FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA

Situaciones de Emergencia

ESCAPE

Incendio

Sismos

Tsunami

Salidas de Emergencia

Normas de Conducta en la Sala de Clases

Puntualidad

Participación

En Silencio

Respeto

Seguridad

Sistema de evaluación • Evaluación teoría 50% • Evaluación practica 50% • Nota final de aprobación de las actividades 70% en cada una

¡Identifique y Controle los Riesgos para evitar los Accidentes!

Seguridad y Salud • Siempre utilice los elementos de seguridad

Introducción La ingeniería de la mecánica de los fluidos se ha desarrollado en función del tiempo mediante el entendimiento de las propiedades de los fluidos, la aplicación de las leyes básicas de la mecánica, la termodinámica y por la experimentación ordenada.

Energía • La energía es la capacidad de realizar trabajo. La energía proviene de muchas fuentes, tales como la radiación del Sol, interacciones químicas, movimiento, posición, las mareas, el viento y campos eléctricos y magnéticos. • Se divide en tres grandes clasificaciones: energía potencial, cinética y radiante.

Energía potencial • Se produce cuando un objeto está en una posición para realizar trabajo, pero no se está realizando ningún trabajo. • Es decir, tiene el potencial para realizar trabajo

Energía cinética • Se produce cuando se mueve un objeto. • Por ejemplo, cuando la fuerza sobre la llave comienza a hacer que se mueva el perno, la energía potencial es convertida en energía cinética y se está realizando trabajo.

Conversión de energía • Cuando la energía cambia de forma, la cantidad de nueva energía es la misma que la cantidad de energía original. La ley de conservación de energía señala que: • La energía no se puede crear o destruir, pero puede ser transformada de una forma a otra

Conversión de energía

Resumen • Energía es la capacidad para realizar un trabajo, en otras palabras nada se hace sin que energía este presente. • Estas energías pueden ser – La energía potencial se produce cuando un objeto está en una posición para realizar trabajo, pero no se está realizando ningún trabajo – La energía cinética se produce cuando el objeto está en movimiento – La energía radiante es la que se produce al generar una corriente

SISTEMAS HIDRÁULICOS • Para dar servicio y mantención apropiados a un sistema hidráulico, UD. debe tener un conocimiento acabado de los principios de hidráulica. • El amplio uso de los sistemas hidráulicos requiere que sea competente en el servicio y reparación de los sistemas y sus componentes.

Seguridad hidráulica • Tenga cuidado de: • FUGAS – Los regueros de líquidos o aceites hidráulicos hacen los pisos resbaladizos y peligrosos. – La mayoría de los aceites hidráulicos sé vaporizarán y se encenderán. Los incendios son muy posibles. – Los fluidos o aceites hidráulicos,-a prueba de incendios, pueden reaccionar con algunos materiales. – Los líquidos que provienen de las fugas pueden estar calientes y, quemarlo a usted. – Puede haber fugas de aceites a muy alta presión

Seguridad hidráulica • Consecuencias de fugas

Seguridad hidráulica • Componentes calientes – Bombas – Válvulas de alivio – Cualquier sitio donde un líquido fluya rápido bajo presión, tales como en las Válvulas de Control Direccional y de Regulación de Caudal.

Seguridad hidráulica • Contacto con componentes calientes

Seguridad hidráulica • Líquido hidráulico – Si el líquido hidráulico entra a sus ojos lávelos con agua abundante y busque atención médica inmediata – Un contacto sostenido del producto en los ojos, puede causar su irritación

Seguridad hidráulica • Consecuencias

Seguridad hidráulica • Energía almacenada • Aun cuando la bomba esté apagada, puede haber energía en el sistema debido a: – Resortes tensionados – Cargas suspendidas - Plumas, martillos de impacto, taladros, etc. – Acumuladores cargados – Voltaje eléctrico

Seguridad hidráulica • Energía almacenada

Seguridad hidráulica • Energía almacenada

Alivio de la presión del sistema • La presión se puede deber a cargas o fuerzas externas. • Elimínelas – Baje o coloque todas las partes en su posición de reposo o sin tensión, antes de apagar el sistema. – Abra con cuidado las válvulas graduables que puedan estar equilibrando cargas – Si es necesario, levante con un gato o acuñe la carga lo suficiente para aliviar la presión hidráulica por medios mecánicos – Mantenga precaución con los contenedores, debido a la presión que contienen. – Recuerde que con la temperatura aumenta la presión – Revise conexiones y equipo ante de su utilización

Alivio de la presión del sistema – Bloquee con seguridad cualquier elemento que se pueda mover cuando cambie la presión. – Accione las Válvulas de Control Direccional en todas sus posiciones para que todas las tuberías se descarguen

Descargue los acumuladores • Si usted recibe salpicaduras del líquido (Nitrógeno líquido), que se encuentra a una temperatura aproximada de -183 °C, inmediatamente retire toda la ropa que contenga nitrógeno para evitar la congelación adicional

Principios hidráulicos • Fluido – El término “fluido” se usa para referirse a cualquier cosa que fluye, vale decir que adopta la forma del recipiente que lo contiene. – Esto incluye a los gases y líquidos. Los principios físicos con los cuales los sistemas hidráulicos operan son básicamente los mismos independientemente si el sistema usa un gas o líquido.

