INFORME-AGOSTO

Tema de informe: Hidráulica

Profesor: Javier Rodriguez León

Alumno: Jaime Aldair Robles Pérez

Especialidad: Mecatrónica                                                       

Semestre: 4

Generación: 2014_A

OBJETIVO

Lograr entender los principios y propiedades básicas de la hidráulica y los fluidos, profundizar la investigación para lograr mejores resultados durante la elaboración de este informe, así como lograr que cualquier persona interesada comprenda el tema.

INTRODUCCIÓN

A lo largo de este informe se buscara dejar en claro conceptos básicos de la hidráulica utilizados en los sistemas de control (hidráulicos) , en este informe nos enfocaremos a el fluido y sus propiedades, partiendo del hecho de que la hidráulica se basa de los principios de los fluidos para realizar un trabajo, comencemos.

DESARROLLO

 La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluido, analiza las leyes que rigen el movimiento de los fluidos y su equilibrio, es decir   tecnología que emplea un fluido, como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. Básicamente consiste en hacer aumentar la presión de este fluido  por medio de elementos del circuito hidráulico para utilizarla como un trabajo útil.
Dentro de sus ventajas de la hidráulica, están: posicionamiento exacto, arranque desde cero con carga máxima, movimientos suaves, buena disipación de calor. Desventajas: contaminación del ambiente por posibles fugas de aceite, sensibilidad a la suciedad, peligro ocasionado por altas presiones.

Un fluido es un sistema deformable constituido por un numero infinito de puntos materiales aislados, infinitesimales. En su aplicación dentro de la hidráulica lo vemos como una sustancia que se deforma continuamente cuando se le aplica un esfuerzo tangencial, transmitiendo potencia que se utiliza para transformar, controlar y transmitir los esfuerzos mecánicos a través de una variación de presión o de flujo. Ademas de las aplicación del fluido antes mencionadas también sirve como lubricante, sellador y medio de transferencia térmica.

Podemos decir que los gases se consideran un fluido, mas no un liquido debido a que sus propiedades cambian al  tener mayor movilidad de sus partículas y su capacidad de comprimirse.

    CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS:

• NEWTONIANOS: Un fluido Newtoniano es un aquel cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo contra su velocidad de deformación es lineal y pasa por el origen.

• NO NEWTONIANOS: Un fluido No-Newtoniano es aquél cuya viscosidad varía con la temperatura, presión y tiempo, pero no con la variación de la velocidad.

PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LOS LÍQUIDOS.

• VISCOSIDAD: Es la resistencia que ofrece el líquido a fluir. 
• FLUIDEZ: La fluidez es la capacidad de los líquidos de poder pasar por cualquier orificio, independientemente del tamaño.
• PUNTO DE EBULLICIÓN: Temperatura a la que el líquido pasa a estado gaseoso.
• PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN: Temperatura a la que el líquido pasa a estado sólido. 
• TENSIÓN SUPERFICIAL: Fuerza que se manifiesta en la superficie de un líquido.
• CAPILARIDAD: Facilidad que tienen los líquidos de subir por capilares.
• COHESIÓN: Fuerza de atracción entre moléculas iguales.
• ADHESIÓN: Fuerza de atracción entre moléculas diferentes. 
• INDICE DE REFRACCIÓN: Medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio homogéneo. 
• COMPRESIBILIDAD: Capacidad de mantener su volumen al someterlos a presión o compresión.
• FORMA Y VOLUMEN: los líquidos mantienen su forma debido al movimiento medio de las moléculas, así mismo conservan su volumen definido pero debido a su capacidad para fluir su forma depende del recipiente.

COMPRESIBILIDAD DE UN LIQUIDO.

La compresibilidad es el cambio fraccional en volumen por unidad de incremento en la presión.

En el caso de los liquido, al contar con un volumen definido, se requiere un gran esfuerzo para comprimirlo, es por eso que se dice que un liquido es incompresible ya que sus moléculas están mas en contacto entre ellas mismas y en comparación con otros fluidos como los gases, su debilidad a la compresibilidad es casi nula.

TENSIÓN SUPERFICIAL.

La superficie de cualquier líquido se comporta como si sobre esta exista una membrana a tensión, a este fenómeno se le conoce como tensión superficial, a  esta se asocia la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área, esto implica que los líquidos tienen una resistencia para aumentar su superficie.

La tensión superficial se origina debido a que las fuerzas que afectan a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie, es decir en el interior del líquido, la molécula está rodeada de otras moléculas en todas las direcciones, que producen fuerzas de atracción ,de manera en que la fuerza neta es nula, así la molécula tiene una energía bastante baja. En cambio cerca de la superficie, la molécula solo está rodeada parcialmente de otras moléculas del líquido, de manera que esto provoca una fuerza atractiva neta hacia dentro del líquido así las moléculas en la superficie tienen un estado de energía mas alto.

