Fundamentos de Sistemas Hidráulicos y Neumáticos: Conceptos Clave y Aplicaciones
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Resumen General del Documento
Este documento presenta un compendio de conceptos fundamentales sobre sistemas hidráulicos y neumáticos, abarcando desde sus principios básicos hasta componentes específicos y leyes físicas que los rigen.
Sistemas Hidráulicos y Neumáticos: Fundamentos y Aplicaciones
En sistemas hidráulicos, la temperatura y la viscosidad están inversamente relacionadas: a mayor temperatura, menor viscosidad, y a menor temperatura, mayor viscosidad. La temperatura máxima operativa recomendada es de 60°C.
Hidráulica (Fuerzas > 3000 kg)
La hidráulica es la rama de la ingeniería que estudia las propiedades mecánicas de los fluidos. Su funcionamiento depende de la fuerza y el empuje que estos ejercen.
Ventajas de los Sistemas Hidráulicos:
- Más económicos que los sistemas mecánicos en ciertas aplicaciones.
- Mayor seguridad operativa.
- Menor necesidad de mano de obra para su funcionamiento.
Desventajas de los Sistemas Hidráulicos:
- Costos elevados de regulación y control.
Neumática (Fuerzas < 3000 kg)
La neumática emplea el aire comprimido como medio de transmisión de la energía necesaria para mover y accionar mecanismos.
El volumen del tanque hidráulico debe ser aproximadamente siete veces mayor que el caudal de la bomba por minuto.
Los aceites sintéticos, aunque de costo más elevado, soportan temperaturas de hasta 150°C.
Bombas Hidráulicas: Tipos y Circuitos
Circuitos Hidráulicos:
- Circuitos de Centro Abierto:
- Cilindrada fija (ej. bomba de paletas)
- Cilindrada variable (ej. bomba de paletas)
- Circuitos de Centro Cerrado:
- Cilindrada fija (ej. bomba de pistones)
- Cilindrada variable (ej. bomba de pistones)
Tipos de Bombas Hidráulicas:
- Manuales (oscilantes)
- De simple efecto
- De doble efecto
- De engranajes (exteriores e interiores)
- De semiluna
- Gerotor
- De paletas
- De pistones (en línea, axiales, radiales)
Número de Reynolds y Presión en Fluidos
Número de Reynolds (Re)
El Número de Reynolds (Re) es un parámetro adimensional que indica el tipo de flujo de un fluido. Se clasifica de la siguiente manera:
- Re < 2000: Régimen laminar (flujo suave y ordenado).
- 2000 < Re < 3500: Régimen de transición (entre laminar y turbulento).
- Re > 3500: Régimen turbulento (flujo caótico e irregular).
Presión
La presión se define como la fuerza aplicada dividida por el área sobre la que actúa, por ejemplo, el área del pistón.
Servomotores Hidráulicos y Principios de Energía
Servomotores Hidráulicos
Los servomotores hidráulicos utilizan diferentes formas de energía:
- Energía Potencial: Relacionada con la gravedad, la altura y la masa del cuerpo.
- Energía Cinética: Depende de la masa y la velocidad del cuerpo.
Ley de Conservación de la Energía
La ley de conservación de la energía establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. En el contexto de los fluidos, se consideran:
- Energía Cinética: Surge del fenómeno del movimiento y representa el trabajo necesario para acelerar un cuerpo.
- Energía Potencial: Mide la capacidad de un sistema para realizar un trabajo en función de su posición.
- Energía de Presión: Mide la fuerza por unidad de superficie.
Sección de Control de Señales y Flujo de Potencia
El flujo de potencia en un sistema de control se compone de las siguientes etapas:
- Entrada de señales
- Procesamiento de señales
- Sección de accionamiento
- Sección de control de potencia
- Sección de control de la alimentación
Conceptos Adicionales en Hidráulica de Fluidos
Radio Hidráulico
El radio hidráulico es el cociente entre el área neta de la sección transversal de un conducto por donde fluye un fluido y su perímetro mojado.
Ecuación de Bernoulli
La Ecuación de Bernoulli es fundamental para el análisis del escurrimiento de fluidos en un tubo, representando una formulación de la ley de conservación de la energía para fluidos ideales.