Sistemas hidráulicos • Los sistemas clasifican • Hidrodinámicos

hidráulicos

se

– Se refieren a un sistema en el cual el líquido está en movimiento

• Hidrostáticos – Se refieren a un sistema en el cual el líquido se encuentra sujeto a presión

Ventajas • • • • • • •

Construcción simple y compacta Gran flexibilidad Pocas piezas en movimiento El liquido hidráulico sirve como lubricante Tienen componentes de seguridad Aplican fuerza en mas de una dirección Puede ser aplicada con control y suavidad

Desventajas • Tienen filtraciones debido a las presiones, al calor producido por la presión y movimiento del líquido • Son contaminantes • Los componentes hidráulicos pueden ser costosos

Principios básicos • Los líquidos no se comprimen • La presión aplicada a un líquido encerrado se transmitirá sin variación en todas direcciones y actúa con igual fuerza en áreas iguales y en ángulos rectos a ellos. • En sistemas hidráulicos auto contenidos, el volumen del líquido que es desplazado en una parte del sistema es igual al volumen ganado en otra parte del sistema

Flujo del fluido velocidad

V= d/t

Distancia que recorre el fluido en una unidad de tiempo

metros por segundos o pies por segundos

Longitud excesiva Velocidad excesiva FRICCION

Excesiva curvas o fittings

Flujo sostenido a alta presión Mecánica Industrial

Flujo del fluido • La bomba en un sistema hidráulico crea un flujo. • El valor nominal del flujo del fluido se mide mediante el volumen del fluido pasando por un punto dado en una unidad de tiempo. – Un galón imperial = 277 pulg3 – Un galón americano = 231 pulg3

Flujo laminar o turbolento • Factores que afectan al fluido en cañerías – La velocidad – La fricción – La viscosidad

Figura 1.1: Perfiles de Velocidad

Fuerza, presión y área Presión: Fuerza por unidad de área P=F/A 1N

1 m2

P = 1 N/m2 = 1 Pa

1 Lb

1 pulg2

P = 1 Lb/Pulg2 = 1 Psi

Principios de la oleohidráulica • La carga determina la presión – Entre mas grande sea la carga mayor será la presión

1 “ hg x cada 1000 pies altura

600

CORDILLERA P < 14.7 Psi

MAR 14.7 Psi = 101,35 KPa = 1,01 bar Mecánica Industrial

Absoluta

Relativa

Presión atmosférica

614,7

100

114.7

0

14,7 0

Trabajo, potencia y energía 1N

1 joule = 1 N x 1 m

1m

33000 Lb

1 HP 1 pie en 1 s

Conservación de la energía ENERGIA

CALOR LUZ MECÁNICA ELÉCTRICA

QUIMICA

COMBUSTIÓN

CALOR

QUÍMICA OTRAS

MECÁNICA

Propiedades de los líquidos • Los líquidos no tienen forma definida • Son casi incompresibles • Es extremadamente flexible, incluso tan indeformable como el acero. • Un líquido sometido a una fuerza escoge la senda de la resistencia menor.

Propiedades de los líquidos • Si la fuerza es la gravedad, el líquido escoge su propio nivel • Fluye del área de alta presión al área de baja presión • Para nuestro sistema utilizaremos un aceite hidráulico

Principios de la oleohidráulica • El movimiento depende del caudal – Nada se mueve sin caudal

• El caudal determina la velocidad – La velocidad del actuador depende del caudal

Ley de Pascal • La presión aplicada a un fluido encerrado en reposo se trasmite íntegramente en todas direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales, siempre en ángulos rectos a las superficies del depósito que lo contiene

Principio de Bernoulli

Flujo constante

Aumenta velocidad

Disminuye velocidad Presión y velocidad en el flujo del fluido

Mecánica Industrial

Sistema básico

Bombas • La bomba en un sistema hidráulico crea un flujo.

