r2 r2= A/ = 0,67m2/ = 0,21m2 r= = 0,46m

D= 2r= 0,46 x 2= 0,92 m 92 cm

1.2.13 Que es una resistencia hidrulica, enumere algunas. Como se genera la presin en un sistema hidrulico Resistencia hidrulica: Es la resistencia que oponen los elementos de un circuito hidrulico al paso del lquido R=Up/Q Al tenerse una tubera o ducto sometida a presiones diferentes en sus extremos se establece un flujo o gasto Q que est en funcin de dichas presiones. Si la relacin entre flujo y resistencia a las presiones es lineal se cumple el siguiente modelo matemtico: Q= P -P /Rf Donde Rf es la resistencia flurica de la restriccin en el ducto. Visto de esta manera, la altura de un fluido da lugar a una diferencia de presiones que hace salir un caudal de fluido del recipiente, a dicho efecto se le opone la resistencia hidrulica propia de las tuberas u otros elementos con restricciones tales como vlvulas manuales o automticas. Para un tanque que se encuentra bajo la accin de su altura la resistencia hidrulica se define como: La variacin de de altura en funcin de las relaciones de caudal.


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Rh= h -h /Q -Q Q -Q = [h (t)-h (t)]-/Rh Q=Caudal fludico en (m3/seg.) h(t)=Altura en metros. Rh=Resistencia hidrulica en (seg. /m2). La presin en un sistema hidrulico se puede generar de dos formas: Por la altura de la columna del liquido hidrulico. Este principio dice que entre ms alto se encuentre la columna (de agua por ejemplo) de un sistema la presin se incrementara proporcionalmente. Por una bomba de desplazamiento positivo. La cual bombea liquido hidrulico de forma positiva, es decir, solo permite que el fluido se desplace en un solo sentido y evita que retorne, esto crea un efecto en un sistema cerrado de incrementar la presin del fluido segn la frmula P=F/A (presin es igual a la fuerza aplicada entre una rea determinada

1.2.14 Que es flujo laminar, flujo turbulento, indeterminado. Qu tipo de flujo se recomienda en los sistemas oleo hidrulicos? De qu variables depende el tipo de flujo? Si el caudal es laminar, el lquido fluye en forma de capas cilndricas y ordenadas. Las capas interiores fluyen a velocidades mayores que las capas exteriores. A partir de determinada velocidad del fluido ya no avanzan en capas ordenadas ya que las partculas que fluyen en el centro del tubo se desvan lateralmente, con lo que se provoca una perturbacin formndose remolinos. En consecuencia, el caudal se vuelve turbulento, por lo que pierde energa.


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El coeficiente de Reynolds (Re) permite determinar el tipo de caudal, dicho coeficiente est en funcin de la velocidad del fluido (v), del dimetro de la tubera (d) y de la viscosidad cinemtica (R).Re ! vd R

y Si Re < 2300, es flujo laminar. y Si Re > 2300, es flujo turbulento.

El valor de 2300 es denominado coeficiente crtico de Reynolds (Recrit), el caudal turbulento no vuelve a ser laminar sino hasta Recrit. Es recomendable no rebasar Recrit con el fin de evitar prdidas por friccin en los sistemas hidrulicos. La velocidad crtica es la velocidad a partir de la cual el caudal pasa de laminar a turbulento y se calcula como sigue: v crit ! Re crit R d

Se utilizan los siguientes valores empricos en la prctica: y Tuberas de impulsin: 4 a 6 m/s. y Tuberas de aspiracin: 1,5 m/s. y Tuberas de retorno: 2 m/s. Para los sistemas oleohidraulicos se recomienda un flujo laminar, aunque trata de volverse turbulento, por eso hay que disearlo de una manera que tienda a ser laminar.


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Practicas Hidrulica Practica 1

En esta prctica dejamos la vlvula de alivio en una posicin fija y modificamos la apertura de la vlvula estranguladora modificando la presin y el caudal, en el cual tenemos una presin mnima de 5 bar y una mxima de 48 bar. A continuacin una grafica la cual nos muestra el comportamiento de caudal frente a presin.

Caudal (Cm3/min)90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 15 20

Presin vs Caudal

25

30

35

40

45

48 Max. Presin (bar)


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Practica 2

En la segunda prctica cambiamos la posicin de las mangueras y el fluido de la vlvula estranguladora ahora va a tanque y el de la vlvula de alivio ahora va al caudalimetro para tomar sus respectivas medidas tambin variando la apertura de la estranguladora.Presion (bar)47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 1,8 5,4 10,2 16,2 24 61,8 Q (Cm3/min)

Presin vs caudal


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Practica 3: En este caso dejamos el mismo diseo que el segundo, pero en esta ocasin dejamos la vlvula estranguladora totalmente abierta y modificamos la apertura de la vlvula de alivio desde una presin mnima en la cual apenas nos permite paso, hasta la apertura total de la vlvula siendo graficado de la siguiente manera:

Caudal (Cm3/min)80 70 60 50 40 30 20 10 0 24 25 26

Presin vs Caudal

Presin vs Caudal

27

28

29

30 max. Presin (bar)

Nota: Los datos mostrados en las 3 prcticas no son exactos y pueden variar por causa de centsimas de segundo.


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Hidrulica

Conclusiones: Si observamos la primera prctica nos podemos dar cuenta que el caudal es inversamente proporcional a la presin, mientras que en la segunda y tercera el caudal es directamente proporcional a la presin; de esto podemos concluir que si la vlvula estranguladora va a tanque las presiones y los caudales sern directamente proporcionales sin importar si se modifica la apertura de la vlvula estranguladora o de la de alivio Si seguimos observando la primera tabla veremos que con presiones desde puntos bajos hasta un punto relativamente medio el caudal varia poco ante la apertura de la vlvula estranguladora; pero si cerramos la vlvula estranguladora hasta puntos mximos, el caudal disminuir radicalmente En la segunda grafica podemos darnos cuenta que el caudal varia poco entre sus puntos mximos y mnimos de presin as tambin vemos que con la vlvula de alivio totalmente abierta y variando la apertura de la vlvula estranguladora tendremos ms presin en el sistemas, mientras que si abrimos totalmente la vlvula estranguladora y modificamos los puntos de apertura de la vlvula de alivio tendremos menos presin en el sistema y los cambios de caudal varan severamente entre cada unidad de presin En la cuarta practica hicimos un montaje en el cual cambibamos las posiciones de las vlvulas distribuidoras las cuales permitan o impedan el paso de flujos; al hacer esto la presin del sistema varia y nos va a dar distintos resultados de esta manera aprendimos a determinar donde hay paso de flujo, el uso de vlvulas distribuidoras y otras cosas. En la ltima prctica aprendimos el manejo de cheques y de cilindros simple efecto y mejoramos la manera de entender y analizar los circuitos hidrulicos.

trabajo hidraulica

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