*Fuente de consulta: Workshop Hidráulica Industrial – Parker Hannifin Corporation (PanAm Division)
La Hidráulica es una rama de la ingeniería que abarca el estudio de la presión y el caudal de los fluidos así como sus aplicaciones; se puede dividir en Hidráulica de agua o de aceite (Oleohidráulica) y Neumática cuando éste fluido es un gas.
Actualmente la oleohidráulica y la neumática son las dos técnicas más empleadas para la transmisión de energía, y en muchas de sus aplicaciones se combinan con controles eléctricos y electrónicos para proporcionar movimientos precisos y controlados.
Ley de Pascal.
El principio básico de la oleohidráulica es la ley de Pascal, cuyo enunciado, dice que:
“La presión aplicada a un líquido confinado se transmite uniformemente en todas direcciones, y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales”.
La presión no sólo se ejerce de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba, sino también lateralmente. En una palabra, la presión se ejerce en todos los sentidos.
Recordemos que el Newton, unidad de fuerza del sistema internacional, es la fuerza que comunica a un cuerpo, cuya masa sea de un kilogramo a una aceleración de un metro por segundo.
Dado el pequeño valor absoluto del Pascal hemos visto que actualmente se utiliza como valor de presión el BAR, que equivale a 100000 Pascales por unidad.
Ejemplos
¿Cúal es la presión que ejerce un fluído en las paredes de un recipiente que lo contiene, al aplicar una fuerza de 1000N sobre la tapa deslizable cuadrada de 10cm de lado?
Solución.
Caudal.
El caudal o flujo es la cantidad de volumen desplazado en período de tiempo determinado (segundos, minutos u horas).
- LITROS POR MINUTO (lpm) (UNIDAD COMPLEMENTARIA)
- GALONES POR MINUTO (gpm) (UNIDAD COMPLEMENTARIA)
- METRO CÚBICO POR SEGUNDO (m3/s) (SISTEMA INTERNACIONAL)
Conversión y equivalencias.
1 gpm = 3.79 lpm
1 gpm = 0.000063 m3/s
1 lpm = 0.264 gpm
1 lpm 0.000017 m3/s
1m3/s = 15,850 gpm
1m3/s = 60000 lpm
Velocidad del fluido.
Es la rapidez con la que se mueve un fluido a través de un tuberia o algún componente en un sistema hidráulico.
Velocidad y Caudal.
Cuando se desplaza un fluido incompresible por una tubería en la cual existe una reducción de áreas (diámetro menor de tuberia), el volumen desplazado es igual por ambas secciones de tuberia, sin embargo, la velocidad en la tuberia de menor diámetro, se incrementa.
El caudal y la velocidad están relacionados entre si, pero tienen diferente significado y consecuencias en el funcionamiento de un sistema oleohidráulico.
Desplazamiento del fluido por una tuberia.
En un sistema de transporte de fluidos, encontraremos dos maneras en como el flujo se desplaza por las tuberias:
Flujo laminar.
Se llama flujo laminar o corriente laminar, al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular.
Flujo turbulento.
Se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se dá en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos periódicos, (no coordinados)
El número de Reynolds es un parámetro adimensional importante en las ecuaciones que describen en que condiciones el flujo será laminar o turbulento.
Y los factores que inciden directamente son:
- La viscosidad del fluido.
- La rugosidad de la tubería.
- Diámetro de la tubería.
Las velocidades recomendadas según la función de la tubería son:
Línea de succión – 4 ft/s = 2.880 in/min
Línea de presión – 15 ft/s = 10.800 in/min
Línea de retorno – 10 ft/s = 7.200 in/min
Y con esta información junto con la siguiente tabla, se pueden determinar los diámetro de tuberías para diseñar sistemas hidráulicos:
Fuerza.
Es cualquier causa o influencia capaz de producir un cambio en el movimiento de un cuerpo y puede incluir en tres maneras diferentes:
- Puede ocasionar que un cuerpo se mueva.
- Puede ocasionar que un cuerpo se detenga o se retrase.
- Puede ocasionar que un cuerpo cambie la dirección de su movimiento.