Tipos de bomba • Hay dos típicos básicos de bombas. • El primero es la bomba de desplazamiento no positivo. • Este diseño de bomba se utiliza principalmente para transferir fluidos donde la única resistencia que se encuentra es la creada por el peso del mismo fluido y el razonamiento

Tipos de bomba • Utilizadas generalmente en bombas de agua, maquinas de lavar, lavadoras

Tipos de bomba • Bombas de desplazamiento positivo • Utilizadas en los sistemas hidráulicos industriales. • Estas bombas suministran al sistema una cantidad determinada de fluido, en cada carrera, revolución o ciclo. Existen – De desplazamiento fijo – De desplazamiento variable

Tipos de bomba • Las bombas de desplazamiento fijo tienen un desplazamiento que no puede cambiarse • Las de desplazamiento variable es posible cambiarle el desplazamiento

Bombas de desplazamiento positivo • Las más utilizadas son – Pistón – Paleta – Engranaje

Razón de bombeo • La razón de bombeo de las bombas hidráulicas se califica de tres distintas maneras: – Desplazamiento – Razón de flujo – Razón de presión

Desplazamiento • Se refiere al volumen de fluido que es llevado por la bomba en un ciclo o revolución. • Mientras más alto sea el desplazamiento de la bomba, mayor será el flujo que pueda producir en una cantidad determinada de revoluciones por minuto

La razón de flujo (caudal) • Se mide en litros sobre minuto (L/min) o galones sobre minuto (gpm). • La capacidad de una bomba se clasifica según su capacidad para entregar un cierto número de galones o litros sobre minuto a una determinada velocidad. • La razón de flujo puede ser calculada si UD. conoce el desplazamiento de la bomba y la cantidad de revoluciones por minuto

La razón de presión • La razón de presión de bomba indica que presión de operación puede soportar una bomba sin dañarse. • Los ajustes que se hacen a las válvulas de seguridad alterarán la presión máxima de ese sistema. • Si las válvulas son ajustadas a un límite que excede la razón de presión de la bomba, esto puede originar en más productividad pero la bomba fallará.

Bombas de engranaje • Una bomba de engranajes es una bomba de capacidad fija que tiene dos o más rotores. • Existen bombas de engranajes internos, externos y lóbulos

Bomba de engranaje externo

Bomba engranajes externos

Mecánica Industrial

Bomba de engranaje interno

Partes componentes

Mecánica Industrial

Bomba de paletas • Una bomba hidráulica de paleta puede ser desequilibrada o equilibrada, y tienen capacidad fija y variable

Bomba de paletas • Bomba de paletas desequilibrada

Bomba de paletas • Bomba de paletas equilibrada

Bomba compensada por resorte

Mecánica Industrial

Partes componentes

Mecánica Industrial

Mecánica Industrial

Bomba de pistones • Todas las bombas de pistones funcionan según el principio de que un pistón, moviéndose alternativamente dentro de un orificio, aspirará fluido al retraerse y lo expulsará en su carrera hacia delante • Pueden ser de movimiento radial o axial • Pueden ser de desplazamiento fijo o desplazamiento variable

Bombas de pistones

Mecánica Industrial

Partes componentes

Mecánica Industrial

Bomba desplazamiento variable

Mecánica Industrial

Inclinación de los pistones

Mecánica Industrial

Elemento bombante

Mecánica Industrial

Cuerpo de la bomba

Mecánica Industrial

Cuerpo de la bomba

Mecánica Industrial

PLACA DE PRESIÓN

Mecánica Industrial

Inspección instrumental

Mecánica Industrial

Bomba de pistones • Bomba de pistones radiales

Bomba de pistones • Bomba de pistones axiales

Actuadores Hidráulicos • Componentes de los sistemas hidráulicos que convierten la energía hidráulica en mecánica – Cilindros • Usados para crear movimiento lineal

– Motores • Usados para crear movimiento rotatorio

Mecánica Industrial

Motor hidráulico • Convierten energía hidráulica en energía mecánica

Mecánica Industrial

Motores hidráulicos • Motores – Son accionados por flujo hidráulico – Pueden ser fijos o variables – Unidireccionales o bidireccionales

• Tipos – – – –

Engranajes Tornillo Paletas Pistones • Radiales • Axiales Mecánica Industrial

Motores hidráulicos

Cilindro actuador • El cilindro convierte la presión y flujo hidráulico a una fuerza mecánica que pueda realizar un trabajo

Cilindro actuador • Cilindro de rotopala

Cilindro actuador • Tipos de cilindros – De acción simple – De retroceso – De retroceso con diafragma – De doble acción – Con amortiguadores – Tándem – Telescópicos

Mecánica Industrial

Válvulas hidráulicas • Son los mecanismos de control en un sistema hidráulico. • Son componentes que contienen una o más piezas móviles que pueden abrir, cerrar o limitar el flujo del fluido hidráulico. • Existen tres tipos de válvulas: – Válvulas de control de presión – Válvulas de control direccional – Válvulas de control de volumen (o flujo)

