HIDRAULICA

El término “hidráulica” , se relaciona con la transmisión y control de movimientos por medio de líquidos. Generalmente el líquido usado es aceite, de allí el término “oleohidráulica’’. Al igual que con la neumática, la incorporación de sistemas mecatrónicos logra mejorar substancialmente el desempeño de los elementos oleohidráulicos clásicos.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES.

Presión. Es la fuerza ejercida por unidad de superficie.

Presión hidrostática.

Corresponde, en un depósito conteniendo liquido en reposo, a la presión ejercida sobre el fondo y que es igual a la presión atmosférica más la presión debida al peso de la columna de líquido que tiene por base la unidad de la superficie y por altura la del líquido contenido en el depósito.

COMPRENSIBILIDAD Y VISCOCIDAD.

Se llama fluidos a los cuerpos cuyas moléculas, por gozar de gran movilidad, permiten que éstos se adapten completamente a la forma del recipiente que los contiene. Según su estado físico, los fluidos se dividen en dos clases: gases y

líquidos. Los gases poseen un elevado grado de comprensibilidad; los líquidos por el contrario, son muy poco comprensibles ( prácticamente se admite que su comprensibilidad es nula).

El roce entre moléculas es notable en los líquidos; el índice de la resistencia que ofrecen la moléculas de los líquidos a deslizarse unas sobre otras se denomina viscosidad.

PESO ESPECIFICO.

Se define como el peso por unidad de volumen de un cuerpo. El peso específico del agua, que se toma como referencia, es la unidad. El de los aceites minerales es por termino medio 0,9; es decir, un litro de estos aceites pesa 900 gramos.

PERDIDAS DE CARGA.

Es la disminución de presión que experimenta un líquido al pasar por un conducto.

GOLPE DE ARIETE.

Es el aumento súbito de presión que aparece en una tubería cuando el líquido que circula por la misma es detenido bruscamente. La explicación radica en la energía cinética que el liquido posee por efecto de su velocidad. Si el líquido es detenido bruscamente su energía cinética se libera en ondas de presión.

POTENCIA HIDRAULICA.

Es el trabajo requerido para cambiar la posición, presión y velocidad de un líquido en un tiempo determinado.

FLUJO LAMINAR.

Cuando un flujo es laminar, las partículas del líquido se mueven formando capas que se deslizan ordenadamente y con suavidad.

No hay interferencia entre las partículas ni tampoco se influyen en el movimiento.

FLUJO TURBULENTO.

Si se aumenta la velocidad y la sección de pasaje no varia, cambia la forma de flujo. Se hace turbulento y arremolinado y las partículas no se deslizan ordenadamente en un sentido sino que se intervienen e influyen en su movimiento. La velocidad a la que el flujo se desordena se llama “velocidad crítica” .

CALCULO DE LA POTENCIA PARA EL MOTOR DE LA BOMBA.

Las bombas usadas para elevar o bombear el agua de los tanques sub-terraneos a las azoteas de una casa o un edificio, son de los denominados bombas centrifugas, su función es subir el agua a la altura total (H ) que se calcula en la forma siguiente:

ALTURA DE LA AZOTEA (Hdesc) ALTURA DE DESCARGA

NIVEL DE INSTALACION DE LA BOMBA

(Hsuc) ALTURA MAXIMA DE SUCCION

TANQUE SUBTERRANEO

La altura total (H) también se conoce como altura manométrica o carga total, su valor es: H= Hsuc + Hdesc

Donde: Hsuc es la altura de succión y su valor se obtiene como:

Hsuc= Altura estática de succión + pérdidas por fricción en la tubería dentro del tanque + carga de velocidad

La carga de velocidad es: Vg / 2g g= aceleración de gravedad

Hdesc= Altura de descarga o altura total del nivel de la bomba al tanque que esta en la azotea

Hdesc= Altura estática de descarga + pérdidas por fricción en la descarga + carga de velocidad en la descarga

La potencia efectiva del motor de la bomba se calcula de acuerdo con la fórmula

HP= GxH/ 76xN HP= Caballos de fuerza del motor

G= Gastos en litros/seg

H= Altura manométrica

N= Eficiencia de la bomba x eficiencia de la transmisión= 70%

Una importante de la teoría desarrollada para el cálculo de bombas y tuberías en hidráulica, está en el sistema inglés, la potencia requerida por el motor de accionamiento de una bomba se calcula como: HP=

GPM=Gastos en galones por minuto, la altura total se puede calcular como:

ALTURA TOTAL (PIES)

Donde: V= Velocidad del agua pies/seg

L= Longitud de la tuberías (pies)

D= Diámetro interior de la tubería (pulg)

La potencia necesaria para elevar el agua a una altura dada es: HP=

HP

GMP= Galones por minutos, H= Altura o carga hidráulica para fines de conversión de unidades:

litros/seg= galones por minutosx0,06308

Metros= piesx0,3048

Entonces, la expresión anterior se puede escribir como: HP= 0,16xGxH/ 33000

Donde: G= Gastos en litros/ seg.

H= Altura a carga hidráulica en metros

Si el gasto se expresa en litros/minuto: HP= 9,575xGXH/ 33000

Calcular la potencia que debe tener el motor de una bomba para agua a un tanque localizado a 20 mts.de altura, con un gasto de 80 litros/ minuto.

La expresión para cálculo de la potencia del motor cuando el gasto se expresa en litros/minuto es:

HP= 9,575xGxH/ 33000

sustituyendo los valores:

HP= 9,575x80x20/ 33000= 15.320.000/33000= 0,4642 es decir, se requiere un motor de 1/2 HP. La capacidad de una tubería de cualquier diámetro se puede calcular de acuerdo con la fórmula siguiente:

C galones

Donde: D= Diámetro de la tubería en pulg.

L= Longitud de la tubería en pug.

C Litros

Algunas unidades de medidas usadas frecuentemente para describir las propiedades relacionadas con el agua son las siguientes:

1 litro ( l ) = 100 cm3

1 galón (gal) de agua pesa 8,33 lb

1 cm3 de agua pesa 1 gramo (gm)

1 pie cúbico de agua (ft3)=28,3 litros (l)

1 pie de agua= 7,5 gal.

1 galón/minuto (GPM)= 0,063 litros/seg (l/s)

1 litro/seg (l/s)= 15,87 GPM

pie cúbico/min= 0,472 (litros/seg)

1 litro/seg= 2,12 pie3/minuto

La velocidad del agua en tuberías se calcula de acuerdo con la fórmula siguiente:

V pies/seg

Donde: H= Carga de agua arriba del centro de la tuberia, pies

D= Diámetro interior de la tubería pulg

L= Longitud de la tubería en pies

De la ecuación anterior. se puede obtener la expresión que relaciona la carga (H) que produce una velocidad dada:

H

H= pies

V= Velocidad en pies/seg

L= Longitud de la tubería en pies

D= Diámetro de la tubería en metros

También:

H= metros

Calcular la carga de agua en una tubería de 1/2 pulg. de diámetro por la circula agua a una velocidad de 3 mts./seg., y tiene una longitud de 15 mts.

La carga de agua se obtiene:

H

Donde: V= 3 metros/segundo= 3x3.28= 9,84 pies/segundo

L= 15 mts.= 15x3,28= 49,2 pies

D= 1/2= 0,5 pulg.

H16,14 mts

H= 16,14 mts. La capacidad de la tubería es:

C0,158 litros

C= 0,158 litros,