La temperatura influye en la tensión superficial ya que esta disminuye al aumentarla, debido a que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica.

VISCOSIDAD

Se llama viscosidad o frotamiento interno a la resistencia experimentada por una porción de un liquido cuando se desliza sobre otra como consecuencia del rozamiento molecular, para esto dependen dos factores: fuerzas de cohesión entre las moléculas y la rapidez de transferencia de cantidad de movimiento molecular.

La temperatura es un factor importante ya que al aumentarla, asciende la cantidad de energía cinética de sus moléculas y, por lo tanto, las fuerzas de cohesión disminuyen en magnitud, esto hace que disminuya la viscosidad.

Cabe destacar que la viscosidad es un fenómeno que solo se manifiesta al estar el liquido en movimiento e incluso es proporcional a la velocidad.

La unidad de viscosidad es el Poise:

                                                                             

La viscosidad de un líquido se determina por medio de un viscosímetro entre los cuales el más utilizado es el de Ostwald. Este se utiliza para determinar viscosidad relativa, es decir, que conociendo la viscosidad de un líquido patrón, generalmente agua, se obtiene la viscosidad del líquido problema.

CAVITACIÓN.

Es un efecto hidrodinámico que se produce cuando un fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido, puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan, el vapor regresa al estado líquido de manera súbita,aplastándose bruscamente las burbujas, produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.

A diferencia de la ebullición, la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor mientras que la ebullición lo hace por encima de la presión ambiente local.

Este fenómeno se produce en estructuras estáticas (tuberías, venturis) y en maquinaria hidráulica (bombas, turbinas, hélices)

     EFECTOS

• Reduce la eficiencia del sistema hidráulico.
• Causa daños de corrosión.
• Deterioro en las tuberías y en la carcasa de la bomba.
• Sobrepresión originada por los choques de las burbujas, la cual daña el la estructura de la bomba.
• Liberación de iones de oxigeno que atacan las superficies metálicas.

                                       

La protección contra la cavitación comienza con un diseño hidráulico adecuado del sistema, evitando posibles presiones bajas, cuando sea inevitable la presencia de la cavitación , el efecto sobre las superficies se puede reducir mediante el recubrimiento de materiales especiales de alta resistencia. El empleo de pequeñas cantidades de aire introducidas en el agua reduce notablemente el daño causado por la cavitación.

RESISTENCIA A LA OXIDACIÓN.

Los aceites utilizados como fluidos en los circuitos hidráulicos, al ser derivados del petróleo, son oxidables, ya que el oxígeno atmosférico del aire disuelto en el aceite, se combina fácilmente con el carbono y el hidrógeno, dando lugar a productos tanto solubles como insolubles pero en cualquier caso perjudiciales para la vida de los equipos.

En el caso de los productos solubles, se producen reacciones que forman lodos, corroen los conductos e incrementan la viscosidad del fluido. 

Por su parte los productos insolubles son arrastrados hasta los estrangulamientos del circuito, actuando como abrasivos, favoreciendo el desgaste prematuro, provocando obturaciones y taponamientos.

Con objeto de evitar estos problemas en los circuitos hidráulicos, es necesario el uso de aditivos antioxidantes, sobre todo cuando se alcanzan elevadas temperaturas del aceite.

RÉGIMEN LAMINAR

Al circular un fluido por un circuito hidráulico, cada una de sus partículas describe una trayectoria lineal bien definidas, estas líneas reciben el nombre de trayectorias de flujo o de corriente.

Se dice que el régimen de circulación es laminar cuando la velocidad del fluido no rebasa ciertos límites y como consecuencia el movimiento de las partículas de fluido tiene lugar entre capas paralelas que no se entremezclan, siendo prácticamente paralelas las líneas de flujo a las paredes de los conductos, ademas cada linea de corriente tiene diferente velocidad, y de hecho en el centro existe mayor velocidad.

RÉGIMEN TURBULENTO.

Las partículas se mueven siguiendo trayectorias erráticas, desordenadas, con formación de torbellinos. Cuando aumenta la velocidad del flujo, y por tanto el número de Reynolds, la tendencia al desorden crece. Ninguna capa de fluido avanza más rápido que las demás, y sólo existe un fuerte gradiente de velocidad en las proximidades de las paredes de la tubería, ya que las partículas en contacto con la pared han de tener forzosamente velocidad nula.