Válvula de control de presión • Es un elemento de seguridad que evita que el sistema exceda su presión de operación

Válvula de control de presión

Válvulas de control de presión • Válvulas de control de presión – Controlan la presión hidráulica en todo o parte del circuito – Son normalmente abiertas o normalmente cerradas – Tipos de válvulas de control de presión • • • • • •

De seguridad De descarga Reductoras de presión De secuencia De equilibrio De freno Mecánica Industrial

Válvula de seguridad operada por piloto

Válvula de seguridad operada por piloto

Válvula de descarga

Válvula reductora de presión

Circuito con válvula reductora

Válvula de secuencia

Circuitos en secuencia

Válvula de equilibrio

Válvula de equilibrio

Mecánica Industrial

Circuito de equilibrio

Válvula de control de dirección • Determinan la dirección de flujo del aceite presurizado desde la bomba al estanque o al cilindro de trabajo

Válvula de control de dirección • Válvulas de control de dirección – Usadas para controlar la dirección del flujos del fluido hidráulico – Pueden tener posiciones simples o múltiples – Símbolos, trayectos, carretes, identificación – Activación • • • • •

Manual Mecánica Hidráulicamente Neumáticamente Etc. Mecánica Industrial

Válvula de control de dirección A

B

VCD de centro abierto P

T

A

B

VCD de centro cerrado P

T

Mecánica Industrial

Válvula de control de dirección A

B

VCD de centro tándem P

T

A

B

VCD de centro flotación P

T

A

B

VCD de centro regenerativo P

T

Válvula de control de dirección

Válvula de retención

Válvula de retención

libre

de resorte

Válvula de retención

Válvula de retención cerrada

Con piloto que cierra

Por resorte con piloto para abrir

Válvulas de control de dirección Válvulas Antirretorno Válvula de retención

Válvula de retención

libre

de resorte

Válvula de retención

Válvula de retención cerrada

Con piloto que cierra

Por resorte con piloto para abrir

Mecánica Industrial

Válvulas de control de flujo • Controlan la cantidad de flujo que pasa por determinado punto con lo cual se controla la velocidad del actuador

Válvulas de control de flujo • Válvulas de control de flujo – Controlan el volumen del fluido hidráulico que entra o sale del actuador – Tipos de válvulas • • • • •

De estrangulación De flujo no compensado De presión compensada De presión y temperatura compensada De división de flujo

Mecánica Industrial

Válvulas de control de flujo

Restricción de flujo en línea

Mecánica Industrial

Restricción variable (estrangulación)

Válvula de control de flujo no compensada - fija

Válvula de control de flujo no compensada - ajustable

Válvula de control de flujo, con presión compensada fija con orificio de descarga

Válvula de control de flujo de presión compensada ajustable

Ejercicio

Mecánica Industrial

Estanques

CEIM

Estanque • La reserva almacena el aceite que el sistema hidráulico requiere

Acumuladores • Los acumuladores pueden – Almacenar energía – Absorber golpes – Aumentar presión gradualmente – Mantener presión constante

CEIM

Acumuladores • Proveen suministro temporal de aceite. • Actúan como amortiguador de golpes de presión. • Importancia de la carga.

CEIM

Acumuladores

CEIM

Acumuladores

CEIM

Acumuladores

CEIM

Mecánica Industrial

Medidores de presión • • • • •

Manómetro Principio de trabajo Selección de instrumentos Calibrados en bar, Kpa, PSI No les afecta la presión atmosférica

Medidores de flujo • Comúnmente portátiles • Utilizados para monitorear el flujo en una línea • Para determinar la eficiencia de una bomba

Mecánica Industrial

Enfriadores • Diseñados para mantener la temperatura de operación normal cuando un sistema por si solo no es capaz de disipar el calor.

CEIM

Enfriadores

Mecánica Industrial

Enfriadores

Mecánica Industrial

Simbología • Simbología

Mecánica Industrial

Circuito de sangrado

Mecánica Industrial

Circuitos altos y bajos

Mecánica Industrial

Circuito de transmisión hidrostática

Mecánica Industrial

Circuito de transmisión hidrostática

Mecánica Industrial

Circuito en secuencia

Mecánica Industrial

Interpretación de planos • Para una correcta interpretación de planos los alumnos deben: – Estar familiarizado con los conceptos básicos de la hidráulica – Deben estar familiarizado con el funcionamiento de los componentes hidráulicos y principios de diagnóstico de fallas de los distintos componentes – Identificar la simbología normalizada utilizada en hidráulica.