LIBRA – FUERZA (lbf) (SISTEMA INGLES)
NEWTON (N) (SISTEMA INTERNACIONAL)
KILOGRAMO – FUERZA (kgf) (SISTEMA METRICO DECIMAL)
Conversión y equivalencias.
1 lbf = 4.448 N
1 lbf = 0.4536 kgf
1 N = 0.2248 lbf
1 N = 0.102 kgf
1 kgf = 9.81 N
1 kgf = 2.205 lbf
Resistencia.
Es cualquier fuerza capaz de detener o retrasar el movimiento de un cuerpo. En las tuberías existe resistencia al movimiento del fluido (fricción).
Fricción.
Es la resistencia que se presenta entre las superficies en contacto de dos objetos, que se mueven uno em relación del outro.
El paso del fluido por las tuberias, se ve restringido por la friccion entre el fluido y las paredes internas, generando calor.
Algunos factores que influyen directamente en la generación de calor por fricción, son:
- El tipo de material y el acabado interno.
- El tipo de fluido y su viscosidad.
- La velocidad del fluido.
- La forma de las tuberías (curvaturas, derivaciones y reducciones)
- El diámetro de la tuberia.
La generación de calor es una manifestación de cambio de energía, necesaria para vencer la resistencia (fricción) para que el fluido pueda realizar su recorrido y se traduce en pérdida de carga.
Viscosidad.
La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido al movimiento. Es una especie de fricción interna que posee un fluido. Esta relacionado directamente con el fluido en sí y sus aditivos, presión y temperatura. Su valor se mide en:
- STOKE (ST)
- CENTISTOKE (cST)
- SEGUNDOS SAYBOLT UNIVERSAL (SSU)
Tabla de viscosidad de acuerdo a diferentes normativas.
Ley de conservación de la energía.
En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, solo puede cambiar de una forma a otra,1 por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor. En termodinámica, constituye el primer principio de la termodinámica (la primera ley de la termodinámica).
Energía.
La energía puede expresarse de forma cinética o de forma potencial.
La energía cinética está asociada al movimiento y la energía potencial está asociada al almacenamiento o capacidad de transformarse en movimiento. La energía potencial se almacena con capacidad de transformarse en energía cinética y realizar un trabajo.
JOULE (J) (SISTEMA INTERNACIONAL)
BRITISH THERMAL UNIT (BTU) (SISTEMA INGLES)
ERGIO (ergio) (SISTEMA CGS)
CALORIA (cal) (SISTEMA TÉCNICO)
Conversión y equivalencias.
1 J = 1Nm
1 J = 0.00096 BTU
1 J = 0.239 cal
1 J = 107 ergios
1 BTU = 1055.06 J
1 BTU = 252 cal
Trabajo.
Es el efecto que se obtiene al aplicar una fuerza a un cuerpo y desplazarlo a una distancia determinada. El trabajo está relacionado con la energía necesaria para desplazar un cuerpo y vencer alguna fuerza.
Potencia.
Es la rapidez con la que se realiza un trabajo o la cantidad de trabajo por unidad de tiempo. Generalmente el trabajo se realiza en un tiempo finito, por lo tanto, se requiere una potencia para realizar el trabajo en ese tiempo.
La unidad “caballo de fuerza”, se origina cuando James Watt comparó en 1782 la potencia que podía originar su máquina de vapor, contra la producida por un caballo. Watt descubrío que un caballo podía levantar una carga de 33000lbf a la altura de 1 pie, en 1 minuto.
Transmisión de energía.
Al aplicar fuerza en un extremo de un sistema de tuberías con un fluído incompresible, la energía se puede transmitir al siguiente extremo, no importando la forma del recipiente.
Te retamos a que busques de manera autodidacta, las tablas de conversión y equivalencias para las unidades de «Trabajo» y «Potencia» en los diferentes sistemas de unidades utilizados.
#MantenteEnAutocontrol al pendiente de nuestras próximas entradas al blog. Contáctanos para cualquier consulta o inquietud por mínima e insignificante que parezca.