• Régimen turbulento liso: las pérdidas que se producen no dependen de la rugosidad interior del tubo. 
• Régimen turbulento de transición: las pérdidas dependen de la rugosidad del material del tubo y de las fuerzas de viscosidad. 
• Régimen turbulento rugoso: Las pérdidas de carga son independientes del número de Reynolds y dependen sólo de la rugosidad del material. 

PROPIEDADES DE UN FLUIDO HIDRÁULICO.

A diferencia de un liquido el cual es un estado de agregación de la materia, los fluidos engloban tanto a líquidos como a gases en general. 

La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable, donde sí hay fuerzas restitutivas).

Sus propiedades fundamentales son las siguientes:

• Presión
• Densidad
• Temperatura
• Energía interna
• Entalpía (cantidad de energía calorífica de una sustancia)
• Entropía (grado de desorden dentro de un proceso, permite distinguir la energía útil)
• Calores específicos
• Viscosidad
• Peso y volumen específicos

CONCLUSIÓN.

Durante la investigación de este informe, se lograron los objetivos planteados, teniendo asi conocimiento de las principales propiedades de los líquidos y fluidos, así como definiciones enfocadas a la hidráulica, se corrigieron errores y aclararon puntos respecto al tema.

La hidráulica al ser una de las tecnologías mas aplicadas en la industria automotriz, resulta de gran importancia su investigación, ahora los conocimientos obtenidos servirán para que en un futuro podamos emplearlo en las distintas áreas de VWM.

Se espera que la información contenida aquí, sea de utilidad para cualquier persona interesada en el tema.

CUESTIONARIO 

• Menciona 3 principales ventajas de la Hidráulica.

Posicionamiento exacto,  movimientos suaves, buena disipación de calor.

• ¿Cúal es la principal diferencia entre un fluido y un liquido?

Un fluido es la generalización de todos aquellos capaces de fluir incluyendo a los líquidos, mientras que un liquido solo es un estado de la materia.

• ¿A qué se debe el bajo indice de compresibilidad de un liquido?

Distancia existente entre las moléculas de un liquido.

• ¿Qué origina la resistencia de aumento de superficie de un liquido?

La fuerza de atracción de las moléculas que existen entre las inferiores y las superiores.

•  Menciona dos factores que influyen en el desarrollo de cavidades en un sistema hidráulico.

Mal diseño del sistema hidráulico, caída de presión local por debajo de la presión de vapor

• ¿Cuáles son las principales características de un régimen laminar?

Trayectorias bien definidas, velocidad controlada, paralelismo en movimiento de las partículas.

• ¿Qué origina un régimen turbulento?

Aumento repentino en la velocidad de flujo.

• ¿A qué se refiere la viscosidad en un liquido?

Frotamiento interno molecular de una porción del liquido al deslizarse sobre otra.

• ¿Cuál es la propiedad fundamental de un fluido?

Cambio de forma, sin la probabilidad de que aparezcan fuerzas restitutivas.

• ¿Qué es Hidráulica?

Estudio de la mecánica de un fluido.

DIBUJO TÉCNICO

• CHUMACERA

REPORTE DE ACTIVIDADES

Fecha	Descripción de actividades
03-08-2015	Organización y asignación de actividades MK4.
04-08-2015	Practicas N26. Recorrido y explicación del proceso de pintura partes plásticas.
05-08-2015	Practicas N26. Explicación práctica y teórica de robots ABB y DÜRR, manipulación básica.
06-08-2015	Practicas N26. Restablecimiento de falla en máquina de corte por ultrasonido y presión.
07-08-2015	Practicas N26. Practicas con sensores anti explosión y barrera intrínseca, modo de conexión y funcionamiento.
10-08-2015	Practicas N26. Platica de introducción a MK4, forma de trabajo y evaluación.
11-08-2015	Practicas N26. Explicación del funcionamiento de una máquina de corte por ultrasonido y presión. Principios de funcionamiento y componentes principales.
12-08-2015	Practicas N26. Variadores de frecuencia, funcionamiento, conexiones físicas y pruebas en tablero.
13-08-2015	Practicas N26. Restablecimiento de falla en tablero de variadores de frecuencia y explicación de otros conceptos.
14-08-2015	Practicas N26. Explicación general de simuladores para PLC Allen Brad ley y Siemens.
17-08-2015	Hidráulica. Introducción a hidráulica, componentes principales en un sistema hidráulico.
18-08-2015	Hidráulica. Bombas hidráulicas y principios básicos en los que se basa la hidráulica.
19-08-2015	Hidráulica. Prácticas en tablero electrohidráulico e hidráulicos, continuación de fundamentos de la hidráulica.
20-08-2015	Hidráulica. Simulación  y conexión física de circuitos hidráulicos.
21-08-2015	Hidráulica. Pruebas del conocimiento adquirido en lo que va del curso, re afirmación de conceptos y propiedades.