OleohidraĂşlica Aplicada a Maquinaria Pesada Gildemeister
Unidad 1 Conceptos y leyes fundamentales de los fluidos aplicados a los sistemas oleohidrĂĄaulicos en maquinaria pesada. Material IV: Balance de EnergĂa
Unidad 1: Conceptos y leyes fundamentales de los fluidos aplicados a los sistemas oleohidráaulicos en maquinaria pesada.
Presentación
Estimados alumnos, en este material, se revisará en profundidad los siguientes conceptos:
Concepto de caudal:
Unidades del caudal Caudal en tuberías Ley de continuidad Instrumentos para medir caudal
Le invitamos a revisar el documento.
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Tema 4: Balance de Energía
Ecuación de Bernoulli La ecuación de la energía nos indica que En un flujo la energía permanece constante, siempre y cuando no exista intercambio con el exterior.
𝑷 𝑽𝟐 + + 𝒉 = 𝒄𝒕𝒆 𝝆𝒈 𝟐𝒈
Energía total, se compone por: Energía potencial: Energía de posición, en función de la altura de la columna de fluido.
Energía de presión: (presión estática)
Energía de posición, en función de la altura de la columna de fluido
Energía del movimiento, en función de la velocidad del flujo (presión dinámica).
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Tema 4: Balance de EnergĂa
EcuaciĂłn de Bernoulli
La ecuaciĂłn del balance de energĂa indica que la energĂa de entrada al sistema es igual a la energĂa de salida, puede cambiar la energĂa debido a la velocidad, la presiĂłn y la altura, pero la sumatoria de las tres es igual en la condiciĂłn de entrada y salida.
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Pérdidas
Tema 4: Balance de Energía
Observando las ecuaciones de continuidad y Balance de energía, se puede deducir que:
1 Cuando se
disminuye la sección de una
La energía cinética aumenta
2
tubería, aumentara la velocidad por ende:
4
3
Pero debido a la conservación de la energía, disminuye la energía potencial con lo cual disminuye la presión
La altura de las columnas es representativa de las presiones en los distintos puntos de la tubería.
En una instalación hidráulica la energía más importante es la debido a la presión, las energía por altura y por velocidad son muy pequeñas y se consideran despreciables.
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Tema 4: Balance de Energía
Pérdidas de Energía por Fricción Si un fluido circula por una tubería se produce calor por fricción, perdiendo parte de la energía en forma de energía térmica.
La energía hidráulica no se puede transmitir sin perdidas.
Las pérdidas por fricción dependen de :
Longitud de tubería
Rugosidad de la tubería
Cantidad de codos y curvas
Sección de la tubería
Velocidad de flujo
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Tema 4: Balance de Energía
Pérdida de presión por roce viscoso La imagen muestra la caída de presión debido al rozamiento del fluido en tuberías. En la tubería se origina una caída de presión debido al rozamiento desde una presión inicial P1 hasta una presión final P2, vienen representadas por las diferencias de nivel del liquido en los tubos verticales sucesivos, la perdida queda dada de la forma ΔP=P1-P2.
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Tema 4: Balance de Energía
Pérdida de presión por cambio de dirección del fluido La imagen muestra la caída de presión debido a una estrangulación brusca. En la tubería se origina una caída de presión debido a la estrangulación brusca incrementándose la velocidad y se reduce la presión, al salir de la estrangulación brusca la velocidad vuelve a ser la misma sin embargo la Presión nunca más vuelve ser la misma, existiendo una variación entre presión inicial P1 y la presión final P2, vienen representadas por las caída de presión por estrangulación, dada de la forma ΔP=P1-P2.
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Tema 4: Balance de Energía
Ductos sin y con restricción
Explicación Imagen: Es normal usar el términos hidráulicos, "presión de la bomba". Sin embargo, en la práctica, la bomba no produce presión. La bomba produce caudal. Cuando se restringe el caudal, se produce la presión en el sistema. En la figura A, no hay restricción de flujo a través de la tubería; por tanto, la presión es cero en ambos manómetros. En la figura B un orificio restringe el caudal de la bomba. Cuando un aceite fluye a través de un orificio, se produce presión corriente atrás. El manómetro corriente arriba del orificio indica que se necesita una presión de 30 PSI, para enviar un flujo de 1 LPM a través del orificio. No hay restricción de flujo después del orificio. El manómetro ubicado corriente abajo del orificio indica presión cero.
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Bloqueo del flujo de aceite al depósito
Explicación Imagen: Cuando se tapa un extremo de la tubería, se bloquea el flujo de aceite al depósito. Una vez llena la tubería, la resistencia a cualquier flujo adicional que entre a la tubería produce una presión. Esta presión se comporta de acuerdo con la Ley de Pascal, definida como “la presión ejercida en un líquido que está en un recipiente cerrado se transmite íntegramente en todas las direcciones y actúa con igual fuerza en todas las superficies”. La presión será la misma en los dos manómetros. La presión continúa aumentando hasta que el flujo de la bomba se desvíe desde la tubería a otro circuito o al depósito. Esto se hace, generalmente, con una válvula de alivio para proteger el sistema oleohidráulico.
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Tema 4: Balance de Energía
Restricción del caudal en un circuito en serie
Explicación Imagen: Hay dos tipos básicos de circuitos: en serie y en paralelo. En la figura A, se requiere una presión de 90 PSI para enviar un caudal de 1 LPM a través de los circuitos.
Los orificios o las válvulas de alivio ubicados en serie en un circuito hidráulico ofrecen una resistencia similar a las resistencias en serie de un circuito eléctrico, en las que el aceite debe fluir a través de cada resistencia. La resistencia total es igual a la suma de cada resistencia individual.
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Tema 4: Balance de Energía
Tipos de Flujos Flujo Laminar: Es aquel donde el fluido se mueve en laminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente Flujo Turbulento: Si varia la velocidad y la sección de la tubería no varía, cambiara la forma del flujo se hace turbulento y arremolinado y las partículas ya no se deslizan en forma ordenada si no que interfiere entre ellas y el movimiento. Las resistencias de los flujos aumentan y las perdidas hidráulicas crecen.
En los sistemas oleohidráulicos normalmente se utilizan los flujos laminares ya que son típicos de fluidos de alta viscosidad y de velocidades bajas. Los flujos turbulento se encuentran presente en fluidos de baja viscosidad como el agua y desplazan grandes caudales.
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Resumen
De esta manera hemos llegado al final de la unidad temática 1, conceptos y leyes fundamentales de los fluidos aplicados a los sistemas oleohidráulicos en maquinaria.
Luego de haber revisado los temas centrales, se puede decir que es necesario conocer las leyes fundamentales de los fluidos, tales como las propiedades
de los fluidos tanto
como los conceptos de presión, caudal y el balance de la energía,
para resolver pequeños problemas relacionados
con los sistemas oleohidráulicos, además son la base para entender el funcionamiento de componentes elementales en
sistemas
oleohidráulicos
en
equipos
mineros,
de
movimiento de tierra agrícolas y en todos aquellos donde se utilice la energía hidráulica
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Tema 4: Balance de Energía
Ahora,
con
el
material
revisado podrás ser capaz de
resolver
actividades unidad. encuentra
las que
diversas tiene
Asimismo, la
la se
bibliografía
sugerida con el propósito de
fundamentar en los temas que sean de tu interés.
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Tema 4: Balance de Energía
Mannesmann R. (1980). Training Hidráulico volumen 1. ISBN3-8023-0619-8. Potter Merle C. (1998). Mecánica de los fluidos, segunda edición. México. Editorial Prentice Hall. ISBN:970-17-0196-8